A. Cấu tạo
Hình 2-1: Cấu tạo của bơm
1-Bơm tiếp vận, 2-Cảm biến tốc độ, 3-Roto, 4-Vành con lăn 5-Đĩa cam, 6-Piston bơm, 7-Van SPV, 8-Van TCV .
1. Bơm tiếp vận.
Bơm tiếp vận là loại bơm cánh gạt, được lắp với trục truyền chính, rotor của nĩ được lắp đồng tâm với trục và được truyền động bằng then. Mặt khác rotor chạy bên trong vịng lệch tâm cố định trên vỏ bơm, bốn cánh gạt của rotor được đẩy ra ngồi bởi lực li tâm và áp lực nhiên liệu ở phía dưới các cánh gạt và rotor. Nhiên liệu di chuyển xuyên qua lỗ nhỏ ở khoang bơm cao áp vào khoảng khơng gian hình quả thận được tạo ra bởi rotor, cánh gạt và vịng lệch tâm. Khi cốt bơm quay, các cánh gạt gạt dầu từ khoang cung cấp (tiết diện lớn dần) sang khoang nén (tiết diện nhỏ dần). Cung cấp dầu đến buồng bơm cho bơm cao áp hoạt động, đồng thời rẽ qua van điều áp để điều hịa áp lực nhiên liệu.
Khi tốc độ bơm cao, áp suất nhiên liệu đủ lớn để thắng lực lị xo làm van điều áp mở đường dầu hồi về cửa nạp của bơm dẫn đến nhiên liệu khơng bị tăng một cách đột ngột mà tăng tuyến tính phù hợp với tốc độ của động cơ.
Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý bơm cánh gạt
Hình 2-3: Biểu đồ áp suất nhiên liệu theo tốc độ động cơ 2. Đĩa cam - Vành con lăn.
Cơ cấu đĩa cam và vành con lăn, biến chuyển động quay của cốt bơm thành chuyển động xoay và tịnh tiến của piston. Số vấu cam cĩ trên đĩa cam bằng với số xylanh của động cơ, đĩa cam luơn được đè tỳ vào vành con lăn nhờ lực của các lị xo. Mỗi đĩa cam cĩ một hình dạng vấu cam riêng đảm bảo phân phối nhiên liệu đúng đến từng xy lanh của động cơ. Do đĩ ta khơng được lắp lẫn các đĩa cam giữa các bơm với nhau.
Hình 2-4: Cơ cấu đĩa cam - vành con lăn 3. Van điều áp và van tràn
a.) Van điều áp
Hình 2-5: Cấu tạo van điều áp
Van điều áp được lắp gần với bơm tiếp vận, nĩ là một van trượt chịu lực ép của lị xo. Áp lực nhiên liệu trong bơm cĩ thể thay đổi theo sự điều chỉnh của van điều áp. Nếu áp lực nhiên liệu vượt quá giá trị cho trước thì van piston mở mạch hồi cho phép nhiên liệu trở về mạch nạp của bơm.
Nếu áp lực nhiên liệu quá thấp thì mạch hồi vẫn đĩng khơng cho nhiên liệu trở về mạch nạp của bơm, việc mở của van điều áp được xác định bằng cách điều chỉnh tải trọng ban đầu của lị xo.
b.) Van dầu tràn 1-Van trượt 2-Lị xo 3-Bệ van 4-Đệm kim 5-Dầu hồi về 6-Dầu cao áp đến 4 5 6 1 2 3 Nhiên liệu về thùng chứa Các lỗ nhỏ hồi dầu Nhiên liệu từ buồng bơm
1 2
Giới hạn dầu tràn bằng một van được lắp trên bộ điều tốc của bơm phân phối VE và thơng với khoang bơm. Nĩ cho phép một lượng nhiên liệu thay đổi cĩ thể trở về thùng chứa thơng qua những lỗ nhỏ (0.6) mm, việc giới hạn tràn giúp duy trì áp lực nhiên liệu ở khoang bơm. Bởi vì áp lực nhiên liệu ở trong thân bơm địi hỏi phải chính xác, nên van điều áp và van dầu tràn được thiết kế khá chính xác
4. Piston bơm cao áp.
Piston bơm cĩ bốn rãnh hút bằng với số xylanh của động cơ, một cửa phân phối và được gắn chặt với đĩa cam. Piston và đĩa cam tỳ sát trên mặt con lăn nhờ lị xo piston bơm.
Hình 2-7: Sơ đồ nguyên lý piston bơm cao áp
Khi đĩa cam quay một vịng thì piston cũng quay một vịng và tịnh tiến lên-xuống bốn lần (đối với động cơ 4 xylanh), mỗi lần lên-xuống ứng với một lần phun của một kim phun.
