4.2.1. Chức năng yêu cầu nhiệm vụ
4.2.1.1. Chức năng
Hệ thống nhiên liệu diesel có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu diesel vào buồng đốt để tạo thành hỗn hợp cho động cơ dưới dạng sương mù với áp suất cao, cung cấp kịp thời, đúng lúc phù hợp với các chế độ của động cơ và đồng đều trong tất cả các xylanh.
4.2.1.2. Yêu cầu
- Phải cung cấp nhiên liệu vào buồng cháy của động cơ với áp suất cao và lượng nhiên liệu cung cấp vào phải phù hợp với phụ tải (chế độ công tác) của động cơ.
- Phải phun đúng thứ tự làm việc của các xylanh và lượng nhiên liệu phun vào phải đồng đều nhau để động cơ có tính kinh tế cao.
- Thời gian phun nhiên liệu phải chính xác, kịp thời bắt đầu và kết thúc phải dứt khoát nhanh chóng.
Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường
- Nhiên liệu phải được hoà sương tốt và phân tán đồng đều trong buồng cháy của động cơ để hình thành hỗn hợp cháy tốt.
4.2.1.3. Phân loại
Cung cấp nhiên liệu được phân làm hai loại:
- Loại tự chảy: Nhiên liệu tự chảy từ thùng chứa đến bơm cao áp khi đó thùng chứa đặt cao hơn bơm cao áp.
- Loại cưỡng bức: Nhiên liệu được bơm hút từ thùng chứa đẩy đến bơm cao áp, bằng bơm chuyển nhiên liệu, thùng chứa thường được đặt xa, thấp hơn bơm cao áp. Dựa theo đặc điểm của hai chi tiết chính trong hệ thống đó là bơm cao áp và vòi phun, hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel được chia ra hai loại sau :
+ Hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu phân bơm: ở loại này bơm cao áp và vòi phun là hai chi tiết riêng biệt và nối với nhau bằng đường ống dẫn nhiên liệu cao áp.
+ Hệ thống nhiên liệu kiểu bơm phân cao áp: Ở loại này chức năng của bơm cao áp và vòi phun được thay thế bằng một thiết bị nhiều tác dụng được gọi bơm phun cao áp, có nhiệm vụ cung cấp điều chỉnh và phun nhiên liệu cao áp vào buồng đốt.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu bơm phun cao áp được sử dụng ở mức độ rất hạn chế trong động cơ diesel hiện đại.
4.2.2. Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp thường
4.2.2.1. Hệ thống nhiên liệu với bơm dãy (Bơm PE) *). Cấu tạo
Hình 4.17. Cấu tạo bơm cao áp dãy 1: Bộ điều tốc 5: Vít xả khí 2: Bơm chuyển nhiên liệu 6: Cửa chặn 3: Cơ cấu điều chỉnh phun sớm 7: Các phân bơm 4: Trục cam bơm cao áp 8: Vỏ bơm
Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường
*). Cấu tạo một phân bơm
1: Đầu nối 2: Buồng cao áp 3: Van triệt hồi 4: Piston bơm cao áp 5: Thanh răng 6: Vấu chữ thập 7: Vòng răng 8: Ống kẹp đuôI piston 9: Lò xo bơm 10: Bulông điều chỉnh 11: Con đội con lăn 12: Trục cam
13: Xylanh bơm cao áp 14: Vỏ bơm
15: Đế van cao áp
Hình 4.18. Cấu tạo một phân bơm
*). Nguyên lý làm việc của một phân bơm:
a
b c
Hình 4.19. Sơ đồ nguyên lý làm việc của một phân bơm
Quá trình này bao gồm các giai đoạn sau :
Quá trình nạp (hình a): Khi cam thôi tác động lên con đội, piston dịch chuyển đi xuống dưới tác dụng của lò xo hồi vị van cao áp đóng nên độ chân không trong không gian trên piston tăng lên khi piston mở lỗ nạp nhiên liệu từ trong buồng nhiên liệu sẽ
Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường
điền đầy vào trong xylanh bơm quá trình nạp nhiên liệu vào xylanh kéo dài cho đến khi piston đi xuống vị trí thấp nhất.
