Hệ thống Common Rail sử dụng công nghệ TDCi của Ford Turbocharge Common Rail InjectionÁp suất nhiên liệu cao Tích trữ áp suất nhiên liệu cao suất cao ở mọi dải tốc độ của Nhiên liệu được
Trang 12
Trang 2HỆ THỐNG COMMON RAIL TRÊN XE
có công suất lớn hơn 5%, giảm 26% lượng tiêu hao nhiên liệu và đạt tiêu chuẩn khíthải EURO 2 Động cơ hoạt động êm dịu Các thế hệ động cơ diesel trước thường bịphàn nàn về tiếng ồn, D-Max 2008 làm người ta hài lòng hơn, rất có thể loại xe này
sẽ làm nhiều người thay đổi định kiến về máy dầu Thêm vào đó, phẩm chất tiết kiệmnhiên liệu cũng là một ưu điểm của hệ thống này
2 Hệ thống Common Rail trên xe Toyota Hiace Commuter
Trang 3Động cơ 2KD-FTV
Động cơ diesel của Hiace mới được trang bị công nghệ hàng đầu của Toyota Dung tích xy lanh 2.51 liter, 4 xy lanh thẳng hàng Hệ thống cam kép tác dụngtrực tiếp DOHC 16 xu páp Xe luôn vận hành mạnh mẽ, tăng tốc nhanh, đảm bảo khảnăng leo dốc dù đang trở đầy hàng hoá và hành khách Đồng thời, tính năng tiết kiệmnhiên liệu nổi tiếng của xe Toyota giúp giảm chi phí đáng kể, đem lại lợi nhuận caohơn
Là loại động cơ Diesel tua bin tăng áp TOYOTA D-4D có tính năng êm ái nhưđộng cơ xăng, nhưng cùng lúc đó lại mang sức mạnh và tính kinh tế của một động cơdiesel thực thụ Và TOYOTA đã đạt được mục tiêu đó với Động cơ 2KD-FTV.Động cơ diesel 2KD-FTV 2.5l hoàn toàn mới với bộ phận nén turbo và hệ thốngphun dầu trực tiếp sử dụng đường dẫn chung (Common rail fuel supply system) tạo
mô men xoắn lớn nên rất phù hợp với loại xe chuyên vận chuyển hành khách Kháchẳn các hệ thống phun nhiên liệu bình thường, hệ thống phun nhiên liệu sử dụngđường dẫn chung của Toyota đảm bảo lượng hỗn hợp khí – nhiên liệu được phungvào buồng đốt qua từng xi lanh, cho khả năng tiết kiệm nhiên liệu tuyệt vời và giúpgiảm thiểu khí thải
Trang 43 Hệ thống Common Rail sử dụng công nghệ TDCi của Ford (Turbocharge Common Rail Injection)
Áp suất nhiên liệu cao
Tích trữ áp suất nhiên liệu cao suất cao ở mọi dải tốc độ của Nhiên liệu được phun với áp
động cơ
Nhiên liệu được phun với áp suất cao ở mọi dải tốc độ của
động cơNhiên liệu hòa trộn tốt hơn
Điều khiển độngcơ với độ chính xác cao
Điều khiển độngcơ với độ chính xác cao
• Hiệu năng và tính kinh tế nhiên liệu tăng cao
• Tiếng ồn nhỏ và ít rung động
• Khí thải sạch
Áp suất nhiên liệu, lượng phun và
thời điểm phun được điều khiển
điện tử
Trang 5Công nghệ TDCi của Ford khắc phục những nhược điểm cơ bản của động cơdiesel Với Ford, tương lai của công nghệ động cơ diesel thuộc về 4 từ: TDCi Là loạiđộng cơ diesel tăng áp có tính năng êm ái như động cơ xăng, nhưng cùng lúc đó lạimang sức mạnh và tính kinh tế của một động cơ diesel thực thụ Và Ford đã đạt đượcmục tiêu đó với “Turbocharge Common Rail injection,” viết tắt là TDCi Tất cả các
xi lanh của động cơ được lấy nhiên liệu từ một đường ống chung (common rail).Một bơm nhiên liệu cao áp sẽ cung cấp nhiên liệu cho đường ống chung này, nócòn gồm cả đường cao áp dầu hồi về với bộ giới hạn áp suất Nhiên liệu được phânphối từ các đường ống chung đến từng vòi phun, các vòi phun này sẽ nhận được tínnhiệu phun từ bộ điều khiển trung tâm ECU và EDU
