M P, O 60 55 0 m, em IDI 4ữ6 5000 20 AO120750-mDI/IDI 2 ữ1228
2.5.2.Vòi phun điều khiển bằng van điện từ
6- Nắp máy 7 Đường nhiên liệu về
2.5.2.Vòi phun điều khiển bằng van điện từ
* Cấu tạo: VP điều khiển bằng van điện từ (Hình 2.21) có thể đợc chia thành 3 khối chức năng là: đầu phun kín nhiều lỗ; hệ thống trợ lực thuỷ lực và van điện từ. Nhiên liệu qua đầu nối áp suất cao (13) tới khoang vòi phun và qua gíc lơ hạn hạn chế (14) tới khoang điều khiển (6). Khoang điều khiển (6) đợc nối với đờng nhiên liệu hồi (1) qua gíc lơ hạn hạn chế nhiên liệu thoát (12), có thể mở bởi van điện từ.
* Nguyên lý hoạt động: Quá trình làm việc của VP có thể đợc chia thành 4 trạng thái: VP đóng (với áp suất cao đặt vào); VP mở (bắt đầu quá trình phun); VP mở hoàn toàn; VP đóng lại (kết thúc quá trình phun). Các giai đoạn hoạt động này hình thành do sự cân bằng về lực tác động lên các bộ phận trong VP. Khi động cơ dừng và bình tích áp không có nhiên liệu cao áp thì VP sẽ ở trạng thái đóng dới tác dụng của lò xo kim phun.
+ Khi VP đóng (vị trí không làm việc) (Hình 2.21 a): Van điện từ của
VP không đợc kích hoạt. Lò xo van điện từ (11) sẽ ép van cầu (5) tỳ lên đế của gíc lơ hạn chế nhiên liệu thoát (12). Bên trong khoang van điều khiển (6), áp suất tăng lên đến áp suất trong bình tích áp. áp suất này cũng đợc đặt vào khoang vòi phun (9). Lực tổng hợp do áp suất nhiên liệu tác dụng lên đầu của pít tông điều khiển (15) và lực nén của lò xo (7) sẽ giữ cho kim phun đóng (chống lại lực mở VP, do áp suất nhiên liệu tác dụng lên gờ áp suất (8) của kim phun).
66 1 2 3 4 5 6 7 8 11 12 13 14 15 a b c
a- Vị trí không làm việc; b- Vòi phun mở; c- Vòi phun đóng
1-Đờng nhiên liệu về; 2-Cuộn dây điện từ; 3-Lò xo hạn chế hành trình; 4-Lõi thép; 5-Van cầu; 6-Khoang van điều khiển; 7-Lò xo kim phun; 8-Gờ áp suất của kim phun;
9-Khoang vòi phun; 10-Lỗ phun; 11-Lò xo van điện từ; 12- thoát; 13- Đầu nối áp suất cao; 14- Gíc lơ hạn chế nhiên liệu vào; 15-Pít tông điều khiển; 16-Kim phun
Hình 2.21. Nguyên lý làm việc của VP điều khiển bằng van điện từ, [8]
+ Khi VP mở (bắt đầu phun) (Hình 2.21 b): Giai đoạn này bắt đầu
khi van điện từ đợc kích hoạt bởi tín hiệu điều khiển từ ECU (với cờng độ dòng lớn). Nó làm cho van điện từ mở rất nhanh. Thời gian chuyển mạch nhanh của van đạt đợc nhờ tín hiệu điều khiển có điện thế và cờng độ dòng cao gửi tới từ ECU. Lực từ của nam châm điện sẽ thắng sức căng của lò xo van (11). Lõi van điện từ (4) sẽ nâng van bi lên và mở cửa thoát nhiên liệu. Sau một thời gian tăng ngắn, cờng độ dòng điện gửi đến cuộn dây của van điện từ sẽ giảm tới giá trị dòng duy trì. Khi gíc lơ hạn chế nhiên liệu ra (12) mở, dòng nhiên liệu từ khoang van điều khiển qua khoang phía trên (chứa cuộn dây của van điện từ) và sau đó theo đờng nhiên liệu hồi về thùng chứa. Gíc lơ hạn chế nhiên liệu vào (14) sẽ ngăn cản việc bù áp suất hoàn toàn. Kết quả là áp suất trong khoang van điều khiển (6) giảm, trong khi áp suất
trong khoang vòi phun (9) vẫn duy trì nh áp suất trong bình tích áp. Sự giảm áp suất trong khoang van điều khiển làm giảm tổng lực ép lên pít tông điều khiển và làm cho kim phun mở ra (giai đoạn phun nhiên liệu bắt đầu).