Quá trình nén - phun nhiên liệu (hình b): Khi cam lệch tâm bắt đầu tác dụng vào con đội piston sẽ dịch chuyển lên trên và đồng thời lò xo bị nén lại. Trong giai đoạn này trước khi piston đóng kín lỗ nạp một phần nhiên liệu trong xylanh bị đẩy trở lại qua lỗ nạp quá trình nén sẽ bắt đầu khi đỉnh piston đóng kín lỗ nạp khi áp suất nhiên liệu trong xylanh đủ lớn thắng được sức căng của lò xo van cao áp và áp suất dư của nhiên liệu trong đường ống cao áp nâng van lên phía trên mở cho nhiên liệu trong xylanh đi vào đường ống cao áp tới vòi phun và chính áp suất của nhiên liệu thắng được sức căng của lò xo kim phun nâng kim phun để mở phun nhiên liệu vào buồng cháy của động cơ.
Kết thúc phun (hình c): Piston tiếp tục đi lên khi rãnh vát (gờ xả của rãnh chéo) mở lỗ xả do chênh lệch về áp suất nên nhiên liệu từ không gian phía trên đỉnh piston sẽ thoát ra cửa xả do rãnh khoan đứng làm cho áp suất ở đường nhiên liệu giảm xuống đột ngột, lò xo sẽ đóng van cao áp đồng thời kim phun sẽ đóng lại rất nhanh ngừng cung cấp nhiên liệu cho buồng cháy. Dưới tác dụng của lò xo van cao áp và áp suất dư trong đường ống cao áp làm van cao áp sẽ được đóng kín và vòi phun ngừng làm việc kết thúc quá trình phun nhiên liệu piston dịch chuyển xuống dưới và quá trình làm việc lại được lặp lại như cũ như quá trình nạp.
4.2.2.2. Hệ thống nhiên liệu với bơm phân phối VE a). Cấu tạo
Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường
Hình 4.20. Cấu tạo bơm cao áp chia VE
1: Trục truyền động 14: Cần khởi động
2: Bơm chuyển nhiên liệu 15: Cần điều khiển
3: Bánh răng truyền động 16: Vít điều chỉnh toàn tải
4: Vòng con lăn 17: Cần hiệu chỉnh
5: Con lăn 18: Đường dầu hồi
6: Đĩa cam 19: Vít cữ không tải
7: Bộ điều khiển phun sớm 20: Lò xo điều tốc 8: Lò xo hồi vị piston 21: Vít cữ toàn tải 9: Bạc điều chỉnh nhiên liệu 22: Cần ga
10: Xilanh chia 23: Ống trượt bộ điều tốc 11: Piston chia 24: Quả văng
12: Đầu chia 25: Thân bộ điều tốc 13: Chốt M2
Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường
b). Nguyên lý hoạt động
Hình 4.21. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm VE
1: Thùng chứa dầu 8: Đường dầu về 2: Bơm chuyển tiếp 9: Piston bơm 3: Lọc dầu 10: Piston bơm 4: Van an toàn 11: Van phân phối 5: Bơm tiếp vận 12: Van định lượng 6: Cần điều khiển 13: Đĩa cam
7: Lò xo điều khiển 14: Bộ điều khiển phun sớm
*). Nguyên lý hoạt động:
Bơm sơ cấp hút nhiên liệu từ thùng đưa qua lọc sau đó nhiên liệu được bơm cánh quạt hút rồi đẩy vào buồng bên trong bơm. Một van điều chỉnh áp suất điều khiển áp suất nhiên liệu bên trong bơm cao áp. Đĩa cam được dẫn động bởi trục dẫn động, piston bơm được gắn với đĩa cam, nhiên liệu được cấp cho kim phun nhờ chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến của piston này.
Lượng phun được điều khiển bởi bộ điều chỉnh kiểu cơ khí. Thời điểm phun được điều khiển bởi piston điều khiển phun sớm, piston điều khiển phun sớm hoạt động nhờ áp suất nhiên liệu. Van phân phối có hai chức năng là ngăn không cho nhiên liệu trong ống dẫn đến kim phun quay về piston và bơm, hút nhiên liệu còn lại sau khi phun khỏi kim phun.
