Trong hệ thống phun nhiên liệu điện tử, vịi phun là thiết bị quyết định trực tiếp đến chất lượng của quá trình hình thành hỗn hợp cháy cũng như quyết định đến khả năng làm việc của tồn hệ thống. Dưới sự điều khiển trực tiếp của bộ điều khiển điện tử ECM, vịi phun đảm nhận việc cung cấp cho các buồng đốt một lượng nhiên liệu vừa đủ ứng với từng chế độ làm việc, thời điểm phun cũng như chất lượng phun phải đảm bảo cho dịng nhiên liệu sau khi phun vào buồng đốt phải bốc cháy triệt để.
a) Đặc điểm cấu tạo của vịi phun nhiên liệu diesel
Các vịi phun được bố trí trực tiếp trong
khơng gian phía trên của buồng đốt. Chính
đặc điểm này mà kết cấu của đầu vịi phun cĩ
hình dáng đặc biệt giúp cho việc tán sương tốt
nhất đối với tia nhiên liệu được phun ra. Tuy
nhiên, phần tử quan trọng nhất và cũng là phần
tử làm nhiệm vụ đĩng mở vịi phun lại là van điện
từ (7) được lắp ở phía trên vịi phun. Để giúp cho
việc phân phối tốt tia nhiên liệu khi phun vào
khơng gian buồng cháy, tránh sự tổn thất do bị
ngưng đọng, các nhà chế tạo phải tính tốn gĩc
phun của các tia nhiên liệu sao cho thật tối ưu.
Đối với vịi phun của hệ thống nhiên liệu điện tử,
các vịi phun cĩ 6 lỗ được bố trí đều nhau tai
đỉnh của vịi phun, với số lượng tia phun như vậy,
ra tối ưu.
1 – Lị xo vịi phun 2 – Khoang định thời
3 – Van tiết lưu một chiều đường hồi 4 – Lõi van điện từ
5 – Đường dầu hồi về
6 – Đầu nối điện của van điện từ 7 – Van điện từ
8 – Nhiên liệu cao áp được cung cấp từ bình tích áp 9 – Bi van
10 – Van tiết lưu một chiều đường cấp 11 – Piston định thời cho vịi phun 12 – Đường dẫn nhiên liệu
13 – Khoang chứa nhiên liệu cao áp 14 – Kim phun
Hình III-11: Cấu tạo vịi phun nhiên liệu trực tiếp điều khiển điện tử
Kết cấu vịi phun bao gồm:
- Miệng vịi phun gồm 6 lỗ phun và kim phun - Hệ thống điều khiển phun bằng thuỷ lực - Van điện từ và các đường ống nhiên liệu
Van định thời thơng với đường nhiên liệu hồi về theo đường tiết lưu hồi. Đường tiết lưu hồi cĩ thể được mở nhờ van điện từ.
b) Nguyên lý hoạt động của vịi phun trong hệ thống nhiên liệu điện tử
Nhiên liệu trong bình tích áp luơn luơn cĩ áp suất rất cao và được nối với cổng vào (8) của vịi phun qua ống cao áp. Từ đây, nhiên liệu được tách làm 2 đường: một đường dọc theo ống dẫn (12) tới khoang phun (13) và một đường vào khoang định thời (2) qua van một chiều đường cấp (10). Nhờ van một chiều (10) mà nhiên liệu trong khoang này khơng thể đi ngược trở lại bình tích áp nhiên liệu. Áp suất nhiên liệu sẽ luơn luơn ổn định ở hai khoang (2) và (13) khi chưa tới thời điểm phun nhiên liệu. Do tác dụng đồng thời của phần áp suất cân bằng giữa 2 khoang và lực tác dụng của lị xo (1) mà kim phun khơng thể di chuyển lên trên (lúc này van điện từ (7) chưa được cấp điện nên bi van (9) vẫn ở trạng thái đĩng), do đĩ vịi phun được đĩng kín. Khi đến thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu, van điện từ (7) nhận tín hiệu điện từ ECM, bi van (9) được nhấc lên cùng lõi van (4), nhiên liệu trong khoang (2) sẽ được hồi về thùng nhiên liệu qua đường (5), lúc đĩ phần nhiên liệu cĩ áp suất cao trong khoang (13) sẽ thắng lực nén của lị xo (1) và áp suất ở khoang định thời (2) làm cho kim phun (14) đi lên, quá trình phun diễn ra. Và tổng số lượng nhiên liệu phun ra tuỳ thuộc vào những thơng số sau:
- Khoảng thời gian điều khiển của van điện từ do ECM cung cấp tín hiệu điện. - Tốc độ và độ nâng kim phun.
