Trong bối cảnh ngày nay, với sự phát triển không ngừng của công nghệ ô tô, kim phun dầu điện tử đóng vai trò quan trọng trong quản lý và tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Khác với các hệ thống cổ điển, kim phun dầu điện tử không chỉ giúp cải thiện khả năng đốt cháy nhiên liệu mà còn mang lại nhiều ưu điểm về mặt tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải.
Vòi phun điện tử có thời điểm phun và lượng phun được điều khiển bằng van điện từ dưới sự điều khiển của ECU.
Hoạt động của vòi phun có thể chia làm 4 giai đọan chính khi động cơ làm việc và bơm cao áp tạo ra áp suất cao :
– Kim phun đóng (khi có áp lực dầu tác dụng).
– Kim phun mở (bắt đầu phun).
– Kim phun mở hoàn toàn.
– Kim phun đóng (kết thúc phun).
Các giai đoạn hoạt động là kết quả của sự phân phối lực tác dụng lên các thành phần của kim phun. Khi động cơ dừng lại và không có áp suất trong ống phân phối, lò xo kim đóng kim phun.
1. Kim phun đóng (ở trạng thái nghỉ):
Nhiên liệu từ Rail đến vòi và theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển 7 thông qua tiết lưu 10 buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xả 17 được điều khiển bởi van từ 8(solenoid).
Khi không có dòng điện chạy đến cuộn dây từ 9 thì lực lò xo 18 lớn hơn áp suất trong buồng điều khiển, do đó van từ 8 bị đẩy xuống đóng lỗ xả 17 lại, vì thế áp suất tác dụng lên piston điều khiển 5 và nén lò xo 4 cao hơn áp suất dầu tại thân ty kim 2. Kết quả là kim bị đây xuống dưới và làm kín lỗ phun với buồng đốt.
2. Kim phun mở (bắt đầu phun):
Khi cuộn dây từ có dòng điện, lực hấp dẫn của cuộn dây từ sẽ kéo van từ 8 lên trên lỗ xả 17 mở nhiên liệu chảy ra. Điều này làm cho áp suất ở buồng điều khiển giảm xuống, kết quả là áp lực tác dụng lên piston điều khiển cũng giảm theo. Khi áp suất trên piston điều khiển giảm xuống thấp hơn áp suất tác dụng lên ty kim, thì áp suất tại ty kim thắng lực ép lò xo 4 cho kim phun mở ra và nhiên liệu phun vào buồng đốt qua các lỗ phun.
3. Kim phun mở hoàn toàn:
Nhiên liệu qua đầu ra rồi chảy bên dưới ống rò nhiên liệu và piston điều khiển, nâng piston lên và tăng cường phản ứng đóng mở cửa miệng. Khi dòng điện tiếp tục tác dụng lên cuộn dây từ, kim phun lên cao nhất làm cho tốc độ phun đạt mức cao nhất (kim phun mở hoàn toàn)
Mô phỏng phun nhiên liệu
4. Kim phun đóng (kết thúc phun):
Khi dòng điện qua van điện từ bị ngắt, lò xo đẩy van từ đi xuống và van từ đóng lỗ xả lại. Lỗ xả đóng đã làm cho áp suất trong buồng điều khiển van tăng lên thông qua lỗ nạp. Áp suất này tương đương với áp suất trong ống và làm tăng lực tác dụng lên đỉnh piston điều khiển. Lực này cùng với lực của của lò xo bây giờ cao hơn lực tác dụng của buồng chứa và ty kim đóng lại. Tốc độ đóng của ty kim phụ thuộc vào dòng chảy của nhiên liệu qua lỗ nạp.
5. Đầu kim phun:
Thiết kế của đầu phun được quyết định bởi :
– Việc kiểm soát nhiên liệu phun ra (thời điểm và lượng nhiên liệu phun theo góc độ trục cam);
– Việc điều khiển nhiên liệu (số lỗ tia, hình dạng nhiên liệu phun ra và sự phun sương tới nhiên liệu, sự phân phối nhiên liệu trong buồng cháy, mức độ làm kín buồng cháy).
Hiện nay có hai loại đầu phun dùng cho Common Rail : Đầu phun lỗ tia hở và đầu phun lỗ tia kín. Lỗ tia phun được định vị nhờ vào hình nón phun. Số lượng lỗ tia và đường kính của chúng dựa vào:
– Lượng nhiên liệu phun ra.
– Hình dạng buồng cháy.
– Sự xoáy lốc trong buồng cháy.
Đầu kim phun
1- Lỗ phun ; 2- Đầu kim ; 3- Thân kim ; 4- Kim phun; 5- Buồng áp suất 6- Trục định hướng ;
7- Đường dầu vào ; 8- Ecu ; 9- Đế thân kim
Đối với cả hai loại lỗ tia hở và lỗ tia kín thì phần cạnh của lỗ tia có thể được gia công bằng phương pháp ăn mòn hidro nhằm mục đích ngăn ngừa sự mài mòn sớm của cạnh lỗ tia gây ra bởi các phần tử mài mòn và giảm sai lệch dung lượng phun. Để giảm lượng hidrocacbon thải ra, thể tích nhiên liệu điền đầy ở đầu của tia kim cần thiết phải giữ ở mức độ nhỏ nhất. Việc này được thực hiện tốt nhất với loại đầu phun loại tia kim. Lỗ tia của loại này được sắp xếp quanh một lỗ bao. Trong trường hợp đỉnh của đầu phun hình tròn, hay tùy thuộc vào loại thiết kế, lỗ tia được khoan bằng cơ khí hay bằng máy phóng điện (EDM- Electrical-Discharge Machine). Lỗ tia với đỉnh của đầu phun hình nón thì luôn được khoan bằng phương pháp EDM. Đầu phun lỗ tia hở có thể được dùng với các loại lỗ bao với kích thước khác nhau như lỗ bao hình trụ và lỗ bao hình nón.
Đầu phun của vòi phun động cơ 2KD-FTV sử dụng đầu phun lỗ tia hở có 6 lỗ phun có đường kính 0.14 mm cấu tạo như sau :
Trong quá trình nghiên cứu và thảo luận về các giai đoạn của kim phun điện tử, chúng ta đã chiêm nghiệm sâu rộng về công nghệ quan trọng này trong ngành ô tô và các ứng dụng khác. Từ sự tiến bộ nhanh chóng của ngành công nghiệp, kim phun điện tử không chỉ là một thành phần quan trọng mà còn là trí não của hệ thống động cơ hiện đại.
