II. CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ
2: Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối
2.1. Khái quát hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối 2.1.1. Cấu tạo chung:
Cấu tạo hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối
Hệ thống Common Rail gồm các khối chức năng :
- Khối cấp dầu thấp áp: Thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫn dầu và đƣờng dầu hồi.
- Khối cấp dầu cao áp: Bơm áp cao, Ống phân phối dầu cao áp đến các vòi phun (ống rail, ống chia chung), các ty ơ cao áp, van an tồn và van xả áp, vòi phun.
- Khối cơ – điện tử: các cảm biến và tín hiệu, ECU và EDU (nếu có), vịi phun, các van điều khiển nạp (còn gọi là van điều khiển áp suất rail )
2.1.2. Nguyên lý hoạt động
Nhiên liệu đƣợc dẫn lên từ bơm tiếp dầu đặt trong bơm áp cao đƣa qua van điều khiển nạp tới khoang bơm áp cao và đƣợc nén tới áp suất cần thiết. Piston trong bơm áp cao tạo ra áp suất phun cần thiết , áp suất này thay đổi theo tốc độ động cơ và điều kiện tải từ 20 Mpa ở chế độ không tải đến 135 MPa ở chế độ tải cao và tốc độ vận hành cao (trong các hệ thống Diesel điện tử thơng thƣờng thì áp suất này từ 10 đến 80 MPa. ECU điều khiển SCV ( van điều khiển nạp ) để điều chỉnh lƣợng nhiên liệu cấp vào khoang bơm áp cao và nhờ đó điều chỉnh đƣợc áp suất nhiên liệu. ECU luôn theo dõi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối bằng cảm biến áp suất nhiên liệu và thực hiện điều khiển phản hồi.
2.2.1. Bơm áp cao
Bơm áp cao của Hê thống CRS- i đƣợc chia ra làm 3 loại chính: - Loại bơm 2 piston.
- Loại bơm 3 piston. - Loại bơm 4 piston.
a. Bơm áp cao loại 2 piston ( HP3) Cấu tạo bơm áp cao loại 2 piston (hình 24) gồm các chi tiết chính: Trục bơm, Cam lệch tâm, piston, van điều khiển nạp ( SCV).
Hình 24 : Cấu tạo bơm áp cao loại 2 piston
Nguyên lý hoạt động:
Piston B dẫn nhiên liệu vào trong khi pittơng A bơm nhiên liệu ra. Do đó, Piston A và B lần lƣợt hút nhiên liệu từ bơm cấp liệu vào khoang cao áp và bơm nhiên liệu ra ống phân phối.
Việc quay của cam lệch tâm làm cho cam vòng quay với một trục lệch. Cam vịng quay và đẩy một trong hai pittơng đi lên trong khi đẩy pittông kia đi xuống hoặc ngƣợc lại đối với hƣớng đi xuống. Piston B bị đẩy xuống để nén nhiên liệu và chuyển nó vào ống phân phối khi Piston A bị kéo xuống để hút nhiên liệu vào. Ngƣợc lại, khi Piston A đƣợc đẩy lên để nén nhiên liệu và dẫn nó đến ống phân phối thì Piston B đƣợc kéo lên để hút nhiên liệu lên.
b. Bơm áp cao loại 3 piston Bơm áp cao loại 3 piston gồm : 1 cam lệch
tâm 3 vấu và 3 cụm xilanh piston đặt cách nhau 120. Cấp dầu vào khoang bơm cao áp đƣợc điều khiển qua van điều khiển nạp (SCV) và truyền dầu từ bơm sơ cấp.
Hình 25 : Cấu tạo bơm áp cao loại 3 piston 1. Trục lệch tâm 6. Bơm cấp liệu
2. Cam lệch tâm 7. PCV- Van ĐK nạp 3. Piston bơm 8. Đường dầu hồi
4. Van nạp 9.Dầu hồi về từ ống rail 5. Lò xo hồi vị 10.Đường dầu đến ống rail
Nguyên lý hoạt động ( hình 26):
Nguyên lý của bơm cao áp dùng có ba Piston nhƣ đƣợc mô tả và gửi nhiên liệu vào ống phân phối bằng cách lần lƣợt hút vào và bơm ra. Bơm áp cao điều khiển lƣợng nhiên liệu dẫn vào pittông bằng PCV (van nam châm tỉ lệ), nó có các chức năng giống nhƣ của SCV (van điều khiển hút).
