Bơm thủy lực của hệ thống cấp một lƣợng dầu thủy lực tới van điện từ của bơm vòi phun HEUI. Tại đây van điện từ sẽ đƣợc điều khiển mở cho dầu có áp suất cao này vào trong khoang phía dƣới van hình nấm để tác động phun.
Một bơm cấp nhiên liệu (bơm dầu Diesel) nằm trong bơm thủy lực đồng thời cấp một lƣợng dầu nhất định vào đƣờng biên của cụm kim phun. Tại đây nhiên liệu có áp suất nhất định sẽ chờ sẵn ở khoang của cụm kim phun nằm phía dƣới ti bơm. Một phần nhiên liệu cũng đƣợc đƣa xuống cụm piston tăng cƣờng áp suất
Khi van điện từ mở, dầu cao áp sẽ đƣợc đƣa vào trong khoang của van hình nấm, tạo nên một áp suất đẩy piston bơm đi xuống. Piston bơm đi xuống sẽ đồng thời tạo ra một áp suất nhiên liệu thắng đƣợc sức căng của lò xo trong cụm kim phun, đẩy nhiên liệu chờ sẵn dƣới khoang của kim phun vào buồng đốt của động cơ.
64 Khi van điện từ đóng lại, dầu cao áp ngừng cấp vào khoang van hình nấm, áp suất trên khoang van bị mất, đồng thời áp suất khoang bên dƣới piston cũng giảm đột ngột, áp suất khoang phía dƣới kim phun không đủ để thắng sức căng lò xo nữa, ngắt quá trình phun nhiên liệu. ở bơm vòi phun HEUI, quá trình phun có cả phun mồi.(Pilot Injection).
Nhƣ vậy, ứng dụng hệ thống nhiên liệu HEUI vào động cơ cho phép nâng cao hiệu suất làm việc, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu các tổn thất cũng nhƣ tiếng ồn của động cơ.
Tuy nhiên, các thiết bị trong hệ thống HEUI có độ chính xác rất cao, nhiên liệu bẩn có thể gây mòn, thậm chí phá hỏng các chi tiết trong hệ thống. Hạt bẩn có đƣờng kính chỉ bằng 1/5 đƣờng kính sợi tóc đã có thể gây nguy hiểm cho hệ thống. Chính vì vậy bộ lọc giữ vai trị rất quan trọng trong việc nâng cao độ bền của hệ thống.
2.7.4. Các thành phần cơ bản của hệ thống nhiên liệu HEUI
Hệ thống nhiên liệu HEUI gồm 4 thành phần cơ bản: bộ bơm vòi phun điện- thủy lực; ECM; Bơm thủy lực cao áp; Bơm chuyển nhiên liệu
1. Bộ bơm vòi phun điện-thủy lực
Tất cả các hệ thống nhiên liệu diesel đều sử dụng cặp piston-xi lanh bơm cao áp để bơm dầu diesel vào buống cháy động cơ. Trong hệ thống HEUI, dầu bôi trơn động cơ đƣợc tạo áp suất cao làm nguồn lực cho piston bơm cao áp.
HEUI sử dụng áp suất dầu bôi trơn từ 6÷28 Mpa để bơm nhiên liệu từ bộ bơm vòi phun. áp suất cao của dầu bôi trơn đƣợc gọi là áp suất tác động phun. HEUI hoạt
65 động giống nhƣ một xi lanh thủy lực cƣờng hóa lực dầu áp suất cao (Diện tích mặt tiếp xúc với dầu bôi trơn lớn hơn mặt tiếp xúc với nhiên liệu diesel của piston bơm cao áp khoảng 6÷7 lần). áp suất tác động phun do dầu bôi trơn tạo ra tác động vào piston bơm cao áp sinh ra áp suất phun nhƣng áp suất phun này đƣợc khuếch đại nên lớn gấp 6÷7 lần áp suất tác dụng phun.
Áp suất phun của nhiên liệu tỉ lệ với áp suất tác động phun của dầu bôi trơn. Khi áp suất tác động phun lớn thì áp suất phun cũng lớn và ngƣợc lại.
