3.2.3.2 Cảm biến lượng nước
Hình 3.5: Vị trí lắp đặt và cấu tạo của cảm biến lượng nước
Cảm biến lượng nước được đặt tích hợp trong lọc nhiên liệu vì khối lượng riêng của nhiên liệu nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, khi đó nước sẽ chìm xuống đáy nơi đặt cảm biến lượng nước.
Cấu tạo bên trong của cảm biến này gồm có phao báo lượng nước và cơng tắc đèn báo táp-lô. Khối lượng riêng của phao lớn hơn khối lượng riêng của nhiên liệu và nhỏ hơn khối lượng nhiên của nước nên phao sẽ có xu hướng di chuyển lên xuống theo
mức nước. khi phao đến mức nước đã được đặt trước ( 125cc) thì nam châm bên trong phao sẽ mở công tắc đèn , báo cho người lái lượng nước đã đạt mức tối đa cần được xả.
3.2.4 Trên vùng nhiên liệu áp suất cao
3.2.4.1 Bơm cao áp
Bơm cao áp thì được dẫn động bởi trục khuỷu động cơ qua cơ cấu bánh răng. Bơm cao áp có cơng dụng hút nhiên liệu từ thùng chứa và nén nhiên liệu lên áp suất cao khoảng 1500 ~ 1800 bar ( 150 ~180MPa) khi động cơ hoạt động.
Bơm cao áp là chi tiết trung gian giữa hệ thống nhiên liệu áp suất thấp và hệ thống nhiên liệu áp suất cao. Nó có tác dụng tạo ra và duy trì áp suất cao cho nhiên liệu trong suốt quá trình làm việc của hệ thống. Lượng nhiên liệu này sẽ được đưa đến và tích trữ trong ống phân phối, sẵn sàng cung cấp đến các kim phun ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
Nhiệm vụ chính của bơm cao áp là tạo và duy trì áp suất cao cho nhiên liệu trong ống phân phối. Do đó, trong hệ thống Common Rail, áp suất của nhiên liệu không phải được sinh ra trong từng quá trình phun riêng lẻ, khác với các hệ thống nhiên liệu sử dụng bơm cao áp trước đây.
Nhờ vào quá trình tạo áp suất cho nhiên liệu được thực hiện thơng qua bơm cao áp do đó nhiên liệu ln được duy trì ở áp suất cao mà chất lượng của q trình phun ln tối ưu ở mọi tốc độ và chế độ tải khi động cơ hoạt động.
Hình 3.6: Cấu tạo bên trong của bơm cao áp HP3
3.2.4.1.1 Cấu tạo và đặc tính bơm cao áp
Bơm cao áp được cấu tạo từ những thành phần sau:
- Những thành phần chính của bơm ( cam sai tâm, con đội, hai piston bơm). - Van điều khiển áp suất SCV.
- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu.
- Bơm tiếp vận ( kiểu bơm bánh răng).
Hai piston bơm cao áp – thành phần tạo áp suất cho nhiên liệu - được lắp ở vị trí đồng trục ở phía trên và dưới của con đội trục cam.
Lượng nhiên liệu được trả về thùng chứa được điều khiển bởi van SCV, cũng giống như những thế hệ bơm trước đây của Denso, dùng để làm giảm lượng nhiên liệu được cấp và áp suất của hệ thống để hạn chế nhiệt độ của nhiên liệu ở mức cho phép. Thêm vào đó, có hai loại van SCV ở bơm cao áp HP3: một van thường mở ( van giảm áp mở khi không được cấp điện) và một van thường đóng ( van giảm áp đóng khi khơn được cấp điện).
Áp suất nhiên liệu sẽ được quyết định bởi sự tính tốn của ECU tùy theo chế độ làm việc của động cơ thơng qua các tín hiệu cảm biến gửi về. ECU sẽ điều khiển mức độ đóng mở của van SCV để điều khiển áp suất hệ thống.
Lưu ý:
Các bộ phận trong hệ thống nhiên liệu cao áp là các chi tiết cơ khí được gia cơng và chế tạo với độ chính xác cao. Do đó, khi tiến hành bảo dưỡng hay sửa chữa hệ thống cần hết sức tập trung quan sát, đồng thời tiến hành các hoạt động cần thiết một cách hết sức tỉ mỉ, chú ý từng chi tiết.
Nhằm bảo đảm tính an toàn và chuyên nghiệp, tránh mọi hư hỏng cần tham khảo một cách kỹ lưỡng các chỉ dẫn về trình tự các bước tiến hành và yêu cầu kỹ thuật trước khi thực hiện bất cứ cơng việc gì liên quan tới hệ thống nhiên liệu áp suất cao này.
