Trong động cơ đốt trong hệ thống nạp vă xả thực hiện chức năng nạp đẩy khơng khí sạch vă thải sạch khí chây với hiệu suất cao vă phải đảm bảo câc chỉ tiíu về mơi trường của câc nước đặt ra đồng thời phải đạt được tiếng nhỏ khi thải câc sản phảm chây.
Cấu tạo của hệ thống nạp gồm bộ lọc khơng khí, tuabin tăng âp, câc cổ gĩp nạp vă van EGR .
Cổ ghĩp nạp : cĩ 2 cổng nạp với hình dạng khâc nhau cho mỗi xylanh
trín phía nắp quy lât với mục đích nhằm tối ưu hô luồng xôy khí nạp
Hình2.21 Câc cổ gĩp nạp
Van cắt cửa nạp ( bướm ga) : loại van hoạt động bằng cuộn dđy quay
cĩ tâc dụng cải thiện tính năng của hệ thống được điều khiển hoăn toăn bằng điện tử thơng qua cảm biến vị trí của van cắt cửa nạp cùng với một số tín hiệu khâc ECM tính tôn ra lượng nhiín liệu phun cơ bản cho động cơ. Một số trạng thâi hoạt động của van
Trạng thâi động cơ Vị trí của van Mục đích
Khởi động Mở hoăn toăn Giảm khĩi diesel
Chạy đều Mở từ nhỏ đến hoăn toăn
Điều khiển lượng khí xả tuần hoăn
Dừng Đĩng hoăn toăn Giảm rung động vă
Hình2.22 Cấu tạo cụm cổ họng giĩ
Tua bin tăng âp : lă loại gọn nhẹ được lăm mât bằng âo nước tại ổ bạc
giúp cải thiện tính năng nạp. Van cửa xả sẽ điều khiển âp suất tăng âp của tua bin vận hănh bằng cơ cấu cơ khí tuỳ văo âp suất của tua bin.
Tăng âp lă lăm tăng âp suất khí nạp văo xylanh với mục đích lă tăng âp suất khí nạp từ đĩ nđng cao năng suất của động cơ Diesel, hệ số nạp căng cao khả năng đốt chây sạch nhiín liệu căng nhiều từ đĩ lăm tăng cơng suất của động cơ.
Ưu điểm của động cơ cĩ trang bị hệ thống tăng âp :
- Luồng giĩ thổi văo xylanh khi xupắp hút mở cĩ vận tốc cao tạo được xôy lốc giúp nhiín liệu xâo trộn đều vă chây nhanh hơn - Tiíu hao nhiín liệu ít hơn loại động cơ khơng cĩ hệ thống tăng âp - Nhờ lượng khơng khí dồi dăo nín cĩ thể tăng lượng nhiín liệu
phun văo xylanh do đĩ cơng suất động cơ tăng thím được khoảng 40%
Hình2.23 Tuabin tăng âp
Van EGR : van năy được lắp trín đường xả do được lăm mât nín cho
phĩp lượng khí xả lớn hơn đi qua. Một cảm biến vị trí van EGR sẽ đo trực tiếp vị trí của van, giâ trị đo năy được ECM trực tiếp theo dõi để hiệu chỉnh
chính xâc độ mở của van. Van tuần hoăn khí xả (EGR) đưa khí xả văo lại đường ống nạp lăm giảm nhiệt độ chây động cơ, giảm nồng độ NO. tuỳ theo lệnh từ hộp ECM, van tuần hoăn khí xả điều chỉnh lượng khí xả văo lại đường ống nạp. Đường ống dẫn khí xả đi vịng phía sau thđn mây
Hình2.24 Van EGR
Bộ lọc khí cĩ chức năng lọc sạch khí ngăn khơng cho bụi bẩn lọt văo
động cơ trong thì nạp phần tử lọc được lăm bằng giấy
2 .6 Hệ thống nhiín liệu của động cơ 2KD – FTV
2.6.1 Khâi quât hệ thống nhiín liệu của 2KD-FTV
Trín động cơ 2KD – FTV sử dụng hệ thống nhiín liệu Diesel Common Rail nhiín liệu được nĩn dưới âp suất cao để nđng cao tính kinh tế nhiín liệu vă cung cấp cơng suất động cơ mạnh mẽ đồng thời triệt tiíu rung động vă tiếng ồn động cơ.
Hệ thống năy tích nhiín liệu đê được nĩn lại vă cung cấp bởi bơm cao âp trong đường ống phđn phối. Bằng câch tích nhiín liệu ở âp suất cao hệ thống CR cĩ thể cung cấp nhiín liệu ở âp suất cao ổn định khơng phụ thuộc văo tốc độ động cơ hay tải ECM cung cấp một dịng điện đến van điện từ bín trong vời phun bằng EDU để điều khiển thời điểm phun vă lượng phun đồng thời theo dõi âp suất bín trong ống phđn phối bằng cảm biến âp suất nhiín liệu. ECM sẽ điều khiển bơm cao âp để cung cấp đầy đủ nhiín liệu nhằm duy trì âp suất đến giâ trị cần thiết. Ngoăi ra hệ thống năy sử dụng van hai chiều bín trong vịi phun để đĩng mở nhiín liệu do đĩ ECM cĩ khả năng điều khiển chính xâc thời điểm phun kể cả lượng phun.
Hệ thống CR cung cấp phun nhiín liệu 2 giai đoạn tâch rời. Để lăm giảm chấn động của quâ trình chây hệ thống năy thực hiện phun trước dưới dạng phun nhiín liệu phụ trước khi phun nhiín liệu chính. Điều năy giúp giảm rung động vă tiềng ồn động cơ
- Tăng cơng suất động cơ - Giảm bớt tiếng ồn - Tiết kiệm nhiín liệu
- Giảm được khí thải độc hại
- Cĩ thể ứng dụng cho tất cả câc loại ơ to du lịch vă xe tải
- Aùp suất nhiín liệu đạt tới 1350 bar (bơm cao âp kiể u củ âp suất 500 bar )
Hình2.25 Sơ đồ của hệ thống nhiín liệu Common Rail trín 2KD – FTV Nguyín lý hoạt động : bơm cao âp HP3 hút nhiín liệu ra khỏi bình qua
lọc nhiín liệu, SCV (van điều khiển hút ) sẽ điều khiển lượng nhiín liệu đến bơm cao âp dẫn đến đầu câc piston. Câc piston nĩn nhiín liệu chảy qua van phđn phối đến ống phđn phối dưới âp suất cao 1350 bar. Nhiín liệu sau đĩ sẽ được đưa đến câc vịi phun để phun văo câc xylanh, lượng nhiín liệu dư từ bơm cao âp vịi phun ống phđn phối sẽ theo đường ống hồi trở về thùng chứa.
2.6.2 Thùng chứa nhiín liệu :
Dùng để chứa dầu đủ cho động cơ hoạt động trong một thời gia gian dăi. Thùng được dập bằng câc lâ thĩp bín trong cĩ câc tấm ngăn để nhiín liệu, bớt dao động. nắp thùng cĩ lổ thơng hơi ống hút nhiín liệu bố trí cao hơn đây thùng khoảng 3 cm. Phần lõm lắng cặn vă nước nơi đây thùng cĩ nút xả.
2.6.3 Lọc nhiín liệu
Ttrong dầu cĩ lẫn nhiều tạp chất cứng vă nước. Mặc dù câc tạp chất năy rất bĩ nhưng cĩ thể phâ hỏng bơm cao âp vă kim phu. Nứơc lẫn trong
nhiín liệu sẽ lăm cho nhiín liệu khơng chây đựơc lúc phun văo buồng đốt. Do đĩ nhiín liệu phải được lọc trước khi đưa văo bơm cao âp. Trong hệ thống nhiín liệu được lọc ba lần trước khi văo buồng đốt : lọc sơ cấp, lọc thứ cấp, vă lọc lần cuối nơi kim phun . Trong động cơ 2KD – FTV lọc nhiín liệu cịn trang bị thím cơng tắc cảnh bâo tắt nhiín liệu.
Hình2.26 Cấu tạo lọc nhiín liệu động cơ 2KD - FTV
Hình2.28 Hai trạng thâi lăm việc của hệ thống cảnh bâo nhiín liệu
2.6.4 Bơm nạp
Bơm nạp loại rơto của bơm cấp sẽ hút nhiín liệu từ bình chứa đến 2 piston thơng qua phin lọc vă van SCV ( van điều khiển hút ) Trục điều khiển quay rơto trong vă ngoăi của bơm nạp. Khi rơto quay tạo ra khoảng trống tăng vă giảm bơm nạp sẽ hút nhiín liệu văo bơ phận hút vă bơm nhiín liệu ra ngoăi bộ phận xả.
Hình2.29 Cấu tạo bơm nạp
2.6.5 Bơm cao âp
Cĩ chức năng nđng cao âp suất của nhiín liệu rồi đẩy văo ống tích năng. Bơm cao âp sử dụng trín động cơ lă loại bơm HP3 của hêng DENSO chế tạo cĩ 2 pittơng bố trí lệch nhau 180 độ vận tốc quay bằng một nửa vận tốc trục khuỷu động cơ. Cấu tạo của bơm gồm cĩ : cơ cấu cam vịng, cam lệch tđm vă 2 piston đặt đối diện nhau phía ngoăi cam vịng, SCV van điều khiển hút điều khiển lượng nhiín liệu đến piston, cảm biến nhiệt độ nhiín liệu vă một bơm nạp
Hình2.30 Cấu tạo bơm cao âp
Rơ to ngồi Rơ to trong Bộ phận hút Bộ phận xả
Hình2.31 Sơ đồ nguyín lý của bơm cao âp
Nguyín lý lăm việc của bơm : bơm nạp hút nhiín liệu từ bình qua lọc
nhiín liệu đến van điều khiển điều kiển âp suất nhiín liệu trong bơm cao âp. Lượng nhiín liệu đến piston bơm nhiều hay ít tuỳ thuộc văo độ mở của van SCV. Cam khơng đồng trục đựơc dẫn động bởi trục quay, quay cam vịng cam vịng quay lăm piston chuyển động tịnh tiến thực hiện chu kì hút vă nĩn nhiín liệu. Van hút cĩ tâc dụng ngăn khơng cho nhiín liệu bị nĩn trở lại van SCV . Van phđn phối đĩng khơng cho nhiín liệu trở lại pttơng khi pttơng thực hiện chu kì hút vă mở để nhiín liệu đến ống phđn phối, cảm biến nhiệt độ nhiín liệu kiểm tra nhiệt độ nhiín liệu ở trong bơm.
2.6.6 Van điều khiển
Giử cho âp suất nạp nhiín liệu (âp suất xả) thấp hơn một mức nhất định. Nếu tốc độ bơm tăng vă âp suất bơm tăng cao hơn mức van điều khiển cho phĩp van sẽ sử dụng lị xo để mở cho nhiín liệu về phía hút.
1 Chổi 2 Piston 3 Lị xo 4 Nút chặn 5 Bơm nạp 6 SCV
2.6.7 Van SCV
Nếu dịng đến van SCV trong một thời gian dăi vì cường độ trung bình của dịng chạy đến cuộn dđy tăng van kim sẽ mơ û SCV sẽ mở lớn hơn nín nhiín liệu văo nhiều hơn. Nếu dịng đến van SCV trong một thời gian ngắn vì cường độ trung bình của dịng chạy đến cuộn dđy giảm, lực lị xo sẽ hút van kim văo, SCV sẽ mở hẹp hơn nín nhiín liệu văo ít hơn .
SCV : mở nhiều SCV : mở ít
Hình2.33 Trạng thâi lăm việc của SCV
Lưu ý : mối tương quan giữa độ mở của van vă lượng nhiín liệu cĩ thể ngược với mơ tả trín tuỳ thuộc văo động cơ.
2.6.8 Van phđn phối của bơm HP3
Được hợp nhất thănh một khối. Do đĩ nĩ gồm một bĩng kiểm tra lị xo giâ đỡ vă một chất khâc. Khi âp suất trong pttơng vượt quâ mức âp suất trong ống phđn phối bĩng kiểm tra sẽ mở ra.
Hình2.34 Cấu tạo van phđn phối
2.6.9 Ống phđn phối
Chứa nhiín liệu được nĩn từ 0 đến 180 MPa từ bơm cao âp vă đến vịi phun của xylanh. Trín ống phđn phối cĩ bộ cảm biến âp suất bộ giới hạn âp suất vă một van xả âp.
Hình2.35 Cụm ống phđn phối
2.6.10 Bộ giới hạn âp suất
Mở van để xả âp suất nếu âp suất trong ống cao bất thường. Van mở khi âp suất đạt xấp xỉ 180 MPa vă đĩng lại khi âp suất xấp xỉ 30 MPa . Nhiín liệu chảy qua bộ giới hạn âp suất sẽ quay trở lại bình nhiín liệu.
Hình2.36 Cấu tạo van giới hạn âp suất
2.6.11 Vịi phun
Toyota sử dụng vịi phun X2 đđy lă một vịi phun gọn tiết kiệm năng lượng điều khiển từ với ống phun hai chiều (TWV) một đinh ốc rỗng cĩ lâ chắn giĩ được gắn trơng chỗ ống dầu rị để phun dầu chính xâc hơn (một số loại xe khơng cĩ chi tiết năy).
Đinh ốc rỗng cĩ lổ chắn giĩ : sẽ đảm bảo nhiín liệu phun chính xâc
bằng câch giảm câc xung âp suất phía sau (câc dao động âp suất). Hơn nữa nĩ cịn giảm sự phụ thuộc của nhiín liệu trong ống rị nhiín liệu văo âp suất từ phía sau (âp suất tâc dụng lín ống rị sẽ lăm thay đổi lượng nhiín liệu dù âp suất khơng đổi).
Oâng phun cĩ điện trở hiệu chỉnh : rắc nối với điện trở hiíïu chỉnh gồm
một điện trở (với một rắc nối 4 kim ) để giảm thiểu lượng nhiín liệu phun sai lệch giữa câc xylanh.
Bộ giới hạn âp suất Đến bình nhiín liệu
Vịi phun với mê QR : được dùng để hiệu chỉnh chính xâc hơn. Mê QR
chứa những dữ liệu của ống phun sẽ được căi văo ECM động cơ. Mê QR lă một mê mới do Denso phât triển. Ngoăi những dữ liệu điều chỉnh lượng phun mê cịn cĩ số hiệu chi tiết vă sản phẩm. Cĩ thể đọc số hiệu năy với tốc độ cực nhanh.
Nguyín lý hoạt động của vịi phun : van từ hai chiều TWV đĩng mở
đầu ra để điều khiển âp suất trong buồng điều khiển cũng như tắt bật chu trình phun.
Khi khơng phun : khơng cĩ dịng điện chạy đến cuộn dđy từ lực lị xo
lớn hơn hơn âp suất trong buồn điều khiển sẽ nĩn lị xo miệng lị xo sẽ đĩng kim miệng vă ngừng phun.
Khi đang phun : cĩ dịng điện chạy đến cuộn dđy từ lực hấp dẫn của
cuộn dđy từ sẽ hút van kim lín trín do đĩ mở van vă cho nhiín liệu chạy qua buồn điều khiển rồi ra ngoăi. Khi nhiín liệu chảy ra âp suất trong buồng điều khiển giảm vă kĩo pttơng điều khiển lín kim miệng cũng đi lín vă bắt đầu phun. Nhiín liệu đi ra chảy dưới ống rị vă piston điều khiển, nđng piston lín vă tăng cường phản ứng đĩng mở của miệng. Khi dịng điện tiếp tục tâc dụng lín cuộn dđy kích từ kim miệng được đẩy lín cao nhất do đĩ tốc đọ phun cũng đạt mức cao nhất. Khi ngắt dịng điện đến cuộn dđy van từ đi xuống kim miệng đĩng đột ngột vă ngừng phun.
Hình 37 Kim phun nhiín liệu
1 Đinh ốc rỗng cĩ lổ chắn giĩ 2 Vịng chữ O 3 Lâ chắn giĩ 4 Điện trở hiệu chỉnh 5 Cuộn dđy từ
Hình2.38a Cấu tạo kim phun Hình2.38b Nguyín lý lăm việc kim phun
Hình2.39 Chức năng điều khiển phun sớm của ECM
Hình2.40 Mạch phun của kim phun
2 .7 Hệ thống điều khiển động cơ
2.7.1 Khâi quât hệ thống điều khiển động cơ
1. Vịi phun
2. Vịi phun #1 (xylanh #1) 3. Vịi phun #2 (xylanh #3) 4. Vịi phun #3 (xylanh #4) 5. Vịi phun #4 (xylanh #2) 6. Cường độ dịng khơng đổi 7. Mạch nạp
8. Mạch cao thế 9. Mạch điều khiển 10. ECU đơng cơ
Hình 2.41Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ
Nguyín lý lăm việc của hệ thống :Khi khô điện OFF, ECM khơng lăm
việc. Nhưng bộ nhớ ECM được cấp nguồn bởi accu thơng qua chđn BATT -Khi khô điện ở vị trí IG2 accu cung cấp nguồn cho ECM , ECM sẽ thực hiíïn đồng thời câc điều khiển sau:
+ ECM sẽ điều khiển cấp nguồn cho chđn MREL khiển đĩng rơle EFI cấp nguồn dương đến chđn +B cho ECM.
+ Điều khiển cấp nguồn chđn GREL để đĩng rơle xơng đồđng thời nhịp mât chđn GIND để đỉn bâo xơng sâng trong khoảng 10s.
+ Cấp nguồn vă nhận câc tín hiệu từ câc cảm biến mặc dù động cơ chưa hoạt động.
+ Điều khiển nhịp mât chđn W để đỉn MIL sâng đồng thời truyền câc thơng tin mê lỗi đến đầu nối DLC3.
- Khi khô điện bật sang vị trí ST2 : ngoăi những điều khiển như khô điện ở vị trí IG2 ( khơng cịn điều khiển bugi xơng mây nửa) ECM nhận tín hiệu ST vă đồng thời cấp nguồn đĩng rơle mây khởi động cho mây khởi động hoạt động cho đến khi động cơ khởi động được (Tốc độ động cơ khoảng 500 v/p )ECM hiểu lă động cơ đê khởi động xong vă rơle mây khởi động ngắt khi khô điện trả về vị trí IG2.
- Khi động cơ đê khởi động vă khô điện trả về vị trí IG2 ECM thực hiện câc điều khiển như khi ở vị IG2 ban đầu vă câc điều khiển khâc tuỳ theo tình trạng hoạt động của đợng cơ.
2.7.2 Hệ thống câc cảm biến
A Cảm biến âp suất tuyệt đối trín đường ống nạp ( MAP senser): Khi tải
thay đổi âp suất tuyệt đối trín đường ống nạp sẽ thay đổi vă MAP senser sẽ chuyển thănh tín hiệu điện âp bâo về ECM để tính ra lượng khơng khí đi văo xylanh. Sau đĩ dựa văo giâ trị năy ECM sẽ điều khiển thời gian phun mở kim Đđy lă loại cảm biến bân dẫn dựa trín nguyín lý cầu Wheatstone. Mạch cầu Wheatstone được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện âp phù hợp với sự thay đổi điện trở do tâc dụng của âp suất chđn khơng trong đường ống nạp
Hình2.42 Đường đặc tính của MAP
B Cảm biến tốc độ động cơ ( NE ) : lă loại cảm biến điện từ được sử dụng để phât hiện gĩc của trục khuỷu vă tốc độ động cơ .Tín hiệu NE được
tạo ra bởi khe khơng khí giữa cảm biến vị trí trục khuỷu vă câc răng trín chu