Ở động cơ diesel truyền thống, các vòi phun đều được cung cấp nhiên liệu bởicác bơm cáo áp độc lập Và một bơm phân phối dẫn động bởi động cơ sẽ cung cấpnhiên liệu theo các đường độc lập đến vòi phun Nhưng với hệ thống common rail,thời điểm phun là lượng nhiên liệu phun các thể được điều chỉnh chính xác theo điềukiện hoạt động của động cơ Và ưu điểm của công nghệ TDCi là:
• Nâng cao khả năng vận hành
• Kinh tế cao và phát thải độc hại thấp
• Êm ái
Công nghệ TDCi có thể kiểm soát mức độ ồn của động cơ bằng cách tránhnhững điều kiện hoạt động bất lợi Thiết bị theo dõi sử dụng một cảm biến rung ápđiện Nó được đặt trong lốc máy của động cơ và giữa các xi lanh để thu nhận tiếng ồntại đây Sau đó tín hiệu được chuyển đến bộ vi xử lý của EDM Những rung giật cócường độ mạnh sẽ được xử lý tưc thời bằng cách điều chỉnh lượng nhiên liệu phun.Chỉ một sự thay đổi nhỏ cũng có thể giúp động cơ êm ái hơn rất nhiều
Công nghệ TDCi giảm tốc độ tăng áp suất trong xi lanh để khử rung giật Hiệuquả của công nghệ phun nhiên liệu tiên tiến Quá trình phun nhiên liệu sẽ quyết địnhđến đặc tính êm ái của của động cơ diesel Nhiên liệu được phun một cách có chủđích bằng một lượng nhỏ trước quá trình phun chính, được gọi là phun mồi (pilotinjection), sẽ có ảnh hưởng tốt đến quá trình cháy Nhiên liệu được phun mồi khôngnhững làm tăng áp suất, hiệu suất của quá trình cháy mà còn làm quá trình cháy trởlên êm dịu hơn Kết quả là công suất động cơ vừa tăng, mà lại giảm được rung giật,
ồn, và tiếng gõ của động cơ diesel Quá trình phun mồi giúp tăng hiệu suất cháy vàlàm giảm độ rung cho động cơ Công nghệ TDCi của Ford đã giúp khắc phục đượcnhững điểm yếu cơ bản của động cơ diesel
Các công nghệ mới trên động cơ diesel nói chung và TDCi của Ford nói riêng
đã giúp động cơ diesel được sử dụng rộng rãi hơn để góp phần tiết kiệm tài nguyên vàbảo vệ môi trường
Trang 6II GIỚI THIỆU HỆ THỐNG COMMON RAIL TRÊN XE HYUNDAI SANTA FE
Trang 7III SƠ ĐỒ HỆ THỐNG COMMON RAIL
Hệ thống Common rail có thể được phân ra làm 3 phần:
• Bơm cao áp với van điều khiển áp suất
• Các đường ống áp suất cao
• Ống phân phối với cảm biến áp suất trên đường ống
• Van giới hạn áp suất
• Ống cao áp đến kim phun
• Kim phun
• Đường dầu hồi về
ECM (Engine Control Modul) và các cảm biến (Sensor)
1 Cảm biến lưu lượng khí nạp
Trang 8IV CHI TIẾT CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG COMMON RAIL TRÊN XE
HYUNDAI SANTA FE
Dùng để chứa và dự trữ nhiên liệu đủ để cho động cơ hoạt động trong thời giannhất định Thùng nhiên liệu được làm từ vật liệu chống ăn mòn, không bị rò rỉ ở ápsuất gấp đôi ở áp suất hoạt động bình thường và khi xe bị rung xóc nhỏ, cũng như khi
xe vào cua hoặc dừng hay chạy trên đường dốc
7 Các đường ống áp suất cao
Trang 92 BƠM CUNG CẤP NHIÊN LIỆU
Bơm cung cấp được đặt trong thùng nhiên liệu hoặc đặt giữa thùng nhiên liệu vàlọc nhiên liệu Bơm cung cấp hút nhiên liệu từ thùng chứa, đưa qua lọc thô rồichuyển đến bơm cao áp một cách liên tục, không phụ thuộc tốc độ động cơ Phầnnhiên liệu thừa sẽ được hồi về thùng chứa
Rotor bơm được kích hoạt và quay khi có dòng điện chạy qua cuộn dây tạo từ.Đĩa quay được đặt lệch tâm với rotor bơm Trên đĩa có khắc nhiều rãnh, trong mỗirãnh có lắp một con lăn (con lăn dịch chuyển tự do được) Nhiên liệu được hút thôngqua việc mở khe hở đường nạp vào buồng bơm, buồng bơm được tạo từ khe hở giữa
vỏ đĩa bơm, đĩa quay và các con lăn Khi rotor bơm quay kéo theo đĩa bơm quay, nhờlực quán tính làm cho các con lăn bị văng ra áp sát vào vỏ đĩa ép và đẩy nhiên liệu rangoài