Khi cam quay, piston bơm đi đến điểm chết trên sau đó về điểm chết dưới. Quá trình điều khiển lượng dầu cung cấp cho một chu trình được thực hiện gồm các bước sau:
Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường
Bước 1: Nạp nhiên liệu: Khi pittông bơm chuyển động sang trái, một trong 4 rãnh hút trên piston sẽ thẳng hàng với cửa hút và nhiên liệu sẽ được hút vào đường bên trong pittông.
Bước 2: Phân phối nhiên liệu: Khi đĩa cam và piston quay, cửa hút đóng và cữa phân phối của piston sẽ thẳng hàng với một trong bốn trên nắp phân phối. Khi đĩa cam lăn trên các con lăn, piston vừa quay vừa dịch chuyển sang phải, làm nhiên liệu bị nén. Khi nhiên liệu bị nén đến một áp suất nhất định nó được phun ra khỏi vòi phun.
Bước 3: Kết thúc việc cung cấp nhiên liệu: Khi piston dịch chuyển thêm về phía bên phải, hai cửa tràn của piston sẽ lộ ra khỏi van định lượng và nhiên liệu dưới áp suất cao sẽ bị đẩy về buồng bơm qua các cửa tràn này. Vì vậy áp suất nhiên liệu sẽ giảm đột ngột và quá trình phun kết thúc.
Bước 4: Cân bằng áp suất: Khi piston quay 1800 sau khi phân phối nhiên liệu, rãnh cân bằng áp suất trên piston thẳng hàng với đường phân phối để cân bằng áp suất nhiên liệu trong đường phân phối và trong buồng bơm.
Hình 4.22. Chu trình làm việc của piston chia 1: Piston bơm 5: Rãnh phân phối 2: Lỗ nạp nhiên liệu 6: Đường phân phối 3: Rãnh hút 7: Lỗ thoát nhiên liệu 4: Buồng cao áp 8: Van định lượng
Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường
4.2.3. Hệ thống nhiên liệu với bơm cao áp điều khiển điện tử
4.2.3.1. Hệ thống nhiên liệu với bơm cao áp dãy PE điều khiển điện tử (điều khiển bằng cơ cấu ga điện từ)
Về cơ bản các chi tiết của bơm PE điện tử có cấu tạo và hoạt động giống như bơm PE thông thường, chỉ khác ở chỗ là:
- Đối với bơm PE thông thường cơ cấu điều chỉnh lượng nhiên liệu phun là thanh răng và bộ điều tốc.
- Còn với bơm PE điện tử, để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun thì ECU sẽ tiếp nhận các tín hiệu từ các cảm biến sau đó sẽ gửi tín hiệu điều khiển cho cơ cấu điều ga điện từ để thay đổi vị trí thanh răng (hay thay đổi tốc độ động cơ).
Hình 4.23. Bơm cao áp PE
Hoạt động của bơm:
Khi ôtô máy kéo làm việc, tải trọng trên động cơ luôn thay đổi. Nếu thanh răng của bơm cao áp giữ nguyên một chỗ thì khi tăng tải trọng, số vòng quay của động cơ sẽ giảm xuống, còn khi tải trọng giảm thì số vòng quay tăng lên. Điều đó dẫn đến trước tiên làm thay đổi tốc độ của ôtô máy kéo, thứ hai là động cơ buộc phải làm việc ở những chế độ không có lợi.
Để giữ cho số vòng quay trục khuỷu động cơ không thay đổi khi chế độ tải trọng khác nhau thì đồng thời với sự tăng tải cần phải tăng lượng nhiên liệu cấp vào xylanh, còn khi giảm tải thì giảm lượng nhiên liệu cấp vào xylanh.
Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường
Khi luôn luôn có sự thay đổi tải trọng thì không thể dùng tay mà điều điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào xylanh. Công việc ấy được thực hiện tự động nhờ một thiết bị đặc biệt trên bơm cao áp gọi là cơ cấu điều ga điện từ .
