Đề tài Nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu các hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử lắp trên máy xây dựng hiện đại. Đây là một trong những đề tài mới và đạt giải cấp khoa. Đề tài này giúp sinh viên hiểu thêm nhiều về hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠ KHÍ Đề tài: Nghiên cứu, hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử lắp máy xây dựng đại Sinh viên thực hiện: Đặng Văn Thanh - Phạm Viết Thành Lớp: 53M1 Hà Nội, 2013 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Họ tên sinh viên: Đặng Văn Thanh – Phạm Viết Thành Lớp: 53M1 Khoa: Cơ Khí Tên đề tài: : Nghiên cứu, hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử lắp máy xây dựng đại Các tài liệu để làm cứ: • Máy làm đất - PGS.TS Vũ Minh Khương chủ biên - 2013 • Máy Xây Dựng - TS.V.M.Khương & Ts.Nguyễn Đăng Cường, NXB XD, • Giáo trình đào tạo kỹ thuật ôtô đại - PGS.TS Đinh Ngọc Ân • Tài liệu hướng dẫn giảng dạy hệ thống điều khiển động Diesel điện tử -PGS.TS Đỗ Văn Dũng biên soạn • Trang bị điện điện tử ô tô đại- Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh năm 2004 • Các tài liệu liên quan khác Nội dung phần thuyết minh Mở đầu Chương - TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ • Đặc điểm làm việc động diesel • Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu diesel diesel điện tử • Phân loại đặc điểm hệ thống nhiên liệu diesel điện tử Chương - CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ • Loại bơm PE điện tử • Loại bơm VE điện tử điều khiển cấu điều ga điện tử • Loại bơm VE điện tử điều khiển van xả áp • Hệ thống nhiên liệu diesel điện tử với ống phân phối • Các cụm thiết bị hệ thống • Hệ thống nhiên liệu diesel với bơm vòi phun kết hợp Kết luận Ngày 18 tháng 12 năm 2013 Giáo viên hướng dẫn ThS Trần Triều Dương Chương - TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ Đặc điểm làm việc hệ thống nhiên liệu động diesel 1.1 Nhiệm vụ - Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động làm việc liên tục thời gian định mà không cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc nước, tạp chất học lẫn nhiên liệu, giúp nhiên liệu luân chuyển dễ dàng hệ thống - Cung cấp nhiên liệu cho động cơ, đảm bảo tốt yêu cầu sau: + Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc động + Phun nhiên liệu vào xi - lanh, thời điểm, quy luật + Với động nhiều xi - lanh lượng nhiên liêu phun vào xi - lanh phải đồng chu trình công tác - Các tia nhiên liệu phun vào xi - lanh động phải đảm bảo kết hợp tốt số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước tia phun với hình dạng buồng cháy, cường độ phương hướng chuyển động chất buồng cháy để hoà khí hình thành nhanh 1.2 Yêu cầu Hệ thống cung cấp nhiên liệu động Diesel phải thoả mãn yêu cầu sau: - Hoạt động ổn định, có độ tin cậy tuổi thọ cao - Dễ dàng thuận tiện sử dụng, bảo dưỡng sữa chữa - Giá thành hạ Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu diesel diesel điện tử Ra đời sớm động Diesel không phát triển động xăng gây nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn Tuy nhiên với phát triển kỹ thuật công nghệ, vấn đề giải Diesel ngày trở nên phổ biến hữu dụng Khí thải động Diesel thủ phạm gây ô nhiễm môi trường Động Diesel với tình hiệu kinh tế động xăng, nhiên vấn đề tiếng ồn khí thải hạn chế sử dụng động Diesel Động Diesel phát minh vào năm 1892 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên lý tự cháy Ở gần cuối trình nén, nhiên liệu phun vào buồng cháy động để hình thành hòa khí tự bốc cháy Đến năm 1927 Robert Bosh phát triển bơm cao áp (bơm phun Bosh lắp cho động Diesel ôtô thương mại ô tô khách vào năm 1936) Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng cải tiến với giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà động Diesel đề nhiều biện pháp khác kỹ thuật phun tổ chức trình cháy nhằm hạn chế chất ô nhiễm Các biện pháp chủ yếu tập chung vào giải vấn đề: - Tăng tốc độ phun để giảm nồng độ bồ hóng tăng tốc - Tăng áp suất phun, đặc biệt động phun trực tiếp - Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh trình phun để làm giảm nồng độ HC - Biện pháp hồi lưu phần khí xả để đốt lại, tiết kiệm nhiên liệu Hiện nhược điểm khắc phục cách cải tiến số phận hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử như: - Bơm cao áp điều khiển điện tử - Vòi phun điện tử - Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (ống Rail) Với ứng dụng mạnh mẽ điều khiển tự động hệ thống nhiên liệu Diesel nhờ phát triển công nghệ Năm 1986 Bosh đưa thị trường việc điều khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel gọi hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel Cho đến ngày hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail Diesel hoàn thiện Trong động Diesel đại áp suất phun thực cho vòi phun cách riêng rẽ, nhiên liệu áp suất cao chứa hộp chứa (Rail) phân phối đến vòi phun theo yêu cầu So với hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thông thường Common Rail Diesel đáp ứng giải vấn đề: - Giảm tối đa mức độ tiếng ồn - Nhiên liệu phun với áp suất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, áp suất phun đạt tới 184 MPa Thời gian phun cực ngắn tốc độ phun cực nhanh (khoảng 1,1 ms) - Có thể thay đổi áp suất phun thời điểm phun tùy theo chế độ làm việc động Do làm tăng hiệu suất động tính kinh tế nhiên liệu nâng cao 1.4 Phân loại đặc điểm hệ thống nhiên liệu diesel điện tử Dựa vào loại bơm cao áp hệ thống nhiên liệu ta phân loại sơ hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thành loại sau: 1.4.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp a Loại bơm dãy (PE) Bơm cao áp loại bơm gồm nhiều tổ bơm ghép thành khối có vấu cam điều khiển nằm thân bơm điều khiển chung Hình 1: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm dãy 1: Thùng chứa nhiên liệu; : Cốc lọc; 3: Bơm tay; : Bơm cao áp : Bầu lọc tinh; : Ống dầu cao áp; 7: Vòi phun; 8: Buồng cháy b Loại bơm phân phối (VE) Hình 2: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại bơm phân phối - Thùng chứa nhiên liệu; 2,4 - Bơm tiếp vận; - Bầu lọc tinh; - Van điều áp; - Vòi phun; - Buồng cháy; - Bơm cao áp phân phối; - Van cao áp; 10 - Piston; 11 - Lỗ đưa nhiên liệu đến vòi phun; 12 - Vành điều lượng 1.4.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng ống phân phối (common rail) Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail, bơm cao áp cung cấp nhiên liệu áp suất cao (80-180Mpa) cho dường chung (Comon Rail) sau nhiên liệu đưa tới vòi phun, loại viết tắt TDCi (Turbocharge Comon Rail inejction) Hệ thống TDCi sử dụng năm 1995 động diesel, hệ thống không ngừng hoàn thiện phổ biến rộng rãi tên tất ô tô đời Hình : Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail - Thùng chứa; - Ống tản nhiệt; - Bộ lọc; - Van đóng mở(theo nhiệt độ); - Bơm chuyển nhiên liệu; - Van điều áp suất thấp; - Van điều áp suất cao; - Đường ống dự trữ; - Cảm biến áp suất nhiên liệu; 10 - Bơm cao áp; 11 - ECU; 12-Kim phum; 13 - Bơm điện; 14 - Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 15 - Cảm biến vị trí trục khuỷu; 16 - Cảm biến áp suất; 17 - Cảm biến vị trí trục cam; 18 - Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 19 - Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 1.4.3 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với bơm vòi phun kết hợp - Hệ thống nhiên liệu điện tử EUI Hình 4: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI Thùng dầu; Bầu lọc thô; Bơm chuyển nhiên liệu - Bầu lọc tinh; Các vòi phun; ECM; Các cảm biến Hệ thống nhiên liệu điện tử HEUI Hình 5: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI Bơm áp cao; Van điều khiển áp suất tác động phun Cụm vòi phun; Các cảm biến; ECM Sơ đồ phân loại hệ thống nhiên liệu diesel điện tử Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử Hệ thống nhiên liệu HệDiesel thốngđiện nhiên tửliệu với Bơm Dieselcao điện áptử với Ống phân phối – Common Hệ thống Rail nhiên System liệu Diesel (CRS) điện tử BơmVòi phun kết hợp Bơm PE điều Bơm khiển VE điều điện khiển tử Bơm điện VEtử cấu điều điều khiển cơgacấu điện điều từ tử ga Loại điện van từ Piston xả áp Loại Piston Loại Piston Bơm VE Piston hướng Bơm VE trục nhiều Piston hướng kính Loại EUI Loại HEUI CHƯƠNG 2: CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ Hệ thống diesel điện tử với bơm cao áp 1 Loại bơm PE điều khiển điện tử Về chi tiết bơm PE điện tử có cấu tạo hoạt động giống bơm PE thông thường Cấu tạo chung bơm kiểu dãy dùng động xi - lanh trình bày hình Bơm bao gồm phần chính: phần nén nhiên liệu tạo áp suất cao, phần khớp nối, phần điều tốc động Hình 6: Cấu tạo chung bơm PE - Phần nén nhiên liệu tạo áp suất cao: thực bơm đơn Cấu trúc bơm đơn bơm giống Trên hình mặt cắt trích nhánh bơm Chi tiết quan trọng bơm đơn pit - tông xi - lanh 5, chúng tạo thành cặp chi tiết siêu xác không lắp lẫn Pit - tông chuyển động lên xuống nhờ cam 15, qua đội 13 lò xo 11 Pit - tông xoay nhờ cấu – vành (6 7) để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu Phía pit - tông van chiều để dẫn nhiên liệu đến vòi phun cao áp Kết cấu pit - tông đặc biệt: đầu có rãnh vát nghiêng rãnh dọc nối thông với không gian đỉnh pit - tông, nhằm tạo đường hồi nhiên liệu Trên xi - lanh có lỗ cấp hồi nhiên liệu 19 Trục bơm 14 dẫn động từ trục khuỷu động thông qua truyền bánh (hoặc truyền đai ) Vị trí tương đối chúng thiết đặt hợp lý để thay đổi thời điểm phun nhiên liệu lắp ráp Nguyên lý làm việc phần nén nhiên liệu trình bày hình Khi cam 15 quay pit - tông dịch chuyển lên, ban đầu nhiên liệu cấp vào khoang đỉnh pit - tông, tiếp sau pit - tông che lỗ 19, nhiên liệu bị nén tới áp suất cao, van cao áp mở cấp nhiên liệu đến vòi phun Pit - tông tiếp tục lên, đến lúc mặt vát nghiêng pit - tông mở lỗ 19, hồi thoát nhiên liệu, áp suất giảm, van chiều đóng lại cắt trình cấp nhiên liệu áp suất cao cho vòi phun Khi pit tông xuống đến vị trí mở lỗ nạp 19, nhiên liệu lại nạp vào thực lần nén Lượng nhiên liệu cấp cho vòi phun điều chỉnh cách xoay pit - tông nhờ vành 7, Thanh điều khiển bàn đạp ga buồng lái Khi xoay pit - tông 8, làm thay đổi vị trí rãnh 18 thân pit - tông với lỗ 19, hành trình làm việc hữu ích pit – tông, xi - lanh thay đổi, lượng nhiên liệu cấp đến vồi phun thay đổi Sự dịch chuyển cần đảm bảo ảnh hưởng với bơm đơn khác động Để đảm bảo cung cấp lượng nhiên liệu đồng nhánh bơm, đội 13 cho phép vi chỉnh chiều cao hành trình làm việc pit - tông 8.Cặp pit - tông, xi - lanh bôi trơn nhiên liệu Buồng trục cam, cấu khác bơm bôi trơn dầu nhờn động Trên kết cấu bơm có: - Phần tự động điều khiển góc phun sớm nhiên liệu - Phần điều tốc động Hình 7: Cấu tạo nhánh bơm nguyên lý làm việc Chỉ khác chỗ là: - Đối với bơm PE thông thường cấu điều chỉnh lượng phun nhiên liệu : Bộ điều tốc - Còn với bơm PE điện tử, để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến sau gửi tín hiệu điều khiển cho cấu điều ga điện từ để thay đổi vị trí ( hay tốc độ động cơ) 10 Pit - tông B dẫn nhiên liệu vào pit - tông A bơm nhiên liệu Do đó, pit tông A B hút nhiên liệu từ bơm cấp liệu vào khoang cao áp bơm nhiên liệu ống phân phối Việc quay cam lệch tâm làm cho cam vòng quay với trục lệch Cam vòng quay đẩy hai pit - tông lên đẩy pit - tông xuống ngược lại hướng xuống Piston B bị đẩy xuống để nén nhiên liệu chuyển vào ống phân phối pit - tông A bị kéo xuống để hút nhiên liệu vào Ngược lại, pit - tông A đẩy lên để nén nhiên liệu dẫn đến ống phân phối pit - tông B kéo lên để hút nhiên liệu lên Hình 29: Nguyên lý tạo áp suất bơm áp cao pit - tông Bơm cấp liệu Hình 30 : Bơm cấp liệu kiểu bánh lồng vào Rô to ngoài; Rô to trong; Bộ phận hút Bộ phận xả; Dầu từ thùng dầu vào; Dầu đến bơm cao áp 29 Nguyên lý bơm cao áp dùng có ba pit - tông mô tả gửi nhiên liệu vào ống phân phối cách hút vào bơm Bơm áp cao điều khiển lượng nhiên liệu dẫn vào pit - tông PCV (van nam châm tỉ lệ), có chức giống SCV (van điều khiển hút) Hình 31: Nguyên lý tạo áp suất bơm áp cao pit - tông Bơm cấp liệu Hình 32: Bơm cấp liệu kiểu bánh ăn khớp Đường dầu vào từ bình nhiên liệu Đường dầu khoang cao áp 3.2 Ống phân phối Ống phân phối chứa nhiên liệu sáp suất cao tạo bơm cao áp, phân phối nhiên liệu qua ống phun tới vòi phun xi - lanh Cảm biến áp suất nhiên liệu phát áp suất ống phân phối truyền tín hiệu tới ECU 30 Trong trường hợp hệ thống bị trục trặc, áp suất ống phân phối lên cao tới mức không bình thường van mở xả áp suất Nhiên liệu hồi bình nhiên liệu Hình 33 : Cấu tạo ống phân phối 3.2.1 Bộ hạn chế áp suất Bộ hạn chế áp suất không hoạt động Bộ hạn chế áp suất hoạt động Hình 34: Hoạt động hạn chế áp suất Bộ hạn chế áp suất vận hành khí thông thường để xả áp suất trường hợp áp suất ống phân phối lên cao tới mức không bình thường 3.2.2 Van xả áp ( Bộ điều chỉnh áp suất ) 31 Hình 35: Hoạt động điều chỉnh áp suất Khi áp suất nhiên liệu ống phân phối cao áp suất phun mong muốn van xả áp suất nhận tín từ ECU động để mở van hồi nhiên liệu ngược bình nhiên liệu áp suất nhiên liệu trở lại áp suất phun mong muốn 3.3 Van điều khiển hút (SCV) Có nhiều cách gọi van điều khiển hút tùy thuộc vào hãng : • Toyota : SCV ( ) • Bosch : PCV ( Pressure control vale ) • Delphi : IMV ( Inlet Metering Vale ) Nhiên liệu nạp bơm cấp liệu di chuyển qua SCV van chiều, nén pit - tông bơm qua van phân phối đến ống phân phối SCV hoạt động điều khiển theo chu kỳ làm việc ECU Đồng thời, việc điều khiển dòng điện thực để hạn chế dòng điện truyền trình bật lên “ON”, ngăn ngừa cho cuộn dây SCV không bị hư hỏng Để điều chỉnh việc tạo áp suất nhiên liệu, lượng nhiên liệu vào bơm cao áp điều chỉnh cách thay đổi thời gian mở /đóng SCV 32 Hình 36 : Hoạt động SCV 3.4 Vòi phun Các tín từ ECU khuếch đại EDU để vận hành vòi phun Điện áp cao sử dụng đặc biệt van mở để mở vòi phun Lượng phun thời điểm phun điều khiển cách điều chỉnh thời điểm đóng mở vòi phun tương tự hệ thống EFI động xăng 3.4.1 Cấu tạo Vòi phun Common Rail khác với vòi phun hệ thống nhiên liệu Diesel thông thường chỗ gồm phần : - Phần van điện tử điều khiển từ ECU EDU - Phần phần vòi phun khí khác vơí vòi phun thông thường: Đó lò xo cứng vòi phun thông thường thay chốt tỳ dài ( dài vòi phun) Để đóng chặt kim phun phải cấp áp suất rail vào khoang chốt tỳ Khoang chốt tỳ có van tiết lưu : - Tiết lưu số : Thông với reco tyo cao áp từ ống phân phối đến - Tiết lưu số : Thông với khoang van điện ( để van điện mở áp suất khoang chốt tỳ xả đường dầu hồi ) 33 Hình 37 : Cấu tạo vòi phun Van ngoài; Tiết lưu 2; Tiết lưu 3; Đường dầu từ ống phân phối; Chốt tỳ Van trong; Đường dầu hồi; Khoang chốt tỳ; Lò xo hồi vị; 10 Kim phun 3.4.2 Hoạt động Khi động khởi động bơm áp cao nén dầu đến áp suất Rail cấp vào ống phân phối từ ống phân phối thông qua tyo cao áp cấp điện đến vòi phun chờ sẵn Ở đường vào vòi phun dầu cao áp chia thành hướng: - Hướng 1: Cấp xuống khoang kim phun - Hướng : Thông qua van tiết lưu cấp vào khoang chốt tỳ Trường hợp không phun: Nếu lúc ECU chưa cấp xung điều khiển vào van điện vòi phun lò xo van điện đẩy van xuống đóng kín đường dầu hồi khoang chốt tỳ Do áp suất rail phía chốt tỳ tạo áp lực đè chặt kim phun không cho vòi phun dầu Trường hợp phun: Nếu ECU cấp xung điều khiển vào van điện tạo từ trường hút van mở đường hồi dầu làm áp suất đè chốt tỳ Khi áp suất rail khoang kim phun đẩy kim phun chốt tỳ lên để phun dầu vào buồng cháy động Khi kết thúc xung điều khiển phun lò xo van điện đẩy van đóng đường dầu hồi Lúc dầu áp suất rail lại thông qua tiết lưu để cấp vào khoang chốt tỳ tạo áp lực đè chặt kim phun kết thúc hành trình phun Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với bơm – vòi phun kết hợp Ứng dụng thống nhiên liệu HEUI EUI vào động cho phép nâng cao hiệu suất làm việc, tiết kiệm nhiên liệu giảm thiểu tổn thất tiếng ồn động hệ thống ứng dụng nhiều - Trong nhiều máy xây dựng đại hãng Caterpiler, Komatsu 34 - Xe ô tô thương mại , xe vận tải, hay có xe du lịch chạy diesel 4.1 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử EUI ( Electronic Unit Injection ) a Khái quát Hình 38: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI Thùng dầu; Bầu lọc thô; Bơm chuyển nhiên liệu Bầu lọc tinh; Các vòi phun; ECM; Các cảm biến Mặc dù giới thiệu vào cuối năm 80, hệ thống nhiên liệu EUI đạt thành tựu định mặt cấu tạo, nâng cao tính làm việc độ tin cậy EUI tiền đề cho hệ thống nhiên liệu HEUI – Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector – (Tác động thủy lực, điều khiển điện tử )sau Hệ thống nhiên liệu EUI có phận cấu thành: - Các vòi phun EUI: Tạo áp suất phun tới 207000 kPa (30.000 psi) tốc độ định mức phun tới 19 lần/s; - Bơm chuyển nhiên liệu: Cung cấp nhiên liệu cho vòi phun cách hút nhiên liệu từ thùng chứa tạo áp suất từ 60-125 psi; - Mô-đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Module): Là máy vi tính công suất lớn điều khiển hoạt động động cơ; - Các cảm biến: Là thiết bị điện tử kiểm soát thông số động cơ: nhiệt độ, áp suất, tốc độ… cung cấp thông tin cho ECM điện tín hiệu - Các thiết bị tác động: Là thiết bị điện tử sử dụng cường độ dòng điện từ ECM để làm việc thay đổi hoạt động động Ví dụ thiết bị tác động vòi phun công tắc điện từ b Hệ thống dẫn động phun 35 Hình 39 : Sơ đồ dẫn động hệ thống nhiên liệu vòi phun điện tử Ê cu điều chỉnh; Cụm cò mổ; Vòi phun; Đũa đẩy; Trục cam Vòi phun tạo áp suất nhiên liệu Lượng nhiên liệu thích hợp phun vào xi lanh thời điểm xác Môdun điều khiển điện tử ECM (Electronic Control Module) xác định thời điểm phun lượng nhiên liệu cần phun Vòi phun dẫn động vấu cam cấu đòn gánh Trục cam có ba vấu cam cho xi - lanh Hai vấu dẫn động van nạp van xả, vấu dẫn động cấu vòi phun Lực truyền từ vấu cam dẫn động vòi phun trục cam qua đội đến đũa đẩy Lực đũa đẩy truyền qua cấu cụm cò mổ tới đỉnh vòi phun Ecu điều chỉnh cho phép điều chỉnh vòi phun c Cấu tạo vòi phun Hình 40: Các phận vòi phun Van ĐK điện từ; Xi - lanh ép; Pit - tông Lông giơ; Xi - lanh; Cụm vòi phun d Hoạt động vòi phun Hoạt động vòi phun điện tử EUI bao gồm giai đoạn sau: Trước phun, Phun, Kết thúc phun nạp nhiên liệu Các vòi phun dùng pit - tông lông-giơ xi - lanh để 36 bơm nhiên liệu áp suất cao vào buồng đốt Các phận vòi phun bao gồm công tắc điện từ, xi - lanh ép, pit – tông lông - giơ, xi - lanh cụm đầu vòi phun Các chi tiết cụm đầu phun gồm lò xo, kim phun đầu phun Van ống bao gồm phận: Công tắc điện từ, phần ứng, van đĩa lò xo van đĩa Vòi phun lắp vào lỗ vòi phun mặt quy lát có đường cấp liệu thống Ống lót vòi phun cách ly với chất làm mát động áo nước Một số động sử dụng ống lót làm thép không rỉ ép nhẹ vào mặt quy lát Nạp nhiên liệu Phun nhiên liệu Hình41: Các giai đoạn hoạt động vòi phun Trước phun: Việc tạo sương mù trước phun bắt đầu với pit - tông lông-giơ xi - lanh ép vòi phun đỉnh hành trình phun nhiên liệu Khi rãnh pit - tông lông - giơ đầy nhiên liệu, van trụ van kim vị trí mở Nhiên liệu khỏi rãnh pit tông lông - giơ cấu đòn gánh đẩy xi - lanh ép pit - tông lông - giơ xuống Dòng nhiên liệu bị van kim đóng chặn lại chảy qua van trụ mở đường cấp nhiên liệu mặt quy lát Nếu công tắc điện từ có điện, van trụ tiếp tục mở nhiên liệu từ pit - tông lông giơ tiếp tục chảy vào đường cấp nhiên liệu Phun: Để bắt đầu phun, ECM gửi dòng điện tới công tắc điện từ van ống Công tắc điện từ tạo từ trường để hút phần ứng Khi công tắc điện từ hoạt động, phần ứng nâng van trụ van trụ tiếp xúc với đế van Đây vị trí đóng Ngay van trụ đóng, đường dẫn nhiên liệu vào rãnh Pit - tông long -giơ bị đóng Pit - tông long -giơ tiếp tục nén nhiên liệu từ rãnh Pit - tông long -giơ làm áp suất nhiên liệu tăng lên Khi áp suất nhiên liệu đạt khoảng 34.500kPa (5000 psi), lực nhiên liệu áp suất cao thắng lực căng lò xo Lực căng giữ vòi phun vị trí đóng Kim phun di chuyển đế van lên nhiên liệu phun Đây bắt đầu phun 37 Kết thúc phun: Sự phun tiếp tục Pit - tông lông - giơ di chuyển xuống van trụ vị đóng Khi áp suất không đạt tới mức quy định, ECM dừng dòng điện tới công tắc điện từ dòng điện tới công tắc điện từ bị ngắt, van trụ mở Van trụ mở lò xo áp suất nhiên liệu Khi đó, nhiên liệu áp suất cao chảy qua van trụ mở trở lại nguồn cung cấp nhiên liệu Đó kết giảm nhanh chóng áp suất vòi phun Khi áp suất vòi phun giảm tới khoảng 24.000 kPa (3500 pis), vòi phun đóng phun dừng lại Đây kết thúc phun Nạp:Khi Pit - tông lông - giơ xuống tới xi - lanh, nhiên liệu không bị ép từ rãnh Pit - tông lông - giơ Pit - tônglong -giơ bị đẩy phận truyền động lò xo hồi vị Sự dịch chuyển lên phía Pit - tông lông - giơ áp suất rãnh Pit tông lông - giơ hạ thấp áp suất nguồn cung cấp nhiên liệu Nhiên liệu chảy từ nguồn cung cấp nhiên liệu qua van trụ mở vào rãnh Pit - tông lông - giơ làm Pit - tông lông - giơ di chuyển lên Khi Pit - tông lông - giơ đến đỉnh hành trình, khoang Pit - tông lông - giơ chứa đầy nhiên liệu nhiên liệu chảy vào khoang Pit - tông lông giơ dừng lại Đây bắt đầu chuẩn bị phun 4.2 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector) a Khái quát hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI Hệ thống nhiên liệu HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector- Tác động thủy lực, điều khiển điện tử) cải tiến lớn động điezen Nó phận công nghệ ACERT hãng Carterpillar Sự đời HEUI thiết lập tiêu chuẩn động tiêu hao nhiên liệu, độ bền tiêu chuẩn khí thải Hình 42: Đặc tính áp suất phun hệ thống nhiên liệu HEUI Công nghệ phun nhiên liệu HEUI thay đổi cách nghĩ nhà kỹ thuật lẫn người vận hành hiệu suất động diezen Vượt trội hẳn công nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước đây, HEUI cho phép điều chỉnh xác nhiên liệu phun vào buồng 38 cháy thời gian, áp suất lượng nhiên liệu phun mang lại hiệu suất cao cho động Công nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước phụ thuộc vào tốc độ động cơ, tốc độ động tăng áp suất phun tăng lên, gây ảnh hưởng đến độ bền động làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu động Áp suất phun hệ thống nhiên liệu HEUI không phụ thuộc vào tốc độ động cơ, mà điều khiển điện Vì vậy, động trang bị hệ thống HEUI tiết kiệm nhiên liệu khí xả Như ứng dụng hệ thống nhiên liệu HEUI vào động cho phép nâng cao hiệu suất làm việc động cơ, tiết kiệm nhiện liệu giảm thiểu tổn thất tiếng ồn động Tuy nhiên, thiết bị hệ thống nhiêu liệu HEUI có độ xác cao, nhiên liệu bẩn gây mòn, chí phá hỏng chi tiết hệ thống Hạt bẩn có đường kính 1/5 đường kính sợi tóc gây nguy hiểm cho hệ thống Chính lọc giữ vai trò lớn việc nâng cao độ bền hệ thống b Sơ đồ hệ thống HEUI Hình 43 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI Bơm áp cao; Van điều khiển áp suất tác động phun; Cụm vòi phun Các cảm biến; ECM c Vòi phun HEUI • Cấu tạo 39 • 1- Van hình nấm; 2- Cụm piston tăng cường áp suất; 3- Đót kim; 4- Kim phun; 5- Ti bơm; 6- Van điện từ Hình 44: Cấu tạo vòi phun HEUI Hình 45: Cấu tạo vòi phun HEUI Hình 46 : Quá trình phun vòi phun HEUI 40 Nguyên lý làm việc: Bơm áp cao hệ thống cấp lượng dầu thủy lực tới van điện từ vòi phun HEUI Tại van điện từ điều khiển mở cho dầu có áp suất cao vào khoang phía van hình nấm để tác động phun Một bơm cấp liệu (bơm dầu Diesel) nằm bơm áp cao đồng thời cấp lượng nhiên liệu có áp suất định vào đường biên cụm kim phun Tại nhiên liệu có áp suất định chờ sẵn khoang cụm phun nằm phía cần đẩy Một phần nhiên liệu đưa xuống cụm piston tăng cường áp suất Khi van điện từ mở, dầu áp cao đưa vào khoang van hình nấm, tạo nên áp suất đẩy cần đẩy xuống Cần đẩy ( Plunger ) xuống đồng thời tạo áp suất thắng sức căng lò xo cụm tăng cường áp suất, đẩy nhiên liệu chờ sẵn khoang cảu cần đẩy buồng đốt động Khi van điện từ đóng lại, dầu cao áp ngừng cấp vào khoang van hình nấm, áp suất khoang van bị mất, đồng thời áp suất khoang bên cần đẩy giảm đột ngột, áp suất khoang phía cần đẩy ko đủ để thắng sức căng lò xo cụm tăng áp nữa, ngắt trình phun nhiên liệu.Ở vòi phun HEUI trình phun có phun mồi ( Pilot Injection ) Vòi phun thiết bị độc lập điều khiển trực tiếp mô dun điều khiển điện tử ECM Dầu có áp suất từ 800 đến 3000 psi bơm cao áp chuyển đến vòi phun Bộ phận pit - tông lông-giơ vòi phun hoạt động tương tự xi - lanh thuỷ lực có tác dụng nâng áp suất dầu vào vòi phun lên đến áp suất phun ( từ 3000 đến 21000 psi ) Van điện từ phía vòi phun nhận tín hiệu điều khiển từ ECM, qua điều khiển dầu bôi trơn tác động tác động vào pit - tông lông-giơ để điều khiển thời điểm lượng nhiên liệu phun d Mô đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Modul ) Hoạt động máy tính điều khiển toàn động ECM nhận tín hiệu từ cảm biến khác nhau, phân tích xử lý nhờ phần mềm cài đặt nhớ ECM đưa tín hiệu điều khiển đến van điện từ vòi phun (1) để điều khiển thời điểm, lượng nhiên liệu phun Đồng thời, ECM 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 tỉ lệ với áp suất phun, nên qua ECM điều khiển áp suất phun Như ECM điều khiển toàn trình phun nhiên liệu phù hợp với tín hiệu cảm biến gửi e Bơm cao áp Là bơm pit - tông hướng trục thay đổi lưu lượng Dầu từ thùng dầu hút qua thiết bị lọc vào bơm, hoạt động bơm làm cho áp suất dầu tăng lên đến áp suất yêu cầu bơm dầu đến vòi phun HEUI Bơm cao áp hệ thống HEUI có nhiệm vụ tạo áp suất cao cho dầu thủy lực( dầu bôi trơn ) tác động phun để đẩy xi - lanh ép ECM điều khiển dòng dầu cao áp vào khoang ép xi - lanh ép vòi phun 41 f Van điều khiển áp suất tác động phun Thông thường, áp suất bơm cao áp tạo cao áp suất phun, van điều khiển áp suất tác động phun xả phần dầu trở thùng để ổn định áp suất dầu áp suất yêu cầu tín hiệu ECM qui định Nhiên liệu nạp bơm cấp liệu di chuyển qua SCV van chiều, nén pítttông bơm qua van phân phối đến ống phân phối g Ống phân phối Ống phân phối chứa nhiên liệu sáp suất cao tạo bơm cao áp, phân phối nhiên liệu qua ống phun tới vòi phun xi - lanh Cảm biến áp suất nhiên liệu phát áp suất ống phân phối truyền tín hiệu tới ECU Trong trường hợp hệ thống bị trục trặc, áp suất ống phân phối lên cao tới mức không bình thường van mở xả áp suất Nhiên liệu hồi bình nhiên liệu KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 5.1 Kết luận: Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử ngày dùng rộng dãi máy móc phục vụ cho công tác xây dựng, thủy lợi, thủy điện, giao thông, góp phần tạo bước ngoặt cho phát triển máy xây dựng Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử có cải thiện nhiều mặt hạn chế nhiên liệu cháy sinh nhiều bụi than, gây tiếng ồn, khả tăng tốc nhờ ưu điểm hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail từ vấn đề ô nhiễm môi trường cải thiện Lượng khí nạp cảm biến lưu lượng khí nạp nhận giá trị đưa PCM, với giá trị từ cảm biến khác gởi PCM xử lí cho lượng nhiên liệu thích hợp cho chế độ tốc độ động Do lượng phun điều khiển xác PCM nên phân phối đến xi - lanh, nhiên liệu điều khiển nhờ PCM việc thay đổi thời gian hoạt động việc phun, tạo tỷ lệ tối ưu Về mức độ gây ô nhiễm, với đặc điểm phun hai lần phun sơ khởi phun chính, đặc tính hệ thống phun cải thiện có tác dụng không ồn giảm độ độc hại khí thải Ngoài có giai đoạn phun thứ cấp thực nhờ hệ thống luân hồi khí thải có tác dụng làm giảm nồng độ NOx khí thải Về suất tiêu hao nhiên liệu chân ga trạng thái tự việc phun nhiên liệu bị loại bỏ động sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail nên làm giảm tiêu hao nhiên liệu so với động diesel nguyên thủy Tóm lại, trình cháy hệ thống Common Rail cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu suất động Ở tốc độ chế độ tải trọng động cơ, lượng nhiên liệu cung cấp xác liên tục nhờ việc kiểm soát khí thải PCM 42 5.2 Hướng phát triển Khi giá dầu thô giới đứng mức cao, nhu cầu sử dụng xe có động chạy dầu Diesel ngày tăng cao, tiết kiệm nhiên liệu, có công suất lớn, vận hành êm không ô nhiễm môi trường Quan trọng hướng phát triển hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử đáp ứng tiêu chuẩn khí thải hạn chế tác động ô nhiễm môi trường, hoạt động ổn định, có độ tin cậy tuổi thọ cao, dễ dàng thuận tiện sử dụng, bảo dưỡng sữa chữa, dễ chế tạo, giá thành hạ 43 [...]... lực đè chặt kim phun kết thúc hành trình phun 4 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với bơm – vòi phun kết hợp Ứng dụng thống nhiên liệu HEUI và EUI vào động cơ cho phép nâng cao hiệu suất làm việc, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu các tổn thất cũng như tiếng ồn của động cơ vì vậy hệ thống này được ứng dụng nhiều - Trong nhiều máy xây dựng hiện đại của các hãng Caterpiler, Komatsu 34 - Xe ô tô thương... thương mại , xe vận tải, hay còn có xe du lịch chạy diesel 4.1 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử EUI ( Electronic Unit Injection ) a Khái quát Hình 38: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI 1 Thùng dầu; 2 Bầu lọc thô; 3 Bơm chuyển nhiên liệu 4 Bầu lọc tinh; 5 Các vòi phun; 6 ECM; 7 Các cảm biến Mặc dù được giới thiệu vào cuối những năm 80, nhưng hệ thống nhiên liệu EUI đã đạt được những thành tựu nhất định về... 2 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối 2.1 Khái quát hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối a Cấu tạo chung 24 Hình 27: cấu tạo động cơ desel điện tử có ống phân phối Thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫn dầu và đường dầu hồi, Bơm áp cao, Ống phân phối dầu cao áp đến các vòi phun ( ống rail, ống chia chung), các tyo cao áp, van an toàn và van xả áp, vòi phun, các. .. tiền đề cho hệ thống nhiên liệu HEUI – Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector – (Tác động thủy lực, điều khiển điện tử )sau này Hệ thống nhiên liệu EUI có 5 bộ phận cấu thành: - Các vòi phun EUI: Tạo ra áp suất phun tới 207000 kPa (30.000 psi) và ở tốc độ định mức nó phun tới 19 lần/s; - Bơm chuyển nhiên liệu: Cung cấp nhiên liệu cho các vòi phun bằng cách hút nhiên liệu từ thùng... khiển SCV (van điều khiển nạp) để điều chỉnh áp suất nhiên liệu, điều chỉnh lượng nhiên liệu đi vào bơm áp cao ECU luôn theo dõi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối bằng cảm biến áp suất nhiên liệu và thực hiện điều khiển phản hồi 2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng ống phân phối (common rail) 25 Hình 3 : Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail 1 - Thùng chứa; 2 - Ống tản nhiệt;... bơm VE điện tử điều khiển bằng cơ cấu điều ga điện tử 2.1 Bơm cao áp Bơm phun nhiên liệu đẩy nhiên liệu đến từng vòi phun Bơm phun có chức năng kiểm soát lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu 12 Hình 10 : Bơm cao áp VE với cơ cấu điều ga điện từ 1 Van điện từ điều ga; 2 Van điện từ cắt nhiên liệu; 3 Bộ điều khiển phun sớm( van TCV); 4 Xi - lanh bơm; 5 Piston; 6 Cơ cấu điều ga Mô tả Hút nhiên liệu :Bơm... nén nhiên liệu ở mức cao để dẫn đến từng van phân phối trong hành trình nén (di chuyển sang phải) Sau khi qua van phân phối, nhiên liệu được đưa vào các vòi phun qua các ống dẫn cao áp, từ đó nhiên liệu được phun vào các xi - lanh Cùng lúc, các bộ phận bên trong bơm được nhiên liệu làm mát và bôi trơn Một phần nhiên liệu quay trở về bình nhiên liệu từ vít tràn để kiểm soát mức độ tăng nhiệt độ của nhiên. .. Recirculation) Hiện nay, các nhược điểm của HTNL diesel đã được khắc phục dần bằng cách cải tiến các bộ phận của hệ thống nhiên liệu như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ Trong động cơ diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống tích trữ... phun là công tắc điện từ b Hệ thống dẫn động phun 35 Hình 39 : Sơ đồ dẫn động hệ thống nhiên liệu vòi phun điện tử 1 Ê cu điều chỉnh; 2 Cụm cò mổ; 3 Vòi phun; 4 Đũa đẩy; 5 Trục cam Vòi phun tạo ra áp suất nhiên liệu Lượng nhiên liệu thích hợp được phun vào xi lanh ở những thời điểm chính xác Môdun điều khiển điện tử ECM (Electronic Control Module) xác định thời điểm phun và lượng nhiên liệu cần phun Vòi... Mô-đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Module): Là một máy vi tính công suất lớn điều khiển các hoạt động chính của động cơ; - Các cảm biến: Là những thiết bị điện tử kiểm soát các thông số của các động cơ: như nhiệt độ, áp suất, tốc độ… và cung cấp các thông tin cho ECM bằng một điện thế tín hiệu - Các thiết bị tác động: Là những thiết bị điện tử sử dụng các cường độ dòng điện từ ECM để ... loại bơm phân phối - Thùng chứa nhiên liệu; 2,4 - Bơm tiếp vận; - Bầu lọc tinh; - Van điều áp; - Vòi phun; - Buồng cháy; - Bơm cao áp phân phối; - Van cao áp; 10 - Piston; 11 - Lỗ đưa nhiên liệu... liệu common rail - Thùng chứa; - Ống tản nhiệt; - Bộ lọc; - Van đóng mở(theo nhiệt độ); - Bơm chuyển nhiên liệu; - Van điều áp suất thấp; - Van điều áp suất cao; - Đường ống dự trữ; - Cảm biến áp... liệu; 10 - Bơm cao áp; 11 - ECU; 12-Kim phum; 13 - Bơm điện; 14 - Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 15 - Cảm biến vị trí trục khuỷu; 16 - Cảm biến áp suất; 17 - Cảm biến vị trí trục cam; 18 - Cảm