Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD - FTV

lượng Oxy mà còn làm giảm hiệu quả của quá trình cháy và nhiệt độ cực đại. kết quả là làm giảm lượng NOx. Nếu có quá nhiều khí thải được nạp lại (quá 40% thể tích khí nạp), thì khói đen, CO và HC sẽ sinh ra nhiều cũng như tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng vì thiếu Oxy. 2.3.3.3.3. Ảnh hưởng của việc phun nhiên liệu Thời điểm phun, đường đặc tính phun, sự phun sương tơi của nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải. * Thời điểm phun. Nhờ vào nhiệt độ quá trình thấp hơn, phun nhiên liệu trễ làm giảm lượng NOx. Nhưng nếu phun quá trễ thì lượng HC sẽ tăng và tiêu hao nhiên liệu sẽ nhiều hơn, và khói đen sinh ra ở chế độ tải lớn. Nếu thời điểm phun chỉ lệch đi 1o khỏi giá trị lí tưởng thì lượng NOx có thể tăng lên 5%. Ngược lại thời điểm phun sai lệch hơn 2o thì có thể làm cho áp suất đỉnh tăng lên 10 bar, trễ đi 2 o có thể làm tăng nhiệt độ khí thải thêm 20oC. Với các yếu tố cực kì nhạy cảm nêu trên, ECU cần phải điều chỉnh thời điểm phun chính xác tối đa. * Đường đặc tính phun. Đường đặc tính phun quy định sự thay đổi lượng nhiên liệu được phun vào trong suốt một chu kỳ phun (từ lúc bắt đầu phun cho đến lúc kết thúc phun ). Đường đặc tính phun quyết định lượng nhiên liệu phun ra trong suốt giai đoạn cháy trễ (giữa thời điểm bắt đầu phun và bắt đầu cháy). Hơn nữa nó cũng ảnh hưởng đến sự phân phối của nhiên liệu trong buồng đốt và có tác dụng tận dụng hiệu quả của dòng khí nạp. Đường đặc tính phun phải có độ dốc từ từ để nhiên liệu phun ra trong quá trình cháy trễ được giữ thấp nhất, nhiên liệu diesel bốc cháy tức thì, ngay khi quá trình cháy bắt đầu gây ra tiếng ồn và sự tạo thành NOx. Đường đặc tính phun phải có đỉnh không quá nhọn để đề phòng hiện tượng nhiên liệu không được phun sương tơi - yếu tố dẫn đến lượng HC cao, khói đen và tăng tiêu hao nhiên liệu suốt giai đoạn cuối cùng của quá trình cháy. * Sự phun sương tơi nhiên liệu. Nhiên liệu được phun sương tơi tốt thúc đẩy hiệu quả hòa trộn giữa không khí và nhiên liệu. Nó đóng góp vào việc giảm HC và khói đen trong khí thải. Với áp suất phun cao và hình dạng hình học tối ưu của lỗ tia kim phun giúp cho sự phun sương tơi nhiên liệu tốt hơn. Để ngăn ngừa muội than, lượng nhiên liệu phun ra phải được tính dựa vào lượng khí nạp. Điều này đòi hỏi lượng khí nạp phải nhiều hơn từ 10 - 40 %. 2.3.4. Đặc tính phun của hệ thống Common Rail So với đặc điểm của hệ thống nhiên liệu cũ thì các yêu cầu sau đã được thực hiện dựa vào đường đặc tính phun lý tưởng : - Lượng nhiên liệu và áp suất nhiên liệu phun độc lập với nhau trong từng điều kiện hoạt động của động cơ (cho phép dễ đạt được tỉ lệ hỗn hợp A/F lí tưởng). - Lúc bắt đầu phun, lượng nhiên liệu phun ra chỉ cần một lượng nhỏ. Các yêu cầu trên đã được thỏa mãn bởi hệ thống Common Rail. Với đặc điểm phun hai lần : phun sơ khởi và phun chính. Hình. 2.4 : Đường đặc tính phun của hệ thống Common Rail. Hệ thống Common Rail là hệ thống thiết kế theo module, có các thành phần - Kim phun điều khiển bằng van điện từ (solenoid) được gắn vào nắp máy. - Ống tích trữ nhiên liệu (ống phân phối áp lực cao). - Bơm cao áp (bơm tạo áp lực cao) Các thiết bị sau được sự hoạt động điều khiển của hệ thống : - ECU - Cảm biến tốc độ trục khuỷu. - Cảm biến tốc độ trục cam. - Các loại cảm biến khác. Về cơ bản, kim phun được nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail) bằng một đường ống ngắn. Kết hợp với đầu phun và van điện từ (solenoid) được cung cấp điện qua ECU. Khi van solenoid không được cấp điện thì kim ngừng phun. Nhờ áp suất phun không đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỉ lệ với độ dài của xung điều khiển solenoid. Yêu cầu mở nhanh solenoid được đáp ứng bằng việc sử dụng điện áp cao và dòng lớn. Thời điểm phun được điều khiển bằng hệ thống điều khiển góc phun sớm. Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và một cảm biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động. * Phun sơ khởi ( pilot injection ). Phun sơ khởi diễn ra sớm đến 90o trước điểm chết trên (ĐCT). Nếu thời điểm phun sơ khởi xuất hiện nhỏ hơn 400, nhiên liệu có thể bám vào bề mặt của piston và thành xi lanh và làm loãng dầu bôi trơn. Trong giai đoan phun sơ khởi, một lượng nhỏ nhiên liệu (1-4 mm3) được phun vào xy lanh để ‘’mồi’’. Kết quả là quá trình cháy được cải thiện và đạt được một số hiệu quả sau : Áp suất cuối quá trình nén tăng một ít nhờ vào giai đoạn phun sơ khởi và nhiên liệu cháy một phần. Điều này giúp giảm thời gian trễ cháy, sự tăng đột ngột của áp suất khí cháy và áp suất cực đại (quá trình cháy êm dịu hơn). Kết quả là giảm tiếng ồn của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và trong nhiều trường hợp giảm được độ độc hại của khí thải. Quá trình phun sơ khởi góp phần gián tiếp vào việc tăng công suất động cơ. * Giai đoạn phun chính ( main injection ). Công suất đầu ra của động cơ phụ thuộc vào giai đoạn phun chính tiếp theo giai đoạn phun sơ khởi. Điều này có nghĩa là giai đoạn phun chính giúp tăng lực kéo của động cơ. Với hệ thống Common Rail, áp suất phun vẫn giữ không đổi trong suốt quá trình phun. * Giai đoạn phun thứ cấp ( secondary injection ). Theo quan điểm xử lý khí thải, phun thứ cấp có thể được áp dụng để đốt cháy NOx. Nó diễn ra sau ngay giai đoạn phun chính và được xác định để xảy ra trong quá trình giãn nở. Ngược lại so với quá trình phun sơ khởi và phun chính, nhiên liệu phun vào không được đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải ở ống thải. Trong suốt kỳ thải hỗn hợp khí thải và nhiên liệu được đẩy ra ngoài hệ thống thoát khí thải thông qua xupap thải. Tuy nhiên một phần của nhiên liệu được đưa lại buồng đốt thông qua hệ thống luân hồi khí thải EGR và có tác dụng tương tự như chính giai đoạn phun sơ khởi. Khi bộ hóa khử được lắp để làm giảm NOx, chúng tận dụng nhiên liệu trong khí thải như là một nhân tố hóa học để làm giảm nồng độ NOx  trong khí thải. 2.4. KẾT CẤU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV Kết cấu hệ thống nhiên liệu Common Rail của động cơ 2KD-FTV chia thành hai vùng : Vùng áp suất