cấu tạo bơm cao áp HEUI

Vợt trội hơn hẳn công nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước đây, HEUI cho phép điều chỉnh chính xác nhiên liệu phun vào buồng cháy cả về thời gian, áp suất và lượng nhiên liệu phun man

Hệ thống nhiên liệu HEUI

Hệ thống nhiên liệu HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector)

là một trong những cải tiến lớn của động cơ điezen Nó cũng là một bộ phận trong công nghệ ACERT của hãng Carterpillar Sự ra đời của HEUI đã thiết lập những tiêu chuẩn mới đối với động cơ về tiêu hao nhiên liệu, độ bền cũng như các tiêu chuẩn về khí thải

Triển vọng mới của động cơ diezen

Công nghệ phun nhiên liệu HEUI đang thay đổi cách nghĩ của cả nhà kỹ thuật lẫn người vận hành về hiệu suất của động cơ diezen Vợt trội hơn hẳn công nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước đây, HEUI cho phép điều chỉnh chính xác nhiên liệu phun vào buồng cháy cả về thời gian, áp suất và lượng nhiên liệu phun mang lại hiệu suất cao cho động cơ

Công nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước đây phụ thuộc vào tốc độ động cơ, khi tốc độ động cơ tăng thì áp suất phun cũng tăng lên, gây ảnh hưởng đến độ bền của động cơ và làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Áp suất phun đối với hệ thống nhiên liệu HEUI không phụ thuộc vào tốc độ động cơ, mà được điều khiển bằng điện Vì vậy, động cơ trang

bị hệ thống HEUI sẽ tiết kiệm nhiên liệu hơn và khí xả sạch hơn

Hệ thống nhiên liệu HEUI có bốn phần tử cơ bản

1 Vòi phun HEUI

Vòi phun là một thiết bị độc lập được điều khiển trực tiếp bởi mô dun điều khiển điện tử ECM (2) Dầu có áp suất từ 800 đến 3000 psi được bơm cao áp (3) chuyển đến vòi phun Bộ phận pít tông lông-giơ trong vòi phun hoạt động tương tự như xi lanh thuỷ lực có tác dụng nâng áp suất dầu vào vòi phun lên đến áp suất phun Van điện từ ở phía trên vòi phun nhận tín hiệu điều khiển từ ECM, qua đó điều khiển dầu bôi trơn tác động vào pít tông lông-giơ để điều khiển thời điểm và lượng nhiên liệu phun

2 Mô đun điều khiển điện tử (ECM)

Hoạt động như một máy tính điều khiển toàn bộ động cơ ECM nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, phân tích xử lý nhờ phần mềm đã cài đặt trong bộ nhớ của ECM và đưa tín hiệu điều khiển đến van điện từ của vòi phun (1) để điều khiển thời điểm, và lượng nhiên liệu phun Đồng thời, ECM cũng gửi tín hiệu đến van điều khiển áp suất tác động phun (4) để điều khiển áp suất dầu chuyển đến vòi phun Do áp suất này tỉ lệ với áp suất phun, nên qua

đó ECM sẽ điều khiển được áp suất phun Như vậy ECM sẽ điều khiển được toàn bộ quá trình phun nhiên liệu phù hợp với tín hiệu do các cảm biến gửi về

3 Bơm cao áp

Là bơm pít tông hướng trục thay đổi lưu lượng Dầu từ thùng dầu được hút qua các thiết bị lọc vào bơm, hoạt động của bơm sẽ làm cho áp suất dầu tăng lên đến áp suất yêu cầu và bơm dầu đến vòi phun HEUI

4 Van điều khiển áp suất tác động phun

Bộ phận gắn

Kim phun

Kim phun

Cuộn dây cảm ứng

Ti bơm

Thông thường, áp suất do bơm cao áp tạo ra sẽ cao hơn áp suất phun, van điều khiển áp suất tác động phun sẽ xả một phần dầu trở về thùng để ổn định áp suất dầu bằng áp suất yêu cầu

do tín hiệu ECM qui định

Như vậy ứng dụng hệ thống nhiên liệu HEUI vào động cơ cho phép nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiện liệu và giảm thiểu các tổn thất cũng như tiếng ồn của động cơ