Hình 2-83. Vị trí lắp ghép của bơm vòi phun HEUI trên nắp máy
1. Ống lắp bộ bơm vòi phun; 2. Nắp xy lanh; 3. Đƣờng cấp dầu áp suất cao; 4. Đƣờng cấp dầu áp suất thấp; 5. Đệm chữ 0 bộ bơm vòi phun.
(2) (1)
(3) (4) (5)
Hình 2-82. Vị trí các bộ phận của hệ thống nhiên liệu HEUI
1.Bộ bơm vòi phun; 2. Ống dầu cao áp; 3. Bơm dầu áp suất cao; 4. Bình chứa dầu; 5. Ống nhiên liệu
(2) (1)
(3)
(4)
66
a) Cấu tạo chung
Bộ bơm vòi phun HEUI gồm các bộ phận chính sau: - Bộ điện từ điều khiền van dầu bôi trơn - Van dầu bôi trơn
- Lò xo hồi vị van dầu bôi trơn - Piston bơm cao áp cƣờng hóa
- Lò xo hồi vị piston bơm cao áp cƣờng hóa - Bộ kim phun nhiên liệu
- Các đƣờng dầu bôi trơn vào và ra - Các đƣờng nhiên liệu diesel vào và ra - Vỏ bộ bơm vòi phun.
b) Nguyên lý hoạt động
Khi bộ bơm vòi phun HEUI chƣa làm việc
Mặt (đế) van bên dƣới ở trạng thái đóng, mặt (đế) van bên trên mở, dầu bôi trơn có áp suất cao bị chặn ở đƣờng vào còn dầu bôi trơn ở không gian phía trên của piston cƣờng hóa nối thông với đƣờng dầu hồi nên có áp suất bằng áp suất khí quyển. Nhờ lực lò xo, piston bơm cao áp nằm ở vị trí trên.
Phía bên dƣới ở phần vòi phun, nhiên liệu diesel qua lỗ vào điền đầy không gian phía dƣới piston cƣờng hóa
67 Khi Bơm vòi phun HEUI đƣợc cấp điện
Van điện từ bị hút lên trên, mặt van bên trên đóng, mặt van bên dƣới mở nên chặn đƣờng thông của dầu bôi trơn với đƣờng dầu về đồng thời mở đƣờng thông giữa không gian bên trên của piston cƣờng hóa với đƣờng dầu bôi trơn có áp suất cao. Dầu bôi trơn có áp suất cao chảy vào không gian phía trên của piston cƣờng hóa, ép nó đi xƣống dƣới.
Hình 2-86. Trạng thái các van khi được ECU cấp điện
1. Van trên đóng; 2. Lò xo van; 3. Van dƣới mở (1)
(2) (3)
Hình 2-85. Trạng thái các van khi ECU chưa cấp điện
1. Van trên mở; 2. Lò xo van; 3. Van dƣới đóng (1)
(2) (3)
68 Phun trƣớc:
Khi mặt dƣới của pisston cƣờng hóa che kín lỗ nhiên liệu vào thì nhiên liệu diesel bị nén và tăng áp suất. Khi áp suất nhiên liệu thắng sức căng lò xo kim van, đẩy nó lên, mở lỗ phun và nhiên liệu đƣợc phun vào buồng cháy động cơ, thực hiện giai đoạn phun trƣớc. Quá trình phun trƣớc sẽ kết thúc khi lỗ dầu ở phần đầu piston cƣờng hóa nối thông với lỗ nhiên liệu vào trên nắp máy.
Phun chính:
Piston cƣờng hóa tiếp tục đi xuống dƣới, áp suất nhiên liệu lại tăng và quá trình phun chính bắt đầu khi kim phun đƣợc nâng lên khỏi đế.