1 Nắp bầu lọc
2 Đường dầu vào
3 Phần giấy lọc
4 Bọng chứa dầu sau khi lọc
5 Phần chứa nước có lẫn trong dầu
6 Thiết bị báo mực nứơc trong bầu
lọc khi vựơt mức cho phép
7 Van giới hạn áp suất
8 Đường nhiên liệu ra
9 Van một chiều
10 Đĩa bơm
11 Vỏ đĩa
Trang 10Hình 2.7 Cấu tạo bơm cao áp
Những cặn bẩn lẫn trong nhiên liệu có thể làm hư hỏng các chi tiết của bơm, vanphân phối và kim phun Do đó cần thiết phải trang bị bộ lọc nhiên liệu để gạn lọcnước, các tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, giúp các chi tiết hoạt động tốt và kéodài tuổi thọ Nhiên liệu phải được lọc sạch tối đa trước khi đến bơm cao áp và kimphun vì hai bộ phận này có các chi tiết được chế tạo có độ chính xác rất cao
Nhận nhiên liệu từ bơm cung cấp chuyển đến, bơm cao áp nén nhiên liệu để tạo
ra nhiên liệu có áp suất cao, chuyển nhiên liệu có áp suất cao đó đến kim phun thôngqua hệ thống ống cao áp và ống phân phối chung
Nhiên liệu đựơc nén bằng 3 piston bơm được bố trí hướng kính và các pistoncách nhau 120o Do 3 piston bơm hoạt động luân phiên trong 1 vòng quay nên chỉ làmtăng nhẹ lực cản của bơm Do đó, ứng suất trên hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ.Điều này có nghĩa là hệ thống Common Rail đặt ít tải trọng lên hệ thống truyền độnghơn so với hệ thống cũ Công suất yêu cầu để dẫn động bơm rất nhỏ và tỉ lệ với ápsuất trong ống phân phối và tốc độ bơm
123
5
94
6
Cam lệch tâm
Trục dẫn độngPiston bơm
Trang 11Việc bố trí 3 piston bơm giúp cho dòng nhiên liệu có áp suất cao được tạo raliên tục, ổn định.
Nhiên liệu có áp suất cao từ bơm cao áp được dẫn tới ống phân phối thông quađường ống cao áp Ống phân phối sẽ giữ nhiên liệu có áp suất cao đó một cách ổnđịnh để phân phối đến các kim phun bằng các đường ống riêng biệt
Ưu điểm lớn khi sử dụng ống phân phối là nó có đảm bảo áp suất của nhiên liệukhi phân phối đến các kim phun là bằng nhau
Ngay cả khi một lượng nhiên liệu bị mất đi khi phun, ống vẫn duy trì áp suấtthực tế bên trong không đổi Điều này bảo đảm cho áp suất phun của kim không đổingay từ khi kim mở
Thể tích bên trong của ống thường xuyên được điền đầy bằng nhiên liệu có ápsuất Khả năng nén của nhiên liệu dưới áp suất cao được tận dụng để tạo hiệu quả tíchtrữ Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun ra thì áp suất thực tế trong bộ tích trữ nhiênliệu áp suất cao vẫn được duy trì không đổi Sự thay đổi áp suất là do bơm cao ápthay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào phần nhiên liệu vừa phun
6 Khoang ép nhiên liệu
7 Đường nhiên liệu cao áp ra
Trang 126 VAN GIỚI HẠN ÁP SUẤT NHIÊN LIỆU
Nhằm mục đích đảm bảo tính an toàn cho hệ thống Common rail lúc van điềukhiển áp suất nhiên liệu hoạt động không tốt hoặc hư hỏng Nếu có sự trục trặc trongviệc điều khiển áp suất nhiên liệu thì áp suất nhiên liệu có thể tăng cao quá giới hạncho phép Do đó trên ống phân phối còn được trang bị van giới hạn áp suất
Van giới hạn áp suất được lắp ở một đầu của ống phân phối có tác dụng tự động
xả nhiên liệu có áp suất cao về thùng chứa khi áp suất nhiên liệu trong ống phân phốităng cao vượt giới hạn cho phép Nhờ vậy áp suất nhiên liệu trong ống phân phối được giới hạn ở một mức ổn định, tránh được sự hỏng hóc của một số bộ phận
do áp suất nhiên liệu quá cao gây ra