thấp và vùng áp suất cao. 2.4.1. Vùng áp suất thấp Vùng áp suất thấp có nhiệm vụ đưa nhiên liệu lên vòng cao áp, bao gồm các bộ phận : + Thùng chứa nhiên liệu. + Các đường ống nhiên liệu áp suất thấp + Lọc nhiên liệu. 2.4.1.1 Bình chứa nhiên liệu Bình chứa nhiên liệu phải làm từ vật liệu chống ăn mòn và giữ cho không bị rò rỉ ở áp suất gấp đôi áp suất hoạt động bình thường. Van an toàn trong bình phải được lắp để khi áp suất quá cao có thể tự thoát ra ngoài. Nhiên liệu cũng không được rò rỉ ở cổ nối với bình lọc nhiên liệu hay ở thiết bị bù áp suất khi xe rung xóc nhỏ, cũng như khi xe vào đường vòng hoặc dừng hay chạy trên đường dốc. Bình nhiên liệu và động cơ phải đặt xa nhau để khi tai nạn xảy ra không có nguy cơ cháy nổ. 2.4.1.2. Đường nhiên liệu áp suất thấp Đường ống nhiên liệu mềm được bọc thép thay thế cho đường ống bằng thép và được dùng trong ống áp suất thấp, như đường ống nhiên liệu từ bình chứa nhiên liệu tới bơm cao áp. Tất cả các bộ phận mang nhiên liệu phải được bảo vệ khỏi tác động của nhiệt độ. 2.4.1.3. Lọc 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. * Nhiệm vụ của bầu lọc tinh : Bầu lọc tinh lọc tạp chất cơ học có kích thước 0,002¸0,003 mm ra khỏi nhiên liệu (trong khi đó khe hở xy lanh và piston bơm 0,0025mm) nên bầu lọc đảm bảo cho hệ thống làm việc tốt. Hình. 2.5 : Bình lọc nhiên liệu. 1- Đường ống vào ; 2- Bơm tay ; 3- Công tắc cảnh báo bình lọc ; 4- Đường ra ; 5- Vành đai ốc ; 6- Lõi lọc nhiên liệu ; 7- Vỏ ; 8- Công tắc cảnh báo mức nước lắng đọng ; 9- Vít xả khí Bình lọc này gồm có vỏ 7 làm bằng nhựa, lõi lọc 6 gồm các phiến lọc làm bằng sợi bông, bao lụa và lưới lọc để lọc tạp chất bẩn trong nhiên liệu, bơm tay 2 để bơm xả không khí khi bình chứa nhiên liệu bị cạn, thay lọc nhiên liệu hoặc không khí bị lọt vào trong ống dẫn nhiên liệu, công tắc cảnh báo lọc nhiên liệu 3 để cảnh báo bình lọc nhiên liệu khi có sự cố (như tắc bộ lọc), vành đai ốc 5 dùng để bắt chặt nắp đậy vỏ và lõi lọc với nhau, công tắc cảnh báo mức nước lắng đọng 8 và vít xã nước lắng đọng. Nhiên liệu từ bình chứa vào bình lọc từ ống 1 đến đường ống 10 nằm phía dưới nắp đậy được nối thông với khoang A nhiên liệu từ khoang A đi qua lõi lọc 6 tại đây tạp chất bẩn tách khỏi nhiên liệu và lắng đọng xuống dưới đáy khoang A nhiên liệu lọc sạch đi vào khoang B và đi ra đến bơm cao áp từ đầu nối 4 , nhiên liệu bẩn được xả ra từ vít 9 ra khỏi bình lọc. Hình.2.6 : Sơ đồ mạch điện công tắc cảnh báo lọc NL Trong bình lọc nhiên liệu của của hệ thống Common Rail lõi lọc làm sợi bông. Một bộ lọc nhiên liệu không thích hợp có thể dẫn đến hư hỏng cho các thành phần của bơm, van phân phối và kim phun. Bộ lọc nhiên liệu làm sạch nhiên liệu trước khi đưa đến bơm cao áp, và do đó ngăn ngừa sự mài mòn nhanh của các chi tiết bơm. Nước xâm nhập vào hệ thống nhiên liệu có thể làm hư hỏng hệ thống ở dạng ăn mòn. Vì vậy bình lọc này có gắn công tắc cảnh báo nước lắng đọng để báo mức nước quá giới hạn cho phép của bình lọc, để xả nước ra khỏi bình lọc và bình lọc này cũng có gắng công tắc cảnh báo lọc nhiên liệu, báo khi bình lọc tắc nghẽn làm cho hệ thống nhiên liệu làm việc ổn định và an toàn hình. 2.6 là sơ đồ làm việc các công tắc bộ lọc với ECU. 2.4.2. Vùng áp suất cao Vùng áp suất cao của hệ thống Common Rail động cơ 2KD-FTV có nhiệm vụ tạo ra một áp suất cao không đổi trong đường ống tích luỹ áp suất và phun nhiên liệu vào buồng cháy động cơ, bao gồm : - Bơm cao áp với van điều khiển áp suất. - Đường ống nhiên liệu áp suất cao, tức ống phân phối đóng vai trò của bộ tích áp suất cao cùng với cảm biến áp suất nhiên liệu, van giới hạn áp suất, kim phun và đường ống dầu về. 2.4.2.1. 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 trên một ngăn của hệ thống. Nhiên liệu sau khi ra khỏi bơm cao áp được vận chuyển vào bộ phận tích luỹ cao áp. Bơm cao áp tạo áp lực nhiên liệu đến một áp suất lên đến 180MPa. Bơm cao áp được lắp đặt tốt nhất ngay trên động cơ như ở hệ thống nhiên liệu của bơm phân phối loại cũ. Nó được dẫn động bằng động cơ (tốc độ quay bằng 1/2 tốc độ động cơ, nhưng tối đa là 8000 vòng/phút) thông qua khớp nối bằng bánh răng với động cơ và được bôi trơn bằng chính nhiên liệu nó bơm. Van điều khiển áp suất được lắp trên bơm Bên trong bơm cao áp nhiên liệu được nén bằng 2 piston bơm được bố trí đối xứng. Do 2 bơm piston hoạt động luân phiên trong một vòng quay tạo được áp suất cao và liên tục nhiên liệu đến ống phân phối và cách đặt bơm như vậy chỉ làm tăng nhẹ lực cản của bơm. Do đó ứng suất trong hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ. Điều này có nghĩa hệ thống Common Rail đặt ít tải trọng lên hệ thống truyền động hơn so với hệ thống cũ. Công suất yêu cầu để dẫn động bơm rất nhỏ và tỉ lệ với áp suất trong đường ống phân phối và tốc độ bơm. 11 11 1- Cam không đồng trục và cam vòng ; 2- Lò xo hồi của piston bơm ; 3- Piston bơm ; 4- Van một chiều ; 5- Van hút ; 6- Van đẩy ; 7- Đường nhiên liệu đến ống phân phối ; 8- Đường nhiên liệu vào ; 9- Bơm nạp ; 10- Van SCV ; 11- Trục bơm. Hình 2.7 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động bơm cao áp. Bơm nạp đưa nhiên liệu từ bình chứa qua bộ lọc đến đường dầu vào bơm cao áp được lắp trực tiếp trên bơm. Nó đẩy nhiên liệu qua van SCV đến hai piston của bơm cao áp, cùng trục với bơm cao áp. Nhiên liệu được đưa vào hai piston bơm cao áp ít hay nhiều phụ thuộc vào van SCV dưới sự điều khiển của ECU. Nhiên liệu dư của bơm nạp đi qua van và theo đường dầu hồi trở về bình chứa Trục của bơm cao áp có các cam lệch tâm làm di chuyển 2 piston lên xuống tùy theo hình dạng các vấu cam làm cho 2 piston hút nén đối xứng nhau. Van nạp mở ra nhiên liệu từ bơm nạp qua van SCV được hút vào bơm piston của bơm cao áp tại đây nhiên liệu được nén dưới áp suất cao khi piston lên tới điểm chết trên, áp suất nhiên liệu thắng lực lò xo của van nén, nhiên liệu thoát ra ngoài đến ống phân phối. Piston tiếp tục phân phối cho đến khi nó đi đến điểm chết trên (ĐCT), sau đó do áp suất bị giảm xuống nên van nén đóng lại. Khi áp suất trong buồng bơm của thành phần bơm giảm xuống thì van nạp mở ra và quá trình lặp lại lần nữa. Bơm cao áp phân phối lượng nhiên liệu tỷ lệ với tốc độ quay của nó. Và do đó, nó là một hàm của tốc độ động cơ. Trong suốt quá trình phun, tỉ số truyền được tính sao cho một mặt thì lượng nhiên liệu mà nó cung cấp không quá lớn, mặt khác các yêu cầu về nhiên liệu vẫn còn đáp ứng trong suốt chế độ hoạt động. Tùy theo tốc độ trục khuỷu mà tỉ số truyền là : 1: 2 hoặc 1:3. Đó là nguyên lý làm việc chung của bơm cao áp, sau đây ta nguyên cứu vào cấu tạo, nguyên lý làm việc của một số chi tiết trong bơm cao áp gồm : Bơm piston, bơm nạp, cảm biến áp suất nhiên liệu. 2.4.2.1.1. 