1. Hệ thống phun xăng trực tiếp
1.2. Cấu tạo của hệ thống
1.2.2. Hệ thống áp suất cao
Về cơ bản, hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp bao gồm các bộ phận chính sau:
- Bơm áp cao
- Cảm biến áp suất nhiên liệu trên ống phân phối.
- Kim phun.
Hệ thống nhiên liệu áp thấp không có đường hồi nhiên liệu. Nhiên liệu áp thấp bắt buộc phải được điều chỉnh theo điều kiện hoạt động của động cơ. Để điều tiết áp suất nhiên liệu, dựa vào FPCM. Bộ phận này sẽ cung cấp áp suất nhiên liệu cần thiết theo yêu cầu của PCM.
a. Bơm áp cao
Hình 2.7: Vị trí các chi tiết trên hệ thống áp cao
1. Bơm nhiên liệu áp suất cao; 2.Mấu cam; 3.Con đội cam; 4.Vòng chữ O;
5.Con đội bơm
Bơm nhiên liệu cao áp là bơm nhiên liệu xy lanh đơn được dẫn động bởi trục cam động cơ.
Tốc độ chảy trong ống phân phối nhiên liệu được điều chỉnh bằng van định lượng nhiên liệu. Tốc độ chảy phụ thuộc vào tốc độ động cơ và điều chỉnh của van định lượng nhiên liệu.
17
Bơm phun nhiên liệu dẫn động bởi động cơ làm tăng áp suất giàn phân phối nhiên liệu đến mức mong muốn để hỗ trợ yêu cầu phun nhiên liệu. Không giống với hệ thống phun nhiên liệu của cổng thông thường, với hệ thống phun trực tiếp, áp suất giàn phân phối nhiên liệu mong muốn dao động rộng trong điều kiện vận hành. Bơm nhận nhiên liệu từ cụm bơm nhiên liệu, tăng áp suất nhiên liệu từ khoảng 448 kPa (65 psi) lên mức áp suất biến thiên tối đa là 15 MPa (2175 psi) và phân phối nhiên liệu đến giàn phân phối nhiên liệu. Bơm phun nhiên liệu được dẫn động bằng thùy trục cam nạp chuyên dụng và nằm ở trên cùng của động cơ.
Bộ điều chỉnh dung tích nhiên liệu là van điện từ được gắn cố định vào cụm bơm.
PCM đặt lệnh bộ điều chỉnh dung tích nhiên liệu đo dung tích nhiên liệu được chỉ định với từng kỳ bơm. PCM điều tiết dung tích nhiên liệu đi vào giàn phân phối để đạt được áp suất giàn phân phối nhiên liệu mong muốn.
Điều khiển bộ điều chỉnh dung tích nhiên liệu đồng bộ với vị trí cam nơi gắn bơm.
Điều khiển bộ điều chỉnh dung tích nhiên liệu tính đến trường hợp pha trục cam thay đổi trong khi vận hành động cơ cho mục đích điều khiển van.
Van định lượng nhiên liệu ( FMV - Fuel Metering Valve)
Van định lượng nhiên liệu điều khiển lưu lượng của đường áp thấp nhiên liệu để
đi đến bơm áp cao và vì vậy nhiên liệu được phân phối với áp suất cao đến ống phân phối.
Van FMV được tích hợp trên bơm áp cao và không thể thay thế tách riêng được.
Lượng nhiên liệu áp cao được phân phối đến ống phân phối dựa trên tốc độ động cơ và sự khởi động của van FMV. PCM xác định áp suất nhiên liệu bằng cách điều khiển thời gian van solenoid FMV hoạt động.
Piston Bơm nhiên liệu áp suất cao được điều khiển di chuyển lên xuống bằng moment của mấu cam nằm trên trục cam. Piston của bơm di chuyển xuống suốt kì nạp đầy nhiên liệu. Dòng nhiên liệu thông qua van nạp của van FMV vào trong buồng nén.
