Phần II: Hệ thống phun diesel điện tử

Hình 9.74 dưới đây trình bày toàn cảnh về hệ thống nhiên liệu Common Rail:
Hình 9.71 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common Rail.

1: Vòi phun.
2: Thân rail.
3: Bơm chuyển nhiên liệu kiểu bánh răng.
4: Thiết bị làm mát nhiên liệu.
5: Rail nhiên liệu với mạch điều khiển áp suất cao.
6: Bơm cao áp.
2. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động :
*. Sơ đồ nguyên lý:
Hình 9.72 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống Common Rail.
1: Thùng màng nhiên liệu.
2: Van an toàn.
3: Vòi phun.
4: Bình tích áp.
5: Van điều chỉnh nhiên liệu áp suất cao.
6: Mạch điều khiển rail nhiên liệu với áp suất cao.
7: Cảm biến áp suất nhiên liệu.
8: Bơm cao áp.
9: Van định lượng nhiên liệu.
11: Bơm bánh răng.
12: Lọc nhiên liệu.
13: Bộ làm mát nhiệt độ bằng nước.
14: Cặp van lưỡng kim sấy nóng nhiên liệu bằng Bimetal.
15: Bộ làm mát nhiên liệu bằng không khí dưới gầm xe.
16: Bơm nhiên liệu thấp áp (kiểu con lăn).
17: Van tràn điều khiển điện từ.
18: Bơm nhiên liệu thấp áp.
* Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
Nhiên liệu từ thùng chứa được bơm chuyển nhiên liệu thấp áp 18 chuyển vào trong thùng màng cung cấp và được bơm nhiên liệu thấp áp kiểu con lăn 16 chuyển từ thùng chứa tới bơm bánh răng. Mắc song song với bơm nhiên liệu 16 là van điện từ 17 có chức năng hoạt động tương tự như van an toàn. Nếu áp suất sau bơm 16 vượt quá giá trị cho phép thì nhiên liệu sẽ qua van trở về thùng chứa. Sau khi qua bầu lọc, nhiên liệu được bơm bánh răng chuyển tới bơm cao áp và từ đây nhiên liệu cung cấp cho các Rail với áp suất rất cao. Nếu áp suất trong Rail vượt quá áp suất cho phép thì nhiên liệu không cung cấp cho rail nữa mà theo đường dầu hồi trở về trước bơm bánh răng. Nhiên liệu từ Rail được cung cấp cho các thân Rail chính và được chia cho các vòi phun phun đúng thời điểm, tất cả đều được tính toán một cách chính xác và đều được điều khiển bằng ECU thông qua các cảm biến để điều chỉnh lượng nhiên liệu cũng như áp suất phù hợp cho từng chế độ làm việc của động cơ. Lượng nhiên liệu thừa ở mỗi vòi phun sẽ theo đường dầu hồi trở về thùng nhiên liệu. Trên đường hồi về dầu được làm mát nhờ thiết bị làm mát bằng nước. Sau đó đường dầu được chia làm hai đường. Nếu nhiệt độ còn cao dầu tiếp tục được làm mát bởi không khí trước khi về thùng còn nếu nhiệt độ thích hợp dầu được đưa trở lại đường dầu trước bơm bánh răng.

3. Các cụm chi tiết chính trong hệ thống nhiên liệu Common-Rail:

1. Bình tích áp:
Bình tích áp (hình 78) có kết cấu khá đơn giản, dạng hình ống hoặc hình cầu và có thể tích phù hợp. Bình có thể chịu được áp suất cao đến 2000 bar. Bình có nhiệm vụ tích trữ nhiên liệu với áp suất cao để sẵn sàng cung cấp cho vòi phun.

2. Bơm cao áp:
Đặc điểm kĩ thuật của bơm.
- Áp suất cực đại đạt 1350 bar.
- Số vòng quay từ 75 ¸ 3000 vòng/phút.
- Công suất 0,6 ¸ 0,7 cm3/vòng.
- Tiêu thụ năng lượng 3,5 kW đối với động cơ làm việc ở chế độ định mức và Rail đạt áp suất 1350 Bar . Bơm cao áp được dẫn động từ trục cam bằng dây đai răng, bơm cao áp làm nhiệm vụ cung cấp và nén nhiên liệu vào trong thân rail.
a. Cấu tạo bơm cao áp:
Bơm cao áp gồm 3 bơm piston có chuyển động hướng kính và được bố trí cách nhau 1200. Bơm được dẫn động bởi cam lệch tâm có 3 đỉnh. Ưu việt của bơm là trong một vòng quay cả 3 bơm đều hoạt động và mỗi bơm đều thực hiện 3 lần cấp nhiên liệu. Như vậy lượng nhiên liệu cung cấp là lớn và nó sẽ làm giảm lượng tiêu hao công cho dẫn động bơm vì vậy mômen xoắn cực đại nhỏ chỉ 17 Nm mà áp suất đạt 1300 Bar gấp 9 lần so với công nghệ bơm phun cũ. Cấu tạo của bơm được biểu diễn trên hình 9. 77:
b. Nguyên lý hoạt động:
Cam lệch tâm dẫn động 3 piston lên xuống dạng sóng hình sin. Bơm bánh răng chuyển nhiên liệu vào miệng khoang của bơm cao áp đồng thời đưa dầu đi bôi trơn và làm mát vòng tuần hoàn của bơm cao áp thông qua lỗ tiết lưu nhờ van điện từ. Nếu áp suất do bơm bánh răng cung cấp vượt quá áp suất mở của van nạp từ 0,5¸1,5 Bar thì van này sẽ mở, bơm bánh răng sẽ đẩy nhiên liệu đi qua van nạp và làm cho piston đi xuống cho đến khi vượt quá điểm chết dưới thì van nạp sẽ đóng làm cho áp suất không tăng nữa, nhiên liệu trong thân bơm bị nén lại do piston chuyển động lên điểm chết trên và vượt xa áp suất cấp của bơm bánh răng. Áp suất giờ đây tăng lên làm cho van cấp mở và làm cho áp suất hiện có trong Rail tăng, bơm cung cấp nhiên liệu cho đến khi chạm tới điểm chết trên .
Khi nhiên liệu đi vào trong ống qua van tiết lưu một phần sẽ qua van định lượng 290 còn một phần sẽ qua bộ phận hạn chế hành trình của piston để điều chỉnh độ mở của van cung cấp cho bơm.
Van định lượng nhiên liệu có nhiệm vụ điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho bơm cao áp. Ngoài ra để giảm bớt khả năng tiêu thụ công của bơm cao áp và tránh việc làm nóng nhiên liệu một cách không cần thiết nhiên liệu được hồi trở lại qua vòng làm mát tuần hoàn bởi van điện từ
Hình 9.75: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm cao áp.

3. Van điều chỉnh áp suất nhiên liệu.
Với việc điều chỉnh vị trí của van kim sẽ điều chỉnh được áp suất nạp vào Rail nhiên liệu.
Cấu tạo của van được biểu diễn trên hình 9.81:
Sự tăng áp suất trong đường ống, cuộn dây điện từ sinh ra một lực từ trường hút van kim điều khiển lỗ đóng mở của đường dầu hồi về bơm cao áp, nếu áp suất dầu quá cao thì van kim này sẽ mở ra và có một đường dầu hồi trở về bơm cao áp và một đường qua bình làm mát và trở về thùng chứa. Dòng chảy ngang qua tiết lưu và kết quả là lưu lượng bị giảm bớt chính van kim này đã dập tắt dao động áp suất trong đường ống.
4. Vòi phun:
Vòi phun được thiết kế để phun nhiên liệu vào trong buồng cháy. Lượng nhiên liệu phun và thời điểm phun được tính toán bởi ECU và tín hiệu điều khiển được gửi tới cuộn dây điện từ trong vòi phun. Thời điểm mở và đóng của van trong vòi phun được điều khiển bởi cuộn dây điện từ. Ban đầu là phun phụ sau đó là phun chính khi van trong vòi phun bị đóng đột ngột.
Việc phun sớm một lượng nhiên liệu vào trong xylanh đã làm cho động cơ chạy êm hơn. Phun sớm một lượng nhiên liệu chính là giai đoạn chuẩn bị cho quá trình đốt cháy trong động cơ. Lượng nhiên liệu phun chính được phun vào trong buồng cháy ngay sau khi kết thúc quá trình phun sớm. Trong giai đoạn này nhiên liệu sẽ cháy nhanh và kiệt.
a. Cấu tạo vòi phun:
1: Lò xo vòi phun.
2: Van định lượng.
3: Tiết lưu dầu hồi về.
4: Lõi của van điện từ
5: Đường dầu hồi về.
6: Đầu nối điện của van điện từ.
7: Van điện từ.
8: Nhiên liêụ áp suất cao được cung cấp
từ rail.
9: Van bi.
10: Tiết lưu cung cấp.
11: Van piston.
12: Đường dẫn nhiên liệu.
13: Buồng chứa.
14: Kim phun.
Hình 9. 77: Cấu tạo vòi phun.
b. Nguyên lý hoạt động:
Tín hiệu điều khiển vòi phun làm cho nam châm điện hút van bi mở đường xả của vòi phun. Lúc này hiện tượng chênh áp giữa hai đầu kim phun xuất hiện dẫn đến mở kim phun và nhiên liệu được phun vào xylanh. Phụ thuộc vào số tín hiệu và thời gian tác dụng của tín hiệu mà số lần phun nhiên liệu có thể là 1 hoặc nhiều lần trong một chu trình công tác của động cơ.
Nếu dòng điện tồn tại trong van điện từ trong một thời gian dài thì piston của van và kim phun sẽ được nâng lên tới vị trí cao nhất của piston. Khi đó miệng vòi phun sẽ được mở ra lớn nhất, nhiên liệu được phun vào trong xylanh dưới áp suất bằng với áp suất ở trong Rail. Khi phun với một lượng nhiên liệu ít thì van điện từ chỉ mở trong một thời gian ngắn kim phun không mở tới vị trí xa nhất mà kim phun chỉ nâng lên một khoảng nhỏ.
Khi không còn tín hiệu điện tác dụng, lực lò xo van điện từ tác động đóng van bi bịt kín đường xả của vòi phun. Lúc này hiện tượng chênh áp giữa 2 đầu van kim không còn dẫn đến việc lò xo kim phun tác động một lực làm kim phun đóng lại kết thúc quá trình phun nhiên liệu vào trong xylanh.
Lượng nhiên liệu phun vào trong xylanh được xác định bởi: 
- Thời gian hoạt động của van điện từ.
- Vận tốc đóng mở kim phun.
- Độ nâng cao của kim phun.
- Tốc độ dòng chảy trong đường ống tới miệng.
- Áp suất trong Rail.

Nguồn sưu tầm.