1.1. Tổng quan về hệ thống nhiên liệu Common Rail Toyota Fortuner 2.5G MT 4X2 2010
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống nhiên liệu Common Rail trên xe Toyota Fortuner 2.5G MT 4X2 2010. (Động cơ 2KD- FTV)
1.2.1. Sơ đồ hệ thống
1- Bơm chuyển nhiên liệu; 2- Thùng chứa nhiên liệu; 3- Bộ sấy nóng nhiên liệu; 4- Lọc nhiên liệu; 5- Van hạn chế áp suất; 6- Cảm biến vị trí pít tông; 7- Bơm cao áp; 8- Van an toàn; 9- Vòi phun; 10- Cảm biến áp suất; 11- Ắc quy thủy lực; 12- ECU; 13- Bộ làm mát nhiên liệu; 14- Cảm biết nhiệt độ nhiên liệu.
a- Đường nhiên liệu áp suất thấp; b- Đường nhiên liệu áp suất cao; c- Đường nhiên liệu hồi về thùng chứa; d- Dây điện từ ECU tới các cơ cấu chấp hành; e- Dây điện từ các cảm biến tới ECU.
1.2.2. Nguyên lý hoạt động
Nhiên liệu được bơm cung cấp (1) đẩy đi từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bộ sấy nóng nhiên liệu (3) và bầu lọc (4) đến Bơm cao áp (7), từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (11) hay còn gọi là ống phân phối và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để phun vào xy lanh động cơ.
Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống Common Rail. Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ và lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ống phân phối. Lượng phun ra được quyết định bởi sự điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như áp suất phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó. Sau đó ECU sẽ điều khiển các vòi phun của các vòi phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến với áp suất phun có thể đến 1350 bar. Nhiên liệu thừa của vòi phun và của bơm cao áp theo đường dầu hồi trở về thùng chứa nhiên liệu (2). Trên ống phân phối có gắn cảm biến áp suất (10), cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (14) và đầu cuối có bố trí van an toàn (8), nếu áp suất tích trữ trong ống phân phối (5) lớn quá giới hạn van an toàn sẽ mở để nhiên liệu được tháo.
Ở hệ thống nhiên liệu này sẽ có 3 mạch áp suất của nhiên liệu khác nhau. Đầu tiên đó là mạch nhiên liệu áp suất thấp. Dòng nhiên liệu này sẽ đi từ thùng chứa nhiên liệu qua bầu lọc (4) và qua bộ sấy nóng nhiên liệu (3) để đưa lên bơm cao áp nhờ bơm chuyển nhiên liệu (1).
Mạch áp suất nhiên liệu thứ 2 đó là mạch nhiên liệu áp suất cao. Dòng nhiên liệu sau khi đến bơm cao áp, nhờ bơm cao áp nén nên nhiên liệu sẽ đạt đến 1 áp suất rất cao sau đó nhiên liệu sẽ qua ống phân phối và được tích trữ trong ống phân phối và đưa đến vòi phun sẵn sàng phun vào xy lanh động cơ. Nhiên liệu có áp suất cao được tạo ra độc lập với lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu có áp suất cao được tạo ra do sự hoạt động của bơm cao áp còn việc phun nhiên liệu thì do ECU điều khiển.
Mạch áp suất nhiên liệu thứ 3 đó là mạch dầu hồi. Nhiên liệu sau khi qua bộ lọc nếu nhiều quá thì sẽ về thùng chứa theo đường dầu hồi. Nhiên liệu sau khi đến bơm cao áp nếu lượng nhiên liệu nhiều quá thì một phần nhiên liệu sẽ trở về thùng chứa theo đường dầu hồi. Nhiên liệu áp suất cao tích trữ trong ống phân phối và trong vòi phun nếu quá nhiều thì một lượng nhiên liệu cũng theo đường dầu hồi về thùng chứa.
Khác với hệ thống phun nhiên liệu diesel truyền thống trước đây đó là các vòi phun đều được cung cấp nhiên liệu bởi các bơm cáo áp độc lập, một bơm phân phối dẫn động bởi động cơ sẽ cung cấp nhiên liệu theo các đường độc lập đến vòi phun.
Ở động cơ 2KD- FTV thì hệ thống cung cấp nhiên liệu được sử dụng công nghệ CDI (Common rail Direct Injection). Với hệ thống nhiên liệu này nhiên liệu được tích trữ trong ống phân phối chung hay ống (Common rail) tại đó áp suất duy trì ở một cấp độ cao bằng một bơm cao áp riêng. Từ ống phân phối này, nhiên liệu sẽ được phân phối tới các vòi phun cao áp. Với cải tiến mới này, so với các động cơ diesel thế hệ cũ hơn, hệ thống Common rail khi đó đã tạo ra một áp suất phun tới 1350 bar ngay cả khi số vòng tua máy thấp. Việc tạo ra nhiên liệu có áp suất cao và duy trì áp suất đó ngay cả khi tốc độ động cơ thay đổi đồng thời cung cấp một lượng nhiên liệu rất đều vào tất cả các vòi phun là một quá trình phức tạp. Đó là quá trình kết hợp làm việc nhịp nhàng của các bộ phận sau, bơm cao áp, van điều chỉnh áp suất, ống phân phối, cảm biến áp suất nhiên liệu, van hạn chế áp suất, ECU.
Hình 2‑6. Các cơ cấu điều khiển phun nhiên liệu.
1- Bơm cao áp; 2- Ống phân phối; 3- Cảm biến áp nhiên liệu; 4- ECU;
5- Van điều chỉnh áp suất
Đầu tiên cảm biến áp suất được gắn trên ống phân phối sẽ ghi nhận tình trạng áp suất nhiên liệu trong ống phân phối. Sau đó sẽ gửi thông tin về áp suất nhiên liệu trong ống phân phối về ECU bằng tín hiệu điện. ECU sẽ xử lý tín hiệu đó và ECU sẽ vận hành van điều khiển áp suất làm việc một cách hợp lý để giữ cho áp suất nhiên liệu trong ống phân phối luôn trong một khoảng giới hạn hợp lý. Ngoài ra để giữ cho các bộ phận của hệ thống nhiên liệu luôn an toàn thì trên ống phân phối có gắn một van giới hạn áp suất ở cuối ống phân phối.
1.2.2.1. Bơm cao áp
Bơm cao áp có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu có áp suất cao cho quá trình phun. Bơm này được lắp đặt phía trước động cơ và được dẫn động từ trục khuỷu thông qua bánh đai răng (tốc độ quay của trục bơm bằng ½ tốc độ động cơ, do bánh răng trục khuỷu có 21 răng còn bánh răng trục bơm có 42 răng, nhưng tối đa là 3000 vòng/phút) và được bôi trơn bằng chính nhiên liệu nó bơm.