- Số lượng lỗ phun và đường kính lỗ phun. - Áp suất của phần nhiên liệu ở bình tích áp.
a) Trạng thái phun nhiên liệu b) Trạng thái đĩng kim phun
Hình III-12: Nguyên lý làm việc của kim phun
Khi bộ điều khiển điện tử ECM chưa cấp tín hiệu điện cho cuộn dây của van điện từ (7), van bi (9) ở trạng thái đĩng. Lúc này nhiên liệu cao áp được cung cấp đồng thời cho cả 2 khoang (2) và (13). Do áp lực của lị xo và sự gia tăng áp lực của nhiên liệu ở khoang phía trên đã giúp cho kim phun được giữ chặt hơn ở trạng thái đĩng.
Khi cuộn dây của van điện từ (7) nhận tín hiệu điện từ bộ điều khiển ECM, lõi van điện từ (4) được di chuyển lên trên cùng bi van dưới tác dụng của lực từ do cuộn dây từ tính sinh ra để thắng lực lị xo của van. Khi đĩ lượng nhiên liệu cao áp trong khoang định thời (2) đi qua van tiết lưu một chiều (3) và đi đến đường hồi nhiên liệu (5) trở về thùng chứa. Lúc này nguồn nhiên liệu cao áp từ bình tích áp vẫn cung cấp đến khoang (2) nhưng do van một chiều (3) ở trạng thái mở nên xảy hiện tượng chênh lệch áp suất lớn giữa 2 khoang (2) và (13). Dưới áp suất cao của nhiên liệu trong khoang (13) sẽ tạo ra một lực để thắng áp lực của lị xo (1) và kim phun được nhấc lên và quá trình phun nhiên liệu vào buồng cháy được bắt đầu.
Tuy nhiên, quá trình phun nhiên liệu vào buồng cháy nhiều hay ít phụ thuộc vào thời gian hiệu thế mà ECM cung cấp cho van điện từ dài hay ngắn. Ở trường hợp van điện từ được điều khiển ở giai đoạn ngắn, giá trị hiệu thế cung cấp cho cuộn dây điện từ của van cĩ giá trị nhỏ, lúc đĩ lõi van điện từ (4) được nâng lên giới hạn, như vậy lượng nhiên liệu cao áp thốt khỏi van (3) sẽ nhỏ và làm cho kim phun nâng lên ít, với trường hợp này
chỉ cĩ một lượng nhỏ nhiên liệu cao áp được phun vào buồng cháy. Chính vì vậy mà áp suất nhiên liệu đi ra khỏi vịi phun trong giai đoạn cuối của trường hợp này cĩ giá trị áp suất lớn hơn áp suất trong bình tích áp. Ngược lại, ở trường hợp van từ tính được điều khiển dài hạn, van bi một chiều và kim phun được nâng lên một cách hồn tồn. Khi đĩ lượng nhiên liệu được phun ra nhiều nhất và cĩ áp suất của phần nhiên liệu cuối kỳ phun cĩ giá trị bằng giá trị áp suất của nhiên liệu trong bình tích áp.
Để kết thúc quá trình phun nhiên liệu, ECM ngưng cung cấp tín hiệu điện cho van từ tính, khi đĩ dưới tác dụng đàn hồi của lực lị xo van từ tính, bi van (9) được đưa về trạng thái đĩng. Lúc này do sự gia tăng áp lực nhiên liệu trong khoang (2) từ nguồn nhiên liệu cung cấp từ bình tích áp, cùng với lực đàn hồi của lị xo (1), kim phun sẽ đi xuống và đĩng các lỗ phun. Sau đĩ nhiên liệu cao áp vẫn cung cấp vào 2 khoang (2) và (13) để tạo ra sự cân bằng áp suất giúp cho kim phun được đĩng kín các lỗ phun và vịi phun diesel sẵn sàng cho một lần làm việc mới.
d) Quá trình điều khiển của bộ điều khiển điện tử ECM
Bộ điều khiển điện tử ECM sẽ cung cấp cho van từ tính của vịi phun các giá trị điện thế cĩ trị số khác nhau ứng với từng thời kỳ làm việc của vịi phun. Ở hệ thống phun nhiên liệu điện tử, tín hiệu cung cấp cho van từ tính của vịi phun bao gồm 2 thời kỳ:
- Thời kỳ bắt đầu.