+ Khi VP mở hoàn toàn (Hình 2.21 b): Tốc độ dịch chuyển của kim
phun đợc xác định bởi sự chênh lệch về lu lợng qua gíc lơ hạn chế nhiên liệu vào và ra. Pít tông điều khiển sẽ di chuyển tới vị trí dừng phía trên và dừng lại tại lớp đệm nhiên liệu. Lớp đệm này đợc tạo ra bởi dòng nhiên liệu giữa gíc lơ hạn chế nhiên liệu vào và ra. Khi đó, VP mở hoàn toàn và nhiên liệu đợc phun vào buồng cháy với áp suất xấp xỉ áp suất trong bình tích áp. Sự cân bằng về lực trong VP là tơng tự nh trong giai đoạn mở VP. Tại một áp suất phun đã cho, lợng nhiên liệu phun vào buồng cháy tỷ lệ với thời gian mà van điện từ đang mở (hoàn toàn độc lập với tốc độ động cơ hoặc BCA, nên đợc gọi là hệ thống phun dựa theo thời gian).
+ Khi VP đóng (kết thúc phun) (Hình 2.21 c): Khi van điện từ không
đợc kích hoạt nữa, lò xo van ép lõi thép xuống và van bi sẽ đóng gíc lơ hạn chế nhiên liệu ra. Khi gíc lơ này đóng, áp suất trong khoang van điều khiển tăng lên đến giá trị bằng áp suất trong bình tích áp. áp suất cao hơn sinh ra một lực ép lớn hơn lên pít tông điều khiển. Lực tổng hợp tác dụng lên pít tông (áp lực nhiên liệu và lực nén của lò xo) sẽ lớn hơn lực do áp suất nhiên liệu tác dụng lên mặt côn của kim phun, và kim phun sẽ đóng lại. Tốc độ dòng nhiên liệu qua gíc lơ hạn chế nhiên liệu vào sẽ quyết định tốc độ đóng kim phun. Chu trình phun kết thúc khi kim phun trở về đóng ban đầu.
Phơng pháp gián tiếp này đã sử dụng một hệ thống trợ lực thuỷ lực để kích hoạt kim phun (do lực yêu cầu để mở nhanh vòi phun không thể sinh ra trực tiếp từ van điện từ). “Thể tích điều khiển” đợc bố trí để tạo sự nối thông giữa mạch cao áp với đơng nhiên liệu hồi, thông qua các gíc lơ hạn chế của khoang van điều khiển. Ngoài ra, còn có “thể tích rò rỉ” (chứa lợng nhiên liệu rò lọt qua thân kim phun và thân pít tông điều khiển). Lợng nhiên liệu trong 2 thể tích này sẽ trở về thùng chứa thông qua đờng nhiên liệu hồi. 68 Độ nâng kim phun Lượng nhiên liệu phun Lượng nhiên liệu phun Thời gian
Thời gian kích hoạt
Đặc tính phẳng á p su ất b ìn h tíc h áp
Pít tông điều khiển (kim phun) tại vị trí dừng thủy lực Khu vực phi đạn đạo (Nonballistic)
Lũy tích do áp suất tích áp
Khu vực Nonballistic
Khu vực hoàn toàn theo quy luật đạn đạo
a
b
c
Khu vực đạn đạo (Ballistic)
á p su ất b ìn h tíc h áp Khu vực Ballistic
* Các dạng bản đồ lợng nhiên liệu phun khác nhau:
+ Bản đồ phun với đặc tính lợng nhiên liệu cung cấp phẳng: Với VP,
có một sự khác biệt giữa bản đồ phun ở chế độ đạn đạo (Ballistic Mode) và phi đạn đạo (Non-ballistic Mode). Pít tông điều khiển/kim phun đạt đến vị trí dừng thủy lực nếu tín hiệu điều khiển là đủ dài (Hình 2.22a). Giai đoạn cho đến khi kim phun đạt đợc độ nâng lớn nhất đợc gọi là chế độ đạn đạo. Phần đạn đạo và phi đạn đạo trong bản đồ lợng nhiên liệu phun đợc phân tách bởi một “nút thắt” nh trên Hình 2.22b. Một đặc trng khác của bản đồ l- ợng nhiên liệu phun là xuất hiện đặc tính phẳng khi giai đoạn có tín hiệu điều khiển là ngắn. Đặc tính dạng phẳng gây ra bởi sự bật lên của lõi van khi mở. Trong khu vực này, lợng nhiên liệu phun là độc lập với giai đoạn có tín hiệu điều khiển. Điều này cho phép một lợng nhiên liệu nhỏ đợc phun ổn định. Chỉ sau khi lõi van dừng nẩy lên, đờng cong lợng nhiên liệu phun tiếp tục tăng tuyến tính khi thời gian duy trì tín hiệu điều khiển van tăng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ngắn) nhiên liệu trớc giai đoạn phun chính có tác dụng giảm tiếng ồn. Việc phun muộn sẽ trợ giúp quá trình ô xi hóa tiếp tục lợng PM trong một số khu vực lựa chọn của đờng cong vận hành.
+ Bản đồ phun không có đặc tính lợng nhiên liệu cung cấp phẳng: Sự
gia tăng mức độ nghiêm ngặt của các điều luật ô nhiễm đã dẫn đến việc sử dụng 2 chức năng hệ thống: bù lợng cung cấp của vòi phun (IMA) và “chuẩn không” lợng cung cấp (NMK); cũng nh việc giảm khoảng thời gian giữa các giai đoạn phun mồi, phun chính và phun bổ sung. Với VP không có đoạn đặc tính dạng phẳng, chức năng IMA sẽ cho phép điều chỉnh chính xác lợng nhiên liệu phun mồi. Chức năng NMK sẽ hiệu chỉnh độ lệnh về l- ợng nhiên liệu phun theo thời gian ở khu vực áp suất thấp. Điều kiện quan trọng để phát triển 2 chức năng hệ thống này là sự gia tăng đều và tuyến tính về lợng nhiên liệu phun (nghĩa là không có đoạn đặc tính phẳng trên bản đồ lợng nhiên liệu phun – Hình 2.22c). Khi đó, trên bản đồ phun sẽ không có khu vực “thắt nút”.
* Tín hiệu điều khiển van điện từ: Tín hiệu điều khiển từ ECU gửi
đến van điện từ của VP đợc chia thành 5 giai đoạn (Hình 2.23)
+ Giai đoạn mở VP: Ban đầu, để đảm bảo dung sai nhỏ và mức độ
lặp lại cao đối với lợng nhiên liệu phun, cờng độ dòng điều khiển van điện từ tăng rất nhanh lên đến khoảng 20 A. Điều này đạt đợc bằng cách sử dụng điện áp “khởi động” lên đến 50 V (đợc tạo ra trong ECU và đợc lu trong một tụ điện). Khi điện áp này tác động lên van điện từ, cờng độ dòng sẽ tăng nhanh gấp vài lần so với khi chỉ sử dụng điện áp của ắc quy.
+ Giai đoạn nâng lõi van:Trong giai đoạn này, van điện từ sẽ chịu
điện áp của ắc quy (với dòng điều khiển giới hạn vào khoảng 20 A). a b c d e
Cường độ dòng điện van điện từ- IM
Độ nâng kim phun- hM
a-Giai đoạn mở VP, b-Giai đoạn nâng lõi van, c-Giai đoạn chuyển tiếp sang chế độ giữ lõi van, d- Giai đoạn giữ lõi van; e- Giai đoạn ngắt tín hiệu điều khiển
Hình 2.23 Diễn biến dòng điều khiển van điện từ, độ nâng kim phun và lợng nhiên liệu phun ứng với 1 giai đoạn của quá trình phun, [8]
+ Giai đoạn giữ lõi van:Để giảm tổn thất năng lợng trong ECU và
VP, trong giai đoạn giữ lõi van, cờng độ dòng giảm xuống còn khoảng 13 A. Năng lợng d khi giảm cờng độ dòng điều khiển trong quá trình nâng và giữ lõi van sẽ đợc chuyển đến tụ điện “khởi động”.
+ Giai đoạn cắt tín hiệu:Khi dòng điều khiển ngắt để đóng van điện
từ, năng lợng d cũng đợc chuyển đến tụ điện “khởi động”.