Chức năng của những thành cấu tạo bơm cao áp
Thành phần cấu tạo Chức năng
Bơm tiếp vận Dẫn nhiên liệu từ thùng chứa cung cấp cho bơm cao áp.
Van điều chỉnh Điều chỉnh áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp. SCV Điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho bơm cao áp.
Thành phần bên trong bơm cao áp
Cam lệch tâm Dẫn động con đội.
Con đội Dẫn dộng piston bơm.
Piston bơm Di chuyển theo dẫn động của con đội để hút và nén nhiên liệu.
Van phân phối Ngăn dòng nhiên liệu chảy ngược về. Cảm biến nhiệt độ nhiên
liệu Xác định nhiệt độ của nhiên liệu.
3.2.4.1.2 Nguyên lí hoạt động của bơm cao áp
Hình 3.9: Ngun lí hoạt động của bơm cao áp HP3.
Hình 1: Piston bơm A: Kết thúc kì nén nhiên liệu. Piston bơm B: Kết thúc kì hút nhiên liệu. Hình 2: Piston bơm A: Bắt đầu kì hút nhiên liệu.
Piston bơm B: Bắt đầu kì nén nhiên liệu. Hình 3: Piston bơm A: Kết thúc kì hút nhiên liệu.
Piston bơm B: Kết thúc kì nén nhiên liệu. Hình 4: Piston bơm A: Bắt đầu kì nén nhiên liệu.
Trong kì hút của bơm cao áp, cam lệch tâm quay dẫn động con đội piston quay điều khiển piston bơm lên xuống. Khi piston bơm đi về phía cam lệch tâm thì khi đó buồng nhiên liệu ở piston bơm đó ở kì hút nhiên liệu và ngược lại, buồng nhiên liệu ở piston bơm cịn lại ở kì nén nhiên liệu.
Ở kì hút của buồng nhiên liệu, piston bơm đi xuống hay đi về phía cam lệch tâm làm cho thể tích buồng nhiên liệu tăng lên hút nhiên liệu vào. Van hút ở trường hợp này đóng vai trị là van một chiều khi áp suất ở hai đầu van hút khác nhau ( áp suất phía bên buồng nhiên liệu thấp hơn áp suất nhiên liệu được bơm tiếp vận bơm vào) thì van hút mở ra ( van bi đè lị xo xuống) hút nhiên liệu vào.
Ở kì nén của buồng nhiên liệu, khi piston bơm đi xuống đến điểm chết dưới của chính nó thì piston bơm bắt đầu đi lên là thể tích của buồng nhiên liệu giảm đi đồng thời làm tăng áp suất ở buồng nhiên liệu. khi áp suất ở buồng nhiên liệu lớn hơn áp suất nhiên liệu ở phía bên kia van hút, cùng với phản lực của lò xo van hút làm cho van hút đóng đường nhiên liệu vào. Piston bơm tiếp tục đi lên làm cho áp suất nhiên liệu ở đây tăng lên với mức rất cao, khi đó áp suất này làm mở van phân phối nhiên liệu đưa nhiên liệu đi vào trong ống phân phối.
Lượng nhiên liệu đi vào bơm áp được điều khiển bởi van SCV.
3.2.4.1.3 Lắp bơm cao áp
Đặt xy lanh số 1 lên điểm chết trên tại kỳ nén.
Lắp đặt bơm nhiên liệu sao cho dấu của bánh răng bơm thẳng hàng với dấu của bánh răng trung gian.
3.2.4.2 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu sử dụng loại nhiệt điện trở âm, khi nhiệt độ nhiên liệu tăng thì điện trở giảm, cảm biến được lắp đặt trên cao áp và đo nhiệt độ của nhiên liệu đầu vào. Cảm biến này hoạt động dựa trên đặc tính của phần tử nhiệt điện trở - thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi. Giá trị của nhiệt độ nhiên liệu được xác định bằng giá trị điện trở mà cảm biến gửi về ECU.
Hình 3.11: Cấu tạo và đặc tính làm việc của cảm biến nhiệt độ nhiên liệu.
Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Kiểm tra điện trở
• Rút giắc của cảm biến FT
• Dùng Ohm kế để đo giá trị điện trở giữa chân 1 và 2 của cảm biến FT: + Điện trở R = 5.74 kΩ (ở nhiệt độ 0oC)
+ Điện trở R = 2.3 - 2.6 kΩ (ở nhiệt độ 20oC) + Điện trở R = 0.31- 0.34 kΩ (ở nhiệt độ 80oC)
Nếu điện trở đo được khác với điện trở chuẩn thì phải thay mới cảm biến. Nếu giống với điện trở chuẩn thì chuyển sang bước kiểm tra mạch cảm biến.
Kiểm tra mạch cảm biến
• Rút giắc của cảm biến FT và giắc của ECU
• Dùng Ohm kế đo thông mạch giữa chân:
+ FT-1 với ECU (F39-1) chân 27: R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây tín hiệu + FT-2 với ECU (F39-3) chân 21: R ~ 0: tốt; R ~ ∞: đứt dây mass Sửa chữa hoặc thay thế các dây dẫn nếu kết quả kiểm tra là không tốt.
3.2.4.3 Van phân phối
Van phân phối được tích hợp vào bơm cao áp, được cấu tạo từ van bi, lò xo và thân van. Khi áp suất ở buồng piston bơm vượt quá áp suất của ống phân phối thì van bi nén lị xo và cho nhiên liệu đi qua. Van phân phối cũng đóng vai trị như van một chiều chặn dòng nhiên liều từ ống phân phối trở ngược lại buồng piston bơm.
3.2.4.4 Bơm tiếp vận
Hình 3.13: Cấu tạo bơm tiếp vận.
Bơm tiếp vận được sử dụng trên động cơ D4DD là loại bơm bánh răng, được tích hợp trực tiếp trên bơm cao áp, dẫn nhiên liệu từ thùng chứa nhiên liệu và cung cấp cho hai buồng piston bơm thông qua lọc nhiên liệu và van điều khiển áp suất SCV.
Bơm tiếp vận thuộc loại bơm bánh răng ăn khớp trong có cấu tạo cơ bản gồm hai bánh răng ăn khớp bên trong quay trong vỏ bơm để quét nhiên liệu từ cửa hút đưa ra cửa nạp vào buồng pison bơm.
Trục dẫn động bơm cao áp cũng được sử dụng để dẫn động bơm tiếp vận, trục này dẫn động bánh răng bên trong, đồng thời kéo theo bánh răng bên ngoài. Nguyên lí hoạt động của bơm tiếp vận dựa trên sự thay đổi – tăng lên và giảm xuống – của thể tích giữa hai bánh răng.
Đây là loại bơm không điều chỉnh được lưu lượng và áp suất khi số vịng quay cố định. Do đó lưu lượng nhiên liệu mà bơm cung cấp sẽ tỷ lệ với tốc độ động cơ trong mọi trường hợp. Vì lý do này, trên bơm tiếp vận được gắn van điều khiển áp suất nhiên liệu SCV và cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, chúng có nhiệm vụ điều khiển lượng nhiên liệu trước khi cấp tới bơm cao áp thơng qua tín hiệu điện tử ECU gửi tới.
Hình 3.14: Sự thay đổi thể tích bên trong bơm tiếp vận
1. Từ thùng chứa nhiên liệu 2. Cửa hút nhiên liệu
3. Đến buồng piston bơm 4. Đường đẩy nhiên liệu đến
buồng piston bơm 5. Bánh răng bên trong
6. Bánh răng bên goài
7. Lượng nhiên liệu được đẩy ( bắt đầu)
8. Lượng nhiên liệu được hút ( bắt đầu - tăng lên)
9. Lượng nhiên liệu được đẩy ( kết thúc – giảm xuống) 10. Lượng nhiên liệu được đẩy ( bắt đầu)
Nguyên lí hoạt động:
Khi trụ bơm tiếp vận quay theo chiều kim đồng hồ, làm cho bánh răng bên trong quay cùng vận tốc với bơm cao áp, đồng thời kéo theo bánh răng bên ngoài quay. Khi bơm bắt đầu quay thì thể tích ở cửa hút nhiên liệu số 2 tăng lên hút nhiên liệu từ thùng chứa nhiên liệu theo biên dạng bánh răng đi đến cửa đẩy nhiên liệu số 3, ở đây thể tích ở trước cửa đẩy bắt đầu giảm xuống đẩy nhiên liệu đi qua cửa đẩy số 3 vào bơm cao áp.
3.2.4.5 Van điều chỉnh áp suất
Mặc dù, bơm tiếp vận kiểu cơ khí có thể chịu được tải lớn trong một thời gian ngắn nhưng vẫn cần phải trang bị thiết bị để đảm bảo bơm tiếp vận khơng bị hư hỏng trong q trình hoạt động. Ở bơm cao áp HP3, van điều chỉnh được trang bị để đảm nhiệm việc bảo vệ bơm tiếp vận. Van điều chỉnh áp suất giữ mức áp suất nhiên liệu cấp cho bơm cao áp ở mức nhất định. Nếu tốc độ bơm cao áp tăng lên kéo theo áp suất nhiên liệu cấp cho bơm cao áp vượt quá mức ổn định, van điều chỉnh áp suất sẽ mở ra
suất nhiên liệu tác dụng lên mặt piston trong van lớn hơn lực đàn hồi của lò xo bên trong – để đưa nhiên liệu trở về phía bên hút nhiên liệu trong bơm tiếp vận.
Hình 3.15: Cấu tạo của van điều chỉnh áp suất.
3.2.4.6 Van điều khiển áp suất SCV
Trái ngược với những loại bơm trước đây, bơm cao áp HP3 sử dụng van điều khiển áp suất SCV loại điện từ. Lượng nhiên liệu cung cấp cho bơm cao áp được điều khiển bởi tín hiệu điện áp được ECU động cơ cấp cho van SCV. Khi nhận được tín hiệu từ ECU, phần ứng của van điện từ sẽ di chuyển lên xuống theo tần số tín hiệu điều khiển đến van. Phần ứng sẽ di chuyển kim van, từ đó điều khiển lượng nhiên liệu đi vào van thông qua độ mở lối vào van SCV.
Chức năng chính của van SCV là cung cấp đủ lượng nhiên liệu cần thiết để đạt được áp suất nhiên liệu mà hệ thống cần sau khi nhiên liệu đi qua bơm cao áp. Nhờ đó mà tải kéo bơm cao áp sẽ giảm.
3.2.4.6.1 Nguyên lý hoạt động
ECU điều khiển thời gian dòng điện cung cấp tới van SCV để điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp cho bơm cao áp. Khi nhận được tín hiệu hay dịng điện từ ECU, cuộn dây của van điện từ tạo ra một sức điện động biến thiên tương ứng với tần số dòng điện, đẩy phần ứng về bên trái – trạng thái “ Đóng” – kim van đẩy thân van về bên trái làm tiết diện đường dẫn nhiên liệu nhỏ hơn hạn chế lượng nhiên liệu đi vào bơm cao áp. Khi van SCV khơng nhận được tín hiệu từ ECU – trạng thái “ Mở” - thì lực lị xo hồi
đẩy thân van về bên phải, mở đường dẫn nhiên liệu và cung cấp nhiên liệu tới buồng bơm của bơm cao áp bình thường. Bằng cách điều chỉnh van SCV Đóng/ Mở, nhiên liệu được cung cấp với một số lượng tương ứng với tần số điều khiển.
Hình 3.16: Cấu tạo của van SCV
1. Hình dạng bên ngoài của van SCV. 2. Hình cắt dọc của van SCV.
3.2.4.6.2 Tần số tín hiệu điều khiển
Tín hiệu từ ECU động cơ có dạng răng cưa với tần số khơng đổi – độ rộng xung không đổi. Giá trị cường độ dịng điện kích hoạt cuộc dây trong van SCV là giá trị trung bình của tất cả các giá trị tín hiệu nói trên. Khi giá trị cường độ dịng điện kích hoạt tăng lên thì độ mở của kim van giảm xuống và ngược lại.
3.2.4.6.1 Thời gian mở van SCV ngắn
Khi độ rộng xung điều khiển hay thời gian mà ECU cấp dòng điện để điều khiển van SCV ngắn, giá trị trung bình của dịng điện đi qua van điện từ nhỏ. Việc này đồng nghĩa với việc lực từ do van điện từ tạo ra không thắng được lực của lò xo hồi. Kết quả là độ mở van SCV lớn, cung cấp lượng nhiên liệu nhiều hơn vào trong bơm cao áp.
Hình 3.18: Thời gian tín hiệu gửi đến SCV ngắn.
3.2.4.6.1 Thời gian mở van SCV dài
Ngược lại với “ Thời gian mở van SCV ngắn”, thì giá trị trung bình của dịng điện kích hoạt van điện từ trong van SCV lớn. Lực từ được tạo ra từ giá trị dịng điện đó thắng được lực của lị xo hồi, kim van bị đẩy về phía bên trái, giảm độ mở của van SCV. Từ đó, hạn chế lượng nhiên liệu đi qua van SCV.
Hình 3.19: Thời gian tín hiệu gửi đến SCV dài.
3.2.4.7 Ống phân phối
Ống phân phối là một trong những thành phần chính của hệ thống nhiên liệu Common Rail, đóng vai trị như nơi lưu trữ nhiên liệu với áp suất cao để phân phối cho các kim phun. Trên ống phân phối được trang bị thêm cảm biến áp suất nhiên liệu và van hạn chế áp suất.
Hình 3.20: Ống phân phối nhiên liệu của hệ thống nhiên liệu Common Rail.
Ống phân phối tích lũy áp suất cao dùng chung cho tất cả các xylanh động cơ.