Hình 2-87. Vị trí của piston cường hóa khi phun trước
Mặt trên có dầu thủy lực tác dụng Mặt dƣới tác dụng lên nhiên liệu Piston cƣờng hóa Xy lanh
69 Khi bơm vòi phun HEUI không đƣợc cấp điện, kết thúc phun chính
Do sức đẩy của lò xo, van điện từ trở về vị trí ban đầu nên dầu bôi trơn cao áp bị chặn bởi mặt dƣới của van, mặt trên của van mở cho phép dầu bôi trơn cao áp từ không gian phía trên của piston cƣờng hóa thông với đƣờng dầu về. Piston cƣờng hóa trở về vị trí ban đầu. Nhiên liệu diesel lại đƣợc hút vào không gian phía dƣới piston cƣờng hóa.
2. Bơm thủy lực
a) Cấu tạo
Bơm thủy lực có nhiệm vụ có nhiệm vụ tạo áp suất cao cho dầu bôi trơn để tác động phun cho bơm vòi phun HEUI. Nó gồm phần bơm dầu bôi trơn và phần bơm chuyển nhiên liệu diesel
Các bộ phận của bơm thủy lực trong HEUI đƣợc trình bày trên hình 2-90.
b) Nguyên lý hoạt động
Bơm thủy lực là loại bơm piston thay đổi đƣợc lƣợng dầu bôi trơn cấp ra ngoài. Bơm sử dụng đĩa nghiêng để vận hành piston chuyển động tịnh tiến trong một ống trƣợt.
Bánh răng 9 nối với trục bơm đƣợc dẫn động từ trục khuỷu. Khi bánh răng quay sẽ dẫn động trục bơm làm đĩa nghiêng quay tạo sự chuyển động tịnh tiến của piston trong ống trƣợt.
Khi piston di chuyển ra ngoài ống trƣợt, dầu đƣợc hút vào trong piston thông (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Hình 2-89. Trạng thái của các van khi kết thúc phun
1.Van trên mở; 2. Van dƣới đóng; 3. Rãnh dầu ; 4. Lò xo van; 5. Piston cƣờng hóa.
70 qua một rãnh trên đĩa dẫn động
Quan hệ vị trí giữa piston và ống trƣợt sẽ xác định lƣợng dầu bôi trơn trong piston. Vị trí của ống trƣợt thay đổi liên tục và do ECM điều khiển. Sự thay đổi vị trí của ống trƣợt sẽ làm thay đổi hành trình có ích của bơm dẫn tới sự thay đổi lƣợng dầu bôi trơn đƣợc bơm đi.
Khi ống trƣợt di chuyển về phía trái của lỗ khoan trên piston, hành trình có ích của piston tăng dẫn tới tăng lƣu lƣợng dầu bơm đi và ngƣợc lại.
Ống trƣợt nối với piston tác động 4 thông qua bộ nối 5. Sự di chuyển về phía phải hay trái của piston tác động sẽ dẫn tới sự di chuyển tƣơng ứng của ống trƣợt
Một lƣợng nhỏ dầu bôi trơn ở đầu ra của bơm đƣợc dẫn qua rãnh nhỏ trong piston tác động và đi vào một khoang gọi là khoang áp suất điều khiển. Áp suất trong khoang điều khiển qui định vị trí của piston tác động cũng nhƣ vị trí của ống trƣợt. Áp suất này bị giới hạn bởi van nhỏ. Dầu cao áp trong khoang điều khiển có thể lọt qua van này và làm thay đổi áp suất trong khoang áp suất.
Cƣờng độ dòng điện do ECM gửi tới bộ điện từ qui định lực lò xo tác động để đóng van nhỏ, do đó có thể điều khiển lƣợng dầu bôi trơn lọt qua van và điều khiển đƣợc áp suất trong khoang áp suất. Cuối cùng thông qua piston tác động và bộ nối để điều khiển ống trƣợt cũng nhƣ điều khiển hành trình có ích và điều khiển lƣợng dầu
Hình 2-90. Sơ đồ cấu tạo bơm thủy lực
1.Van điện từ; 2. Van nhỏ; 3. Lò xo; 4. Piston bộ tác động; 5. Bộ nối; 6. Cửa ra của bơm; 7. Van kiểm tra; 8. Piston; 9. Bánh răng chủ động; 10. Cửa tràn; 11. Đĩa lệch tâm chủ động; 12. Ống trƣợt ngoài; 13. Phần ứng 1 2 3 4 5 6 7 8 10 12 11 13 9
71 bôi trơn bơm đi, dẫn tới điều khiển đƣợc áp suất tác động phun.
3. Bơm chuyển nhiên liệu
Bơm chuyển nhiên liệu đƣợc lắp đằng sau bơm thủy lực. Bơm chuyển nhiên liệu chỉ là một phần nằm trong bơm thủy lực. Bơm chuyển nhiên liệu có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng nhiên liệu và tăng áp suất của nhiên liệu lên áp suất quy định (450 kPa-65 psi). Bơm chuyển nhiên liệu có một van giảm áp bên trong để bảo vệ hệ thống. Nhiên liệu tăng áp đƣợc cung cấp tới các vòi phun.
4. Hệ thống dầu bôi trơn cao áp
a) Sơ đồ hệ thống
Hình 2-92. Sơ đồ hệ thống dầu bôi trơn áp suất cao
1.Bơm dầu; 2. Két làm mát dầu; 3. Lọc dầu; 4. Bình chứa của bơm thủy lực cao áp; 5. Bơm thủy lực cao áp; 6. Cảm biến áp suất dầu cao áp (ICP); 7. Tiết chế áp suất điều khiển sự phun (ICPR); 8. Rãnh tới hộp trục khuỷu; 9. Van kiểm soát; 10. Ống dẫn dầu cao áp; 11. Bộ bơm vòi phun HEUI.
Hình 2- 91. Bơm chuyển nhiên liệu
72
b) Bộ tiết chế điều khiển áp suất phun (ICPR)
Bộ tiết chế điều khiển áp suất phun nhận tín hiệu từ ECM để điều khiển áp suất dầu cao áp từ bơm đến. Bề rộng của xung điều khiển càng dài thì áp suất dầu cao áp trong hệ thống càng cao. Khi không có tín hiệu, tất cả dầu qua van về bình chứa.
Hoạt động của bộ tiết chế điều khiển áp suất phun biểu hiện ở hình 2-94. Áp suất phun thay đổi theo lƣợng dầu hồi về bình chứa do ECM điều khiển.
Hình 2-94. Sơ đồ hoạt động của bộ tiết chế điều khiển áp suất phun
1.Đến bộ bơm vòi phun; 2. Dầu từ bơm thủy lực cao áp; 3. Tính hiệu điện từ ECM; 4. Rãnh về thùng chứa dầu của bơm thủy lực cao áp
(1)
(2)
(3)
(4)
Hình 2-93. Bộ tiết chế điều khiển áp suất phun
1.Dầu cao áp vào; 2. Tới bình chứa dầu; 3. Tính hiệu điện từ ECM (1)
(2)
73
5. Hệ thống HEUI của Caterpillar
a) Sơ đồ hệ thống
b) Các thành phần của hệ thống
- Môđun điều khiển điện tử ECM: là hệ thống vi sử lý các tín hiệu từ các cảm biến của xe và động cơ, điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống nhiên liệu. Nó chứa các thông tin và xác định các thông số hoạt động tối ƣu của hệ thống nhiên liệu. ECM cũng có nhiều hơn các tín hiệu đầu vào so với bộ điều tốc cơ khí nhƣ tốc độ động cơ, thời điểm phun, áp suất đƣờng nhiên liệu, áp suất bộ tăng áp...Nó có thể xác định tối ƣu thời điểm và tốc độ phun ở một trạng thái nào đó. Nó có thể gửi tín hiệu chính xác để điều khiển bộ điện từ của bộ bơm vòi phun nhằm giảm độ ồn, giảm ô nhiễm và đạt đƣợc tính kinh tế nhiên liệu. ECM cũng có chức năng lƣu trữ tổng thể các số liệu về lƣơng tiêu thụ nhiên liệu, số giờ động cơ hoạt
(2) (3) (4) (5) (10) (11) (1) (2) (3) (4) (8)
Hình 2- 95. Sơ đồ HEUI Caterpillar 3126B Engines
1.Thùng chứa; 2. Bầu lọc; 3. Bơm dầu cao áp; 4. Bầu lọc nhiên liệu; 5. Van điều khiển áp suất tác động phun; 6. ECM; 7. Ống chứa dầu cao áp; 8. Bộ bơm vòi phun. 9. Thùng nhiên liệu
(9) (5)
(6)
(7)
Hình 2-95. Bơm dầu cao áp Hình 2-96. Bơm dầu cao áp
74 động.
