Hoàng Anh - Tổng hợp

Bởi Hoàng Anh 27.10.2022 12:35 pm

Tìm hiểu về hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel (Phần 2)

(News.oto-hui.com) – Như mọi người đều đã biết, đối với động cơ diesel thì nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt của động cơ và tự cháy trong môi trường có áp suất và nhiệt độ cao. Dưới đây là bài viết về nguyên lí hoạt động và các bộ phận có trên hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ Diesel có thể chia thành 2 loại đó là hệ thống nhiên liệu điều khiển bằng cơ khí và hệ thống nhiên liệu điều khiển bằng điện tử. Ở phần 2 này sẽ là bài viết giúp các bạn tìm hiểu về hệ thống nhiên liệu điều khiển bằng điện tử (Common Rail).

Xem lại hệ thống nhiên liệu điều khiển bằng cơ khí:
Tìm hiểu về hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel (Phần 1)

I. Sơ đồ hoạt động hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel điều khiển bằng điện tử:

Nhiên liệu chứa ở thùng nhiên liệu được bơm chuyển nhiên liệu (bơm thấp áp) đưa đến bộ phận bơm cao áp. Trên quãng đường vận chuyển này nhiên liệu sẽ được đi qua các bộ phận lọc nhiên liệu bao gồm bầu lọc thô và bầu lọc tinh nhằm lọc sạch các cặn bẩn trong nhiên liệu trước khi đưa đến bơm cao áp.

Nhiên liệu tiếp tục được bơm cao áp đưa đến ống tích áp. Tại đây nhiên liệu được tích trữ và giữ ở một áp suất ổn định. Trên ống tích áp có các đường ống dẫn bằng kim loại nối với vòi phun điện từ. Nhiên liệu đi đến vòi phun thông qua các đường ống này và được vòi phun phun vào xylanh của động cơ. Dưới môi trường áp suất cao và nhiệt độ cao trong buồng đốt thì nhiên liệu bốc cháy và sinh ra nhiệt lượng giúp động cơ hoạt động. Tại bơm cao áp và vòi phun có các đường dầu hồi về thùng chứa nhiên liệu, phòng trường hợp áp suất của nhiên liệu trong bơm cao áp và vòi phun quá cao so với mức độ đang làm việc của động cơ.

II. Các bộ phận của hệ thống nhiên liệu điều khiển bằng điện tử (Common Rail):

1. Bình chứa nhiên liệu:

Bình chứa nhiên liệu có vai trò là nơi dự trữ và cung cấp nhiên liệu cho động cơ hoạt động. Tùy vào từng dòng xe và kết cấu của xe mà bình chứa nhiên liệu sẽ có hình dạng và kích thước khác nhau.

Đối với các dòng xe tải, xe vận chuyển cỡ lớn thì bình nhiên liệu thường có kích thước rất lớn, có dạng hình hộp chữ nhật hoặc hình trụ tròn và được đặt lộ ra bên ngoài ở bên hông xe. Đối với các dòng xe con, bình chứa nhiên liệu thường được đặt giấu ở bên trong phía sau của xe, mục đích nhằm cân bằng trọng tâm xe và giúp xe có tính thẩm mĩ cao hơn.

2. Lọc nhiên liệu

Bộ phận lọc trong hệ thống nhiên liệu có 2 loại đó là lọc thô và tinh. Lọc thô có vai trò lọc các cặn bẩn có kích thước lớn trong nhiên liệu. Lọc thô có thể được đặt bên ngoài hoặc bên trong bình chứa nhiên liệu. Lọc tinh có khả năng lọc được những cặn bẩn có kích thước nhỏ hơn so với lọc thô, giúp nhiên liệu sạch hơn trước khi đi đến bơm cao áp.

Ở lọc tinh có thêm bộ lắng đọng nước có vai trò tách các phần tử nước bị lẫn trong nhiên liệu. Nếu nhiên liệu có lẫn nước thì các phần tử nước này có thể đọng lại ở đầu vòi phun và làm gỉ sét vòi phun. Ngoài ra còn có thể gây gỉ sét và hư hỏng các bộ phận khác trong hệ thống.