Tuy nhiên, các thiết bị trong hệ thống nhiêu liệu HEUI có độ chính xác rất cao, nhiêu liệu bẩn có thể gây mòn, thậm chí phá hỏng các chi tiết trong hệ thống Hạt bẩn có đường kính chỉ bằng 1/5 đường kính sợi tóc đã có thể gây nguy hiểm cho hệ thống Chính vì vậy bộ lọc giữ một vai trò rất lớn trong việc nâng cao độ bền của hệ thống

Nếu như hãng Caterpillar có công nghệ ACERT, hãng Komatsu có công nghệ Ecot3, thì động cơ của hãng Volvo được trang bị công nghệ V-ACT (Volvo Advanced Combustion Technology)

Công nghệ V-ATC là thành quả gần đây nhất trên nền tảng hơn 100 năm nghiên cứu và phát triển động cơ đốt trong của Volvo Từ động cơ đầu tiên được chế tạo vào năm 1893, và ngày nay thế hệ động cơ mới với công nghệ V-ATC đã làm hài lòng những khách hàng khó tính nhất khi sử dụng sản phẩm của volvo

Công nghệ V-ACT được Volvo phát triển cho những động cơ trung bình và lớn, trang bị cho các loại máy xây dựng của hãng cũng như được các hãng khác ứng dụng trên sản phẩm của

họ Với công nghệ mới này Volvo đã có một bước tiến lớn trong tối ưu hoá quá trình đốt cháy nhiên liệu và giảm tối đa khí thải mà không làm thay đổi nhiều kết cấu của động cơ diezen Hầu hết những thay đổi trong thiết kế động cơ mới khi áp dụng công nghệ V-ACT là tập trung vào điều khiển chính xác quá trình cháy Ngoài ra động cơ diezen của Volvo trang

bị công nghệ V-ACT đều đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải khắt khe của Mỹ và châu Âu

Các đặc trưng của công nghệ V-ACT là hệ thống phun nhiên liệu cao áp, hệ thống phối khí

có khả năng quay vòng một phần khí xả, tăng áp và làm mát khí nạp, hệ thống điều khiển điện tử

Khí xả sạch hơn

Động cơ mới được thiết kế để sử dụng lại một phần khí xả và nhiệt độ cháy của động cơ thấp hơn đã giảm đáng kể thành phần NOx trong khí thải Công nghệ này được gọi là I-ERG (internal recirculation of exhaust gases)

Điểm cơ bản của I-ERG là kết cấu cam kép cho phép mở xupáp xả trong một khoảng thời gian ngắn để một phần khí xả được đưa trở lại buồng cháy (đây là một điểm khác biệt so với các công nghệ quay vòng một phần khí xả của các hãng khác Với động cơ của các hãng khác, một phần khí xả đựợc đưa trở lại đường khí nạp sau khi đã làm mát)

Kết cấu đòn gánh kép cho phép xupáp xả mở trong khoảng thời gian A để một phần khí xả

quay trở lại buồng cháy

Quá trình này được điều khiển bởi hệ thống điện tử EMS2 dựa trên chu trình vận hành của động cơ Tính năng này chỉ kích hoạt khi động cơ làm việc ở tốc độ cao Kết quả là, động cơ tạo ra công suất và mô men xoắn lớn hơn đồng thời giảm thành phần NOx trong khí thải mà nhiên liệu tiêu thụ vẫn không tăng

Điều khiển công suất động cơ theo tải

Hệ thống điều khiển điện tử (E-ECU) tính toán chính xác công suất cần thiết của động cơ thông qua các tín hiệu nhận được từ các cảm biến khác nhau để tự động điều chỉnh công suất của động cơ phù hợp cho phép giảm tối đa khí thải và suất tiêu hao nhiên liệu

Hệ thống điều khiển điện tử (E-ECU)

Hệ thống phun nhiên liệu cao áp

Kim phun tác động thuỷ lực điều khiển điện phun chính xác vào buồng cháy theo tính toán của E-ECU là thành phần quan trọng nhất của hệ thống nhiên liệu

Nhiên liệu thấp áp được chuyển đến bơm cao áp điều khiển bằng trục cam Nhiên liệu cao áp

do bơm cao áp tạo ra đi qua van PRV trước khi đi vào kim phun, cho phép sử dụng bơm cao