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 SCV. Bơm gồm hai piston A , B đặt đối xứng nhau , hai piston này được đẩy lên nhờ cam vòng 8 và cam không đồng trục 1, hành trình đi xuống của piston nhờ lò xo 2. Khi Piston A đi xuống nhờ lực đẩy của lò xo 2, van 6 đóng lại, van 5 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 vòng 8 quay lệch tâm với cam lệch tâm 1(cam không đồng trục) thì nhiên liệu ở khoảng không gian phía trên piston bị nén tăng áp suất, đẩy mở van bơm 6 nhiên liệu áp suất cao đi vào đường ống cao áp đến ống phân phối, đồng thời van 5 đóng lại không cho nhiên liệu trở lại bơm nạp. Piston B đặt đối xứng với piston A nên khi piston A đi xuống thực hiện quá trình hút thì piston B đi lên thực hiện quá trình nén và bơm nhiên liệu đến ống phân phối, hai bơm làm việc luân phiên hút và nén nhiên liệu, bơm nhiên liệu đến ống phân phối dưới áp cao và ổn định. 1- Cam không đồng trục ; 2- Lò xo bơm piston ; 3- Piston ; 4- Van một chiều ; 5- Van hút ; 6- Van Bơm ; 7- Lò xo van một chiều ; 8- Cam vòng Hình 2.8 :Bơm piston Lượng nhiên liệu , áp suất nhiên liệu tạo ra của bơm dưới sự điều khiển của van SCV quá trình hoạt động của van SCV ảnh hưởng tới bơm. 2.4.2.1.2. Bơm nạp Bơm nạp làm nhiệm vụ hút nhiên liệu từ bình chứa đến bơm piston của bơm cao áp, được lắp trực tiếp trên bơm cao áp, trục cùng trục với bơm cao áp 1- Rôto bị động ; 2- Rôto chủ động ; 3- Trục bơm ; 4- Khoang xả ; 5- Lỗ hút ; 6- Lỗ xả ; 7- Khoang hút Hình 2.9 : Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm nạp. Bơm được cấu tạo bởi 2 rôto bánh răng, rôto bánh răng trong chủ động 2 , rôto ngoài bị động 1, rôto trong có 2 khoang hút 7 và khoang xả 6. Khi trục điều khiển 3 quay làm rôto bánh răng ngoài bị động 1 quay cùng với rôto chủ động 2 quay theo trục, nhưng vì rôto bị động đặt lệch tâm cho nên khoảng trống giữa hai rôto thay đổi khi rôto quay làm tiết diện khoang hút tăng nhiên liệu hút từ bình chứa nhiên liệu qua bộ lọc qua lỗ hút 5 vào khoang hút rồi đẩy qua khoang xả, tiết diện khoang xả giảm nhiên liệu xả ra qua lỗ xả 4 với một áp suất cố định, nhiên liệu áp suất cố định cấp đến bơm piston của bơm cao áp. 2.4.2.1.3. Van SCV Van SCV làm nhiệm vụ định lượng, lượng nhiên liệu đưa vào bơm piston của bơm cao áp từ bơm nạp dưới sự điều khiển của ECU đồng thời còn làm nhiệm vụ điều khiển áp suất trong ống phân phối, dưới hình là sơ đồ điều khiển của ECU đối với van SCV. ECU nhận tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu từ ống phân phối, cảm biến trục khuỷu và cảm biến vị trí bàn đạp ga, ECU tính toán áp suất phun lý tưởng rồi gửi tín hiệu đến van SCV để điều khiển độ mở của van. Lượng nhiên liệu tăng hay giảm đi vào bơm piston phụ thuộc vào áp suất phun lý tưởng của động cơ. Hình. 2.10 : Sơ đồ điểu khiển ECU với SCV. 1- Van kim ; 2- Lò xo mở ; 3- Van trượt ; 4- Lõi sắt ; 5- Nam châm điện ; A- Khoang chứa nhiên liệu vào B. Khoang nhiên liệu ra. Hình . 2.11 : Van SCV. Van SCV gồm một van kim 1 đóng mở cho nhiên liệu đi qua vào van trượt 3, lò xo mở 2, lõi sắt từ 4 và nam châm điện 5 Khi van SCV chưa hoạt động áp suất nhiên liệu của bơm nạp không đủ thắng lực lò xo 2 để mở van kim 1 cho nhiên liệu đi vào. Khi ECU tính toán áp suất phun lý tưởng sẽ kích hoạt cho một dòng điện đến nam châm điện 5 của van SCV sinh ra từ tường hút lõi sắt từ 4 làm giảm lực bổ sung cho lò xo 2 khi ấy áp suất nhiên liệu thắng lực lò xo 2 mở van 1 khi đó nhiên liệu từ khoang A sẽ đến khoang B đi ra đến cung cấp cho bơm piston của bơm cao áp. Lượng nhiên liệu hút vào tăng hay giảm tuỳ thuộc vào cường độ dòng điện đi qua van, nếu dòng đến SCV trong một thời gian dài thì cường độ trung bình của dòng điện chạy đến cuộn dây tăng khi đó van 1 được mở rộng hơn lượng nhiên liệu hút tăng, còn nếu dòng đến SCV trong một thời gian ngắn, cường độ trung bình của dòng điện chạy đến cuộn dây giảm khi đó lực lò xo đẩy van 1 đóng lại mở hẹp đi. Do đó lượng nhiên liệu hút giảm. 2.4.2.2. Ống trữ nhiên liệu áp suất cao ( ống phân phối ) Ngay cả khi kim phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun thì áp suất nhiên liệu trong ống vẫn không đổi. Điều này thực hiện nhờ sự co giãn của nhiên liệu. Áp suất nhiên liệu được đo bằng cảm biến áp suất trên ống phân phối và được duy trì bởi van điều khiển áp suất nhằm giới hạn áp suất tối đa là 180 MPa. 1- Ống Rail ; 2- Cảm biến áp suất ; 3- Đầu nối với nhiên liệu cao áp từ bơm cao áp ; 4- Đầu nối cao áp với vòi phun ; 5- Van ổn định áp suất ; 6- Đường hồi nhiên liệu Hình. 2.12 : Cấu tạo ống tích trữ nhiên liệu cao áp. Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao dùng để chứa nhiên liệu áp suất cao. Đồng thời, sự dao động của áp suất cao do bơm cao áp tạo ra sẽ được giảm chấn bởi thể tích của ống. Ống tích trữ áp suất cao này dùng chung cho tất cả các xi lanh. Do đó tên nó là ‘’ đường ống chung ‘’ (Common Rail). Ngay cả khi một lượng nhiên liệu mất đi khi phun, ống vẫn duy trì áp suất thực tế bên trong không đổi. Điều này đảm bảo cho áp suất phun của kim không đổi từ khi kim mở. Để thích hợp với các điều kiện lắp đặt khác nhau trên động cơ, ống phải được thiết kế với nhiều kiểu để phù hợp với bộ hạn chế dòng chảy và dự phòng chỗ để gắn các cảm biến, van điều khiển áp suất, van hạn chế áp suất. Thể tích bên trong của ống thường xuyên được điền đầy bằng nhiên liệu có áp suất. Khả năng nén của nhiên liệu 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. Trên ống Rail có lắp cảm biến áp suất theo dõi áp suất nhiên liệu trong ống đồng thời làm tín hiệu gửi về ECU tính toán