Một đầu của van kim chịu tác dụng của nhiên liệu có áp suất cao, đầu còn lạichịu lực ép của lò xo Hai lực này tác động vào van kim ngược chiều nhau
Bình thường khi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối ở mức cho phép thì áplực nhiên liệu tác dụng vào một đầu của van kim không đủ lực để thắng lực đẩy của
lò xo, van bị lò xo ép sang trái đóng đường thông giữa ống phân phối chứa nhiên liệu
có áp suất cao với đai ốc xả nhiên liệu về thùng chứa
Khi nhiên liệu trong ống phân phối tăng cao vượt quá giới hạn áp suất cho phépthì áp lực của nhiên liệu có áp suất cao tác dụng lên van thắng được lực đẩy của lò
xo, đẩy van dịch chuyển sang phải mở, đường thông giữa buồng có áp suất cao và đai
2 Đường nhiên liệu từ bơm cao áp đến
3 Cảm biến áp suất trên đường ống
4 Đường nhiên liệu hồi về thùng chứa
5 Các đường phân phối đến từng kim phun
Hình 2.10 Mô tả hoạt động của van giới hạn áp suất
Trang 13ốc xả dầu về, nhiên liệu trong ống phân phối được xả về thùng chứa Do đó áp suấtnhiên liệu được giảm xuống tới mức cho phép Lúc áp suất nhiên liệu đã giảm xuốngthấp, qua mức giới hạn thì áp lực của nhiên liệu tác dụng lên van trở nên yếu hơn lựctác dụng của lò xo Vì vậy thân van bị lò xo đẩy sang trái đóng đường thông giữa ốngphân phối và đường nhiên liệu hồi về thùng chứa.
Thời điểm phun và lượng nhiên liệu phun vào xylanh được điều khiển bởi cáckim phun điều khiển điện
A: Kim phun đang đóng B: Kim phun mở
Hình 2.11 Cấu tạo kim phun
Trang 14HOẠT ĐỘNG CỦA KIM PHUN
Nhận tín hiệu từ ECM gởi tới, kim phun nhấc lên để phun nhiên liệu vào buồngđốt động cơ Nhiên liệu được phun vào buồng đốt của động cơ dưới dạng hơi sương,gặp môi trường trong buồng đốt có nhiệt độ và áp suất cao nên hạn chế được một sốtia nhiên liệu trực tiếp va chạm vào thành xi lanh và đỉnh piston
Phối hợp với dạng đặc biệt của buồng đốt để hơi nhiên liệu hòa trộn với khôngkhí có áp suất và nhiệt độ cao tạo thành một hỗn hợp tự bốc cháy
Nhiên liệu được chuyển vào trong kim phun từ ống cao áp thông qua đường nốivới ống cao áp Khi vào trong kim phun thì đường dẫn nhiên liệu chia ra làm hai lối.Một lối đi vào mặt dưới của đót kim, lối còn lại đi vào buồng điều khiển van thôngqua lỗ tiết lưu
Quá trình phun được chia thành 3 giai đoạn
1 Chưa phun :
Khi không có dòng điện cung cấp từ ECM đến solenoid, van 2 chiều đóng lỗthoát bởi lực lò xo Lúc này áp suất của đầu cuối đót kim cân bằng với áp suất trongbuồng điều khiển, áp suất trên bề mặt đỉnh piston chính cộng với lực lò xo kim phun
sẽ cân bằng với áp suất ở đầu đót kim làm cho đót kim bị đẩy xuống đóng kín lỗ tia
2 Phun nhiên liệu:
Van solenoid được cung cấp dòng điện kích lớn để đảm bảo nó mở nhanh Lựctác dụng bởi van solenoid lớn hơn lực lò xo lỗ xả và làm mở lỗ xả ra Gần như tứcthời, dòng điện cao được giảm xuống thành dòng nhỏ hơn chỉ đủ để tạo ra lực điện
từ để giữ ty Điều này thực hiện được là nhờ khe hở mạch từ bây giờ đã nhỏ hơn.Khi lỗ xả mở ra, nhiên liệu có thể chảy vào buồng điều khiển van vào khoan bên trên
nó và từ đó trở về bình chứa thông qua đường dầu về Lỗ xả làm mất cân bằng ápsuất nên áp suất trong buồng điều khiển van giảm xuống Điều này dẫn đến áp suấttrong buồng điều khiển van thấp hơn áp suất trong buồng chứa ty kim (vẫn còn bằngvới áp suất của ống) Áp suất giảm đi trong buồng điều khiển van làm giảm lực tácdụng lên piston điều khiển ty kim mở ra và nhiên liệu bắt đầu phun