Bơm cao áp tạo áp lực nhiên liệu đến một áp suất lên đến 1350 bar. Nhiên liệu được tăng áp suất này sau khi ra khỏi bơm cao áp được vận chuyển đến đường ống cao áp chung để sẵn sàng phun vào buồng cháy của các xy lanh.
Hình 2‑7. Bơm cao áp.
a- Van ngắt mở; b- Van ngắt đóng; d- Van nạp mở; e- Van nạp đóng.
1- Đường nhiên liệu từ bơm tiếp vận; 2- Trục dẫn động; 3- Pít tông bơm cao áp;
4- Van ngắt; 5- Van an toàn; 6- Ống nối dầu cao áp; 7- Van điều chỉnh áp suất;
8- Đường dầu hồi; 9- Cam lệch tâm.
Nguyên lý hoạt động:
Bơm nạp đưa nhiên liệu từ thùng chứa nhiên liệu qua bộ lọc đến đường dầu vào bơm cao áp bằng đường nhiên liệu (1).
Trục (2) của bơm cao áp có cam lệch tâm làm di chuyển (3) piston lên xuống tùy theo hình dạng các vấu cam làm cho (3) piston hút nén một cách liên tục. Van nạp mở ra nhiên liệu được đưa đến buồng chứa của bơm piston tại đây nhiên liệu được nén dưới áp suất cao khi piston lên tới điểm chết trên, nhiên liệu thoát ra ngoài đến ống phân phối. Do bơm cao áp được thiết kế để có thể phân phối lượng nhiên liệu lớn nên lượng nhiên liệu có áp suất cao sẽ bị thừa trong giai đoạn chạy cầm chừng và tải trung bình. Lượng nhiên liệu thừa này sẽ được trở lại bình chứa thông qua van điều chỉnh áp suất. Đó là nguyên lý làm việc chung của bơm cao áp, sau đây ta nguyên cứu vào cấu tạo, nguyên lý làm việc của các chi tiết chính trong bơm cao áp gồm: Bơm piston, van điều chỉnh áp suất, van ngắt.
a. Bơm piston.
Bơm piston của bơm cao áp làm nhiệm vụ bơm nhiên liệu áp suất cao đến ống phân phối, lượng nhiên liệu được bơm ít hay nhiều phụ thuộc vào van điều chỉnh áp suất.
Hình 2‑8. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm pít tông.
a- quá trình hút nhiên liệu; b- quá trình đẩy nhiên liệu.
Bơm cao áp gồm ba piston bơm được bố trí hướng kính và các piston cách nhau 120 độ, 3 piston này được đẩy lên nhờ cam lệch tâm, hành trình đi xuống của piston nhờ lò xo và cam lệch tâm . Khi piston đi xuống nhờ lực đẩy của lò xo, van nạp mở ra. Nhờ độ chân không phía trên piston nhiên liệu được nạp vào không gian này cho đến khi piston nằm ở vị trí thấp nhất. Piston đi lên nhờ cam lệch tâm thì nhiên liệu ở khoảng không gian phía trên piston bị nén tăng áp suất, đẩy mở van bi 7 mở ra, nhiên liệu áp suất cao đi vào đường ống cao áp đến ống phân phối, đồng thời van nạp đóng lại không cho nhiên liệu trở lại bơm nạp.
Ba piston bơm được bố trí hướng kính và các piston cách nhau 120 độ nên khi piston A đi lên thực hiện quá trình nén và bơm nhiên liệu đến ống phân phối piston thì B và C đi xuống thực hiện quá trình hút, 3 bơm làm việc luân phiên hút và nén nhiên liệu, bơm nhiên liệu đến ống phân phối dưới áp suất cao và ổn định. Với kiểu bơm pít tông bố trí hình sao lệch nhau 120 độ làm cho động cơ hoạt động êm dịu hơn. Còn bơm thì hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt và năng suất cao hơn đồng thời giảm được tải trọng động trên động cơ.
b. Van điều chỉnh áp suất.
Hình 2‑9. Van điều chỉnh áp suất.
1- vỏ; 2- cuộn dây; 3- lò xo; 4- dây ra giắc cắm; 5- đĩa van từ; 6- van bi.
a- Van điều chỉnh áp suất; b- Van từ đóng; c- Van từ mở.
Van điều chỉnh áp suất được gá lên bơm cao áp. Để ngăn cách khu vực áp suất cao với khu vực áp suất thấp, một lõi thép đẩy van bi vào vị trí đóng kín. Có 2 lực tác dụng lên lõi thép: Lực đẩy xuống dưới bởi lò xo và lực điện từ. Nhằm bôi trơn và giải nhiệt, lõi thép được nhiên liệu bao quanh. Thông tin áp suất nhiên liệu trong ống phân phối được ghi nhận bởi cảm biến áp suất nhiên liệu gắn trên ống phân phối. Thông tin này được gửi đến ECU xác định tình trạng áp suất trong ống phân phối để tính toán và vận hành van điều khiển áp suất nhằm điều hòa lại áp suất nhiên liệu trong một giới hạn xác định.Van điều khiển áp suất được điều khiển theo quy luật sau: Khi cuộn dây của van điều chỉnh áp suất chưa có tín hiệu điện từ ECU gửi tới. Lò xo ép đĩa cảm ứng đẩy van bi sang trái làm cho van bi đóng lỗ thông lại ngăn không cho dầu hồi về thùng chứa, như thế sẽ giữ cho áp suất nhiên liệu không bị giảm xuống. Tức áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp không bi điều chỉnh. Khi có tín hiệu điện từ ECU gửi tới cuộn dây của van điều chỉnh.Lúc này cuộn dây sẽ sinh lực từ hút mạnh đĩa cảm ứng. Khi lực từ sinh ra đủ lớn thắng lực của lò xo thì đĩa cảm ứng sẽ ép mạnh lò xo làm cho van bi dịch chuyển sang phải mở lố thông cho nhiên liệu cao áp trong bơm cao áp rò về thùng chứa như vậy áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp sẽ giảm xuống. Áp suất nhiên liệu sẽ giảm xuống đến khi lực tự do cuộn dây sinh ra và áp lực do nhiên liệu nhỏ hơn lực do lò xo đảy ngược lại. Lúc đó van bi sẽ lại dịch chuyển sang trái và đóng lỗ thông lại. Áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp sẽ không giảm xuống nữa, như vậy áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp đã được điều chỉnh nhờ van điều chỉnh áp suất.
c. Van ngắt.
a- Van ngắt mở; b- van ngắt đóng.