Có 2 loại lọc nhiên liệu là lọc thô và lọc tinh

3. Bơm chuyển (bơm thấp áp)

Bơm chuyển hay bơm thấp áp có vai trò vận chuyển nhiên liệu từ bình chứa đi qua các bộ lọc và đến bơm cao áp.

*Cấu tạo và hoạt động của bơm chuyển nhiên liệu*

Bơm chuyển trong hệ thống nhiên liệu Common Rail thường được đặt ở bên trong bình chứa nhiên liệu. Khi được cấp điện, bộ phận nam châm điện trên thân xylanh hoạt động và hút piston dịch chuyển sang phía bên trái. Van một chiều lúc này mở ra, nhiên liệu đi qua van một chiều và tràn sang khoang phía bên phải.

Khi bị ngắt điện, nam châm điện không còn lực hút, lò xo đẩy piston dịch chuyển về vị trí ban đầu, van một chiều đóng lại. Khi piston dịch chuyển về phía bên phải, nhiên liệu ở khoang bên phải van một chiều bị đẩy ra ngoài để đi đến các bộ phận khác trong hệ thống. Khoang bên trái van một chiều xuất hiện độ chân không và hút nhiên liệu từ bình chứa vào bơm để chuẩn bị cho lần bơm tiếp theo.

Dòng điện cấp đến bơm sẽ đi qua một mạch điện tử có khả năng ngắt và mở dòng điện liên tục. Điều này làm cho piston liên tục dịch chuyển sang hai bên và lặp lại quá trình bơm trong thời gian rất nhanh.

4. Bơm cao áp trong Common Rail System:

Bơm cao áp thường sử dụng trong hệ thống nhiên liệu điều khiển bằng điện tử (Common Rail) là loại bơm piston. Khi bơm hoạt động, một đĩa quay lệch tâm giống như vấu cam được điều khiển quay quanh trục quay. Phần vấu xa tâm của trục quay lần lượt tì vào các miếng đỡ và làm thay đổi hành trình piston của bơm. Khi piston dịch chuyển lên trên, áp suất của nhiên liệu trong khoang xylanh tăng lên, van nạp đóng và van xả mở (cả 2 van đều là van một chiều), nhiên liệu có áp suất cao được đẩy ra ngoài bơm đi đến bộ phận ống tích áp.

Khi piston dịch chuyển xuống, trong khoang xylanh suất hiện độ chân không, van nạp mở và van xả đóng, nhiên liệu từ bơm chuyển được đưa vào trong và điền đầy khoang xylanh chuẩn bị cho lần bơm tiếp theo.

5. Ống tích áp (ống phân phối):

Nhiên liệu áp suất cao sau khi đi ra từ bơm cao áp sẽ được tích trữ tại ống tích áp. Tại đây nhiên liệu sẽ luôn được giữ ở một mức áp suất ổn định (nếu áp suất trong ống tích áp không được giữ ổn định, lượng nhiên liệu phun vào xylanh sẽ không thể kiểm soát chính xác bằng cách điều chỉnh thời gian mở kim phun vì khi này áp suất phun đã bị dao động). Áp suất nhiên liệu có trong ống tích áp thường có giá trị từ 1800 đến 2000 bar và đang có xu hướng tăng lên theo thời gian.

Trên ống tích áp có các đường ống nhiên liệu bao gồm đường nhiên liệu tới từ bơm cao áp, đường nhiên liệu tới vòi phun và đường nhiên liệu hồi về bình chứa. Ngoài ra ở một đầu của ống tích áp được lắp cảm biến áp suất nhiên liệu, giúp ECU có thể kiểm soát được áp suất nhiên liệu có trong ống tích áp, từ đó có thể điều chỉnh hoạt động của vòi phun sao cho phù hợp.