và một van giới hạn áp suất nhiên liệu trong ống, khi áp suất nhiên liệu vượt qua giới hạn cho phép trong ống van 180 MPa sẽ mở cho nhiên liệu chảy về bình chứa theo đường dầu hồi. 2.4.2.2.1. Van giới hạn áp suất Hình 2.13 : Van giới hạn áp suất. 1- Đế van ; 2- Thân van ; 3- Lò xo van ; 4- Piston 5- Lỗ dầu ; 6- Van ; 7- Đường dầu vào cao áp ; 8- Đường dầu hồi Van giới hạn áp suất là một thiết bị cơ khí gồm các thiết bị sau : - Phần có ren ngoài để lắp vào ống. - Một piston di chuyển. - Một lò xo. Tại phần cuối chỗ nối với ống có một buồng với một đường dẫn dầu có phần đuôi hình côn mà piston đi xuống sẽ làm kín bên trong buồng. Ở áp suất hoạt động bình thường (tối đa là 180MPa), lò xo đẩy piston xuống làm kín ống. Khi áp suất của hệ thống vượt quá mức, piston bị đẩy lên trên do áp suất của dầu trong ống thắng lực căng của lò xo. Nhiên liệu có áp suất cao được thoát ra thông qua van và đi vào đường dầu trở lại bình chứa. Khi van mở, nhiên liệu rời khỏi ống vì vậy áp suất trong ống giảm xuống, van sẽ đóng lại khi áp suất trở lại mức xấp xỉ 30 MPa . 2.4.2.2.2. Cảm biến áp suất nhiên liệu Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời trong ống phân phối và báo về ECU với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh. Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất đường ống thông qua một đầu mở và phần cuối được bịt kín bởi màng cảm biến. Thành phần chính của cảm biến là một thiết bị bán dẫn gắn trên màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện. Tín hiệu do cảm biến tạo ra được đưa vào mạch khuếch đại tín hiệu và đưa đến ECU. Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc : - Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị. Sự biến dạng (khoảng 1 mm ở áp suất 180 MPa ) là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thay đổi điện trở dẫn đến sự thay đổi điện thế ở mạch cầu điện trở. - Điện áp thay đổi trong khoảng 0-70 mV (tùy thuộc áp suất tác động) và được khuếch đại bởi mạch khuếch đại đến 0,5 V- 4.5V. Hình 2.14. Cảm biến áp suất trên ống phân phối. 1- Mạch điện ; 2- Màng so ; 3- Màng của phần tử cảm biến; 4 - Ống dẫn áp suất; 5- Ren lắp ghép. Việc kiểm soát một cách chính xác áp suất của ống là điều bắt buộc để hệ thống hoạt động đúng. Đây cũng là nguyên nhân tại sao cảm biến áp suất ống Rail phải có sai số nhỏ trong quá trình đo. Trong dải hoạt động của động cơ, độ chính xác khi đo đạt khoảng 2%. Nếu cảm biến áp suất ống bị hỏng thì van điều khiển áp suất sẽ được điều khiển theo giá trị định sẵn trong ECU. 2.4.2.3. 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. 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 : - Kim phun đóng (khi có áp lực dầu tác dụng). - Kim phun mở (bắt đầu phun). - Kim phun mở hoàn toàn. - Kim 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 kim phun. Khi động cơ dừng lại và không có áp suất trong ống phân phối, lò xo kim đóng kim phun. Hình 2.15: Kết cấu vòi phun. 1- Lỗ phun ; 2- Kim phun ; 3- Khoang chứa Diesel kim phun ; 4- Lò xo ; 5- Piston điều khiển ; 6- Đầu nối ống dầu hồi ; 7- Khoang điều khiển ; 8- Van từ ; 9- Cuộn dây từ ; 10- Lỗ tiết lưu ;11- Đầu nối đường ống cao áp ; 12- Thân vòi phun ; 13- Ecu ;14- Đầu nối đến EDU ;15- Đường dầu vào ; 16- Đường dầu hồi ; 17- Lỗ xả ; 18- Lò xo ó Kim phun đóng (ở trạng thái nghỉ): Nhiên liệu từ Rail đến vòi và theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển 7 thông qua tiết lưu 10 buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xả 17 được điều khiển bởi van từ 8(solenoid). Khi không có dòng điện chạy đến cuộn dây từ 9 thì lực lò xo 18 lớn hơn áp suất trong buồng điều khiển, do đó van từ 8 bị đẩy xuống đóng lỗ xả 17 lại, vì thế áp suất tác dụng lên piston điều khiển 5 và nén lò xo 4 cao hơn áp suất dầu tại thân ty kim 2. Kết quả là kim bị đây xuống dưới và làm kín lỗ phun với buồng đốt. ó Khi kim phun mở ( bắt đầu phun ). Khi cuộn dây từ có dòng điện, lực hấp dẫn của cuộn dây từ sẽ kéo van từ 8 lên trên lỗ xả 17 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 kim, thì áp suất tại ty kim thắng lực ép lò xo 4 cho kim phun mở ra và nhiên liệu phun vào buồng đốt qua các lỗ phun. ó Kim 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, kim phun lên cao nhất làm cho tốc độ phun đạt mức cao nhất (kim phun mở hoàn toàn) ó Kim 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 kim đóng lại. Tốc độ đóng của ty kim phụ thuộc vào dòng chảy của nhiên liệu qua lỗ nạp . æ Đầu kim phun: Thiết kế của đầu phun được quyết định bởi : - việc kiểm soát nhiên liệu phun ra (thời điểm và lượng nhiên liệu phun theo góc độ trục cam). - việc điều khiển nhiên liệu (số lỗ tia, hình dạng nhiên liệu phun ra và sự phun sương tơi nhiên liệu, sự phân phối nhiên liệu trong buồng cháy, mức độ làm kín buồng cháy). Hiện nay có hai loại đầu phun dùng cho Common Rail : Đầu phun lỗ tia hở và đầu phun lỗ tia kín. Lỗ tia phun được định vị nhờ vào hình nón phun. Số lượng lỗ tia và đường kính của chúng dựa vào : - Lượng nhiên liệu phun ra. - Hình dạng buồng cháy. - Sự xoáy lốc trong buồng cháy. Đối với cả hai loại lỗ tia hở và lỗ tia kín thì phần cạnh của lỗ tia có thể được gia công bằng phương pháp ăn mòn hydro nhằm mục đích ngăn ngừa sự mài mòn sớm của cạnh lỗ tia gây ra bởi các phần tử mài mòn và giảm sai lệch dung lượng phun. Để giảm lượng hydrocacbon thải ra, thể tích nhiên liệu điền đầy ở đầu của tia kim cần thiết phải giữ ở mức độ nhỏ nhất. Việc này được thực hiện tốt nhất với loại đầu phun loại tia kim. Lỗ tia của loại này được sắp xếp quanh một lỗ bao. Trong trường hợp đỉnh của đầu phun hình tròn, hay tùy thuộc vào loại thiết kế, lỗ tia được khoan bằng cơ khí hay bằng máy phóng điện (EDM- Electrical-Discharge Machine). Lỗ tia với đỉnh của đầu phun hình nón thì luôn được khoan bằng phương pháp EDM. Đầu phun lỗ tia hở có thể được dùng với các loại lỗ bao với kích thước khác nhau như lỗ bao hình trụ và lỗ bao hình nón. Đầu phun của vòi phun động cơ 2KD-FTV sử dụng đầu phun lỗ tia hở có 6 lỗ phun có đường kính 0.14 mm cấu tạo như sau : Hình 2.16 : Cấu tạo đầu kim phun lỗ tia hở. 1- Lỗ phun ; 2- Đầu kim ; 3- Thân kim ; 4- Kim phun ; 5- Buồng áp suất 6- Trục định hướng ; 7- Đường dầu vào ; 8- Ecu ; 9- Đế thân kim æ Mạch điều khiển phun nhiên liệu EDU. EDU làm nhiệm vụ khởi động cao các vòi phun. EDU là thiết bị dùng điện thế cao bộ đôi DC/DC để mở các van từ với tốc độ cao . Các tín hiệu điều khiển : + IJt#1 đến 4 : Đầu vào cho các tín hiệu khởi động vòi phun từ ECU động cơ + IJf : Đầu ra cho các tín hiệu kiểm tra khởi động vòi phun (đến ECU động cơ) + COM : Đầu ra cao áp để tạo ra dòng không đổi đến các vòi phun. + IJ #1 đến 4 : Đầu ra để khởi động các vòi phun. + 1 Mạch cao thế. + 2 Mạch điều khiển. Hình 2.17 . Sơ đồ mạch điều khiển phun nhiên liệu Thiết bị phát điện áp cao sẽ chuyển điện áp ắc quy thành điện áp cao cho ra đầu COM ổn định và không đổi đến vòi phun. ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến truyền đến xử lý rồi truyền tín hiệu đến đầu nối B thông qua E của EDU, mạch điều khiển EDU nhận tín hiệu này và xử lý truyền tín hiệu đến vòi phun từ đầu nối H thông qua K, khởi động vòi phun. Khi vòi phun khởi động EDU sẽ truyền tín hiệu xác định phun IJf đến ECU thông qua F, ECU nhận tín hiệu này sẽ kết thúc quá trình phun. æ Điều khiển phun nhiên liệu ECU và EDU. Quá trình điều khiển ECU và EDU này điều khiển thời gian và lượng nhiên liệu phun chính xác vào động cơ. ECU thực hiện những tính toán cần thiết dựa vào những tín hiệu nhận được từ các cảm biến. Sau đó ECU điều khiển khoảng thời gian dòng tác dụng lên các vòi phun để đạt thời gian và lượng phun nhiên liệu tối ưu. Các loại điều khiển phun nhiên liệu như sau : + Điều khiển lượng phun nhiên liệu : Hiệu chỉnh tín hiệu tốc độ động cơ (NE) và vị trí bàn đạp ga (VPA). + Điều khiển thời gian phun nhiên liệu : Hiệu chỉnh tín hiệu tốc độ động cơ (NE) và vị trí bàn đạp ga (VPA). + Điều khiển tỉ lệ phun nhiên liệu : Hiệu chỉnh tỉ lệ phun nhiên liệu từ cảm biến van đường nạp (VLU) trong một thời gian nào đó. + Điều khiển áp suất phun : Sử dụng cảm biến áp suất ống phân phối đo áp suất nhiên liệu, rồi truyền dữ liệu này đến ECU động cơ để điều khiển lượng nhiên liệu bơm. + Điều khiển thời điểm phun : Hiệu chỉnh từ tín hiệu vị trí cam G, NE và VPA ó Điều khiển lượng phun nhiên liệu : ECU tính toán lượng phun cơ bản dựa vào điều kiện của động cơ bằng cách điều chỉnh lượng phun cơ bản cho phù hợp với nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ nhiên liệu, nhiệt độ không khí vào và áp suất không khí vào. Cách tính lượng phun : Khi tính cần so sánh hai giá trị sau : + Lượng phun nhiên liệu cơ bản theo mẫu của bộ điều tốc, tính theo vị trí chân ga và tốc độ động cơ. + Lượng phun nhiên liệu điều chỉnh từ lượng phun tối đa dựa vào tốc độ động cơ. Trong hai trường hợp này, lượng nhỏ hơn làm cơ sở cho lượng phun nhiên liệu cuối cùng. VPA NE Lượng phun cơ bản Lượng phun tối đa Lượng phun nhỏ Lượng phun cuối EDU tính chọn lượng phun Hiệu chỉnh lượng phun cho1xylanh Hiệu chỉnh tốc độ động cơ HIệu chỉnh áp suất phun Lượng phun cơ bản : Lượng phun nhiên liệu cơ bản do tốc độ động cơ NE và góc chân ga quyết định. Khi tốc độ động cơ không đổi, tăng góc chân ga sẽ làm tăng lượng nhiên liệu phun. Lượng phun nhiên liệu tối đa : Lượng phun nhiên liệu tối đa được tính bằng cách cộng các lượng điều chỉnh từ lượng phun tối đa cơ bản do tốc độ động cơ quyết định. Các lượng điều chỉnh đó là : Điều chỉnh áp suất không khí vào, điều chỉnh nhiệt độ không khí vào, điều chỉnh áp suất không khí, và điều chỉnh lượng phun nhiên liệu tối đa khi động cơ nguội. Lượng phun ban đầu : Lượng phun ban đầu được tính từ khi bật bộ khởi động dựa trên lượng phun ban đầu cơ bản và thời gian bộ khởi động bật. Lượng phun nhiên liệu cơ bản giảm, lượng tăng, và giảm sẽ thay đổi theo nhiệt độ chất làm mát và tốc độ động cơ. ó Điều khiển thời gian phun : Thời gian phun được điều khiển theo thời gian dòng tác dụng lên vòi phun Điều khiển thời gian phun chính thức và thời gian phun thử nghiệm. + Thời gian phun chính thức : Thời gian phun cơ bản được tính từ tốc độ động cơ và lượng phun cuối cùng (đã điều chỉnh) để quyết định thời gian phun chính tối ưu. + Thời gian phun thử nghiêm : Thời gian phun thử nghiệm được tính bằng cách cộng quãng thử nghiệm vào thời gian phun chính thức. Quãng thử nghiệm được tính từ lượng phun cuối cùng, tốc độ động cơ, nhiệt độ chất làm mát, nhiệt độ không khí và áp suất không khí nạp. Khi động cơ khởi động, quãng thử nghiệm được tính từ nhiệt độ chất làm mát và tốc độ động cơ. Hiệu chỉnh Thời gian phun cơ bản Thời gian phun chính Thời gian phun thử nghiệm NE Lượng phun Hiệu chỉnh điện áp Hiệu chỉnh áp suất không khí vào Hiệu chỉnh nhiệt độ không khí vào Hiệu chỉnh nhiệt độ nước làm mát ó Điều khiển áp suất phun. ECU tính toán áp suất phun nhiên liệu do lượng phun cuối cùng và tốc độ động cơ quyết định. Áp suất phun khi khởi động được tính từ nhiệt độ chất làm mát và tốc độ động cơ. Đồ thị quan hệ giữa áp suất ống phân phối (1), tốc độ động cơ (2), lượng phun cuối cùng (3). Như trên đồ thị ta thấy khi tốc độ động cơ tăng lượng phun tăng theo làm áp suất phun tăng. Áp suất trong ống phân phối điều khiển bởi van SCV phụ thuộc vào tốc độ động cơ. ó Điều khiển tỉ lệ phun nhiên liệu. Việc điều khiển tỉ lệ phun nhiên liệu dựa vào cảm biến vị trí van cắt đường nạp trong một khoảng thời gian nhất định. Bởi vì động cơ diesel khác so với động cơ xăng. Động cơ xăng không khí nạp phu thuộc hoàn toàn vào vị trí bướm ga, ngược lại động cơ diesel lại không phụ thuộc hoàn toàn vào vị trí van cắt đường nạp mà chỉ phụ thuộc một khoảng nhất định vì động cơ diesel tự tạo ra dòng khí trong buồng đốt để hoà trộn nhiên liệu. 3. Các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV 3.1. Cảm biến vị trí bàn đạp ga Cảm biến vị trí của bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn đạp ga (góc) thành một tín hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ. Dùng làm tín hiệu để điều khiển lượng phun nhiên liệu, và thời gian phun nhiên liệu. 1 2 3 Hình. 3.1. Cảm biến bàn đạp ga. 1- Phần tử IC Hall ; 2- Nam châm ; 3- Cần bàn đạp ga V Hình. 3.2. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga. Cảm biến vị trí bàn đạp ga gồm các nam châm điện (2) lắp trên trục cần bàn đạp ga (3) quay cùng với sự biến đổi góc của cần bàn đạp ga. Khi cần bàn đạp ga đạp xuống (biến đổi góc) thì nam châm quay cùng trục cần có nghĩa là thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây ra bỡi sự thay đổi vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ cực VPA1 và VPA2 theo mức thay đổi này. Vị trí cực VCP1, VCP2 là vị trí mở hoàn toàn, EP1, EP2 vị trí đóng hoàn toàn Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu đạp ga. Cảm biến này không chỉ phát hiện chính xác thay đổi vị trí bàn đạp ga, mà còn sử dụng phương pháp không tiếp điểm và có cấu tao đơn giản, vì thế nó không dễ bị hỏng ,giảm việc chỉnh cần ga như chân ga cổ điển. 3.2. Cảm biến vị trí trục khuỷu NE Hình 3.3. Cảm biến vị trí trục khuỷu. 1- Lõi sắt ; 2- Cuộn dây ; 3- Bộ tạo từ trường ; 4- Nam châm. Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 34 răng, 2 răng khuyết (khu vực 2 răng khuyết này là dùng để phát hiện tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xác định được 100 của góc quay trục khuỷu). Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE. ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bản và lượng phun cơ bản dựa vào tín hiệu này. Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở không khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi. Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh càng lớn. Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ. Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải. Hình .3.4. Sơ đồ mạch và dạng sóng tạo ra của cảm biến trục khuỷu và cam. 1-Mạch đầu vào G ; 2- Mạch đầu vào NE ; 3- 34 xung mỗi 3600CA ; 4-1800CA 5- Xung mỗi 7200CA 3.3. Cảm biến nhiệt độ khí nạp THA Cảm biến nhiệt độ không khí nạp dùng nhận biết nhiệt độ không khí nạp và kết hợp với cảm biến áp suất để xác định lượng không khí nạp đi vào động cơ. Hinh 3.5. Cảm biến nhiệt độ khí nạp Điện trở nhiệt NTC ; 2- Thân cảm biến ; 3- Lớp cách điện ; 4- Ổ nối dây R1 Gồm một điện trở nhiệt loại NTC đặt ở đầu cảm biến nối với đầu ghim (4), thông qua lớp cách điện (3). Giá trị điện trở thay đổi khi nhiệt độ môi trường quanh nó (nhiệt độ khí nạp) thay đổi. Điện trở tăng khi nhiệt độ giảm và điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Điện trở loại này được gọi điện trở có hệ số nhiệt âm. Tuỳ theo nhiệt độ khí nạp mà PCM sẽ nhận tín hiệu điện thay đổi từ điện trở để tăng hoặc giảm lượng khí nạp phù hợp với tỉ lệ hoà trộn hỗn hợp không khí - nhiên liệu. KW 1 2 3 7 6 5 4 3 2 1 0 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0C Hình .3.7. Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở. 1- Đường giá trị điện trở lý tưởng ; 2- Đường giá trị điện trở lớn nhất; 3- Đường giá trị điện trở thấp nhất. 3.4. Cảm biến áp suất đường ống nạp Hình .3.8. Cảm biến áp suất đường ống nạp (không khí) Hình .3.9. Sơ đồ mạch điện Cảm biến này gắn một IC cảm nhận áp suất đuờng nạp như một tín hiệu PIM. ECU dựa vào tính hiệu này xác định thời gian phun cơ bản. Cấu tạo gồm một chip silic kết hợp với một buồng chân không được duy trì ở độ chân không định mức, được gắn vào bộ cảm biến này. Một phía của chip này được lộ ra với áp suất đường ống nạp và phí bên kia thông với buồng chân không bên trong. Vì vậy không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn vì áp suất của đường ống nạp có thể đo được chính xác ngay cả khi độ cao này thay đổi. Một thay đổi về áp suất của đường ống nạp sẽ làm cho hình dạng của chip silic này thay đổi, và trị số điện trở của chip này dao động theo mức biến dạng này tín hiệu điện áp mà IC biến đổi từ sự dao động của giá trị điện trở này gọi là tín hiệu PIM. 3.5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Cảm biến này nhận biết nhiệt độ của nước làm mát bằng một nhiệt điện trở bên trong. Hình .3.10. Cảm biến nhệt độ nước làm mát. 1- Điện trở ; 2- Thân cảm biến ; 3- Chất cách điện ; 4- Giắc cắm ; 5- Đầu cắm điện Nhiên liệu sẽ bay hơi kém khi nhiệt thấp, vì vậy cần có hỗn hợp đậm hơn. Vì thế khi nhiệt độ nước làm mát thấp, điện trở của nhiệt điện trở tăng lên và tín hiệu điện áp THW cao được đưa tới ECU. Dựa trên tín hiệu này, ECU sẽ tăng lượng nhiên liệu phun vào làm cải thiện khả năng tải trong quá trình hoạt động của động cơ lạnh. Ngược lại, khi nhiệt độ nước làm mát cao, một tín hiệu điện áp thấp THW được gửi đến ECU làm giảm lượng phun nhiên liệu. Do điện trở R trong ECU và nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ nước làm mát được nối tiếp nên điện áp của tín hiệu THW thay đổi khi giá trị điện trở của nhiệt điện trở thay đổi. 4. CÁC DẠNG HƯ HỎNG, CÁCH KHẮC PHỤC VÀ CHẨN ĐOÁN 4.1. CÁC DẠNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP Ở HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 4. 1.1. Các hư hỏng bơm cao áp Cặp piston-xylanh bơm cao áp bị mòn : do có lẫn tạp chất cơ học có trong nhiên liệu tạo ra các hạt mài, khi piston chuyển động trong xylanh các hạt mài này gây mòn piston-xylanh. Trong quá trình làm việc cặp piston-xylanh bơm cao áp thường bị mòn và cào xước bề mặt ở các khu vực cửa nạp, cửa xả của xylanh, và cạnh đỉnh piston. Do điều kiện làm việc của pittông-xylanh bơm cao áp chịu áp lực cao, mài mòn... , nên trong hành trình nén áp lực dầu tác dụng lên các phần trên đầu piston không cân bằng gây ra va đập. Điều đó làm cho phần đầu pittông và xylanh mòn nhiều nhất. Khi pittông-xylanh mòn làm áp suất nhiên liệu trong thời kỳ nén nhiên liệu giảm, áp suất nhiên liệu đưa đến vòi phun không đúng giá trị qui định gây ảnh hưởng đến chất lượng phun nhiên liệu. Lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình giảm, động cơ không phát huy được công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tăng. 4.1.2. Các hư hỏng của vòi phun Lỗ phun bị tắc hoặc giảm tiết diện : do trong quá trình sử dụng muội than bám vào đầu vòi phun làm tắc lỗ phun. Trong nhiên liệu và quá trình cháy tạo ra các axít ăn mòn đầu vòi phun làm ảnh hưởng đến chất lượng phun. Kim phun mòn : tăng khe hở phần dẫn hướng làm giảm áp suất phun, lượng nhiên liệu hồi tăng lên giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng cháy. Công suất động cơ giảm. Lò xo van điện từ bị giãn : Khi đó chỉ cần một lực nhỏ cũng có thể nâng được kim phun lên. Do đó nhiên liệu phun vào buồng cháy không tơi, nhỏ giọt. Động cơ không khởi động được, khi động cơ làm việc thì công suất không cao, động cơ hoạt động có khói đen. Kẹt kim phun : Do nhiệt độ từ buồng cháy truyền ra làm cho kim phun nóng lên và giãn nở. Do sự giãn nở không đồng đều làm tăng ma sát giữa kim phun và phần dẫn hướng làm kim phun khó di chuyển. 4.1.3. Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu Lõi lọc quá cũ, bẩn gây mất chức năng lọc dẫn đến tắc lọc. Cặn bẩn, tạp chất nhiều trong cốc lọc gây tắc lọc giảm tính thông qua của lọc. 4.1.4. Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu Các đường ống hở không khí lọt vào làm động cơ không nổ. Tại các điểm nối bị hở, ống bị thủng. Làm rò rỉ nhiên liệu, nhiên liệu không cung cấp đến bơm cao áp hay vòi phun, nhiên liệu cung cấp không đủ áp suất làm động cơ không nổ. Các đường ống bị va đập làm dẹp, các chỗ uốn bị gãy gây trở lực lớn trong đường ống hoặc bị tắc ống dẫn. Các van an toàn, van một chiều lắp trên đường ống không điều chỉnh đúng áp lực mở theo qui định. 4.1.5. Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến Đối với các hư hỏng này phải dùng các pan mà nhà chế tạo cung cấp để phát hiện các triệu chứng. Để khắc phục các hư hỏng này thì thường phải thay mới. 4.2. KHẮC PHỤC CÁC HƯ HỎNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 4.2.1. Bơm cao áp Bơm cao áp bị hư ta thay bơm mới, ta thiết lập giá trị ban đầu, cân lượng nhiên liệu cung cấp từ bơm cấp liệu Cài đặt giá trị lượng nhiên liệu cung cấp từ bơm cao áp vào ECU sau khi thay mới. 4.2.2. Ống phân phối Nếu ống phân phối bị hỏng ta chỉ việc thay mới, không tháo rã ống phân phối. 4.2.3. Vòi phun Sau khi sửa chữa vòi phun hoặc thay mới thì phải cài đặt lại thông số hiệu chỉnh lượng phun cho vòi phun. 4.3. PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN Ở đây ta chẩn đoán theo trạng thái hoạt động của động cơ. 4.3.1. Động cơ không tải, không êm, bị rung động Bảng. 4.1 : Bảng chẩn đoán động cơ không tải, không êm, bị rung động Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đoán chính Khu vực chẩn đoán có liên quan 1. Không tải không êm hay rung do có quá trình cháy không bình thường 2. Rung khi xe khởi hành. 1. Hư hỏng trong vòi phun - Chuyển động của piston vòi phun trục trặc - Vòi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội ở vòi phun - Hư hỏng mạch điện vòi phun 2. Hư hỏng hệ thống ly hợp - Hệ thống ly hợp (rung khi xe khởi động) - Mã hiệu chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu - Gối đỡ động cơ - Rò rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống đóng đường nạp - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Bơm cao áp - Van xả áp - EDU (Nếu P0200 thiết lập đồng thời) - Nhiên liệu chất lượng thấp - Sửa đổi xe - ECU 4.3.2. Động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch Bảng. 4.2 : Bảng chẩn đoán động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch. Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đoán chính Khu vực chẩn đoán có liên quan 1. Tiếng gõ và âm thanh không bình thường do áp suất cháy đặc biệt cao 2. Âm thanh không bình thường do ma sát giữa các chi tiết 1. Hư hỏng vòi phun - Chuyển động của piston trong vòi phun bị hỏng - Vòi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội trong vòi phun - Hỏng mạch vòi phun 2. Áp suất ống phân phối không bình thường - Bơm cao áp - Âm thanh xung áp nhiên liệu - Không khí trong nhiên liệu 3. Ma sát giữa các chi tiết 4. Áp suất nén - Mã hiệu chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu - Rò rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống đóng đường nạp - Cảm biến áp suất nhiên liệu - Cảm biến áp suất tuyệt đối đường nạp - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Cảm biến áp suất khí quyển (bên trong ECU) - Sửa đổi xe - Nhiên liệu chất lượng thấp - Thiếu nhiên liệu - ECU 4.3.3. Động cơ yếu, bị ì Bảng. 4.3 : Bảng chẩn đoán động cơ yếu, bị ì. Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đoán chính Khu vực chẩn đoán có liên quan 1. Động cơ bị yếu do lượng phun nhiêu liệu không bình thường (hỏng bơm cấp áp) 2. Động cơ bị yếu do lượng khí nạp vào thiếu (Hỏng tuabin tăng áp hay đoạn ống xả trước hay bộ trung hòa khí xả bị tắc) 1. Hư hỏng vòi phun - Chuyển động của píttông trong vòi phun bị hỏng - Vòi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội trong vòi phun - Hỏng mạch vòi phun 2. Áp suất ống phân phối không bình thường - Bơm cao áp 3. Lượng khí nạp không bình thường - Tuabin tăng áp - Đoạn ống xả trước bị tắc - Bộ trung hòa khí xả bị tắc - Van xả áp (P1271 được thiết lập) - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Rò rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống nhiêu liệu bị tắc - Hệ thống đóng đường nạp - Áp suất nén - Mã điều chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu - Bugi sấy - Cảm biến áp suất nhiên liệu - EDU (Nếu P0200 được thiết lập) - Sửa đổi xe - Nhiên liệu chất lượng thấp - Nhiên liệu bị đông cứng - ECU 4.4. CÔNG TÁC BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ 2KD-FTV Kế hoạch bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên là rất cần thiết để động cơ luôn luôn có được chất lượng tốt và độ tin cậy tối đa. Sự sẵn sàng hoạt động, sự an toàn khi hoạt động cũng như chi phí vận hành, bảo dưỡng sửa chữa và chăm sóc động cơ là thấp nhất. Hệ thống Common Rail sử dụng các cấp bảo dưỡng sau : óBảo dưỡng sửa chữa thường xuyên (W1) : Bao gồm nội dung kiểm tra có tính chất thường xuyên nhằm khắc phục các hư hỏng xảy ra trong vận dụng. Công tác bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên W1 được thực hiện hàng ngày (tương ứng với 25 h hoạt động của động cơ). óBảo dưỡng sửa chữa định kỳ : Bảo dưỡng sửa chữa theo các cấp qui định là việc bảo dưỡng sửa chữa mang tính chất dự phòng. Các cấp bảo dưỡng qui định cụ thể như sau : + W2 : Tương ứng với 250 giờ hoạt động của động cơ. + W3 : Tương ứng với 1000 giờ hoạt động của động cơ. + W4 : Tương ứng với 2000 giờ hoạt động của