Khi chưa có tín hiệu điện từ ECU gửi tới cuộn dây của van ngắt thì đĩa từ luôn nằm ở vị trí mở. Khi đó các bơm pít tông luôn làm việc bình thường và hoạt động một cách nhịp nhàng. Khi có tín hiệu điện từ ECU gửi tín hiệu điện tới cuộn dây, lúc này cuộn dây sẽ sinh ra lực từ. Lực từ được tạo ra sẽ đẩy đĩa từ ép xuống, do đĩa từ có diện tích đủ lớn sẽ đậy kín xy lanh bơm pít tông lại không cho nhiên liệu vào xy lanh. Khi đó một bơm sẽ bị ngắt và chỉ có hai bơm còn lại hoạt động. Khi nhiệt độ nhiên liệu vượt quá 1060C thì cảm biến nhiệt độ nhiên liệu sẽ báo về ECU, ECU sẽ tiến hành vận hành cho vít ngắt làm việc, lúc này vít ngắt sẽ đóng một bơm piston lại, chỉ để cho hai bơm làm việc.
Q- lượng nhiên liệu cung cấp; N- tốc độ động cơ;
a- 2 bơm pít tông làm việc;
b- 2 hoặc 3 bơm pít tông làm việc;
c- 3 bơm pít tông làm việc.
1.2.2.2.
Bầu lọc
1- Bộ ổn định nhiệt độ dầu; 2- Lõi lọc; 3- Nắp bầu lọc; 4- Đệm làm kín;
5- Lò xo; 6- Van.
a- đường dầu từ bơm chuyển nhiên liệu; b- đường dầu tới bơm cao áp;
c- đường dầu về thùng nhiên liệu; d- đường dầu từ bộ sấy nóng nhiên liệu;
e- đường dầu tới bộ sấy nóng nhiên liệu.
Sự làm việc lâu dài làm cho hiệu quả của bơm cung cấp nhiên liệu cũng như vòi phun và bơm phân phối phụ thuộc vào chất lượng lọc của lọc nhiên liệu. Một bộ lọc nhiên liệu không thích hợp có thể dẫn tói hư hỏng các thành phần của bơm, van, vòi phun. Bộ lọc nhiên liệu sẽ làm sạch nhiên liệu trước khi đưa nhiên liệu tới bơm cao áp. Và ngăn sự mài mòn các chi tiết của hệ thống nhiên liệu. Bộ lọc nhiên liệu của động cơ 2KD- FTV làm việc như sau.
Nhiên liệu từ bơm cung cấp được đưa tới bầu lọc, ở đầu vào bộ lọc có một bộ ổn định nhiệt độ nhiên liệu. Nếu nhiệt độ nhiên liệu đủ lớn thì tấm vòi loại trên cảm biến nhiệt độ duỗi ra ngăn không cho nhiên liệu đi qua bộ sấy nóng nhiên liệu mà đi thẳng lên bộ lọc và tới bơm cao áp. Nếu nhiệt độ nhiên liệu nhỏ hơn giới hạn cho phép thì tấm vòi loại cong lên và nhiên liệu sẽ qua bộ sấy nóng nhiên liệu trước khi qua phần tử lọc để được sấy nóng trước. Ngoài ra trong bộ lọc còn có van hồi dầu, van hồi dầu sẽ mở ra để nhiên liệu trở về thùng chứ khi bơm tiếp vận cấp một lượng dầu quá lớn. Van hồi dầu sẽ mở khi áp suất nhiên liệu trong bầu lọc vượt quá 2,5 bar. Bộ lọc phải được thay thế sau 60000 km và phải xả nước sau 20000 km.
a b c
a- Nhiệt độ dầu dưới 150C; b- Nhiệt độ dầu từ 150C đến 250 C; c- Nhiệt độ dầu trên 250C
1.2.2.3. Ống phân phối
1- Van giới hạn áp suất; 2- Ống nối nhiên liệu cao áp;
3- Vòng siết ống phân phối; 4- Ống phân phối; 5- Cảm biến
áp suất nhiên liệu; 6- Cảm biết nhiệt độ nhiên liệu.
Nhiên liệu có áp suất cao được dẫn vào ống phân phối thông qua đường ống cao áp. Ống phân phối sẽ giữ cho áp suất nhiên liệu có áp suất cao một cách ổn định để phân phối đến từng vòi phun bằng các đường ống riêng biêt.
Ống phân phối nhiên liệu dùng để chứa nhiên liệu áp suất cao và giảm chấn do sự giao động áp suất của bơm cao áp tạo ra trong thể tích của ống. Khi vòi phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun thì áp suất nhiên liệu trong ống phân phối không đổi. Điều này thực hiện được nhờ vào sự co giãn của nhiên liệu. Ở trên ống phân phối nhiên liệu có lắp một cảm biến áp suất nhiên liệu (FRP), một cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và một van an toàn. Cảm biến áp suất nhiên liệu đo áp suất trong ống và được duy trì bởi van lưu lượng nhằm duy trì áp suất khoảng 2000 bar. Ống này dùng chung cho các xy lanh nên có tên là (đường ống chung - Commom Rail). Ngay cả khi một lượng nhiên liệu mất đi khi phun, ống vẫn duy trì một áp suất thực tế bên trong không đổi đảm bảo cho áp suất phun của vòi phun không đổi ngay từ khi vòi phun mở. Khi áp suất làm việc của hệ thống cao quá 2000 bar, van an toàn 1 sẽ mở ra và nhiên liệu được hồi về thùng, mục đích của van an toàn nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống, ngăn ngừa sự hư hỏng xảy ra do áp suất nhiên liệu gây nên. Van an toàn chỉ được phép mở có một lần, điều này có nghĩa nó phải thay thế nếu như nó đã mở một lần.
Thể tích bên trong của ống thường xuyên được điền đầy bằng nhiên liệu có áp suất cao. Khả năng nén của nhiên liệu dưới áp suất cao được tận dụng để tạo hiệu quả tích trữ. Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun ra thì áp suất thực tế trong bộ tích trữ nhiên liệu áp suất cao vẫn được duy trì không đổi. Sự thay đổi áp suất là do bơm cao áp thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào phần nhiên liệu vừa phun. Ưu điểm lớn nhất của ống phân phối là luôn giữ cho áp suất nhiên liệu khi phân phối đến các vòi phun luôn bằng nhau.
1.2.2.4.
Van giới hạn áp suất
A- Van giới hạn áp suất; B- Van đóng; C- Van mở.
7- lỗ xả dầu; 8- vỏ van; 9- nắp đỡ lò xo; 10- lò xo; 11- van bi.
Nhằm đảm bảo sự an toàn cho hệ thống nhiên liệu lúc van điều khiển áp suất hoạt động không tốt hay bị hư hỏng.Van giới hạn áp suất được lắp ở một đầu của ống phân phối và có tác dụng tự xả nhiên liệu khi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối tăng cao vượt quá giới hạn cho phép. Như vậy áp suất nhiên liệu trong ống phân phối luôn được giữ ổn định ở mức giới hạn cho phép đảm bảo sự an toàn cho các chi tiết của hệ thống cung cấp nhiên liệu không bị hư hỏng khi áp suất nhiên liệu tăng cao. Van giới hạn áp suất chỉ dùng được 1 lần bởi khì mở lò xo sẽ bị giãn và như thế sẽ hoạt động không tốt nữa vì thế khi van đã xả thì phải thay mới .
1.2.2.5. Bơm chuyển nhiên liệu
Hình 2‑16. Bơm chuyển nhiên liệu.
1- Lối nhiên liệu vào; 2- Vỏ bơm; 3- Cuộn dây tạo từ; 4- Chổi than; 5- Van một chiều; 6- Lối nhiên liệu ra; 7- Rô to điện; 8- Con lăn; 9- Van an toàn; 10- Vỏ đĩa to; 11- Đĩa bơm .
Bơm chuyển nhiên liệu được đặt trong thùng nhiên liệu và có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng chứa nhiên liệu chuyển nhiên liệu với một lưu lượng đầy đủ đến bơm cao áp một cách liên tục. Bơm chuyển nhiên liệu là loại bơm con lăn. Đặc điểm của loại bơm này là có các con lăn đặt trong cánh bơm đồng thời cánh bơm được gắn lên một mô tơ điện. Khi cắp điện cho mô tơ thì mo tơ quay và kéo theo cánh bơm quay. Nhờ có các con lăn đặt trên cánh bơm nên khi cánh bơm quay thì sẽ kéo theo các con lăn quay theo. Lúc này các con lăn sẽ ép làm cho nhiên liệu bị nén lại và được đẩy lên bơm cao áp . Khi áp suất nhiên liệu trong bơm chuyển vượt quá 7 bar thì van an toàn bắt đầu mở. Bơm chuyển nhiên liệu là một loại bơm điện với một hiệu điện thế là 12 vol. Bơm chuyển sẽ bị ngắt điện sau khi động cơ dùng lại 2 đến 3 giây do ECU điều chỉnh
1.2.2.6. Vòi phun
Vòi phun của động cơ 2KD- FTV sử dụng vòi phun kín, thời điểm phun và lượng phun được điều khiển bằng van điện từ dưới sự điều khiển của ECU. Vòi phun có van trợ lực điện từ. Nó là một thành phần chính xác cao, được chế tạo chịu được độ kín khít cực cao. Các van, vòi phun và cuộn điện từ được định vị trên thân vòi phun. Dòng nhiên liệu từ giắc nối mạch áp suất cao đi qua van tiết lưu đi vào buồng chứa van điều khiển. Có áp suất bên trong vòi phun bằng áp suất trong ắcquy thủy lực, như vậy ta thấy rằng vòi phun được thiết kế làm việc ở áp suất rất cao do đó các chi tiết lò xo, van bi, vòi phun và van điện từ làm việc phải chính xác.
Hình 2‑17. Vòi phun.
1- Lỗ phun; 2- Ty vòi; 3- Chốt định vị; 4- Đệm làm kín; 5- Lò xo; 6- Pít tông điều khiển; 7- Thân vòi phun; 8- Buồng điều khiển; 9- Lỗ tiết lưu; 10- Van điện từ; 11- Cuộn dây điện từ; 12- Nắp vòi phun.
Hoạt động của vòi phun có thể chia làm 4 giai đọan chính khi động cơ làm việc và bơm cao áp tạo ra áp suất cao :
- Vòi phun đóng (khi có áp lực dầu tác dụng).
- Vòi phun mở (bắt đầu phun).
- Vòi phun mở hoàn toàn.
- Vòi phun đóng (kết thúc phun).
Các giai đoạn hoạt động là kết quả của sự phân phối lực tác dụng lên các thành phần của vòi phun. Khi động cơ dừng lại và không có áp suất trong ống phân phối, lò xo vòi đóng vòi phun.
ó Vòi phun đóng (ở trạng thái nghỉ).
Nhiên liệu từ ống COMMON RAIL đi đến vòi và theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển (8) thông qua tiết lưu (9) buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xả được điều khiển bởi van từ (10) (solenoid).
Khi không có dòng điện chạy đến cuộn dây từ thì lực lò xo lớn hơn áp suất trong buồng điều khiển, do đó van từ (10) bị đẩy xuống đóng lỗ xả lại, vì thế áp suất tác dụng lên piston điều khiển (7) và lực nén của lò xo (5) cao hơn áp suất dầu tại thân ty vòi (2). Kết quả là vòi bị đẩy xuống dưới và làm kín lỗ phun với buồng đốt.
Hình 3.17 : Sơ đồ nguyên lý làm việc của vòi phun.
a- Vòi phun; b- Van đóng (chưa cấp nhiên liệu); c- van mở (cấp nhiên liệu)
ó Khi vòi phun mở (bắt đầu phun).
Khi cuộn dây từ có dòng điện, lực hấp dẫn của cuộn dây từ sẽ kéo van từ (10) lên trên lỗ xả mở nhiên liệu chảy ra. Điều này làm cho áp suất ở buồng điều khiển giảm xuống, kết quả là áp lực tác dụng lên piston điều khiển cũng giảm theo. Khi áp suất trên piston điều khiển giảm xuống thấp hơn áp suất tác dụng lên ty vòi, thì áp suất tại ty vòi thắng lực ép lò xo (5) làm cho vòi phun mở ra và nhiên liệu phun vào buồng đốt qua các lỗ phun.
ó Vòi phun mở hoàn toàn.
Nhiên liệu qua đầu ra rồi chảy bên dưới ống rò nhiên liệu và piston điều khiển, nâng piston lên và tăng cường phản ứng đóng mở cửa miệng. Khi dòng điện tiếp tục tác dụng lên cuộn dây từ, vòi phun lên cao nhất làm cho tốc độ phun đạt mức cao nhất (vòi phun mở hoàn toàn)
ó Vòi phun đóng (kết thúc phun ).
Khi dòng điện qua van điện từ bị ngắt, lò xo đẩy van từ đi xuống và van từ đóng lỗ xả lại. lỗ xả đóng đã làm cho áp suất trong buồng điều khiển van tăng lên thông qua lỗ nạp. Áp suất này tương đương với áp suất trong ống và làm tăng lực tác dụng lên đỉnh piston điều khiển. Lực này cùng với lực của của lò xo bây giờ cao hơn lực tác dụng của buồng chứa và ty vòi đóng lại. Tốc độ đóng của ty vòi phụ thuộc vào dòng chảy của nhiên liệu qua lỗ nạp .
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống nhiên liệu Common Rail trên xe Toyota Fortuner 2.5G MT 4X2 2010. (Động cơ 2KD- FTV)
1.2.1. Sơ đồ hệ thống
1- Bơm chuyển nhiên liệu; 2- Thùng chứa nhiên liệu; 3- Bộ sấy nóng nhiên liệu; 4- Lọc nhiên liệu; 5- Van hạn chế áp suất; 6- Cảm biến vị trí pít tông; 7- Bơm cao áp; 8- Van an toàn; 9- Vòi phun; 10- Cảm biến áp suất; 11- Ắc quy thủy lực; 12- ECU; 13- Bộ làm mát nhiên liệu; 14- Cảm biết nhiệt độ nhiên liệu.
a- Đường nhiên liệu áp suất thấp; b- Đường nhiên liệu áp suất cao; c- Đường nhiên liệu hồi về thùng chứa; d- Dây điện từ ECU tới các cơ cấu chấp hành; e- Dây điện từ các cảm biến tới ECU.
1.2.2. Nguyên lý hoạt động
Nhiên liệu được bơm cung cấp (1) đẩy đi từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bộ sấy nóng nhiên liệu (3) và bầu lọc (4) đến Bơm cao áp (7), từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (11) hay còn gọi là ống phân phối và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để phun vào xy lanh động cơ.
Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống Common Rail. Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ và lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ống phân phối. Lượng phun ra được quyết định bởi sự điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như áp suất phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó. Sau đó ECU sẽ điều khiển các vòi phun của các vòi phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến với áp suất phun có thể đến 1350 bar. Nhiên liệu thừa của vòi phun và của bơm cao áp theo đường dầu hồi trở về thùng chứa nhiên liệu (2). Trên ống phân phối có gắn cảm biến áp suất (10), cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (14) và đầu cuối có bố trí van an toàn (8), nếu áp suất tích trữ trong ống phân phối (5) lớn quá giới hạn van an toàn sẽ mở để nhiên liệu được tháo.
Ở hệ thống nhiên liệu này sẽ có 3 mạch áp suất của nhiên liệu khác nhau. Đầu tiên đó là mạch nhiên liệu áp suất thấp. Dòng nhiên liệu này sẽ đi từ thùng chứa nhiên liệu qua bầu lọc (4) và qua bộ sấy nóng nhiên liệu (3) để đưa lên bơm cao áp nhờ bơm chuyển nhiên liệu (1).
Mạch áp suất nhiên liệu thứ 2 đó là mạch nhiên liệu áp suất cao. Dòng nhiên liệu sau khi đến bơm cao áp, nhờ bơm cao áp nén nên nhiên liệu sẽ đạt đến 1 áp suất rất cao sau đó nhiên liệu sẽ qua ống phân phối và được tích trữ trong ống phân phối và đưa đến vòi phun sẵn sàng phun vào xy lanh động cơ. Nhiên liệu có áp suất cao được tạo ra độc lập với lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu có áp suất cao được tạo ra do sự hoạt động của bơm cao áp còn việc phun nhiên liệu thì do ECU điều khiển.
Mạch áp suất nhiên liệu thứ 3 đó là mạch dầu hồi. Nhiên liệu sau khi qua bộ lọc nếu nhiều quá thì sẽ về thùng chứa theo đường dầu hồi. Nhiên liệu sau khi đến bơm cao áp nếu lượng nhiên liệu nhiều quá thì một phần nhiên liệu sẽ trở về thùng chứa theo đường dầu hồi. Nhiên liệu áp suất cao tích trữ trong ống phân phối và trong vòi phun nếu quá nhiều thì một lượng nhiên liệu cũng theo đường dầu hồi về thùng chứa.
Khác với hệ thống phun nhiên liệu diesel truyền thống trước đây đó là các vòi phun đều được cung cấp nhiên liệu bởi các bơm cáo áp độc lập, một bơm phân phối dẫn động bởi động cơ sẽ cung cấp nhiên liệu theo các đường độc lập đến vòi phun.
Ở động cơ 2KD- FTV thì hệ thống cung cấp nhiên liệu được sử dụng công nghệ CDI (Common rail Direct Injection). Với hệ thống nhiên liệu này nhiên liệu được tích trữ trong ống phân phối chung hay ống (Common rail) tại đó áp suất duy trì ở một cấp độ cao bằng một bơm cao áp riêng. Từ ống phân phối này, nhiên liệu sẽ được phân phối tới các vòi phun cao áp. Với cải tiến mới này, so với các động cơ diesel thế hệ cũ hơn, hệ thống Common rail khi đó đã tạo ra một áp suất phun tới 1350 bar ngay cả khi số vòng tua máy thấp. Việc tạo ra nhiên liệu có áp suất cao và duy trì áp suất đó ngay cả khi tốc độ động cơ thay đổi đồng thời cung cấp một lượng nhiên liệu rất đều vào tất cả các vòi phun là một quá trình phức tạp. Đó là quá trình kết hợp làm việc nhịp nhàng của các bộ phận sau, bơm cao áp, van điều chỉnh áp suất, ống phân phối, cảm biến áp suất nhiên liệu, van hạn chế áp suất, ECU.
Hình 2‑6. Các cơ cấu điều khiển phun nhiên liệu.
1- Bơm cao áp; 2- Ống phân phối; 3- Cảm biến áp nhiên liệu; 4- ECU;
5- Van điều chỉnh áp suất
Đầu tiên cảm biến áp suất được gắn trên ống phân phối sẽ ghi nhận tình trạng áp suất nhiên liệu trong ống phân phối. Sau đó sẽ gửi thông tin về áp suất nhiên liệu trong ống phân phối về ECU bằng tín hiệu điện. ECU sẽ xử lý tín hiệu đó và ECU sẽ vận hành van điều khiển áp suất làm việc một cách hợp lý để giữ cho áp suất nhiên liệu trong ống phân phối luôn trong một khoảng giới hạn hợp lý. Ngoài ra để giữ cho các bộ phận của hệ thống nhiên liệu luôn an toàn thì trên ống phân phối có gắn một van giới hạn áp suất ở cuối ống phân phối.
1.2.2.1. Bơm cao áp
Bơm cao áp có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu có áp suất cao cho quá trình phun. Bơm này được lắp đặt phía trước động cơ và được dẫn động từ trục khuỷu thông qua bánh đai răng (tốc độ quay của trục bơm bằng ½ tốc độ động cơ, do bánh răng trục khuỷu có 21 răng còn bánh răng trục bơm có 42 răng, nhưng tối đa là 3000 vòng/phút) và được bôi trơn bằng chính nhiên liệu nó bơm.