Tốc độ mở ty kim được quyết định bởi sự khác biệt tốc độ dòng chảy giữa lỗnạp và lỗ xả Piston điều khiển tiến đến vị trí vùng phía trên mà nó vẫn còn chịu tácdụng của đệm dầu được tạo ra bởi dòng chảy của nhiên liệu giữa lỗ nạp và lỗ xả.Kim phun giờ đây đã mở hoàn toàn, và nhiên liệu được phun vào buồng đốt ở ápsuất gần bằng áp suất trong ống
3 Buồng điều khiển van
4 Piston điều khiển van
5 Nhiên liệu cấp đến lỗ tia
6 Đót kim
Trang 15Khi dịng qua van solenoid bị ngắt, lị xo đẩy van 2 chiều xuống và van 2 chiềuđĩng lỗ xả lại Lỗ xả đĩng làm áp suất trong buồng điều khiển van tăng lên thơngqua lỗ nạp Áp suất này tương đương với áp suất trong ống và làm tăng lực tác dụnglên đỉnh piston điều khiển Lực này cùng với lực của lị xo bây giờ cao hơn lực tácdụng của buồng chứa và ty kim đĩng lại, quá trình phun kết thúc Tốc độ đĩng của
ty kim phụ thuộc vào dịng chảy của nhiên liệu qua lỗ nạp
Đầu kim phun
Ty kim mở khi van solenoid được kích hoạt để nhiên liệu chảy qua Chúngphun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy Lượng nhiên liệu dư cần để mở ty kim sẽđược đưa trở lại bình chứa thơng qua đường ống dầu về Nhiên liệu hồi về từ vanđiều áp và từ vùng áp suất thấp cũng được dẫn theo đường dầu về cùng với nhiênliệu được dùng như để bơi trơn cho bơm cao áp Thiết kế đầu kim phun được quyếtđịnh bởi:
Việc kiểm sốt nhiên liệu phun ra
Việc điều khiển nhiên liệu
Lỗ tia phun được định vị dựa vào hình nĩn phun, số lượng lỗ tia, và đườngkính của chúng dựa vào:
Lượng nhiên liệu phun ra
Hình dạng buồng cháy
Sự xốy lốc trong buồng cháy
Điều khiển phun dầu bằng điện tử trên hệ thống Common rail bao gồm 3 cụm hệthống chính
Trang 16Những cảm biến và bộ phát tín hiệu ghi nhận các giá trị, thông số và điều kiệnhoạt động của xe Những đại lượng đo được sẽ được chuyển đổi thành các tín hiệu số.ECM phát những tín hiệu điện điều khiển các cơ cấu chấp hành theo từng điềukiện hoạt động của động cơ.
Các cơ cấu chấp hành chuyển các tín hiệu điện phát ra từ ECM sang các hoạtđộng cơ khí
* CÁC CẢM BIẾN
1 CẢM BIẾN VỊ TRÍ TRỤC KHUỶU
Cảm biến vị trí trục khuỷu ghi nhận vị trí góc quay của trục khuỷu đồng thời ghinhận tốc độ (số vòng quay) của động cơ Thông tin ghi nhận được gởi tới ECM bằngtín hiệu điện áp ECM dựa vào thông tin đó và các tín hiệu khác để điều khiển thờiđiểm phun nhiên liệu hợp lý
Cảm biến có một nam châm vĩnh cửu tạo từ trường, cuộn dây quấn quanh lõi sắtnon được gắn trên một bánh răng tạo xung Các răng được chia đều nhau, riêng cómột vị trí khoảng cách giữa 2 răng lớn hơn những vị trí khác (bỏ trống 2 răng) Vìvậy khi cảm biến quét qua vị trí này thì tín hiệu phát ra sẽ thay đổi, dựa vào đó ECM
sẽ nhận biết vị trí xylanh số 1
Khi bánh răng tạo xung quay, gây ra sự thay đổi từ thông gởi qua cuộn dây do
sự thay đổi khe hở giữa bánh răng tạo xung và lõi từ Lúc vị trí răng đứng đối diệnvới lõi từ thì từ thông gởi qua cuộn dây là lớn nhất Lúc vị trí khe hở giữa 2 răng đốidiện với lõi từ thì từ thông gởi qua cuộn dây là nhỏ nhất Sự thay đổi từ thông làmcho cuộn dây xuất hiện một sức điện động cảm ứng, sức điện động cảm ứng là cácxung mà mỗi xung tương ứng với một răng
Bánh răng bộ tạo xung với xung khoảng cách 10 độ, gồm 34 răng và 2 răngthiếu (cho 2 xung ) Cứ mỗi 360 độ thì cảm biến sẽ tạo ra 34 xung
1 Nam châm vĩnh cửu