18
Hình 2.8: Cấu tạo Bơm áp cao Quá trình nạp đầy vào buồng áp cao xảy ra bằng 2 cách:
- Nhiên liệu được đưa vào buồng áp cao bằng quá trình hút khi piston bơm đi xuống.
- Nhiên liệu được đẩy vào buồng áp cao bằng áp suất của hệ thống nhiên liệu áp thấp.
Trong kỳ cung cấp tiếp theo, đầu tiên van FMV tiếp tục mở sau điểm chết dưới của piston. Nhiên liệu không được cho phép trở lại đường áp thấp.
Hình 2.9: Sơ đồ điều khiển quá trình mở van FMV
Sau một thời gian định trước, Van FMV được kích hoạt bằng PCM và van FMV đóng lại, do đó việc cung cấp nhiên liệu từ mạch áp thấp được đóng lại. Nhiên liệu trong buồng áp cao được nén xuyên suốt quá trình đi lên của piston bơm. Miễn là áp suất trong buồng áp cao vượt quá áp suất trong ống phân phối, khi đó van đầu ra sẽ mở. Nhiên liệu
19
lúc này được phân phối đến ống phân phối. Sự kích hoạt của van FMV được chấm dứt sau thời gian xác định.
Hình 2.10: Sơ đồ điều khiển đóng van FMV
Van nạp vẫn được đóng lại, ngay cả sau giai áp suất dòng giảm. Điều này diễn ra bởi vì áp suất trong buồng áp cao cùng với lực lò so của van nạp đẩy ngược lại.
Sự cung cấp từ dòng áp thấp vẫn được đóng lại. Nhiên liệu tiếp tục được phân phối đến ống phân phối cho đến khi piston bơm dừng lại ở điểm chết trên và kì nạp bắt đầu.
Áp suất trong buồng áp cao lại giảm : - Van đầu ra đóng lại.
- Van nạp mở ra.
PCM kích hoạt van FMV bằng cách sử dụng 1 tín hiệu xung ( Peek and hold ) . Van FMV là một thiết bị điện từ, sử dụng cuộn dây để kích hoạt một pitton đường nạp trong van. PCM cung cấp đến 1 đầu của cuộn dây van FMV (FVR), và kích hoạt nó bằng cách nối với đầu còn lại (FVRRTN).
Hình 2.11: Mạch kích hoạt van FMV của PCM
Đầu tiên, PCM cung cấp dòng và sau đó truyền đến cuộn dây trong van FMV, dòng này đạt đến tối đa mặc dù nó cần một giai đoạn ngắn để mở van FMV nhanh. PCM
20
sau đó giữ van FMV mở, bằng cách dao động (nhanh chóng chuyển đổi giữa on và off) kết nối đến FMV. Quá trình này cũng giảm được dòng điện đi qua van FMV.
Khi PCM điều khiển một điện áp tăng đột biến của FMV được biết như lực điện động Back Electromotive FORCE (EMF) được tạo ra bằng cách làm sụt giảm từ trường trong cuộn solenoid trong van FMV. Điện áp này có thể tăng đến 40V.
Hình 2.12: Tín hiệu điện áp trong quá trình điều khiển van FMV b. Cảm biến áp suất nhiên liệu trên ống phân phối
Cảm biến áp suất nhiên liệu ống phân phối (FRP - The Fuel Rail Pressure) đo áp suất khác nhau giữa áp suất ống phân phối với áp suất khí trời. Cảm biến FRP nằm trên ống phân phối nhiên liệu của động cơ phun xăng trực tiếp.
Cảm biến FRP gửi đến PCM thông tin về áp suất ống phân phối.
Điện áp đầu ra của cảm biến FRP nằm trong khoảng 0.5 đến 4.5V, với 0.5V tương ứng với áp suất là 0 MPa và 4.5V tương ứng với áp suất là 26 MPa. Cảm biến FRP cung cấp phản hồi về PCM để điều chỉnh áp suất nhiên liệu bằng bơm áp suất cao. PCM cũng sử dụng tín hiệu FRP để tính toán thời gian phun nhiên liệu trực tiếp cho phân phối nhiên liệu được chính xác tại tất cả các điều kiện tốc độ và tải.
21
Cảm biến FRP, cùng với van FMV, tạo thành một hệ thống điều khiển áp suất nhiên liệu kín. Cảm biến FRP hỏng có thể chấm dứt hoạt động của bơm áp suất cao cũng như cả hệ thống.
PCM cung cấp một điện áp tham chiếu 5V (VREF) và nối mass (SIGRTN) đến cảm biến FRP. Cảm biến FRP cho ra tín hiệu điện áp tương ứng với áp suất trên ống phân phối đến PCM.
Hình 2.13: Mạch điều khiển cảm biến FRP của PCM.
c. Kim phun trong hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp
Hình 2.14: Kim phun bố trí trên thân máy
1.Vòng đệm; 2.Gioăng buồng đốt; 3.Đĩa đệm; 4.Vòng chữ O; 5.Giá đỡ dưới;
6.Ống phân phối nhiên liệu; 7.Cảm biến áp suất nhiên liệu
Kim phun được gắn cùng với ống phân phối nhiên liệu vào đầu nắp máy. Do đó không cần thêm đường ống nhiên liệu áp cao. Vòng đệm cho ống phân phối nhiên liệu là phòng chữ O nằm ở đầu kim phun. Đĩa đệm bên dưới vòng chữ O đỡ vòng chữ O và do đó, góp phần tạo nên độ khít phù hợp. Gioăng buồng đốt ở đầu dưới của vòng đệm kim phun làm kín khoảng hở từ kim phun đến mặt sau buồng đốt.
22
Kim phun trong hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp có nhiệm vụ phân phối nhiên liệu trực tiếp đến xy lanh dưới áp suất cao.Kim phun là 1 kiểu van solenoid và được điều khiển bởi PCM. Lượng nhiên liệu được phân phối được điều khiển trong 2 cách, điều khiển bằng thời gian mở của kim phun, hoặc áp suất nhiên liệu trong ống phân phối (được điều khiển bởi PCM).
Khác với kiểu phun nhiên liệu trên đường nạp, phun nhiên liệu trực tiếp cần phải nhanh hơn và chính xác hơn, với độ xác định chính xác nhiên liệu cao hơn.
Hình 2.15: Kim phun nhiên liệu trực tiếp Kim phun bao gồm các bộ phận chính sau :
- Buồng chứa nhiên liệu đến.
- Cuộn dây.
- Vòi phun với van solenoid
Vòi phun của mỗi kim phun có một số đường ra giống như nhiều vòi phun nhiên liệu. Kiểu phun này tối ưu được sự kết hợp giữa buồng đốt và piston, bao gồm hình dạng và vị trí góc đặt kim phun cho phép tối ưu được sự hòa trộn nhiên liệu trong buồng đốt.
Mỗi kim phun được điều khiển bằng 2 mạch điện từ PCM:
- Mạch áp cao.
- Mạch áp thấp.
23
Hình 2.16: Tín hiệu điện áp trong quá trình PCM điều khiển kim phun.
Trên mạch áp cao cung cấp dòng áp cao (lên đến 65V ), được tạo ra bởi PCM và được sử dụng để mở kim phun lần đầu. Dòng cao áp này tăng lên đến 1 giá trị cao (khoảng 16A) để vượt qua được ngưỡng mở của kim phun, để đảm bảo nâng nhanh được van kim phun.
Sau khi valve kim phun mở tối đa, một dòng thấp hơn được giữ khoảng 2 đến 3A (thường là 3.5A) đủ để giữ cho kim phun ở vị trí mở. Mỗi mạch áp cao của kim phun được kết nối bên trong PCM với một mạch áp cao của kim phun khác.
Mạch áp thấp được chuyển sang kết nối với PCM tại thời gian giống với mạch áp cao được kích hoạt. Mỗi mạch áp thấp độc lập với nhau trên mỗi kim phun.
24