Bơm cao áp tạo áp lực nhiên liệu đến một áp suất lên đến 1350 bar. Nhiên liệu được tăng áp suất này sau khi ra khỏi bơm cao áp được vận chuyển đến đường ống cao áp chung để sẵn sàng phun vào buồng cháy của các xy lanh.
Hình 2‑7. Bơm cao áp.
a- Van ngắt mở; b- Van ngắt đóng; d- Van nạp mở; e- Van nạp đóng.
1- Đường nhiên liệu từ bơm tiếp vận; 2- Trục dẫn động; 3- Pít tông bơm cao áp;
4- Van ngắt; 5- Van an toàn; 6- Ống nối dầu cao áp; 7- Van điều chỉnh áp suất;
8- Đường dầu hồi; 9- Cam lệch tâm.
Nguyên lý hoạt động:
Bơm nạp đưa nhiên liệu từ thùng chứa nhiên liệu qua bộ lọc đến đường dầu vào bơm cao áp bằng đường nhiên liệu (1).
Trục (2) của bơm cao áp có cam lệch tâm làm di chuyển (3) piston lên xuống tùy theo hình dạng các vấu cam làm cho (3) piston hút nén một cách liên tục. Van nạp mở ra nhiên liệu được đưa đến buồng chứa của bơm piston tại đây nhiên liệu được nén dưới áp suất cao khi piston lên tới điểm chết trên, nhiên liệu thoát ra ngoài đến ống phân phối. Do bơm cao áp được thiết kế để có thể phân phối lượng nhiên liệu lớn nên lượng nhiên liệu có áp suất cao sẽ bị thừa trong giai đoạn chạy cầm chừng và tải trung bình. Lượng nhiên liệu thừa này sẽ được trở lại bình chứa thông qua van điều chỉnh áp suất. Đó là nguyên lý làm việc chung của bơm cao áp, sau đây ta nguyên cứu vào cấu tạo, nguyên lý làm việc của các chi tiết chính trong bơm cao áp gồm: Bơm piston, van điều chỉnh áp suất, van ngắt.
a. Bơm piston.
Bơm piston của bơm cao áp làm nhiệm vụ bơm nhiên liệu áp suất cao đến ống phân phối, lượng nhiên liệu được bơm ít hay nhiều phụ thuộc vào van điều chỉnh áp suất.
Hình 2‑8. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm pít tông.
a- quá trình hút nhiên liệu; b- quá trình đẩy nhiên liệu.
Bơm cao áp gồm ba piston bơm được bố trí hướng kính và các piston cách nhau 120 độ, 3 piston này được đẩy lên nhờ cam lệch tâm, hành trình đi xuống của piston nhờ lò xo và cam lệch tâm . Khi piston đi xuống nhờ lực đẩy của lò xo, van nạp mở ra. Nhờ độ chân không phía trên piston nhiên liệu được nạp vào không gian này cho đến khi piston nằm ở vị trí thấp nhất. Piston đi lên nhờ cam lệch tâm thì nhiên liệu ở khoảng không gian phía trên piston bị nén tăng áp suất, đẩy mở van bi 7 mở ra, nhiên liệu áp suất cao đi vào đường ống cao áp đến ống phân phối, đồng thời van nạp đóng lại không cho nhiên liệu trở lại bơm nạp.
Ba piston bơm được bố trí hướng kính và các piston cách nhau 120 độ nên khi piston A đi lên thực hiện quá trình nén và bơm nhiên liệu đến ống phân phối piston thì B và C đi xuống thực hiện quá trình hút, 3 bơm làm việc luân phiên hút và nén nhiên liệu, bơm nhiên liệu đến ống phân phối dưới áp suất cao và ổn định. Với kiểu bơm pít tông bố trí hình sao lệch nhau 120 độ làm cho động cơ hoạt động êm dịu hơn. Còn bơm thì hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt và năng suất cao hơn đồng thời giảm được tải trọng động trên động cơ.
b. Van điều chỉnh áp suất.
Hình 2‑9. Van điều chỉnh áp suất.
1- vỏ; 2- cuộn dây; 3- lò xo; 4- dây ra giắc cắm; 5- đĩa van từ; 6- van bi.
a- Van điều chỉnh áp suất; b- Van từ đóng; c- Van từ mở.
Van điều chỉnh áp suất được gá lên bơm cao áp. Để ngăn cách khu vực áp suất cao với khu vực áp suất thấp, một lõi thép đẩy van bi vào vị trí đóng kín. Có 2 lực tác dụng lên lõi thép: Lực đẩy xuống dưới bởi lò xo và lực điện từ. Nhằm bôi trơn và giải nhiệt, lõi thép được nhiên liệu bao quanh. Thông tin áp suất nhiên liệu trong ống phân phối được ghi nhận bởi cảm biến áp suất nhiên liệu gắn trên ống phân phối. Thông tin này được gửi đến ECU xác định tình trạng áp suất trong ống phân phối để tính toán và vận hành van điều khiển áp suất nhằm điều hòa lại áp suất nhiên liệu trong một giới hạn xác định.Van điều khiển áp suất được điều khiển theo quy luật sau: Khi cuộn dây của van điều chỉnh áp suất chưa có tín hiệu điện từ ECU gửi tới. Lò xo ép đĩa cảm ứng đẩy van bi sang trái làm cho van bi đóng lỗ thông lại ngăn không cho dầu hồi về thùng chứa, như thế sẽ giữ cho áp suất nhiên liệu không bị giảm xuống. Tức áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp không bi điều chỉnh. Khi có tín hiệu điện từ ECU gửi tới cuộn dây của van điều chỉnh.Lúc này cuộn dây sẽ sinh lực từ hút mạnh đĩa cảm ứng. Khi lực từ sinh ra đủ lớn thắng lực của lò xo thì đĩa cảm ứng sẽ ép mạnh lò xo làm cho van bi dịch chuyển sang phải mở lố thông cho nhiên liệu cao áp trong bơm cao áp rò về thùng chứa như vậy áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp sẽ giảm xuống. Áp suất nhiên liệu sẽ giảm xuống đến khi lực tự do cuộn dây sinh ra và áp lực do nhiên liệu nhỏ hơn lực do lò xo đảy ngược lại. Lúc đó van bi sẽ lại dịch chuyển sang trái và đóng lỗ thông lại. Áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp sẽ không giảm xuống nữa, như vậy áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp đã được điều chỉnh nhờ van điều chỉnh áp suất.
c. Van ngắt.
a- Van ngắt mở; b- van ngắt đóng.
Khi chưa có tín hiệu điện từ ECU gửi tới cuộn dây của van ngắt thì đĩa từ luôn nằm ở vị trí mở. Khi đó các bơm pít tông luôn làm việc bình thường và hoạt động một cách nhịp nhàng. Khi có tín hiệu điện từ ECU gửi tín hiệu điện tới cuộn dây, lúc này cuộn dây sẽ sinh ra lực từ. Lực từ được tạo ra sẽ đẩy đĩa từ ép xuống, do đĩa từ có diện tích đủ lớn sẽ đậy kín xy lanh bơm pít tông lại không cho nhiên liệu vào xy lanh. Khi đó một bơm sẽ bị ngắt và chỉ có hai bơm còn lại hoạt động. Khi nhiệt độ nhiên liệu vượt quá 1060C thì cảm biến nhiệt độ nhiên liệu sẽ báo về ECU, ECU sẽ tiến hành vận hành cho vít ngắt làm việc, lúc này vít ngắt sẽ đóng một bơm piston lại, chỉ để cho hai bơm làm việc.
Q- lượng nhiên liệu cung cấp; N- tốc độ động cơ;
a- 2 bơm pít tông làm việc;
b- 2 hoặc 3 bơm pít tông làm việc;
c- 3 bơm pít tông làm việc.
1.2.2.2.
Bầu lọc
1- Bộ ổn định nhiệt độ dầu; 2- Lõi lọc; 3- Nắp bầu lọc; 4- Đệm làm kín;
5- Lò xo; 6- Van.
a- đường dầu từ bơm chuyển nhiên liệu; b- đường dầu tới bơm cao áp;
c- đường dầu về thùng nhiên liệu; d- đường dầu từ bộ sấy nóng nhiên liệu;
e- đường dầu tới bộ sấy nóng nhiên liệu.
Sự làm việc lâu dài làm cho hiệu quả của bơm cung cấp nhiên liệu cũng như vòi phun và bơm phân phối phụ thuộc vào chất lượng lọc của lọc nhiên liệu. Một bộ lọc nhiên liệu không thích hợp có thể dẫn tói hư hỏng các thành phần của bơm, van, vòi phun. Bộ lọc nhiên liệu sẽ làm sạch nhiên liệu trước khi đưa nhiên liệu tới bơm cao áp. Và ngăn sự mài mòn các chi tiết của hệ thống nhiên liệu. Bộ lọc nhiên liệu của động cơ 2KD- FTV làm việc như sau.
Nhiên liệu từ bơm cung cấp được đưa tới bầu lọc, ở đầu vào bộ lọc có một bộ ổn định nhiệt độ nhiên liệu. Nếu nhiệt độ nhiên liệu đủ lớn thì tấm vòi loại trên cảm biến nhiệt độ duỗi ra ngăn không cho nhiên liệu đi qua bộ sấy nóng nhiên liệu mà đi thẳng lên bộ lọc và tới bơm cao áp. Nếu nhiệt độ nhiên liệu nhỏ hơn giới hạn cho phép thì tấm vòi loại cong lên và nhiên liệu sẽ qua bộ sấy nóng nhiên liệu trước khi qua phần tử lọc để được sấy nóng trước. Ngoài ra trong bộ lọc còn có van hồi dầu, van hồi dầu sẽ mở ra để nhiên liệu trở về thùng chứ khi bơm tiếp vận cấp một lượng dầu quá lớn. Van hồi dầu sẽ mở khi áp suất nhiên liệu trong bầu lọc vượt quá 2,5 bar. Bộ lọc phải được thay thế sau 60000 km và phải xả nước sau 20000 km.
a b c
a- Nhiệt độ dầu dưới 150C; b- Nhiệt độ dầu từ 150C đến 250 C; c- Nhiệt độ dầu trên 250C
1.2.2.3. Ống phân phối
1- Van giới hạn áp suất; 2- Ống nối nhiên liệu cao áp;
3- Vòng siết ống phân phối; 4- Ống phân phối; 5- Cảm biến
áp suất nhiên liệu; 6- Cảm biết nhiệt độ nhiên liệu.
Nhiên liệu có áp suất cao được dẫn vào ống phân phối thông qua đường ống cao áp. Ống phân phối sẽ giữ cho áp suất nhiên liệu có áp suất cao một cách ổn định để phân phối đến từng vòi phun bằng các đường ống riêng biêt.
Ống phân phối nhiên liệu dùng để chứa nhiên liệu áp suất cao và giảm chấn do sự giao động áp suất của bơm cao áp tạo ra trong thể tích của ống. Khi vòi phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun thì áp suất nhiên liệu trong ống phân phối không đổi. Điều này thực hiện được nhờ vào sự co giãn của nhiên liệu. Ở trên ống phân phối nhiên liệu có lắp một cảm biến áp suất nhiên liệu (FRP), một cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và một van an toàn. Cảm biến áp suất nhiên liệu đo áp suất trong ống và được duy trì bởi van lưu lượng nhằm duy trì áp suất khoảng 2000 bar. Ống này dùng chung cho các xy lanh nên có tên là (đường ống chung - Commom Rail). Ngay cả khi một lượng nhiên liệu mất đi khi phun, ống vẫn duy trì một áp suất thực tế bên trong không đổi đảm bảo cho áp suất phun của vòi phun không đổi ngay từ khi vòi phun mở. Khi áp suất làm việc của hệ thống cao quá 2000 bar, van an toàn 1 sẽ mở ra và nhiên liệu được hồi về thùng, mục đích của van an toàn nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống, ngăn ngừa sự hư hỏng xảy ra do áp suất nhiên liệu gây nên. Van an toàn chỉ được phép mở có một lần, điều này có nghĩa nó phải thay thế nếu như nó đã mở một lần.
Thể tích bên trong của ống thường xuyên được điền đầy bằng nhiên liệu có áp suất cao. Khả năng nén của nhiên liệu dưới áp suất cao được tận dụng để tạo hiệu quả tích trữ. Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun ra thì áp suất thực tế trong bộ tích trữ nhiên liệu áp suất cao vẫn được duy trì không đổi. Sự thay đổi áp suất là do bơm cao áp thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào phần nhiên liệu vừa phun. Ưu điểm lớn nhất của ống phân phối là luôn giữ cho áp suất nhiên liệu khi phân phối đến các vòi phun luôn bằng nhau.
1.2.2.4.
Van giới hạn áp suất
A- Van giới hạn áp suất; B- Van đóng; C- Van mở.
7- lỗ xả dầu; 8- vỏ van; 9- nắp đỡ lò xo; 10- lò xo; 11- van bi.