áp công suất nhỏ hơn Đồng thời điều khiển quá trình phun nhiên liệu thông qua van PRV chính xác và dễ dàng hơn

Ứng dụng công nghệ V-ACT đã mang lại những hiệu quả hết sức to lớn cho động cơ

- Chủ động điều khiển công suất và mô men theo tải

- Giảm suất tiêu hao nhiên liệu

- Giảm lượng khí thải và các thành phần độc hại trong khí thải

- Giảm tiếng ồn

Công nghệ TDCi của Ford: Kinh tế, êm ái

Động cơ diesel chưa bao giờ được ưa chuộng ở xe khách Phải đến cuối thập niên 70, động

cơ diesel mới được xem xét sử dụng trên xe khách bởi lệnh cấm xuất khẩu dầu của OPEC, nhưng cũng chỉ có một sự thâm nhập nhỏ của loại động cơ này vào thị trường Mặc dù chúng kinh tế hơn, nhưng có đến 8 vấn đề mang tính lịch sử của loại động cơ này

• Do có tỷ số nén cao (20:1 so với động cơ xăng là khoảng 8:1), nên động cơ diesel thường nặng hơn

• Giá thành chế tạo động cơ diesel đắt hơn so với động cơ xăng

• Do nặng và có tỷ số nén cao, nên động cơ diesel có tốc độ vòng quay cực đại thấp hơn so với động cơ xăng Điều đó khiến động cơ diesel có mô men xoắn cao hơn và

công suất thì thấp hơn, do đó khả năng gia tốc kém hơn động cơ xăng (không “bốc” bằng động cơ xăng)

• Động cơ diesel phải dùng hệ thống phun nhiên liệu, mà trước đây hệ thống này rất đắt và hoạt động không tin cậy

• Động cơ diesel thải nhiều khói, và mùi rất khó chịu

• Khó khởi động trong thời tiết lạnh, và nếu có bugi sấy thì cũng cần phải chờ một lúc thì mới có thể khởi động được

• Động cơ diesel ồn và rung hơn

• Nhiên liệu diesel khó kiếm hơn xăng

Một hoặc hai nhược điểm trên có thể chấp nhận được, nhưng với tất cả những nhược lớn trên thì thật khó chấp nhận với đa phần mọi người

Nhưng động cơ diesel có hai lợi thế lớn mà động cơ xăng không thể có: đó là tiết kiệm nhiên liệu và tuổi thọ động cơ cao hơn Điều đó có nghĩa là, bạn sẽ tiết kiệm được nhiều tiền hơn trong suốt quãng thời gian sử dụng xe.Tuy nhiên bạn lại phải bỏ nhiều tiên hơn để mua xe được trang bị động cơ diesel Vì vậy bạn phải sử dụng động cơ diesel trong một thời gian dài thì mới có hiệu quả Cũng vì lý do này mà trong một thời gian dài, loại động cơ này thường chỉ dùng trên xe tải, xe kéo và không có lợi khi sử dụng trên xe khách

Công nghệ TDCi của Ford

Công nghệ TDCi của Ford khắc phục những nhược điểm cơ bản của động cơ diesel.

Với Ford, tương lai của công nghệ động cơ diesel thuộc về 4 từ: TDCi Là loại động cơ diesel tăng

áp có tính năng êm ái như động cơ xăng, nhưng cùng lúc đó lại mang sức mạnh và tính kinh tế của một động cơ diesel thực thụ Và Ford đã đạt được mục tiêu đó với “Turbocharge Common Rail injection,” viết tắt là TDCi.

Trên hình vẽ là sơ đồ công nghệ TDCi của Ford 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, nó còn gồm cả đường cao áp dầu hồi về với bộ giới hạn áp suất Nhiên liệu được phân phối từ các đường ống chung đến từng vòi phun, các vòi phun này sẽ nhận được tín nhiệu 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 bởi các bơm cáo áp độc lập Và một bơm phân phối dẫn động bởi động cơ sẽ cung cấp nhiên 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 điều kiện hoạt động của động cơ Và ưu điểm của công nghệ TDCi là:

• Nâng cao khả năng vận hành

• Kinh tế

• Phát thải độc hại thấp

• Êm ái

Tại sao TDCi có thể làm giảm tiếng ồn củng động cơ diesel?

Công nghệ TDCi có thể kiểm soát mức độ ồn của động cơ bằng cách tránh những điều kiện hoạt động bất lợi Thiết bị theo dõi sử dụng một cảm biến rung áp điện Nó được đặt trong lốc máy của động cơ và giữa các xi lanh để thu nhận tiếng ồn tại đây Sau đó tín hiệu được chuyển đến bộ vi xử

lý của EDM Những rung giật có cường 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

Hiệu quả của công nghệ phun nhiên liệu tiên tiến.

Quá trình phun nhiên liệu sẽ quyết định đến đặc tính êm ái của của động cơ diesel Nhiên liệu được phun một cách có chủ đích bằng một lượng nhỏ trước quá trình phun chính, được gọi là phun mồi (pilot injection), sẽ có ảnh hưởng tốt đến quá trình cháy Nhiên liệu được phun mồi không những làm tăng áp suất, hiệu suất của quá trình cháy mà còn làm quá trình cháy trở lên 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 và làm giảm độ rung cho động cơ

Như vậy, có thể nói, công nghệ TDCi của Ford đã giúp khắc phục được những 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

và bảo vệ môi trường

Giới thiệu cách tăng công suất động cơ cho những người đam mê môn thể thao tốc độ và muốn tăng công suất cho chiếc xe của mình? Hoàn toàn có thể! Có nhiều cách để tăng công suất cho chiếc xe của bạn Bạn có thể lắp thêm turbo, superchanger hoặc tăng tỷ số nén của động cơ…vv Tuy nhiên có một cách đơn giản, hiệu quả và quan trọng hơn cả là chi phí thấp Đó là sử dụng hệ thống NOS ( Nitrous Oxide System)

Nguyên lý

Để đốt hết một lượng nhiên liệu nhất định, cần phải có một lượng không khí (oxi) vừa đủ Hỗn hợp không khí và nhiên liệu nạp vào động cơ theo đúng tỷ lệ trên được gọi là hỗn hợp trung hòa Nếu lượng không khí nạp vào nhiều hơn lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết nhiên liệu thì hỗn hợp được gọi là “nghèo” nhiên liệu (hệ số dư lượng không khí lớn hơn 1) Ngược lại thì hỗn hợp được gọi là “giàu” nhiên liệu Trong trường hợp này, sau khi cháy, nhiên liệu còn thừa sẽ bị thải ra bên ngoài, vừa gây ô nhiễm lại vừa hao phí

Giải pháp

Để tăng công suất của động cơ, thường ta luôn nghĩ đến việc làm sao để đốt được nhiều nhiên liệu hơn, tức là phải nạp được nhiều nhiên liệu hơn, điều này là tương đối đơn giản, chỉ việc phun thêm nhiên liệu Tuy nhiên, vấn đề là ở chổ không khí Đối với các loại động cơ nạp thông thường (không tăng áp), lượng không khí nạp vào là có giới hạn Cũng chính vì giới hạn này mà từ lâu người ta đã nghĩ ra nhiều cách đưa thêm không khí vào buồng cháy động cơ Turbo và superchanger chính là những ví dụ

Nút bấm kích hoạt NOS màu đỏ trên vô lăng (Ảnh Holley)

Về mặt thiết kế thì turbocharge và supercharge là rất giống nhau Điều khác nhau duy nhất là một cái sử dụng năng lượng khí thải để quay tuabin còn một cái được dẫn động bởi dây curoa Nguyên tắc cơ bản là turbocharge chỉ tăng công suất động cơ khi ga lớn (higher rmp)

vì hệ thống này hoạt động dựa trên lượng khí thải để quay tuabin nén (ga càng lớn thì lượng khí càng nhiều để quay được tuabin) Trong khi supercharge lại có khả năng tăng công xuất động cơ ngay ở những vòng tua nhỏ (lowend torque) vì hệ thống nén sử dụng chính đai truyền động (dây curoa) để xoay tuabin Giữa 2 hệ thống thì supercharge hơi đắt hơn turbo charge nhưng lắp đặt lại đơn giản hơn (vì đối với Turbocharge, bạn phải lắp đặt hệ thống dẫn khí thải chạy qua tuabin nén và lắp thêm 1 hệ thống làm mát khi nạp!) Nếu có thể, dĩ nhiên chúng ta muốn cả 3 hệ thống này cho con xe của mình (turbocharge, supercharge và NOS) Tuy nhiên đây là điều không thực tế cho những người đam mê tốc độ như chúng ta Dưới đây là những mô tả cơ bản của từng hệ thống: Turbocharger là một bơm nén tận dụng năng lượng từ khí thải của động cơ để quay turbin và nén khí vào xy lanh Bình thường, khí thải được thải ra ngoài qua ống bô, nhưng với turbocharge thì khí thải này dẫn qua một hệ thống tuabin nén đặt sát với động cơ Bên trong turbocharger là 2 tuabin gắn liền nhau (cùng trục quay) Bên khí thải, một tuabin quay được nhờ lượng khí thải chạy qua nó Khi tuabin bên khí thải quay thì nó kéo tuabin còn lại quay và nén không khí vào phần cổng nạp của động

cơ Lượng khí thải thổi qua tuabin sẽ quyết định tốc độ quay nó do đó ở mức ga nhỏ, thì tuabin quay chậm và do đó nén ít không khí vào động cơ Nếu ga quá nhỏ, thì tuabin sẽ gần như không quay, điều này lý giải đặc điểm là turbocharger họat động với tua máy càng

nhanh càng tốt và đó cũng chính là một nhược điểm của turbocharge, hiện tượng này được gọi là turbo-lag (thời gian từ lúc bạn tăng ga đến khi hê thống turbocharger hoạt động) Do

đó một vài hãng xe sử dụng twin turbo, nhằm giải quyết vấn đề turbo-lag

Hệ thống supercharger cũng tương tự như turbocharger với điểm khác nhau lớn nhất là tuabin được cốt máy kéo bằng dây curoa Hệ thống supercharger sẽ được thiết kế phù hợp với động cơ bằng cách thay đội độ lớn của tuabin nén và tỷ lệ truyền động của dây curoa Hệ thống này có thể nén thêm khí vào cổng nạp với bất kỳ mức ga nào Khí được nén liên tục sẽ tăng áp suất nổ của động cơ và làm tăng công suất động cơ Hệ thống supercharger là hệ thống họat động độc lập trong khi hiệu quả của turbocharger lai phụ thuộc vào lượng khí thải của động cơ và cả hệ thống làm mát khí nạp

Như vậy, Xét về nguyên lý dẫn động, turbo và supercharge có khác nhau (một dẫn động bằng khí thải và một dẫn động bằng trục khuỷu của động cơ) nhưng khi xét về mục đích, cả hai hệ thống này là hoàn toàn giống nhau: nén không khí đến áp suất cao hơn trước khi nạp vào động cơ Áp suất không khí cao hơn đồng nghĩa với mật độ không khí lớn hơn, tức nhiều oxi hơn với cùng một thể tích buồng cháy, cho phép động cơ có thể đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn, công suất từ đó cũng tăng lên Tuy nhiên, áp suất nén của turbo và supercharge cũng có giới hạn và dường như vẫn chưa thể đáp ứng được những đòi hỏi của những người ham hố tốc độ hay các tay đua chuyên nghiệp Lúc này, NOS (Nitrous Oxide System) chính là một lựa chọn tối ưu!

NOS là gì?

Về cơ bản, NOS cũng chỉ là một hệ thống có nhiệm vụ đưa được nhiều oxi hơn vào buồng cháy, thông qua việc phun N2O vào ngay trước cửa nạp của động cơ Có nhiều quan điểm sai trái về hệ thống này, phổ biến nhất có lẽ là quan điểm cho rằng N2O là một loại nhiên liệu Thực tế, Nitrous Oxide là một loại khí không màu, không cháy, có mùi thơm nhẹ, không độc và không gây bỏng rát Tuy nhiên , khi hít phải một lượng nhỏ, N2O có thể gây phấn khích, kích động nhẹ và gây cười “vô cớ” Chính vì vậy mà N2O có một cái

“nickname” rất thú vị: “khí cười” hay còn gọi là “khí tê” (laughing gas)