2. 2: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ VỚI ỐNG PHÂN PHỐI
2.2.2. CÁC CỤM THIẾT BỊ CHÍNH TRONG HỆ THỐNG
2.2.2.1. Bơm áp cao
Bơm áp cao của Hê thống CRS- i được 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).
a b
Hình 24 : Cấu tạo bơm áp cao loại 2 piston
Nguyên lý hoạt động (hình 24b) :
Piston B dẫn nhiên liệu vào trong khi pittông A bơm nhiên liệu ra. Do đó, Piston A
và B lần lượt 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 vòng quay và đẩy một trong hai pittông đi lên trong khi đẩy pittông kia đi xuống hoặc ngược
lại đối với hướng 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. Ngược lại, khi Piston A được đẩy lên để nén nhiên
liệu và dẫn nó đến ống phân phối thì Piston B được 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 được điều khiển qua van điều khiển nạp
(SCV) và truyền dầu từ bơm sơ cấp (hình 25).
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 như được mô tả và gửi nhiên liệu vào
ống phân phối bằng cách lần lượt hút vào và bơm ra.
Bơm áp cao điều khiển lượng nhiên liệu dẫn vào pittông bằng PCV (van nam châm tỉ
lệ), nó có các chức năng giống như của SCV (van điều khiển hút).
Hình 26 :Nguyên lý tạo áp suất trong bơm áp cao 3 piston
Bơm cấp liệu
Hình 27 : 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 được điều khiển qua van điều khiển nạp (SCV) và
truyền dầu từ bơm sơ cấp ( hình 28).
Hình 28 : Cấu tạo bơm áp cao loại 4 piston( Dùng cho động cơ 2KD-FTV-Toyota) 1. SCV 4. Cam lệch tâm
2. Van một chiều 5. Van phân phối
3. Pittong
Hoạt động:
Nhiên liệu được nạp bởi bơm cấp liệu sẽ di chuyển qua SCV và van một chiều, và
được nén bởi pítttông và được bơm qua van phân phối đến ống phân phối.
2.2.2.2. Ống phân phối
Ống phân phối ( hình 29 ) chứa nhiên liệu sáp suất cao được 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 còn có van an toàn ( bộ hạn chế áp suất)
Trong trường hợp hệ thống bị trục trặc, trong đó áp suất trong ống phân phối lên cao
tới mức không bình thường thì van này mở và xả áp suất. Nhiên liệu được 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 lò 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 được vận hành cơ khí thông thường để xả áp suất trong trường hợp
áp suất trong ống phân phối lên cao tới mức không bình thường.
b. Van xả áp ( Bộ điều chỉnh áp suất )
Ở một số hãng xe ngoài hai loại van trên còn có thêm van xả áp( hình 31)
Hình 31 : Hoạt động của bộ điều chỉnh áp suất.
Khi áp suất nhiên liệu của ống phân phối cao hơn áp suất phun mong muốn thì van
xả áp suất nhận được một tín hiện từ ECU động cơ để mở van và hồi nhiên liệu ngược về
bình nhiên liệu để cho áp suất nhiên liệu có thể trở lại áp suất phun mong muốn.
2.2.2.3. 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 được nạp bởi bơm cấp liệu sẽ di chuyển qua SCV và van một chiều, và
được nén bởi pítttông và được bơm qua van phân phối đến ống phân phối.
SCV hoạt động dưới sự điều khiển theo chu kỳ xung của ECU.
Bằng cách thay đổi tỷ lệ ON/OFF của xung sẽ làm cho lượng dầu cấp nạp vào khoang bơm áp cao thay đổi, từ đó dẫn tới thay đổi áp suất rail ( xem hình 32)
Hình 32 : Hoạt động của SCV
2.2.2.4. Vòi phun
Vòi phun của Common rail ( hình 33) khác với vòi phun của hệ thống nhiên liệu
Diesel thông thường ở chỗ gồm 2 phần :
+ Phần trên là một van điện tử được điều khiển từ ECU hoặc EDU
+ Phần dưới là phần vòi phun cơ khí nhưng cũng rất khác vơí vòi phun thông
thường: Đó là lò xo rất cứng của vòi phun thông thường được 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 lưu :
+ Tiết lưu số 1 : Thông với reco tyo cao áp từ ống phân phối đến
+ Tiết lưu số 2 : Thông với khoang của van điện ( để nếu van điện mở thì áp suất ở
khoang chốt tỳ sẽ xả về đường dầu hồi ).
Hình 33 : Cấu tạo vòi phun
1. Van ngoài 6. Van trong 2.Tiết lưu 2 7. Đường dầu hồi
3. Tiết lưu 1 8. Khoang chốt tỳ 4. Đường dầu từ ống phân phối 9.Lò xo hồi vị
5. Chốt tỳ 10.Kim 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 tyô cao áp cấp điện đến các vòi phun chờ sẵn. Ở đường vào của vòi phun thì dầu cao áp chia thành 2 hướng:
+ Hướng 1 : Cấp xuống khoang kim phun
+ Hướng 2 : Thông qua van tiết lưu 1 được cấp vào khoang chốt tỳ
Trường hợp không phun : Nếu lúc này ECU chưa cấp xung điều khiển vào van điện
của vòi phun thì lò xo van điện đẩy van ngoài xuống đóng kín đường dầu hồi ở khoang
chốt tỳ . Do đó áp suất rail phía trên chốt tỳ sẽ tạo áp lực đè chặt kim phun không cho vòi
phun dầu.
Trường hợp phun : Nếu ECU cấp xung điều khiển vào van điện tạo từ trường hút
van ngoài và mở đường 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 lò xo ở van điện đẩy van ngoài đóng đường dầu
hồi. Lúc này dầu ở áp suất rail lại thông qua tiết lưu 1 để cấp vào khoang chốt tỳ tạo áp
lực đè chặt kim phun kết thúc hành trình phun.
2.2.2.5. Điện trở vòi phun
Với cùng một khoảng thời gian phun, sự không khớp cơ khí vẫn đang gây ra sự khác
biệt về lượng phun của mỗi vòi phun.
Để đảm bảo cho ECU hiệu chỉnh những sự không khớp đó các vòi phun được bố trí
một điện trở điều chỉnh đối với từng vòi phun ( xem hình 34 )
Trên cơ sở thông tin nhận được từ mỗi điện trở đ iều chỉnh ECU sẽ hiệu chỉnh sự
không khớp về lượng phun giữa các vòi phun. Những điện trở điều chỉnh đó được cung
cấp để tạo cho ECU khả năng nhận biết các vòi phun, và chúng không được nối vào mạch
vòi phun.
Hình 34 : Điện trở vòi phun
2.3. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL VỚIBƠM - VÒI PHUN KẾT HỢP2.3.1. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL EUI ( Electronic Unit Injection ) 2.3.1. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL EUI ( Electronic Unit Injection ) 2.3.1.1. Khái quát
Hình 35: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI 1. Thùng dầu 4. Bầu lọc tinh 2. Bầu lọc thô 5. Các vòi phun
3. Bơm chuyển nhiên liệu 6. ECM
7. Các cảm biến
Mặc dù được giới thiệu vào cuối những năm 80, nhưng hệ thống nhiên liệu EUI
đã đạt được những thành tựu nhất định về mặt cấu tạo, nâng cao tính năng làm việc và độ
tin cậy. EUI còn là tiền đề cho hệ thống nhiên liệu HEUI – Hydraulically Actuated
Electronically Controlled Unit Injector – (Tác động thủy lực, điều khiển điện tử )sau này.
Hệ thống nhiên liệu EUI có 5 bộ phận cấu thành:
- Các vòi phun EUI: Tạo ra áp suất phun tới 207000 kPa (30.000 psi) và ở tốc độ
định mức nó phun tới 19 lần/s;
- Bơm chuyển nhiên liệu: Cung cấp nhiên liệu cho các vòi phun bằng cách hút nhiên
liệu từ thùng chứa và tạo ra một áp suất từ 60-125 psi;
- Mô-đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Module): Là một máy vi
tính công suất lớn điều khiển các hoạt động chính của động cơ;
- Các cảm biến: Là những thiết bị điện tử kiểm soát các thông số của các động cơ:
như nhiệt độ, áp suất, tốc độ… và cung cấp các thông tin cho ECM bằng một điện thế tín hiệu.
- Các thiết bịtác động: Là những thiết bị điện tử sử dụng các cường độ dòng điện từ
ECM để làm việc hoặc thay đổi hoạt động của động cơ. Ví dụ thiết bị tác động vòi phun
là công tắc điện từ.
2.3.1.2. Hệ thống dẫn động phun
Khi trục cam quay tác động vào cò mổ tới phần bơm và tác động làm cho piston đi
xuống nén nhiên liệu tạo áp suất cao. Dầu có áp suất cao này được cấp đến kim phun.
Còn van điện điều khiển nạp dầu và xả dầu
Hình 36 : Sơ đồ dẫn động hệ thống nhiên liệu vòi phun điện tử 1. Ê cu điều chỉnh 4. Đũa đẩy
2. Cụm cò mổ 5. Trục cam 3. Vòi phun
Vòi phun tạo ra áp suất nhiên liệu. Lượng nhiên liệu thích hợp được phun vào xi lanh
ở những thời điểm chính xác. Môdun điều khiển điện tử ECM (Electronic Control
Module) xác định thời điểm phun và lượng nhiên liệu cần phun. Vòi phun được dẫn động bởi vấu cam và cơ cấu đòn gánh ( cò mổ ). Trục cam có ba vấu cam cho mỗi xylanh. Hai
vấu dẫn động xupap nạp và xupap xả, còn một vấu dẫn động cơ cấu bơm vòi phun. Lực
được truyền từ vấu cam dẫn động vòi phun trên trục cam qua con đội đến đũa đẩy. Lực
của đũa đẩy được truyền qua cơ cấu cụm cò mổ và tới chốt đẩy piston bơm. Ecu điều chỉnh cho phép điều chỉnh vòi phun
2.3.1.3. Vòi phun
Các bộ phận của vòi phun bao gồm van điều khiển điện từ, khoang xylanh, piston
bơm, chốt đẩy piston và cụm đầu vòi phun ( phần kim phun). Các chi tiết của cụm đầu
phun gồm lò xo, kim phun và một đầu phun. Van ống bao gồm các bộ phận: van điều
khiển điện từ, phần ứng, van đĩa và lò xo van đĩa.(hình 37).
Hình 37 : Các bộ phận chính của vòi phun 1. Van ĐK điện từ 4. Khoang xylanh 2. chốt đẩy piston 5. phần kim phun 3. Piston bơm
Hoạt động của vòi phun
Hoạt động của vòi phun điện tử EUI bao gồm 4 giai đoạn sau: Trước khi phun, Phun,
Kết thúc phun và nạp nhiên liệu. Các vòi phun dùng chốt đẩy piston và xylanh ép để bơm
nhiên liệu áp suất cao vào buồng đốt. Vòi phun được lắp vào lỗ vòi phun trên mặt quy lát
có đường cấp liệu thống nhất. Ống lót vòi phun cách ly nó với chất làm mát động cơ và áo nước. Một số động cơ sử dụng ống lót làm bằng thép không rỉ được ép nhẹ vào mặt quy lát
Nạp nhiên liệu Phun nhiên liệu Hình 38 : Các giai đoạn hoạt động của vòi phun
.
Trước khi phun: Việc tạo sương mù trước khi phun bắt đầu với chốt đẩy piston và xi
lanh ép của vòi phun ở trên đỉnh của hành trình phun nhiên liệu. Khi rãnh của chốt đẩy
piston đầy nhiên liệu, van trụ và van kim ở vị trí mở. Nhiên liệu ra khỏi rãnh của chốt đẩy
piston khi cơ cấu đòn gánh đ ẩy xylanh ép và Pis chốt đẩy piston đi xuống. Dòng nhiên
liệu bị van kim đóng chặn lại sẽ chảy qua van trụ mở vềđường cấp nhiên liệu trong mặt
quy lát. Nếu công tắc điện từcó điện, van trụ tiếp tục mở và nhiên liệu từ chốt đẩy piston
tiếp tục chảy vào đường cấp nhiên liệu.
Phun: Để bắt đầu phun, ECM gửi một dòng điện tới công tắc điện từ trên van ống.
Công tắc điện từ tạo ra từ trường để hút phần ứng. Khi công tắc điện từ hoạt động, bộ
phần ứng sẽ nâng van trụdo đó van trụ tiếp xúc với đế van. Đây là vịtrí đóng. Ngay khi
van trụ đóng, đường dẫn nhiên liệu đi vào trong rãnh chốt đẩy piston bị đóng. Chốt đẩy
piston tiếp tục nén nhiên liệu từ rãnh Piston lông-giơ và làm áp suất nhiên liệu tăng lên.
Khi áp suất nhiên liệu đạt khoảng 34.500kPa (5000 psi), lực của nhiên liệu áp suất cao
thắng được lực căng của lò xo. Lực căng này giữ vòi phun ở vị trí đóng. Kim phun di chuyển cùng đế van lên trên và nhiên liệu được phun ra ngoài. Đây là sự bắt đầu phun.
Kết thúc phun: Sự phun vẫn tiếp tục khi Pít tông long-giơ di chuyển xuống dưới và
van trụở vịđóng. Khi áp suất không đạt tới mức quy định, ECM dừng dòng điện tới công
tắc điện từ. khi dòng điện tới công tắc điện từ bị ngắt, van trụ mở. Van trụđược mở bởi lò
xo và áp suất nhiên liệu. Khi đó, nhiên liệu áp suất cao có thể chảy qua van trụ mở và trở
lại nguồn cung cấp nhiên liệu. Đó là kết quả sự giảm nhanh chóng áp suất trong vòi phun.
Khi áp suất vòi phun giảm tới khoảng 24.000 kPa (3500 pis), vòi phun đóng và s ự phun dừng lại. Đây là kết thúc phun.
Nạp: Khi chốt đẩy piston đi xuống tới dưới của xylanh, nhiên liệu không bị ép từ
rãnh chốt đẩy piston nữa. chốt đẩy piston bị đẩy bởi bộ phận truyền động và lò xo hồi vị.
Sự dịch chuyển lên phía trên của chốt đẩy piston là do áp suất trong rãnh chốt đẩy piston
hạ thấp hơn áp suất nguồn cung cấp nhiên liệu. Nhiên liệu chảy từ nguồn cung cấp nhiên
liệu qua van trụ mở và đi vào rãnh chốt đẩy piston và làm chốt đẩy piston di chuyển lên
trên. Khi chốt đẩy piston đi đến đỉnh của hành trình, khoang chốt đẩy piston chứa đầy
nhiên liệu và nhiên liệu chảy vào khoang chốt đẩy piston dừng lại. Đây là bắt đầu của
chuẩn bị phun
2.3.2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector)
2.3.2.1. Khái quát về hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI
Hệ thống nhiên liệu HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit
Injector- Tác động thủy lực, điều khiển điện tử) là một trong những cải tiến lớn của động
cơ Diesel. Nó cũng là một bộ phận trong công nghệ ACERT của hãng Carterpillar. Sự ra
đời của HEUI đã thiết lập những tiêu chuẩn mới đối với động cơ về tiêu hao nhiên liệu,