- Bơm thủy lực cấp dầu bôi trơn áp suất cao: là bơm bảy piston. Nó tăng mức áp suất dầu bôi trơn của hệ thống từ 40 psi lên áp suất dầu bôi trơn yêu cầu của bộ bơm vòi phun từ 870÷3300 psi. Ở
điều kiện vận hành bình thƣờng của động cơ, áp suất ra của bơm đƣợc điều khiển bởi van điều khiển áp suất tác động bộ bơm vòi phun –the Injector Actuation Pressure Control Valve (IAPCV). Áp suất cho các trạng thái đặc biệt đƣợc xác định bởi ECM.
- Van điều khiển áp suất tác động bộ bơm vòi phun (IAPCV)
IAPCV là van điều khiển điện tử, khi đƣợc ECM điều khiển, nó cho phép dầu quá áp trở về thùng chứa để điều khiển áp suất tác động phun. Áp suất khi động cơ khởi động lạnh hơi cao hơn vì dầu đặc và di chuyển trong bộ bơm vòi phun chậm hơn. Áp suất và thời điểm phun sớm lớn hơn giúp bộ bơm vòi phun phun nhanh hơn cho đến khi độ nhớt của dầu giảm xuống. - Bộ bơm vòi phun HEUI Bộ bơm vòi phun HEUI sử dụng năng lƣợng thủy lực của dầu đƣợc áp suất hóa để phun nhiên liệu. Áp suất của dầu nạp vào bộ bơm vòi phun sẽ điều khiển tốc độ của piston cƣờng hóa, dô đó
điều khiển tốc độ phun. Lƣợng nhiên liệu phun đƣợc xác định bởi khoảng thời gian của xung kích hoạt từ ECM. Bọ bơm vòi phun này gồm 4 thành phần cơ bản: bộ điện từ, van nhỏ điều khiển cấp và thoát dầu, piston cƣờng hóa và bộ kim phun.
Hình 2-97. Van điều khiển áp suất
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
Hình 2-98. Bộ bơm vòi phun
1.Van; 2. Đế van; 3. Piston cƣờng hóa; 4. Đầu nhỏ piston; 5. Bi kiểm soát nhiên liệu vào; 6. Cụm kim phun; 7. Kim phun; 8. Bộ điện từ
75 + Bộ điện từ là một nam châm điện tác dụng nhanh. Khi đƣợc kích hoạt, kéo van khỏi đế của nó.
+ Van nhỏ: Lực lò xo giữ van ở trang thái đóng. Dầu cao áp bị khóa và khoang cƣờng hóa đƣợc mở thông với rãnh hồi dầu. Khi bộ điện từ đƣợc kích hoạt, van này nhanh chóng rời khỏi đế của nó, lối thông với rãnh hồi dầu đóng còn lối dẫn dầu cao áp vào mở.
+ Piston cƣờng hóa: khi van nhỏ mở cửa dầu vào, dầu cao áp đi vào bộ bơm vòi phun và tác dụng lên đỉnh của piston cƣờng hóa. Diện tích đỉnh piston cƣờng hóa gấp 6 lần phía đuôi nên tăng lực tác dụng lên 6 lần, Sự dịch chuyển đi xuống của piston cƣờng hóa làm tăng áp suất nhiên liệu và làm vòi phun mở. Nhƣ vậy, từ khoảng 3000