Nguyên lý tạo áp suất trong bơm áp cao 3 piston
Bơm cấp nhiên liệu (bơm thấp áp): Hút dầu từ bình chứa lên bơm cao áp
Bơm cấp liệu kiểu bánh răng ăn khớp 1. Đường dầu vào từ bình nhiên liệu; 2.Đường dầu ra khoang cao áp
c. Bơm áp cao loại 4 piston
Bơm áp cao loại 4 piston gồm : 1 cam vòng 4 piston đặt đối đỉnh với nhau từng đôi một. Cấp dầu vào khoang bơm cao áp đƣợc điều khiển qua van điều khiển nạp (SCV) và truyền dầu từ bơm sơ cấp ( hình 28).
Cấu tạo bơm áp cao loại 4 piston
(Động cơ 2KD-FTV-Toyota) 1. SCV; 2. Van một chiều; 3. Pittong; 4. Cam lệch tâm; 5. Van phân phối
Hoạt động: Nhiên liệu đƣợc nạp bởi bơm cấp liệu sẽ di chuyển qua SCV
và van một chiều, và đƣợc nén bởi pítttơng và đƣợc bơm qua van phân phối đến ống phân phối.
2.2.2. Ống phân phối
Ống phân phối ( hình 29 ) chứa nhiên liệu sáp suất cao đƣợc tạo ra bởi bơm cao áp, và phân phối nhiên liệu đó qua các ống phun tới các vòi phun của xi lanh, trên ống phân phối bố trí cảm biến áp suất nhiên liệu. Cảm biến áp suất nhiên liệu phát hiện áp suất trong ống phân phối và truyền tín hiệu tới ECU. Ngoài cảm biến áp suất, trên ống phân phối cịn có van an tồn ( bộ hạn chế áp suất) Trong trƣờng hợp hệ thống bị trục trặc, trong đó áp suất trong ống phân phối lên cao tới mức khơng bình thƣờng thì van này mở và xả áp suất. Nhiên liệu đƣợc hồi về bình nhiên liệu.
Hình 29 : Cấu tạo ống phân phối
a. Bộ hạn chế áp suất Bộ hạn chế áp suất gồm có: 1 viên bi, cần đẩy và 1
lị xo hồi vị (hình 30).
Bộ hạn chế áp suất không hoạt động Bộ hạn chế áp suất hoạt động Hình 30 : Hoạt động của bộ hạn chế áp suất
Bộ hạn chế áp suất đƣợc vận hành cơ khí thơng thƣờng để xả áp suất trong trƣờng hợp áp suất trong ống phân phối lên cao tới mức khơng bình thƣờng.
b. Van xả áp (Bộ điều chỉnh áp suất ) Ở một số hãng xe ngồi hai loại van trên cịn có thêm van xả áp( hình 31)
Khi áp suất nhiên liệu của ống phân phối cao hơn áp suất phun mong muốn thì van xả áp suất nhận đƣợc một tín hiện từ ECU động cơ để mở van và hồi nhiên liệu ngƣợc về bình nhiên liệu để cho áp suất nhiên liệu có thể trở lại áp suất phun mong muốn.
Hình 31 : Hoạt động của bộ điều chỉnh áp suất.
2.2.3. Van điều khiển nạp. (SCV)
Có nhiều cách gọi van điều khiển hút tùy thuộc vào từng hãng: - Toyota : SCV ( Suction control vale ).
- Bosch : PCV ( Pressure control vale ). - Delphi : IMV ( Inlet Metering Vale )
Nhiên liệu đƣợc nạp bởi bơm cấp liệu sẽ di chuyển qua SCV và van một chiều, và đƣợc nén bởi pítttơng và đƣợc bơm qua van phân phối đến ống phân phối. SCV hoạt động dƣới sự điều khiển theo chu kỳ xung của ECU. Bằng cách thay đổi tỷ lệ ON/OFF của xung sẽ làm cho lƣợng dầu cấp nạp vào khoang bơm áp cao thay đổi, từ đó dẫn tới thay đổi áp suất rail (xem hình 32)
2.2.4. Vòi phun
Vòi phun của Common rail (hình 33) khác với vòi phun của hệ thống nhiên liệu Diesel thông thƣờng ở chỗ gồm 2 phần:
+ Phần trên là một van điện tử đƣợc điều khiển từ ECU hoặc EDU.