Nhằm đảm bảo sự an toàn cho hệ thống nhiên liệu lúc van điều khiển áp suất hoạt động không tốt hay bị hư hỏng.Van giới hạn áp suất được lắp ở một đầu của ống phân phối và có tác dụng tự xả nhiên liệu khi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối tăng cao vượt quá giới hạn cho phép. Như vậy áp suất nhiên liệu trong ống phân phối luôn được giữ ổn định ở mức giới hạn cho phép đảm bảo sự an toàn cho các chi tiết của hệ thống cung cấp nhiên liệu không bị hư hỏng khi áp suất nhiên liệu tăng cao. Van giới hạn áp suất chỉ dùng được 1 lần bởi khì mở lò xo sẽ bị giãn và như thế sẽ hoạt động không tốt nữa vì thế khi van đã xả thì phải thay mới .
1.2.2.5. Bơm chuyển nhiên liệu
Hình 2‑16. Bơm chuyển nhiên liệu.
1- Lối nhiên liệu vào; 2- Vỏ bơm; 3- Cuộn dây tạo từ; 4- Chổi than; 5- Van một chiều; 6- Lối nhiên liệu ra; 7- Rô to điện; 8- Con lăn; 9- Van an toàn; 10- Vỏ đĩa to; 11- Đĩa bơm .
Bơm chuyển nhiên liệu được đặt trong thùng nhiên liệu và có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng chứa nhiên liệu chuyển nhiên liệu với một lưu lượng đầy đủ đến bơm cao áp một cách liên tục. Bơm chuyển nhiên liệu là loại bơm con lăn. Đặc điểm của loại bơm này là có các con lăn đặt trong cánh bơm đồng thời cánh bơm được gắn lên một mô tơ điện. Khi cắp điện cho mô tơ thì mo tơ quay và kéo theo cánh bơm quay. Nhờ có các con lăn đặt trên cánh bơm nên khi cánh bơm quay thì sẽ kéo theo các con lăn quay theo. Lúc này các con lăn sẽ ép làm cho nhiên liệu bị nén lại và được đẩy lên bơm cao áp . Khi áp suất nhiên liệu trong bơm chuyển vượt quá 7 bar thì van an toàn bắt đầu mở. Bơm chuyển nhiên liệu là một loại bơm điện với một hiệu điện thế là 12 vol. Bơm chuyển sẽ bị ngắt điện sau khi động cơ dùng lại 2 đến 3 giây do ECU điều chỉnh
1.2.2.6. Vòi phun
Vòi phun của động cơ 2KD- FTV sử dụng vòi phun kín, thời điểm phun và lượng phun được điều khiển bằng van điện từ dưới sự điều khiển của ECU. Vòi phun có van trợ lực điện từ. Nó là một thành phần chính xác cao, được chế tạo chịu được độ kín khít cực cao. Các van, vòi phun và cuộn điện từ được định vị trên thân vòi phun. Dòng nhiên liệu từ giắc nối mạch áp suất cao đi qua van tiết lưu đi vào buồng chứa van điều khiển. Có áp suất bên trong vòi phun bằng áp suất trong ắcquy thủy lực, như vậy ta thấy rằng vòi phun được thiết kế làm việc ở áp suất rất cao do đó các chi tiết lò xo, van bi, vòi phun và van điện từ làm việc phải chính xác.
Hình 2‑17. Vòi phun.
1- Lỗ phun; 2- Ty vòi; 3- Chốt định vị; 4- Đệm làm kín; 5- Lò xo; 6- Pít tông điều khiển; 7- Thân vòi phun; 8- Buồng điều khiển; 9- Lỗ tiết lưu; 10- Van điện từ; 11- Cuộn dây điện từ; 12- Nắp vòi phun.
Hoạt động của vòi phun có thể chia làm 4 giai đọan chính khi động cơ làm việc và bơm cao áp tạo ra áp suất cao :
- Vòi phun đóng (khi có áp lực dầu tác dụng).
- Vòi phun mở (bắt đầu phun).
- Vòi phun mở hoàn toàn.
- Vòi phun đóng (kết thúc phun).
Các giai đoạn hoạt động là kết quả của sự phân phối lực tác dụng lên các thành phần của vòi phun. Khi động cơ dừng lại và không có áp suất trong ống phân phối, lò xo vòi đóng vòi phun.
ó Vòi phun đóng (ở trạng thái nghỉ).
Nhiên liệu từ ống COMMON RAIL đi đến vòi và theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển (8) thông qua tiết lưu (9) buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xả được điều khiển bởi van từ (10) (solenoid).
Khi không có dòng điện chạy đến cuộn dây từ thì lực lò xo lớn hơn áp suất trong buồng điều khiển, do đó van từ (10) bị đẩy xuống đóng lỗ xả lại, vì thế áp suất tác dụng lên piston điều khiển (7) và lực nén của lò xo (5) cao hơn áp suất dầu tại thân ty vòi (2). Kết quả là vòi bị đẩy xuống dưới và làm kín lỗ phun với buồng đốt.
Hình 3.17 : Sơ đồ nguyên lý làm việc của vòi phun.
a- Vòi phun; b- Van đóng (chưa cấp nhiên liệu); c- van mở (cấp nhiên liệu)
ó Khi vòi phun mở (bắt đầu phun).
Khi cuộn dây từ có dòng điện, lực hấp dẫn của cuộn dây từ sẽ kéo van từ (10) lên trên lỗ xả mở nhiên liệu chảy ra. Điều này làm cho áp suất ở buồng điều khiển giảm xuống, kết quả là áp lực tác dụng lên piston điều khiển cũng giảm theo. Khi áp suất trên piston điều khiển giảm xuống thấp hơn áp suất tác dụng lên ty vòi, thì áp suất tại ty vòi thắng lực ép lò xo (5) làm cho vòi phun mở ra và nhiên liệu phun vào buồng đốt qua các lỗ phun.
ó Vòi phun mở hoàn toàn.
Nhiên liệu qua đầu ra rồi chảy bên dưới ống rò nhiên liệu và piston điều khiển, nâng piston lên và tăng cường phản ứng đóng mở cửa miệng. Khi dòng điện tiếp tục tác dụng lên cuộn dây từ, vòi phun lên cao nhất làm cho tốc độ phun đạt mức cao nhất (vòi phun mở hoàn toàn)
ó Vòi phun đóng (kết thúc phun ).
Khi dòng điện qua van điện từ bị ngắt, lò xo đẩy van từ đi xuống và van từ đóng lỗ xả lại. lỗ xả đóng đã làm cho áp suất trong buồng điều khiển van tăng lên thông qua lỗ nạp. Áp suất này tương đương với áp suất trong ống và làm tăng lực tác dụng lên đỉnh piston điều khiển. Lực này cùng với lực của của lò xo bây giờ cao hơn lực tác dụng của buồng chứa và ty vòi đóng lại. Tốc độ đóng của ty vòi phụ thuộc vào dòng chảy của nhiên liệu qua lỗ nạp .
...Xem thêm