Trên đường ống hồi về bình chứa có gắn bộ hạn chế áp suất và van xả áp suất. Bộ hạn chế áp suất có kết cấu giống như van một chiều, có vai trò mở đường hồi nhiên liệu về bình chứa khi áp suất nhiên liệu trong ống tích áp tăng quá cao so với tính toán của ECU của động cơ.

Van xả áp suất cũng có vai trò giống như bộ hạn chế áp suất đó là mở đường hồi nhiên liệu về bình chứa. Điểm khác ở chỗ van xả áp suất là chi tiết được điều khiển bằng ECU, có mật độ làm việc nhiều và liên tục hơn so với bộ hạn chế áp suất. Khi động cơ hoạt động, các vòi phun thay nhau phun nhiên liệu vào xylanh của động cơ, áp suất nhiên liệu trong ống tích áp sẽ bị tăng giảm liên tục nhưng độ biến thiên không quá cao như trường hợp của bộ hạn chế áp suất. Lúc này, dựa vào thông tin từ cảm biến áp suất, ECU sẽ điều khiển van xả áp suất hoạt động để giảm sự biến thiên đó, giúp áp suất trong ống tích áp ổn định hơn.

Ngoài ra, van xả áp suất còn có vai trò điều chỉnh giá trị áp suất trong ống tích áp khi động cơ thay đổi tải đột ngột. Ví dụ khi động cơ giảm tải, hệ thống nhiên liệu cần giảm áp suất phun tức áp suất nhiên liệu trong ống tích áp xuống. Van xả áp suất sẽ mở cho nhiên liệu hồi về bình chứa để giảm áp suất nhiên liệu xuống một giá trị phù hợp với chế độ hoạt động của động cơ và ngược lại.

6. Vòi phun điện từ:

Ở hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử, hoạt động của vòi phun không còn phụ thuộc vào áp suất nhiên liệu từ bơm cao áp mà thay vào đó là sự điều khiển từ ECU của động cơ.

Trong Vòi phun điện từ:

Nhiên liệu từ ống tích áp đi vào vòi phun bằng đường cấp nhiên liệu 9. Tại đây, một phần nhiên liệu đi theo đường ống công nghệ dọc thân vòi phun xuống khoang chứa nhiên liệu 11 ở phía dưới, phần nhiên liệu còn lại đi qua giclơ 3 đến khoang nhiên liệu phía trên piston 2. Khi này áp suất nhiên liệu trong 2 khoang chứa là như nhau, piston giữ nguyên vị trí.

Khi cuộn giây 8 được cấp điện, lúc này cuộn dây giống như một nam châm điện hút đế van một chiều 6 lên trên. Van một chiều 4 mở ra, nhiên liệu áp suất cao trong khoang chứa phía trên đi qua van và hồi về bình chứa thông qua đường hồi nhiên liệu 5. Lúc này áp suất trong khoang chứa nhiên liệu phía trên giảm đột ngột, thấp hơn so với áp suất trong khoang chứa nhiên liệu 11 nên kim phun 1 và piston 2 bị đẩy lên trên. Lỗ phun 12 mở ra và nhiên liệu với áp suất cao được phun ra ngoài.

Khi ngắt điện cuộn dây, lúc này lực hút của cuộn giây không còn nữa. Lò xo đẩy đế van một chiều xuống dưới và đóng van một chiều 4. Áp suất trong khoang chứa nhiên liệu phía trên tăng trở lại và bằng với áp suất ở khoang chứa nhiên liệu 11. Lò xo 10 đẩy kim phun 1 di chuyển xuống dưới và đóng lỗ phun 12. Quá trình phun kết thúc.

Vì áp suất của nhiên liệu luôn được giữ ở một giá trị ổn định nên lưu lượng nhiên liệu phun vào xylanh sẽ phụ thuộc vào khoảng thời gian đóng mở vòi phun, đó chính là khoảng thời gian cấp điện vào cuộn dây từ của vòi phun. Dựa vào thông tin từ các cảm biến trên động cơ, ECU sẽ tính toán và điều khiển thời gian đóng mở của vòi phun sao cho phù hợp với chế độ hoạt động của động cơ.

Một số bài viết liên quan: