2.3.1. Phân tích
1, Thiết lập mô hình với BCA phân phối được cắt bổ kèm theo sơ đồ nguyên lý.
Hình 2.1. Mô hình với BCA phân phối được cắt bổ kèm theo sơ đồ nguyên lý (đề xuất)
Ưu điểm:
- Tốn ít thời gian, chi phí cho việc thiết lập mô hình;
- Mô hình có sơ đồ nguyên lý nên giúp sinh viên vừa có thể biết được cấu tạo và nguyên lý hoặc động của bơm;
Nhược điểm:
38
2, Thiết lập mô hình với BCA phân phối và các cụm chi tiết có thể hoạt động bình thường.
Hình 2.2. Mô hình với BCA phân phối và các cụm chi tiết có thể hoạt động bình thường (đề xuất).
Ưu điểm:
- Có thể quan sát hoạt động của toàn bộ hệ thống nhiên liệu;
- Trực tiếp tham gia cân chỉnh trên bơm nên giúp sinh viên có thể nắm bắt nhanh, có thể áp dụng ngay trên động cơ ô tô thực tế.
Nhược điểm:
- Không thể quan sát được các chi tiết bên trong bơm;
- Không chủ động trong việc tháo lắp cũng như hiểu nguyên lý của từng bộ phận của bơm.
39
3, Thiết lập mô hình BCA phân phối kết hợp cả cắt bổ và hoạt động.
Hình 2.3. Mô hình BCA phân phối kết hợp cả cắt bổ và hoạt động (đề xuất).
Ưu điểm:
- Thể hiện được tính trực quan thông qua mô hình cắt bổ;
- Nắm được nguyên lý làm việc trên sơ đồ (mô hình cắt bổ) và thực tế làm việc (mô hình hoạt động);
- Nắm được cấu tạo của từng chi tiết của bơm để từ đó tham gia điều chỉnh các chức năng quan trọng;
- Có cơ hội tiếp cận thực tế và kinh nghiệm của cơ sở sửa chữa.
Nhược điểm
- Giá thành tương đối cao; - Tốn nhiều thời gian.
40
2.3.2. Chọn phương án
Dựa vào việc phân tích ưu nhược điểm các phương án ở trên thì phương án 3 là phương hợp lý nhất, đảm bảo được mục đích cũng như yêu cầu đặt ra.
Kết luận: Chọn phương án 3: Thiết lập mô hình BCA phân phối kết hợp cả cắt bổ
(mô hình chết) và hoạt động (mô hình sống) làm phương án thực hiện (trình bày trên hình 2.3).
2.4. BCA lựa chọn trang bị trên mô hình
2.4.1. Cơ sở chọn BCA VE trang bị cho mô hình
- BCA kiểu phân phối VE loại cơ khí là BCA được sử dụng nhiều nhất và thông dụng nhất;
- Dễ tìm, dễ thực hiện;
- Phù hợp với kinh phí của sinh viên hiện có;
- Đối với loại BCA này về cơ bản đã đầy đủ nội dung các bài thực tập, thực hành cho sinh viên.
2.4.2. Đặc điểm kết cấu BCA phân phối VE
Bơm cao áp VE là loại bơm cao áp phân phối nhiên liệu áp suất cao do một xylanh bơm thực hiện và phân phối nhiên liệu cho tất cả các xylanh của động cơ, đảm bảo nhiên liệu phun ra được tơi sương (trình bày trên hình 2.4);
Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm quy định cho các xylanh theo đúng quy trình làm việc;
Đảm bảo lượng nhiên liệu cung cấp đồng đều cho các xylanh và phù hợp với từng chế độ làm việc động cơ;
Đảm bảo thời điểm bắt đầu và kết thúc phun một cách chính xác;
Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn hơn các loại bơm cao áp khác như bơm cao áp PE…
41
Hình 2.4. Sơ đồ cấu tạo bơm cao áp phân phối VE loại cơ khí
1. Đường dầu đến; 2. Bơm chuyển vận; 3. Van điều áp; 4. Trục điều tốc; 5. Quả văng; 6. Lò xo điều khiển; 7. Cần điều khiển; 8. Lò xo giảm chấn;
9. Đường dầu hồi; 10. Lò xo không tải; 11. Cần căng; 12. Van điện từ; 13. Buồng áp suất; 14. Van phân phối; 15. Piston; 16. Vành tràn; 17. Đĩa cam;
18. Bộ định thời; 19. Bánh răng; 20. Trục dẫn động Hệ thống nhiên liệu BCA phân phối VE gồm các chức năng sau:
Hút nhiên liệu:
Bơm cấp nhiên liệu hút nhiên liệu từ bình chứa qua lọc và nén trong thân bơm.
Bơm nhiên liệu:
Sử dụng một piston đưa nhiên liệu có áp suất cao đến mỗi vòi phun nhờ chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay.
Kiểm soát lượng phun:
Bộ điều tốc trong bơm điều khiển lượng phun và công suất động cơ. Bộ điều tốc có chức năng kiểm soát tốc độ tối đa của động cơ để ngăn động cơ chạy quá tốc độ và giúp động cơ chạy ổn định ở tốc độ không tải.
42
Kiểm soát thời điểm phun:
Bộ định thời điểu khiển thời điểm phun theo tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ. Các bộ phận bên trong bơm được làm mát và bôi trơn bằng nhiên liệu.
2.4.3. Nguyên lý làm việc BCA VE
Khi bật khoá điện ON, van điện từ cắt nhiên liệu (9) được kéo vào trong, đường thông giữa thân bơm và piston mở. Khi bơm chuyển vận quay, hút nhiên liệu từ thùng chứa nhiên liệu (1) theo ống dầu (2) qua lọc nhiên liệu (3) đi vào thân bơm theo áp suất được điều chỉnh bởi van điều áp. Piston hút nhiên liệu từ thân bơm vào buồng áp suất trong hành trình hút (dịch chuyển sang trái) và nén nhiên liệu ở mức độ 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 xylanh động cơ. 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 liệu trong bơm.
Khi muốn tắt máy thì tiến hành ngắt khóa điện thì van điện từ sẽ đóng đường nạp nhiên liệu vào khoang cao áp.
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý làm việc BCA phân phối VE
1. Thùng chứa nhiên liệu; 2. Ống dầu đến; 3. Lọc nhiên liệu; 4. Bơm VE; 5. Ống cao áp; 6. Vòi phun; 7. Ống dầu hồi; 8. Bugi sấy; 9. Van điện từ
43
2.4.4. Các cơ cấu trong BCA phân phối VE
Kết cấu trong BCA phân phối VE được chia ra làm 5 cơ cấu: Cơ cấu chuyển vận và điều áp
Cơ cấu định lượng
Cơ cấu phân phối và phun nhiên liệu Cơ cấu điều tốc
Cơ cấu phun dầu sớm tự động Cơ cấu truyền động
2.4.4.1. Cơ cấu chuyển vận và điều áp 1, Bơm chuyển nhiên liệu 1, Bơm chuyển nhiên liệu
Bơm chuyển nhiên liệu là loại bơm cánh gạt, được bố trí trên trục truyền chính trong thân bơm. Bơm chuyển nhiên liệu gồm có rotor, stator, các cánh gạt và mặt bích chặn. Dọc rotor có các rãnh để lắp 4 cánh gạt. Rotor được nối với trục truyền bởi then bán nguyêt. Mặt trong của stator được thiết kế lệch tâm so với rotor.
Mặt bích chặn được bắt vào thân bơm bởi 2 vít (10), phía trên có một lỗ (15) thông với cửa ra của bơm chuyển nhiên liệu với buồng bơm. Từ cửa ra của bơm chuyển được chia làm 2 đường dầu, một đường vào khoang bơm, một đường đến van điều chỉnh áp suất và thông với đường dầu hồi khi van mở.