+ Phần dƣới là phần vịi phun cơ khí nhƣng cũng rất khác vơí vịi phun thơng thƣờng: Đó là lị xo rất cứng của vịi phun thơng thƣờng đƣợc thay bằng một chốt tỳ khá dài (dài nhất của vòi phun).
Để đóng chặt kim phun thì phải cấp áp suất rail vào khoang chốt tỳ . Khoang chốt tỳ có 2 van tiết lƣu:
+ Tiết lƣu số 1: Thông với reco tyo cao áp từ ống phân phối đến
+ Tiết lƣu số 2: Thông với khoang của van điện (để nếu van điện mở thì áp suất ở khoang chốt tỳ sẽ xả về đƣờng dầu hồi ).
1. Van ngoài 2. Tiết lưu 2 3. Tiết lưu 1
4. Đường dầu từ ống phân phối
5. Chốt tỳ 6. Van trong 7. Đường dầu hồi 8. Khoang chốt tỳ 9. Lò xo hồi vị 10. Kim phun
Hình 33 : Cấu tạo vịi phun
Hoạt động:
Khi động cơ khởi động bơm áp cao sẽ nén dầu đến áp suất rail cấp vào
ống phân phối và từ ống phân phối thông qua các t cao áp cấp điện đến các vịi phun chờ sẵn. Ở đƣờng vào của vịi phun thì dầu cao áp chia thành 2 hƣớng:
+ Hƣớng 2 : Thông qua van tiết lƣu 1 đƣợc cấp vào khoang chốt tỳ.
Trường hợp không phun: Nếu lúc này ECU chƣa cấp xung điều khiển
vào van điện của vịi phun thì lị xo van điện đẩy van ngồi xuống đóng kín đƣờng dầu hồi ở khoang chốt tỳ. Do đó áp suất rail phía trên chốt tỳ sẽ tạo áp lực đè chặt kim phun khơng cho vịi phun dầu.
Trường hợp phun: Nếu ECU cấp xung điều khiển vào van điện tạo từ trƣờng hút van ngoài và mở đƣờng hồi dầu làm mất áp suất đè chốt tỳ. Khi đó áp suất rail ở khoang kim phun sẽ đẩy kim phun cùng chốt tỳ đi lên để phun dầu vào buồng cháy động cơ
Khi kết thúc xung điều khiển phun thì lị xo ở van điện đẩy van ngồi đóng đƣờng dầu hồi. Lúc này dầu ở áp suất rail lại thông qua tiết lƣu 1 để cấp vào khoang chốt tỳ tạo áp lực đè chặt kim phun kết thúc hành trình phun.
- Truớc khi hoạt động vòi phun:
Nhiên liệu đƣợc nạp từ ống phân phối rẽ nhánh vào khoang điều khiển và đáy của kim phun. Ở tình trạng này, kim phun bị đẩy xuống do áp suất trong khoang điều khiển và do lị xo, và vịi phun vẫn bị đóng.
- Khi van điện từ mở: Khi điện áp kích hoạt đƣợc đƣa vào bởi ECU_EDU, van điện từ sẽ mở và áp suất trong khoang điều khiển sẽ giảm xuống.
- Khi kim phun mở: Nhờ sự hoạt động
của lỗ phun, áp suất ở dới kim phun vẫn cao, và vòi phun mở ra để phun nhiên liệu.
- Khi van điện từ đóng: Khi điện áp kích hoạt do ECU-EDU đƣa vào khơng cịn thì lực lị xị sẽ làm cho van điện từ đóng, và áp suất trong khoang điều khiển lại tăng lên.
- Khi kim phun đóng: Do áp suất trong khoang điều khiển vμ lực lò xo, kim phun sẽ hạ xuống và đóng kim phun để kết thúc phun.
2.2.5. Điện trở vòi phun:
Với cùng một khoảng thời gian phun, sự khơng khớp cơ khí vẫn đang gây ra sự khác biệt về lƣợng phun của mỗi vòi phun. Để đảm bảo cho ECU hiệu chỉnh những sự khơng khớp đó các vịi phun đƣợc bố trí một điện trở điều chỉnh đối với từng vòi phun (xem hình 34) Trên cơ sở thơng tin nhận đƣợc từ mỗi điện trở điều chỉnh ECU sẽ hiệu chỉnh sự khơng khớp về lƣợng phun giữa các vịi
phun. Những điện trở điều chỉnh đó đƣợc cung cấp để tạo cho ECU khả năng nhận biết các vịi phun, và chúng khơng đƣợc nối vào mạch vòi phun.
Điện trở vòi phun