- Thời kỳ đang vận hành.
* Đồ thị biểu diễn quá trình bộ điều khiển điện tử ECM cung cấp tín hiệu điện cho van từ tính của vịi phun.
46 Y
Hình III-13: Đồ thị biểu diễn quá trình cung cấp điện áp cho van từ tính của vịi phun.
X: Trục biểu diễn thời gian làm việc của vịi phun.
Y: Trục biểu diễn giá trị điện áp cung cấp cho van từ tính. 45: Bắt đầu làm việc.
46: Trong lúc làm việc. 47: Thời kỳ bắt đầu.
48: Thời kỳ đang vận hành. 49: Kết thúc.
Đối với thời kỳ bắt đầu, nhiệm vụ đặt ra là làm cho van bi nhấc lên khỏi vị trí đĩng cửa van tiết lưu (3) nhằm đưa một lượng nhiên liệu cao áp trong khoang (2) về đường hồi một cách nhanh chĩng. Vì thế, ở giai đoạn đầu này, ECM cung cấp cho van từ tính một hiệu thế cĩ giá trị khoảng 80V và điện áp đặt trên cuộn dây khoảng 20A. Với giá trị hiệu thế này, cuộn dây từ tính sẽ sinh ra một lực từ đủ lớn trong khoảng thời gian ngắn nhất để đưa kim van di chuyển lên trên. Tuy nhiên thời kỳ bắt đầu này được giới hạn trong một khoảng thời gian rất ngắn, khoảng 0,3 ms.
Ở thời kỳ vịi phun đang vận hành, van từ tính vẫn tiếp tục được cung cấp hiệu thế và điện áp để duy trì trạng thái mở của van bi. Tuy nhiên giá trị hiệu thế sẽ giảm xuống cịn khoảng 50V và điện áp là 12A. Để kết thúc quá trình phun, ECM sẽ ngưng cung cấp tín hiệu điện cho van từ tính của vịi phun, lúc đĩ giá trị hiệu thế trong van sẽ là zero và quá trình phun kết thúc.
III.4. SỰ LAØM VIỆC CỦA CÁC VỊI PHUN TRONG HỆ THỐNG PHUN NHIÊN LIỆU ĐIỆN TỬ.
III.4.1. Nguyên lý chung
Đối với hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp điều khiển điện tử, quá trình phun đối với từng vịi phun là liên tục và mỗi lần phun tổng số nhiên liệu đã được ECM tính tốn sẵn để vịi phun phun nhiên liệu vào khơng gian của từng buồng cháy. Tuy nhiên, về mặt nguyên tắc phải tuân thủ những điều kiện sau:
- Khi tốc độ động cơ nhỏ, thời gian mở vịi phun sẽ lâu hơn, khi đĩ áp suất nhiên liệu cuối kỳ phun sẽ nhỏ và cĩ thể bằng giá trị áp lực trong bình tích áp nhiên liệu.
- Ngược lại, khi yêu cầu sức tải của động cơ cao hơn, tốc độ động cơ được nâng lên. Khi đĩ thời gian để mở vịi phun sẽ nhỏ lại và áp lực nhiên liệu cuối kỳ phun sẽ cao hơn áp lực nhiên liệu trong bình tích áp.
Việc tính tốn sự làm việc của hệ thống các vịi phun thực chất là việc xác định 3 thơng số sau:
+ Áp suất phun (được xác định bởi phần nhiên liệu cao áp trong bình tích áp nhiên liệu).
+ Lưu lượng phun (được quy định bởi thời gian mở vịi phun). + Thời điểm bắt đầu phun.
Với sự tính tốn và đưa ra một hàm số biểu thị mối tương quan của 3 thơng số đặc
trưng trên, các nhà chế tạo đã
đưa ra đồ thị 3 chiều nhằm xác
định một điểm làm việc tương
Hình III-14: Đồ thị đặc tính chuẩn của hệ thống vịi phun
X: Áp suất nhiên liệu. Y: Tốc độ động cơ. Z: Lưu lượng phun:
Z = f(X,Y)
Bộ điều khiển ECM sẽ lưu trữ các đường đặc tính chuẩn này trong bộ nhớ của nĩ kèm với một số đường đặc tính chuẩn khác như:
+ Đặc tính tăng tốc. + Đặc tính tồn tải. + Đặc tính áp suất thấp. + Đặc tính luân hồi khí xả. + Đặc tính giới hạn khí xả.
III.4.2. Vai trị của các đường đặc tính chuẩn.