động cơ. + W5 : Tương ứng với 8000 giờ hoạt động của động cơ. + W6 : Tương ứng với 24000 giờ hoạt động của động cơ. Hệ thống nhiên liệu của động cơ cũng tuân theo các qui định về bảo dưỡng và sửa chữa như động cơ. Nội dung các công việc trong các kỳ bảo dưỡng cụ thể như sau : óCấp bảo dưỡng sửa chữa W1: Bộ phận kiểm tra Công việc kiểm tra Bộ phận xả khí Kiểm tra màu khí xả Két làm mát khí nạp Kiểm tra đường ống xả nước ở chỗ nước ra Lọc khí nạp Kiểm tra đồng hồ đo áp lực hút khí nạp Nhiên liệu Kiểm tra mức nhiên liệu ó Các cấp bảo dưỡng sửa chữa W2,3,4: Không tháo động cơ. Bộ phận kiểm tra Công việc kiểm tra Cấp Đường dẫn khí nạp Kiểm tra các hư hỏng, độ kín mặt hút W2,3,4 Hệ thống xả khí Kiểm tra và xả nước W3,4 Lọc khí nạp Vệ sinh W3,4 Đường dẫn khí nạp Kiểm tra khóa đóng khí nạp W3,4 Hệ thống xả khí Kiểm tra các liên kết bulông, sự ngăn cách của ống xả và tăng áp W3,4 W3,4 Bầu lọc thô Vệ sinh W3,4 Bầu lọc kép Xả nhiên liệu thay lõi lọc W3,4 Hệ thống khí nạp Kiểm tra áp lực khí nạp W4 Lọc khí nạp Thay lõi lọc W4 Két làm mát khí nạp Vệ sinh đường ống xả nước W4 Vòi phun cao áp Tháo ra, kiểm tra, thay roăng làm kín, thay đầu vòi phun mới nếu cần W4 óCấp bảo dưỡng và sửa chữa W5 : Ngược lại với các cấp W2,3,4 không tháo động cơ, ở cấp W5 một số bộ phận của động cơ được tháo. Những công việc sau được thực hiện và kiểm tra. Bộ phận kiểm tra Công việc kiểm tra Mặt quy lát Giải thể mặt quy lát, cân chỉnh lại vòi phun Bộ phối khí Tháo gỡ cò mổ và kiểm tra Ống dẫn khí nạp Giải thể, vệ sinh, thay mới roăng làm kín Ống xả tiêu âm Vệ sinh thay mới roăng Két làm mát khí nạp Tháo gỡ vệ sinh kiểm tra độ kín Ống xả Tháo gỡ vệ sinh thay mới roăng làm kín và lớp bảo vệ Bơm cao áp Tháo gỡ và kiểm tra lưu lượng bơm và độ kín, kiểm tra khớp nối, thời điểm phun Bộ cô lập máy Kiểm tra tính hoạt động ó Cấp bảo dưỡng và sửa chữa W6: Nhất thiết phải tháo toàn bộ động cơ và kiểm tra toàn bộ. ó Các công việc bảo dưỡng động cơ khi động cơ ngừng làm việc lâu : Nếu động cơ phải ngừng làm việc lâu, thì trong đường hút khí nạp phải được phun dầu bôi trơn. Sau đó tác động lên bộ tắt máy và cho động cơ quay bằng hệ thống đề. 5. KẾT LUẬN Sau khi khảo sát hệ thống nhiên liệu Common Rail lắp trên động cơ 2KD-FTV thì trên cơ sở lí thuyết ta thấy rằng : Sử dụng hệ thống Common Rail cho động cơ nói chung là rất có lợi không những về kinh tế mà còn làm giảm rõ rệt mức độ ô nhiễm môi trường so với động cơ Diesel nguyên thủy. Động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail có các đặc điểm sau : Khả năng tạo hơi nhiên liệu tốt vì phun nhiên liệu với áp suất cao khoảng 1800 bar, các sản vật cháy ít độc hại hơn nhiều lần so với hệ thống nhiên liệu Diesel bình thường, vì quá trình cháy hoàn thiện hơn. Ngoài sự ưu việt về mặt môi trường động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail còn hoàn loạt các ưu điểm khác : Động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail có đặc điểm là tồn trữ nhiên liệu ở áp suất cao khi sử dụng phun ở áp suất cao hơn. Nên nhiên liệu cháy hoàn toàn, không tạo ra các sản phẩm phụ khác, ít tạo khói, ít tạo ra muội than và khói thấp hơn động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Diesel bình thường nên cải thiện rất nhiều vấn đề ô nhiễm không khí. Đối với hệ thống Common Rail lượng khí nạp được cảm biến lưu lượng khí nạp nhận giá trị và đưa về ECU, ECU nhận giá trị này cùng với các giá trị từ các cảm biến khác gởi về xử lí và cho ra một lượng nhiên liệu chu trình thích hợp cho từng chế độ tốc độ của đông cơ. do lượng phun được điều khiển chính xác bằng ECU theo sự thay đổi về tốc độ động cơ và tải trọng nên có thể phân phối đều đến từng xylanh. Mặt khác, tỷ lệ khí - nhiên liệu có thể điều khiển tự do (vô cấp) nhờ ECU bằng việc thay đổi thời gian hoạt động của vòi phun (khoảng thời gian phun nhiên liệu). Vì thế hỗn hợp khí - nhiên liệu được phân phối đều đến tất cả các xylanh và tạo ra được tỷ lệ tối ưu. Chúng có ưu điểm trong cả việc kiểm xoát khí xả lẫn tính năng phát huy về công suất. Do đó có thể cấp hỗn hợp khí - nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh. Xét về mức độ phát ô nhiễm thì hệ thống có đặc tính là không độc, đặc tính phun được cải thiện với đặc điểm phun hai lần là phun sơ khởi và phun chính có tác dụng không ồn và giảm được độ độc hại của khí thải. Ngoài ra còn có giai đoạn phun thứ cấp được thực hiện nhờ hệ thống luân hồi khí xả có tác dung làm giảm nồng độ NOx trong khí thải, các sản phẩm cháy ít độc hại hơn nhiều lần so với động cơ Diesel cổ điển. Về suất tiêu hao nhiên liệu thì ở động cơ sử dụng hệ thông nhiên liệu Common Rail, việc phun nhiên liệu bị loại bỏ khi chân gas ở trạng thái tự do làm giảm tiêu hao nhiên liệu so với động cơ Diesel nguyên thủy. Như vậy với hệ thống Common Rail quá trình cháy của động cơ được cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu suất của động cơ. Do đó việc áp dung hệ thống Common Rail trên động cơ 2KD-FTV là đề tài đang được quan tâm nghiên cứu bởi vì ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt nhiên liệu đang là vấn đề cấp bách trên toàn cầu. Cũng là lần đầu tiên hãng xe TOYOTA đã đưa động cơ này vào thị trường Việt Nam Sau 20 tuần làm đồ án tốt nghiệp với sự nổ lực tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn KS.VŨ DUY THUẬN, đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ khảo sát đề tài tốt nghiệp được giao, đề tài đã giúp em hiểu thêm về tính năng và kết cấu của hệ thống nhiên liệu Common Rail lắp trên động cơ 2KD-FTV. Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu, do thời gian và khả năng hiểu biết và tài liệu về hệ thống Common Rai còn hạn chế nên trong quá trình khảo sát không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự lượng thứ và đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy cô giáo. Cuối cùng em chân thành cảm ơn các thầy trong khoa cơ khí trường CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ ĐÀ NẴNG , đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy giáo KS. VŨ DUY THUẬN đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Đà Nẵng, 6/2010 Sinh viên thực hiện LÊ ANH VŨ