Cảm biến áp suất nhiên liệu, hay còn được biết đến với tên gọi rail-pressure sensor, là một thành phần chủ chốt trong hệ thống Common Rail của động cơ diesel hiện đại. Được đặt ở trái tim của quá trình phun nhiên liệu, cảm biến này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự hoạt động chính xác và hiệu quả của động cơ. Với khả năng theo dõi áp suất nhiên liệu trong common rail, cảm biến áp suất nhiên liệu chính là “mắt” thông minh cung cấp thông tin chi tiết về điều kiện làm việc của hệ thống nhiên liệu.
Cảm biến áp suất nhiên liệu, hay còn được gọi là rail-pressure sensor, là một loại cảm biến được sử dụng trong hệ thống Common Rail của động cơ diesel. Chức năng chính của cảm biến này là đo lường áp suất nhiên liệu trong common rail, nơi nhiên liệu được duy trì ở áp suất cao trước khi được phun vào buồng đốt của động cơ.
Cảm biến áp suất trên ống phân phối
Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất ống thông qua một đầu mở và phần cuối được bịt kín bởi một màng cảm biến. Thành phần chính của cảm biến là một thiết bị bán dẫn được gắn trên màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện. Tín hiệu do cảm biến tạo ra được đưa vào một mạch khuyếch 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 1mm ở 1500 bar) là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thay đổi điện trở gây ra sự thay đổi điện thế của mạch cầu điện trở.
– Điện áp thay đổi trong khoảng 0-70mV (tùy thuộc áp suất tác động) và được khuyếch đại bởi mạch khuyếch đại đến 0.5V-4.5 V.
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 suấ ống 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 hư thì van điều khiển áp suất sẽ được điều khiển theo giá trị định sẵn ECU.
1. Van giới hạn áp suất (pressure limiter valve)
Van giới hạn áp suất có chức năng như một van an toàn. Trong trường hợp áp suất vượt quá cao, thì van giới hạn áp suất sẽ hạn chế áp suất trong ống bằng cách mở cửa thoát. Van giới hạn áp suất cho phép áp suất tức thời tối đa trong ống khoảng 1500 bar.
Cấu tạo của van giới hạn áp suất
Van giới hạn áp suất là một thiết bị cơ khí bao gồm các thành phần sau:
– Phần cổ có ren ngoài để lắp vào ống;
– Một chỗ nối với đường dầu về;
– 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 khi piston đi xuống sẽ làm kín bên trong buồng. Ở áp suất hoạt động bình thường (tối đa 1350 bar), 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 lò xo. Nhiên liệu có áp suất cao được thoát ra thông qua van và đi vào đường dầu về trở lại bình chứa. Khi van mở, nhiên liệu rời khỏi ống vì vậy, áp suất trong ống giảm xuống.
2. Van hạn chế dòng chảy (flow limiter)
Nhiệm vụ của bộ hạn chế dòng chảy là ngăn cho kim không phun liên tục ví dụ trong trường hợp kim không đóng lại được. Để thực hiện điều này, khi lượng nhiên liệu rời khỏi ống vượt quá mức đã được định sẵn thì van giới hạn dòng chảy sẽ đóng đường dầu nối với kim lại.
Van giới hạn dòng chảy bao gồm một buồng bằng kim loại với ren phía trong để bắt với ống (có áp suất cao) và ren ngoài để bắt với đường dầu đến kim phun. Van có một đường dẫn dầu tại mỗi đầu để nối với ống và với đường dầu đến kim.
Cấu tạo của van giới hạn dòng chảy
Có một piston bên trong van hạn chế dòng chảy và được đẩy bằng một lò xo theo hướng bộ tích trữ nhiên liệu. Piston này làm kín với thành của buồng van và đường dầu theo chiều dọc thông qua lỗ dầu ở giữa thân piston dẫn dầu từ phía bên trong ra phía bên ngoài piston.
Lỗ dầu theo chiều dọc có đường kính giảm dần ở phần cuối và đóng vai trò của một van tiết lưu.
– Ở chế độ hoạt động bình thường
Ở trạng thái nghỉ, piston nằm ở vị trí gần chỗ nối với ống. Khi nhiên liệu được phun ra, áp suất phun giảm xuống tại phần cuối kim phun và làm cho piston dịch chuyển theo hướng của kim phun. Van giới hạn dòng chảy bù lại lượng nhiên liệu bị kim phun lấy đi từ ống bằng cách thay thế thể tích nhiên liệu này bằng lượng thể tích dịch chuyển của piston và không phải bởi lỗ khoan ngang nếu lượng nhiên liệu này quá nhỏ. Ở cuối quá trình phun, piston nhấc lên một chút mà không đóng đường dầu ra hoàn toàn. Lò xo sẽ đẩy piston lên và nằm ở trạng thái nghỉ và nhiên liệu có thể chảy qua lỗ khoan ngang.
Lò xo và lỗ khoan ngang được định kích thước sao cho ngay cả với lượng nhiên liệu phun tối đa (cộng với một lượng dự phòng an toàn) thì piston vẫn có thể di chuyển trở về trạng thái nghỉ cho đến lần phun kế.
– Ở chế độ hoạt động bất thường với lượng nhiên liệu bị rò rỉ lớn
Nhờ vào lượng nhiên liệu rời khỏi ống, piston của van giới hạn dòng chảy bị đẩy khỏi vị trí ở trạng thái nghỉ và làm kín đường dầu ra. Piston giữ ở vị trí này và ngăn nhiên liệu đến kim phun.
– Ở chế độ hoạt động bất thường với lượng nhiên liệu bị rò rỉ nhỏ
Nhờ vào lượng nhiên liệu bị rò rỉ, piston của van giới hạn dòng chảy không thể trở lại vị trí của trạng thái nghỉ. Sau một số lần phun thì piston di chuyển tới vị trí làm kín ngõ dầu ra. Piston giữ ở trạng thái này cho đến khi động cơ tắt đi và đóng ngõ dầu vào của kim phun.
Góc quay trục khuỷu
Cảm biến áp suất nhiên liệu không chỉ là một phần của công nghệ động cơ tiên tiến, mà còn là một yếu tố quyết định trong việc đạt được hiệu suất và tiêu chí môi trường trong ngành ô tô hiện đại. Tuy nhiên, để đảm bảo hoạt động hiệu quả và bền bỉ của cảm biến áp suất nhiên liệu, cần phải thực hiện bảo dưỡng định kỳ và theo dõi sự hoạt động của nó. Sự hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động và vị trí chiến lược của cảm biến này trong hệ thống Common Rail sẽ giúp người sử dụng và kỹ thuật viên duy trì và sửa chữa đúng cách, giữ cho động cơ hoạt động một cách ổn định và hiệu quả.