Hình 2.6. Cấu tạo bơm chuyển nhiên liệu
1.Đường dầu vào; 2, 12. Rotor; 3, 14. Stator; 4. Buồng bơm; 5, 15. Lỗ dầu ra; 6. Cửa dầu ra; 7. Lỗ bắt vít; 8, 13. Cánh gạt;
44
Nguyên lý làm việc:
Khi trục truyền động quay, rotor bơm quay theo, lực ly tâm làm 4 cánh gạt văng ra và tiếp xúc với mặt trong của stator để tạo ra 4 khoang nhiên liệu có thể tích thay đổi. Tại cửa nạp thể tích khoang lớn nhất, tại cửa ra thì thể tích khoang nhỏ nhất. Do vậy khi trục rotor quay sẽ tại ra độ chân không tại khoang nạp, nhiên liệu sẽ được hút vào đường nạp và được nén lại đến cửa xả (với áp suất nhất định) và theo đường xả vào khoang bơm.
2, Van điều áp
Van điều áp gồm: piston (4) được lắp trong thân van (3), đầu dưới piston tiếp xúc với cửa ra của bơm chuyển nhiên liệu. Lò xo (2) được lắp giữa bạc điều chỉnh (1) và piston (4). Trên thân van có một lỗ thoát dầu dư (7) và một lỗ cân bằng áp suất (6), cả 2 lỗ đều thông với đường dầu nạp (9). Lỗ (6) có nhiệm vụ cân bằng áp suất phía trên piston khi piston đi lên. Ngược lại, đảm bảo áp suất mở van chỉ phụ thuộc vào sức căng của lò xo, khi piston đi xuống nó bù vào lượng dầu để không tạo ra khoảng chân không cản trở piston. Đế van (8) được lắp chặt với thân van (3).
Hình 2.7. Van điều áp
1. Bạc điều chỉnh; 2. Lò xo; 3. Thân van; 4, 13. Piston; 5,14. Đường dầu cao áp đến; 6, 11. Lỗ cân bằng; 7,10. Lỗ thoát dầu
45
Nguyên lý làm việc của van điều áp:
Khi áp suất dầu ở cửa ra của bơm chuyển vận nằm trong mức quy định và chưa thắng được sức căng lò xo (2) thì piston (4) sẽ đóng kín đế van (8) và lỗ thoát dầu dư (7). Khi áp suất này vượt quá giá trị cho phép thì nó đẩy piston (4) đi lên và ép lò xo (2) lại làm mở lỗ thoát dầu dư (7), dầu có áp suất cao từ cửa ra của bơm chuyển vận theo đường dầu đến (5) qua lỗ thoát dầu dư (7) nhiều hay ít, làm giảm bớt lượng dầu dư và ổn định áp suất trong buồng bơm. Khi áp suất trong buồng bơm không đúng quy định thì tiến hành điều chỉnh sức căng lò xo (2) bằng cách thay đổi vị trí bạc điều chỉnh (1).
3, Đường dầu hồi
Đường dầu hồi được lắp vào bơm (5) bởi đầu nối (1), nhằm ổn định áp suất trong buồng bơm khi áp suất dầu ở cửa ra của bơm chuyển nhiên liệu quá lớn mà van điều áp chưa kịp thoát hết lượng dầu dư. Mặt khác, cơ cấu còn tự động xả e khi nhiên liệu trong buồng bơm có không khí.
Đầu nối (1) thông với đường dầu ra qua các lỗ thoát dầu (6) và ống tiết lưu (4), nó cho phép một lượng dầu nhất định đi qua và trả về thùng nhiên liệu.
Hình 2.8. Đường dầu hồi
1. Đầu nối; 2. Đệm làm kín; 3. Đầu ống dầu hồi; 4. Ống tiết lưu; 5. Nắp bơm; 6. Lỗ thoát dầu
46
2.4.4.2. Cơ cấu định lượng 1, Định lượng bằng van điện từ 1, Định lượng bằng van điện từ
Cấu tạo:
Van điện từ gồm nam châm điện (phần cảm) (2), ty van (phần ứng) (4) và lò xo điều khiển điện từ (3) đặt trong ty van.
Van điện từ được tắt (mở) bằng khóa điện, có tác dụng đóng (mở) đường nhiên liệu từ buồng bơm vào buồng cao áp đầu piston.
Khi mở khóa điện (1), nam châm điện (2) sẽ hoạt động và sẽ hút ty van (4) lên, nén lò xo (3) lại, nhiên liệu từ buồng bơm qua đường nạp (6) được cung cấp tới cửa nạp (5).
Khi tắt khóa điện, nam châm điện (2) sẽ ngừng hoạt động, lò xo (3) sẽ đẩy ty van (4) đi xuống và đóng cửa nạp (5) lại. Như vậy, bơm phân phối se ngừng cung cấp nhiên liệu và động cơ không làm việc được.
a. Van điện từ hoạt động b. Van điện từ không hoạt động Hình 2.9. Cấu tạo và nguyên lý làm việc van điện từ
1. Khóa điện; 2. Nam châm điện (phần cảm); 3. Lò xo;
4. Ty van (phần ứng); 5. Cửa nạp nhiên liệu; 6. Đường nạp nhiên liệu
47
2, Định lượng bằng vành tràn
Định lượng là điều tiết lượng nhiên liệu ứng với tốc độ, các mức tải cho vào động cơ để ổn định vận tốc theo yêu cầu.
Trong hệ thống nhiên liệu BCA phân phối loại cơ khí thì việc định lượng nhiên liệu được thực hiện bằng cách thay đổi khoảng cách piston dịch chuyển từ khi bắt đầu nén cho đến khi kết thúc (hành trình hữu ích “e”) để tăng hoặc giảm lượng phun nhiên liệu.
Khi hành trình hữu ích “e” càng lớn (xa lỗ thoát nhiên liệu hơn) thì hành trình nén sẽ kết thúc lâu hơn như vậy lượng nhiên liệu cung cấp sẽ tăng lên. Ngươc lại, khi hành trình hữu ích “e” càng nhỏ thì lượng nhiên liệu cung cấp sẽ giảm đi.
Việc thay đổi hành trình hữu ích này được thực hiện nhờ bộ điều tốc.
Hình 2.10. Hành trình có ích theo chiều tăng lượng cung cấp nhiên liệu
1. Bắt đầu nén; 2. Kết thúc nén; 3. Đỉnh cam
Hình 2.11. Hành trình có ích theo chiều giảm lượng cung cấp nhiên liệu 1. Bắt đầu nén; 2. Kết thúc nén; 3. Đỉnh cam
48
2.4.4.3. Cơ cấu phân phối và phun nhiên liệu 1, Đầu phân phối 1, Đầu phân phối
Đầu phân phối của bơm có dạng hình khối, cùng với thân bơm, nắp bơm tạo thành buồng bơm. Trên đó lắp các chi tiết, bộ phận khác như van cắt nhiên liệu, đầu cao áp, chốt dẫn hướng, lò xo hồi vị piston….Đầu phân phối được bắt chặt vào thân bơm bằng 4 bulông và vòng làm kín. Bên trong đầu bơm có gia công các rãnh nhiên liệu (như rãnh nạp nhiên liệu thông buồng bơm với cửa nạp, rãnh chia nhiên liệu từ lỗ chia trên xylanh tới đầu cao áp.
Hình 2.12. Cấu tạo đầu phân phối
1. Piston; 2. Giá đỡ lò xo; 3. Vành tràn; 4,17. Lò xo hồi vị piston 5. Rãnh nạp nhiên liệu; 6. Đầu bơm; 7. Đầu cao áp; 8. Cửa nạp; 9. Bu lông 3 cạnh; 10. Bu lông trung tâm; 11. Lò xo van cao áp; 12. Van cao áp; 13. Rãnh chia nhiên liệu; 14. Chốt dẫn hướng; 15. Đệm điều chỉnh; 16. Đệm lò xo.
2, Đầu cao áp
Đầu cao áp được lắp vào đầu bơm bằng mối ghép ren, phía trong lắp van cao áp (van triệt hồi) và lò xo hồi vị.
49
Đế van và van cao áp là bộ đôi siêu chính xác, có vai trò quan trọng trong hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel. Khe hở hướng kính giữa hai chi tiết rất nhỏ (khoảng 0.004 – 0.006 mm), độ cứng bề mặt làm việc khoảng 60 – 64 HRC.
Hình 2.13. Cấu tạo đầu cao áp
1. Vòng đệm; 2. Đế van; 3. Van cao áp; 4. Lò xo hồi vị; 5. Thân đầu cao áp; 6. Đường dầu ra vòi phun; 7. Đầu phân phối; 8. Đường dầu đến
Van cao áp có cấu tạo đặc biệt: Bề mặt côn (1) được đóng kín với đế van, phần trụ giảm tải hay piston (2), thân van (4) dẫn hướng cho van dịch chuyển theo một phương nhất định, rãnh dọc (3) là đường dẫn nhiên liệu có áp suất cao. Bề mặt làm việc của các chi tiết được gia công với độ chính xác rất cao, đảm bảo độ cứng và độ bóng bề mặt.
Hình 2.14. Cấu tạo van cao áp
50 Nguyên lý làm việc của van cao áp
Hình 2.15. Nguyên lý làm việc can cao áp
1. Lò xo van cao áp; 2. Van cao áp; 3. Đế van; 4. Khoảng chạy
Khi chưa làm việc thì mặt côn luôn được đóng kín với đế van do lực lò xo và áp suất dầu dư trong đường ống cap áp, nó làm việc cùng thời gian đối với xylanh bơm chia từ hành trình bắt đầu cung cấp đến hành trình kết thúc cung cấp nhiên liệu
Hành trình cung cấp nhiên liệu, dầu có áp suất cao theo rãnh dọc tác dụng vào phần trụ giảm tải và thắng được sức căng lò xo sẽ đẩy van đi lên. Khi hết khoảng chạy giữa đế van và phần trụ giảm tải, van mở cho nhiên liệu vào đường ống cao áp đến vòi phun. Sau đó khi đạt tới áp suất mở vòi phun thì việc phun nhiên liệu vào xylanh động cơ sẽ xảy ra.
Hành trình cắt và chấm dứt việc phun nhiên liệu (khi van tràn điều chỉnh mở cửa cắt nhiên liệu trên piston chia), thì áp suất dầu trong khoang cao áp đầu piston piston đột ngột giảm; do lực lò xo và áp suất dầu sẽ đẩy van cao áp đi xuống, đồng thời dầu trong đường ống cao áp cũng bị đẩy trả lại cho tới khi mặt dưới trụ giảm tải tiếp xúc với đế van thì bị ngắt lại, van cao áp tiếp tục bị đẩy xuống tới vị trí mặt côn đóng kín hoàn toàn với đế van. Như vậy để tránh cho thời điểm phun không bị trễ cần phải duy trì trong đường ống một áp suất dư nhiên liệu cho lần phun sau, áp suất này nhỏ hơn áp suất cho lần phun sau, áp suất này nhỏ hơn áp suất mở vòi phun. Mặt khác do sự giảm áp đột ngột trong đường ống cao nên kim phun đóng
51
nhanh và dứt khoát với đế kim phun, kết thúc hành trình phun chính xác nên tránh được tình trạng phun rớt.
3, Piston và xylanh phân phối
+ Cấu tạo
Hình 2.16. Cấu tạo piston phân phối
1. Rãnh hút; 2. Cửa phân phối; 3. Rãnh cân bằng áp suất; 4. Cửa tràn; 5. Đuôi piston; 6. Lỗ dọc (khoang cao áp)
Piston phân phối có cấu tạo hình trụ bậc phần đầu gia công có các rãnh dầu vào (bằng số xylanh động cơ). Piston có 4 rãnh hút, một cửa phân phối, một cửa tràn và một rãnh cân bằng áp suất. Cửa tràn và cửa phân phối đặt thẳng hàng với lỗ vào ở tâm piston.
Xylanh phân phối được ép chặt trong đầu phân phối, trên đó có gia công một lỗ thoát dầu cho rãnh cân bằng, một lỗ dầu vào và các cửa phân phối (bằng số