Quá trình làm việc của van SPV
a.) Khi cĩ tín hiệu điện điều khiển từ ECU:
Hình 2-9: Van SPV khi cĩ tín hiệu từ ECU
Khi ECU đưa tín hiệu điều khiển đến cuộn dây, lực từ tác dụng hút van điều khiển đĩng lại, khi đĩ áp suất nhiên liệu bên trong và bên ngồi van chính bằng nhau, lực tác dụng của lị xo chính sẽ làm van chính đĩng lại. Trong thời gian này piston bơm đã di chuyển gần cuối quá trình hút, nhiên liệu được đưa vào xylanh bơm thơng qua cửa nạp.
Sau khi kết thúc quá trình nạp, piston bị cam đẩy đi lên. Lúc này ECU vẫn tiếp tục cấp điện áp cho van SPV, van điều khiển đĩng. Do đĩ áp suất nhiên liệu bên trong và bên ngồi van chính bằng nhau, nên van chính đĩng lại nhờ lực lị xo. Áp suất dầu bắt đầu tăng lên khi đến một giá trị ấn định sẽ được đưa đến kim để phun vào buồng đốt động cơ.
b.) Khi tín hiệu điều khiển từ ECU ngắt:
Hình 2-10: Van SPV khi tín hiệu từ ECU ngắt
Khi ECU ngắt tín hiệu, dịng điện trong cuộn dây bị ngắt làm mất lực từ, lị xo đẩy van điều khiển về vị trí mở, nhiên liệu bắt đầu hồi về thân bơm qua đường dầu B. Do
Van điều khiển đĩng
Van điều khiển mở
diện tích lỗ tiết lưu cửa B lớn hơn lỗ tiết lưu ở van chính tạo sự chênh lệch áp suất bên ngồi và bên trong van chính.
Hình 2-11: Van chính mở
Khi áp suất ngồi van chính thắng sức căng lị xo đẩy van chính mở đường dầu A, khi đĩ dầu cao áp được hồi về thân bơm làm áp suất nhiên liệu trong xy lanh bơm giảm xuống. Quá trình phun chấm dứt.
Lưu lượng nhiên liệu phun được ECU điều khiển thơng qua việc điều khiển thời điểm mở van SPV phù hợp với điều kiện hoạt động của động cơ.
6. Van điều khiển thời điểm phun (TCV) a). Cấu tạo.
Hình 2-12: Cấu tạo van TCV
Cấu tạo chính của van TCV gồm: lõi từ, lị xo, lõi chuyển động. Van được lắp
Van điều khiển mở Van
hình 2-13: Sơ đồ van TCV và bộ định thời
1-Van TCV, 2-Piston bộ định thời (bộ phun dầu sớm), 3-Vành con lăn
b). Nguyên lý hoạt động.
Thời điểm phun của nhiên liệu cĩ ảnh hưởng rất quan trọng đến quá trình khởi động, sự tiết kiệm nhiên liệu, lượng khí thải và cơng suất của động cơ. Những yếu tố trên địi hỏi phải cĩ sự tính tốn và lập trình một thời điểm phun tối ưu trong ECU.
Hình 2-14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động
Van TCV được điều khiển đĩng mở theo tỉ lệ thời gian bật-tắt trong một chu kỳ làm việc. Khi ECU cấp điện cho cuộn dây dưới tác dụng của lực từ lõi bị hút về phía bên phải mở đường dầu thơng giữa hai buồng áp lực của bộ định thời. Khi ECU ngừng cung cấp điện, dưới tác dụng của lực lị xo lõi dịch chuyển về phía bên trái đĩng đường dầu thơng giữa hai buồng áp lực.
Điều khiển phun sớm: ECU sẽ điều khiển thời gian mở van ngắn hơn so với thời gian đĩng, làm lượng nhiên liệu đi qua buồng bên trái giảm, làm cho áp suất buồng
bên trái của bộ định thời cũng giảm theo, do đĩ piston bị đẩy dịch chuyển về phía bên trái, xoay vành con lăn theo chiều phun dầu sớm (ngược chiều với chiều quay của bơm).
Hình 2-15: Điều khiển phun dầu sớm
Điều khiển phun muộn: ECU sẽ điều khiển thời gian mở van dài hơn so với thời gian đĩng, làm lượng nhiên liệu đi qua buồng bên trái tăng, làm áp suất dầu ở buồng bên trái của bộ định tăng. Do đĩ piston bị đẩy dịch chuyển về phía bên phải, xoay vành con lăn theo chiều phun muộn ( cùng chiều với chiều quay của bơm).
Hình 2-16: Điều khiển phun dầu muộn B. Nguyên lý hoạt động của bơm VE-EDC
Nhiên liệu từ thùng chứa qua bộ lọc nhiên liệu đến bơm tiếp vận và đi vào thân bơm cao áp, với một áp suất được giới hạn bởi van điều khiển (khoảng 1.5 – 2.0 Mpa).
cảm biến gửi về. Trên động cơ 1KZ-TE bơm cao áp tạo ra áp suất nhiên liệu tối đa khoảng 80Mpa.
Hình 2-17: Sơ đồ cấu tạo của bơm VE – EDC
Quá trình hoạt động của bơm cao áp VE-EDC trên động cơ 1KZ-TE được thực hiện qua ba giai đoạn: Giai đoạn nạp, giai đoạn phun, kết thúc phun.
a.) Giai đoạn nạp
Hình 2-18: Giai đoạn nạpcủa VE-EDC
1-Van SPV, 2-Cửa nạp, 3-Cửa phân phối
Cơ cấu đĩa cam và vành con lăn biến chuyển động quay của trục bơm thành chuyển động xoay và tịnh tiến của piston. Khi cam khơng đội piston đi xuống nhờ lực của lị xo, lúc này ECU điều khiển van SPV đĩng , đồng thời piston bơm dịch chuyển về phía trái áp suất trong xylanh bơm giảm, cửa nạp mở và nhiên liệu từ trong thân bơm được hút vào trong xylanh bơm thơng qua cửa nạp.
1
2 3
b.) Giai đoạn phun
Hình 2-19: Giai đọan phun của VE_EDC
Khi cam chuẩn bị đội piston bơm, thì ECU vẫn điều khiển van SPV đĩng, đồng thời cửa nạp cũng đĩng, cửa phân phối đã mở. Khi cam bắt đầu đội piston thì áp suất dầu trong xy-lanh bơm sẽ tăng lên, khi áp suất nhiên liệu đủ lớn thì dầu sẽ được phun vào buồng đốt động cơ qua kim phun.
c.) Kết thúc phun
Hình 2-20: Giai đọan kết thúc phun của VE-EDC
Lúc này ECU ngắt điện đến van SPV làm van SPV mở, nhiên liệu trong xylanh được hồi về thân bơm qua van SPV, áp suất nhiên liệu trong xylanh bơm giảm xuống và quá trình phun kết thúc. Lị xo van cao áp đẩy van cao áp đĩng lại, áp lực dầu được giữ trong ống cao áp. Piston tiếp tục dịch chuyển qua phải đến khi hết hành trình, đây là khoảng chạy dư của piston.
Van điều khiển đĩng
Van chính đĩng
Van điều khiển mở
II. CÁC TÍN HIỆU CẢM BIẾN ĐẦU VÀO 1. Cảm biến áp suất khí nạp (MAP).
Cảm biến áp suất trong đường ống nạp, được nối với đường ống nạp thơng qua một ống mềm dẫn khơng khí, nĩ xác định lưu lượng khơng khí nạp bằng cách kiểm tra áp suất trong đường ống nạp
a.)Cấu tạo.
Cảm biến áp suất khí nạp bao gồm: một màng Silicon kết hợp với một buồng chân khơng và một IC.
Hình 2-21: Cấu tạo của cảm biến áp suất khí nạp b.) Hoạt động
Nguyên lý đo của cảm biến là dựa vào mối quan hệ giữa áp suất trong đường ống nạp và lưu lượng khơng khí nạp. Khi lượng khơng khí nạp tăng, áp suất trong đường ống nạp giảm và ngươc lại. Áp suất trong đường ống nạp được chuyển thành tín hiệu điện áp nhờ một IC được bố trí trong cảm biến và gửi về ECU để xác định lưu lượng khơng khí nạp.
Khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi làm cho màng Silicon biến dạng, điện trở của nĩ sẽ thay đổi. Khi điện trở thay đổi thì tín hiệu điện áp từ IC gửi về ECU sẽ thay đổi theo. Điện áp từ ECU luơn cung cấp cho IC khơng đổi khoảng 5 vơn. Khi áp suất trong đường ống nạp càng lớn thì tín hiệu từ cọc PIM / E2 gửi về ECU càng cao (0,3V – 2.8V) và ngược lại.
2. Cảm biến điểm chết trên (TDC). a.) Cấu tạo
Là loại cảm biến điện từ, các bộ phận chính bao gồm: một cuộn dây cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu và các răng hoặc vấu sắt.
Hình 2-23: Cấu tạo cảm biến điểm chết trên
1-Cảm biến, 2-Phần tạo tín hiệu, 3-Cuộn dây 4-Nam châm , 5-Lõi từ
b.) Nguyên lý hoạt động
Khi trục khuỷu quay, tại vị trí các răng ở xa cực từ thì mật độ từ thơng qua cuộn dây cảm ứng là yếu nhất, độ biến thiên từ thơng bằng 0. Trục khuỷu tiếp tục quay răng tiến lại gần cực từ lúc này mật độ từ thơng qua cuộn dây tăng lên, độ biến thiên từ thơng cũng tăng dần và độ biến thiên từ thơng đạt giá trị cực đại trước khi răng tiếp cận với cực từ. Tại vị trí các răng ở đối diện cực từ thì mật độ từ thơng qua cuộn dây cảm ứng sẽ mạnh nhất, độ biến thiên từ thơng ở đây cũng bằng 0. Do sự biến thiên từ thơng đi qua cuộn dây, nên bản thân bên trong cuộn dây cảm ứng xuất hiện một suất điện động (hiện tượng cảm ứng điện từ), được gọi là suất điện động cảm ứng. Tín hiệu điện áp này sẽ được gửi về cho ECU, ECU tiếp nhận nhờ đĩ xác định được vị trí của trục khuỷu, hay kỳ của piston.
Hình 2-24: Xung tín hiệu cảm biến NE và TDC
3. Cảm biến tốc độ động cơ Ne.
Cấu tạo và nguyên lý họat động của cảm biến tốc độ động cơ Ne, giống như cảm biến xác vị trí trục khuỷu TDC. Khác nhau ở điểm là số răng của cảm biến tốc độ xe lớn hơn nhiều so với cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến này được lắp trên bơm cao áp, bao gồm một rotor ép dính với trục dẫn động và một cuộn dây, nam châm cố định.
Hình 2-25: Cấu tạo cảm biến tốc độ
Khi rotor quay làm biến thiên từ thơng trong cuộn dây, sinh ra sức điện động cảm ứng dưới dạng các xung điện áp hình sin, tín hiệu này được gửi về ECU.
Hình 2-26: Tín hiệu xung phát ra từ cảm biến tốc độ
ECU sẽ đo tần số xuất hiện xung nhận được từ cảm biến để xác định tốc độ của động cơ, đồng thời ECU cũng xác định được vị trí tức thời của trục bơm dựa vào phần răng xung bị thiếu. Nhờ đĩ xác định được vị trí của piston bơm.
Các tín hiệu phát ra từ cảm biến dùng để:
Đo tốc độ quay của cốt bơm nhiên liệu. Xác định vị trí tức thời của trục bơm.
Xác định vị trí tức thời của bộ phun sớm tự động.
4. Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Hình 2-27 Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Cảm biến vị trí bàn đạp ga là loại cảm biến dùng phần tử Hall, khi đặt phần tử Hall vào từ trường thì nĩ phát ra một tín hiệu điện áp, giá trị của tín hiệu điện áp này phụ thuộc vào lượng từ thơng đi qua phần tử nhưng giá trị điện áp này rất nhỏ chỉ vài mv. Vì thế tín hiệu điện áp sẽ được khuyếch đại nhờ mạch IC trong cảm biến rồi mới gửi đến ECU.
Người ta thường dùng hai tín hiệu cảm biến trên một bàn đạp ga, ECU sẽ đồng thời tiếp nhận cùng một lúc hai tín hiệu, sau đĩ nĩ tiến hành so sánh để tính tĩan độ mở của bướm ga, khi một trong hai cảm biến hỏng thì ECU sẽ khơng điều khiển được và động cơ hoạt động khơng bình thường.
Hình 2-28: Phần tử hall 5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW).
Cảm biến này được lắp trên thân máy hoặc trên đường về két nước để nhận biết nhiệt độ làm việc của động cơ.
Hình 2-29: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Thành phần chính của cảm biến là chất bán dẫn cĩ nhiệt điện trở âm (NTC – Negative Temperature Coefficient), khi nhiệt độ động cơ tăng thì điện trở giảm theo
Hình 2-30: Đường đặc tính của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Điện nguồn 5V từ ECU cung cấp cho cảm biến qua một điện trở, khi nhiệt độ động cơ thay đổi, điện áp tại cực THW của ECU do cảm biến gửi về cũng thay đổi theo.Khi nhiệt độ động cơ tăng, điện trở giảm dẫn đến điện áp của cảm biến đưa về ECU giảm và ngược lại. Dựa vào đĩ ECU sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển lượng phun nhiên liệu phù hợp với nhiệt độ làm việc của động cơ. Trong trường hợp mà cảm biến bị hỏng thì ECU sẽ lấy mức 800C làm chuẩn để điểu khiển động cơ.
6. Cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp (THA).
Hình 2-31: Cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp