5. Thiết kế hệ thống nhiín liệu động cơ Duratorq 2.4l
5.2.1. Thùng nhiín liệu
Thùng chứa nhiín liệu dùng để chứa dầu đủ cho động cơ lăm việc trong một thời gian, dung tích 80l.
Thùng dập bằng thĩp lâ bín trong có câc tấm ngăn để nhiín liệu bớt dao động. Nắp thùng có lỗ thông hơi. Ống hút nhiín liệu bố trí cao hơn đây thùng khoảng 3[cm]. Phần lõm lắng cặn vă nước nơi, đây thùng có nút xả.
5.2.2. Lọc nhiín liệu
* Nhiệm vụ của bầu lọc tinh:
Bầu lọc có nhiệm vụ lọc tạp chất cơ học, nước ra khỏi nhiín liệu nín bầu lọc đảm bảo cho hệ thống lăm việc tốt. Kết cấu được thể hiện ở hình 2-11.
2 4 1 5 6 7 8 3 Hình 5-3 Kết cấu bầu lọc.
1- Nhiín liệu từ thùng chứa tới lọc; 2- Nhiín liệu tới ống phđn phối; 3- nắp bầu lọc; 4- Lõi lọc; 5- Thđn bầu lọc; 6- Lượng nuớc có trong bầu lọc; 7- Cảm biến lượng nước có trong bầu lọc; 8- Bu lông xê nước.
Bình lọc nhiín liệu của động cơ Duratorq 2.4l vỏ được lăm bằng nhựa vă lõi lọc lăm bằng giấy lọc, mỗi khi lọc bị tắc lă phải thay thế bình lọc, trong bầu lọc được lắp cảm biến bâo mức nước có trong lọc nhiín liệu vă dưới đây lọc có bu lông để xả nước vă cặn. Khi lượng nước vượt quâ mức cho phĩp ở trong bầu lọc nhiín liệu, cảm biến gửi thông
tin về bộ điều khiển điện tử PCM. Vă đỉn cảnh bâo tình trạng lọc được hiển thị trín bảng tâp lô.
5.2.3. Bơm chuyển nhiín liệu
17 16 15 7 8 9 14 13 12 10 11 2 3 4 5 6 1
Hình 5-4 Kết cấu bơm chuyển nhiín liệu.
1- Trục chủ động; 2- Phốt lăm kín; 3- Van an toăn; 4- Lò xo giữ van an toăn; 5- Ốc giữ lò xo van an toăn; 6- Nắp; 7- Đương nhiín liệu văo; 8- Bọng hút; 9- Bânh răng chủ động; 10- Mặt bích; 11- Then; 12- Bọng đẩy; 13- Bânh răng chủ động; 14- Trục bị động; 15- Đường nhiín liệu ra; 16- thđn bơm; 17- Lỗ lắp bulông.
Bơm chuyển nhiín liệu (hay bơm thấp âp) được thiết kế lă loại bơm bânh răng có van an toăn (3,5 bar). Nhiín liệu được vận chuyển giữa câc răng của hai bânh răng quay. Bânh răng quay được quay bằng động cơ nghĩa lă lượng phđn phối một câch trực tiếp tỷ lệ tốc độ động cơ.
Bơm chuyển nhiín liệu cung cấp nhiín liệu từ bình chứa đến đường dầu văo của bơm cao âp, được lắp trực tiếp trín bơm cao âp, trục cùng trục với bơm cao âp. Bơm chuyển nhiín liệu cung cấp nhiín liệu có âp suất 3-3,5 bar.
Cấu tạo gồm:
Cặp bânh răng ăn khớp ngoăi (bânh răng chủ động 11 vă bânh răng bị động 14) đặt trong vỏ bơm. Bânh răng chủ động được dẫn động từ trục chủ động 11. Ở trín bọng đẩy 12 có lắp van an toăn.
Khi bânh răng chủ động quay ở bọng hút 8 câc cặp bânh răng ra khớp giải phóng thể tích rảnh răng lăm cho âp suất giảm lăm cho bơm hút chất lỏng qua đường nhiín liệu văo 7. Khi bânh răng chủ động quay ở bọng hút 12 câc cặp bânh răng ăn khớp giải lăm giảm thể tích lăm việc nín âp suất tăng lín lăm chất lỏng được đẩy đi qua đường nhiín liệu văo 15. Âp suất tăng lín có thể gđy ra vỡ bơm vì thế có lắp van an toăn 5 để bảo vệ hệ thống. 5.2.4. Bơm cao âp
Hình5-5 Kết cấu bơm cao âp.
1- Đường nhiín liệu từ bơm tiếp vận; 2- Trục dẫn động; 3- Van hút; 4- Nhiín liệu âp suất cao đến ống phđn phối; 5- Piston; 6- Cam lệch tđm; 7- Buồng chứa của bơm piston; 8- Van điều khiển âp suất; 9- Đường dầu hồi; 10- Lò xo; 11- Van bơm.
Bơm cao âp tạo âp lực cho nhiín liệu đến một âp suất lín đến 1600 bar. Nhiín liệu được tăng âp năy sau đó di chuyển đến đường âp suất cao vă được đưa văo ống phđn phối Bơm cao âp được lắp ở phía bín trâi nắp mây thông qua một khớp nối, nối với khớp nối của trục cam hút vă được dẫn động bởi trục cam hút. Tốc độ quay bằng 1/2 tốc độ động cơ thông qua khớp nối vă được dẫn động bởi trục cam hút, được bôi trơn bằng chính nhiín liệu đi qua bơm. Bơm cao âp phđn phối lượng nhiín liệu tỷ lệ thuận với vận tốc quay của nó lă một hăm của tốc độ động cơ. Trong quâ trình phun, tỷ số truyền phụ thuộc văo góc tốc độ trục khuỷu, lượng nhiín liệu mă bơm cung cấp sao cho đâp ứng
được chế độ hoạt động. Thường tỷ số truyền hợp lý lă 1:2 hoặc 1:3. Kết cấu bơm cao âp được thể hiện ở hình 5-5.
Bín trong bơm cao âp (hình 5-5), nhiín liệu được nĩn bằng 3 piston bơm được bố trí hướng kính vă câc piston câch nhau 120 độ. Do 3 piston bơm hoạt động luđn phiín trong một vòng quay nín chỉ lăm tăng nhẹ lực cản của bơm. Do đó, ứng suất trín hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ. Điều năy có nghĩa lă hệ thống Common Rail đặt ít tải trọng lín hệ thống truyền động hơn so với hệ thống cũ. Công suất yíu cầu dẫn động để dẫn động bơm rất nhỏ vă tỉ lệ với âp suất trong ống phđn phối vă tốc độ bơm.
Nguyín lý lăm việc
Bơm nạp đưa nhiín liệu từ bình chứa qua bộ lọc đến đường dầu văo bơm cao âp bằng đường nhiín liệu 1.
Trục của bơm cao âp 1 có cam lệch tđm 6 lăm di chuyển 3 piston lín xuống tùy theo hình dạng câc vấu cam lăm cho 3 piston hút nĩn một câch liín tục. Van nạp mở ra nhiín liệu được đưa đến buồng chứa của bơm piston tại đđy nhiín liệu được nĩn dưới âp suất cao khi piston lín tới điểm chết trín, nhiín liệu thoât ra ngoăi đến ống phđn phối.
Do bơm cao âp được thiết kế để có thể phđn phối lượng nhiín liệu lớn nín lượng nhiín liệu có âp suất cao sẽ bị thừa trong giai đoạn chạy cầm chừng vă tải trung bình. Lượng nhiín liệu thừa năy sẽ được trở lại bình chứa thông qua van điều chỉnh âp suất .
Đó lă nguyín lý lăm việc chung của bơm cao âp, sau đđy ta nguyín cứu văo cấu tạo, nguyín lý lăm việc của câc chi tiết chính trong bơm cao âp gồm : Bơm piston, van điều chỉnh âp suất.
5.2.4.1. Bơm piston.
Bơm piston của bơm cao âp lăm nhiệm vụ bơm nhiín liệu âp suất cao đến ống phđn phối (Rail), lượng nhiín liệu được bơm ít hay nhiều phụ thuộc văo van điều chỉnh âp suất van (SVC).
Bơm gồm ba piston bơm được bố trí hướng kính vă câc piston câch nhau 120 độ, 3 piston năy được đẩy lín nhờ cam lệch tđm 6, hănh trình đi xuống của piston nhờ lò xo 10. Khi piston đi xuống nhờ lực đẩy của lò xo 10, van nạp 3 mở ra. Nhờ độ chđn không phía trín piston nhiín liệu được nạp văo không gian năy cho đến khi piston nằm ở vị trí thấp
nhất. Piston đi lín nhờ cam lệch tđm 6 thì nhiín liệu ở khoảng không gian phía trín piston bị nĩn tăng âp suất, đẩy mở van bơm 11 nhiín liệu âp suất cao đi văo đường ống cao âp đến ống phđn phối, đồng thời van nạp 3 đóng lại không cho nhiín liệu trở lại bơm nạp.
Ba piston bơm được bố trí hướng kính vă câc piston câch nhau 120 độ nín khi piston A đi lín thực hiện quâ trình nĩn vă bơm nhiín liệu đến ống phđn phối piston thì B vă C đi xuống thực hiện quâ trình hút, 3 bơm lăm việc luđn phiín hút vă nĩn nhiín liệu, bơm nhiín liệu đến ống phđn phối dưới âp suất cao vă ổn định.
5.2.4.2. Van điều chỉnh âp suất
3 2 1 6 5 4
Hình 5-6 Kết cấu van điều chỉnh âp suất.
1-Mạch điện; 2-Lò xo; 3-Lõi; 4-Nam chđm điện; 5-Thđn van; 6-Van bi.
Van điều khiển âp suất được gâ lín bơm cao âp. Để ngăn câch khu vực âp suất cao với khu vực âp suất thấp, một lõi thĩp đẩy van bi văo vị trí đóng kín. Có 2 lực tâc dụng lín lõi thĩp: Lực đẩy xuống dưới bởi lò xo vă lực điện từ. Nhằm bôi trơn vă giải nhiệt, lõi thĩp được nhiín liệu bao quanh.
Van điều khiển âp suất được điều khiển theo 2 vòng:
- Vòng điều khiển đâp ứng chậm bằng điện dùng để điều chỉnh âp suất trung bình trong ống.
- Vòng điều khiển đâp ứng nhanh bằng cơ dùng để bù cho sự giao động lớn của âp suất.
Khi van điều chỉnh âp suất chưa được cung cấp điện, âp suất cao ở ống hay tại đầu ra của bơm cao âp được đặt lín van điều khiển âp suất một âp suất cao.
Khi chưa có lực điện từ, lực của nhiín liệu âp suất cao tâc dụng lín lò xo lăm cho van mở vă duy trì độ mở tuỳ thuộc văo lượng nhiín liệu phđn phối. Lò xo được thiết kế để có thể chịu được âp suất 100 bar.
Khi van điều khiển âp suất được cấp điện: nếu âp suất trong mạch lă âp suất cao tăng lín, lực điện từ sẽ tạo ra để cộng thím văo lực của lò xo. Khi có van sẽ đóng lại vă được giữ ở trạng thâi đóng cho đến khi lực do âp suất dầu ở một phía cđn bằng với lực lò xo vă lực điện từ ở phía còn lại. Sau đó, van sẽ ở trạng thâi mở vă duy trì ở một âp suất không đổi. Khi bơm thay đổi lượng nhiín liệu phđn phối hay nhiín liệu bị mất đi khi trong mạch âp suất cao thì được bù lại bằng câch điều chỉnh van đến một độ mở khâc. Lực điện từ tỷ lệ với dòng điện cung cấp trong bình được điều chỉnh bằng câch thay đổi độ rộng xung. Tầng số xung điện khoảng 1kHz sẽ đủ để ngăn chuyển động ngoăi ý muốn của lõi thĩp vă sự thay đổi âp suất trong ống.
5.2.5. Ống phđn phối
Ống phđn phối nhiín liệu dùng để chứa nhiín liệu âp suất cao vă giảm chấn do sự giao động âp suất của bơm cao âp tạo ra trong thể tích của ống. Khi vòi phun lấy nhiín liệu từ ống phđn phối để phun thì âp suất nhiín liệu trong ống phđn phối không đổi. Điều năy thực hiện được nhờ văo sự co giên của nhiín liệu. Ở hai đầu ống phđn phối nhiín liệu có lắp một cảm biến âp suất nhiín liệu 5 (FRP), vă một van an toăn 1, Cảm biến âp suất nhiín liệu đo âp suất trong ống vă được duy trì bởi van lưu lượng nhằm duy trì âp suất khoảng 2000 bar. Ống năy dùng chung cho câc xy lanh nín có tín lă (đường ống chung - Common Rail). Ngay cả khi một lượng nhiín liệu mất đi khi phun, ống vẫn duy trì một âp suất thực tế bín trong không đổi đảm bảo cho âp suất phun của vòi phun không đổi ngay từ khi vòi phun mở. Khi âp suất lăm việc của hệ thống cao quâ 2000 bar, thì cảm biến 5 sẽ chuyển thông tin tới bộ điều khiển PCM, điều khiển mở van an toăn 1 ra vă nhiín liệu được hồi về thùng, mục đích của van an toăn nhằm đảm bảo an toăn cho hệ thống, ngăn ngừa sự hư hỏng xảy ra do âp suất nhiín liệu gđy nín. Van an toăn chỉ được phĩp mở có một lần, điều năy có nghĩa nó phải thay thế nếu như nó đê mở một lần. Mỗi khi van an toăn mở đều được kiểm soât bởi bộ điều khiển PCM vă lưu lại mê bâo hư hỏng (DTC) đồng thời đỉn bâo lỗi cũng hiển thị.
Ống phđn phối năy dùng chung cho tất cả câc xi lanh. Do đó tín nó lă “Đường ống chung” (“Common Rail”) hay còn được gọi lă ắc quy thủy lực. Ngay cả khi một lượng nhiín liệu bị mất đi khi phun, ống vẫn duy trì âp suất thực tế bín trong không đổi. Điều năy đảm bảo cho âp suất phun của kim không đổi ngay từ khi kim phun mở.
Thể tích bín trong của ống thường xuyín được điền đầy bằng nhiín liệu có âp suất cao. Khả năng nĩn của nhiín liệu dưới âp suất cao được tận dụng để tạo hiệu quả tích trữ. Khi nhiín liệu rời khỏi ống để phun ra thì âp suất thực tế trong bộ tích trữ nhiín liệu âp suất cao vẫn được duy trì không đổi. Sự không thay đổi âp suất lă do bơm cao âp thay đổi lượng nhiín liệu cung cấp để bù văo phần nhiín liệu vừa phun. Kết cấu ống phđn phối được thể hiện ở hình 2-15.
2 1
5 4 3
Hình 5-7 Kết cấu ống phđn phối (ống Rail).
1. Van an toăn; 2- Ống phđn phối; 3- Đường dầu từ bơm cao âp; 4- Đường dầu từ ống phđn phối đến vòi phun; 5- Cảm biến âp suất nhiín liệu.
5.2.6. Kim phun
Thời điểm phun vă lượng nhiín liệu phun được điều chỉnh bằng câch cho dòng điện qua câc kim phun. Câc kim phun năy thay thế cho câc kim phun cơ khí. Tương tự như kim phun cơ khí trong câc động cơ diesel phun nhiín liệu trực tiếp, câc bộ kẹp thường được sử dụng để lắp kim phun văo nắp mây. Cấu tạo kim phun được thể hiện ở hình 5-8.
φ0,25 x5 59° 3,2 1 2 14 6 8 12 9 7 13 11 10 5 4 3 2 1 23 0 I Tỉ lệ: 2:1 I
Hình 5-8 Cấu tạo kim phun
1- Lỗ nạp; 2- Kim phun; 3- Lò xo; 4- Piston; 5,11- Lỗ tiết lưu; 6- Cuộn dđy điện từ; 7,10- Lò xo; 8- Ổ gắc điện; 9- Van; 12- Đường dẫn nhiín liệu cao âp; 13- Khoang chứa nhiín liệu.
Theo hình (5-8), nhiín liệu từ đường dầu đến kim phun vă theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển thông qua lỗ nạp (5). Buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xê (11) được mở bởi cuộn dđy solenoid.
Khi lỗ đóng, âp lực của đầu đặt lín piston (4) cao hơn âp lực dầu tại thđn ty kim (2). Kết quả lă kim bị đẩy xuống dưới vă lăm kín lỗ phun tới buồng đốt.
Khi van solenoid có dòng điện, lỗ xê được mở ra. Điều năy lăm cho âp suất ở buồng điều khiển giảm xuống, kết quả lă âp lực tâc dụng lín piston cũng giảm theo. Khi âp lực dầu trín piston giảm xuống thấp hơn âp lực tâc dụng lín ty kim, thì ty kim mở ra vă nhiín liệu được phun văo buồng đốt qua câc lỗ phun. Kiểu điều khiển ty phun vă nhiín liệu được phun văo buồng đốt qua câc lỗ phun. Điều khiển ty phun năy dùng một hệ
thống khuếch đại thuỷ lực vì lực mở cần thiết để mở kim thật nhanh không thể được trực tiếp tạo ra nhờ van solenoid. Thời điểm phun vă lượng nhiín liệu phun được điều chỉnh thông qua dòng câc kim phun.
Hoạt động của kim phun có thể chia lăm 4 giai đoạn chính khi động cơ lăm việc vă bơm cao âp tạo ra âp suất cao:
- Kim phun đóng (khi có âp lực dầu tâc dụng). - Kim phun mở (bắt đầu phun).
- Kim phun mở hoăn toăn.
- Kim phun đóng (kết thúc phun).
Câc giai đoạn hoạt động lă kết quả của sự phđn phối lực tâc dụng lín câc thănh phần của kim phun. Khi động cơ dừng lại vă không có âp suất trong ống phđn phối, lò xo kim đóng.
- Kim phun đóng (ở trạng thâi nghỉ).
Ở trạng thâi nghỉ, van solenoid chưa được cung cấp điện vă do đó kim phun đóng. Khi lỗ xả đóng, lò xo đẩy van bi đóng lại. Âp suất cao của ống tăng lín trong buồng điều khiển vă trong buồng thể tích của ty kim cũng có một âp suất tương tự. Âp suất của ông đặt văo phần đỉnh của piston, cùng với lực lò xo ngược chiều với lực mở kim sẽ giữ được ty kim ở vị trí đóng.
- Kim phun mở (bắt đầu phun)
Van solenoid được cung cấp điện với dòng kích lớn để đảm bảo nó mở nhanh. Lực tâc dụng bởi van solenoid lớn hơn lực tâc dụng của lò xo lỗ xả vă lăm mở lỗ xả ra. Gần như tức thời, dòng điện cao được giảm xuống thănh dòng nhỏ chỉ đủ để tạo ra lực điện từ để