Hình 4.24. Cơ cấu điều ga bơm PE
1. Trục cam 5. Cảm biến tốc độ
2. Cơ cấu điều ga điện từ 6. Lõi thép di động
3. Lò xo hồi vị 7. Lõi thép cố định
4. ECU 8. Cuộn dây
Cơ cấu điều ga làm nhiệm vụ :
- Điều hoà tốc độ động cơ dù có tải hay không tải (giữ vững một tốc độ hay trong phạm vi cho phép tuỳ theo loại) có nghĩa là lúc có tải hay không tải đều phải giữ một tốc độ động cơ trong lúc cần ga đứng yên.
- Đáp ứng được mọi vận tốc theo yêu cầu của động cơ. - Phải giới hạn được mức tải để tránh gây hư hỏng máy.
- Phải tự động cắt dầu để tắt máy khi số vòng quay vượt quá mức ấn định.
Hoạt động của cơ cấu điều ga điện từ trong bơm PE:
Khi ECU gửi xung → cuộn dây → Sinh ra từ trường→ lõi thép di động → dịch chuyển sang trái hay phải → kéo theo thanh răng dịch chuyển làm thay đổi hành trình bơm (hành trình hữu ích).
Từ trường sẽtác động vào thanh răng làm thang răng tiến về chiều giảm hay tăng (phải hay trái) kéo theo tốc độ động cơ thay đổi ECU sẽ tiếp nhận các tín hiệu từ các cảm biến từ đó tính toán để đưa ra lượng phun phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ.
4.2.3.2. Hệ thống nhiên liệu với bơm VE điều khiển điện tử (điều khiển bằng cơ cấu điều ga điện từ)
Hệ thống nhiên liệu với bơm VE điều khiển điện tử có một số loại chính như sau: Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường
- Bơm VE điện từ điều khiển bằng cơ cấu điều ga điện từ - Loại bơm VE điện tử điều khiển bằng van xả
+ Bơm VE điện tử một piston hướng trục + Bơm VE điện tử nhiều piston hướng kính
Cấu tạo:
Bơm VE điện tử điều khiển bằng cơ cấu điều ga điện từ về cơ bản giống bơm VE hướng trục loại thường. Ở đây thay cho hệ đòn dẫn ga và bộ điều tốc ly tâm người ta bố trí 1 cơ cấu điều ga điện từ. Bộ điều khiển phun sớm cũng giống như loại bơm thường nhưng có thêm van điện điều khiển phun sớm
Hình 4.25. Bơm cao áp VE với cơ cấu điều ga điện từ
1. Trục bơm 8. Van triệt hồi
2. Bơm sơ cấp 9. Piston bơm
3. Vành con lăn 10.Xilanh bơm
4. Bộ điều khiển phun sớm 11.Van điện từ cắt nhiên liệu
5. Cam đĩa 12. Cơ cấu điều ga
6. Quả ga 13. Cảm biến mức ga
7. Van điện từ điều khiển phun sớm 14. Chốt điều khiển quả ga
Hoạt động.
Bơm sơ cấp hút nhiên liệu từ bình và nén trong thân bơm tới áp suất P1 và một piston để đưa nhiên liệu áp suất cao tới mỗi vòi phun bằng chuyển động tịnh tiến và quay.
Cơ cấu điều ga điện từ có chức năng kiểm soát tốc độ tối đa của động cơ để ngăn động cơ chạy quá tốc độ và giữ ổn định tốc độ chạy không tải.
Cơ cấu điều khiển phun sớm sử dụng một van TCV để thực hiện điều khiển phun sớm.
Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường
Khi bật khóa điện ON, van điện từ cắt nhiên liệu mở đường dầu từ khoang bơm đến khoang xylanh. Bơm sơ cấp quay hút nhiên liệu từ bình nhiên liệu, qua bộ lắng đọng nước và bộ lọc nhiên liệu, đi vào khoang bơm tạo ra áp suất sơ cấp P1.
Trong hành trình đi xuống (sang trái) của piston rãnh xẻ ở đầu piston trùng với cửa nạp thì dầu có áp suất P1 từ khoang bơm được đưa vào khoang xylanh.
Trong hành trình piston vừa quay vừa đi lên thì phần không có rãnh xẻ ở đầu piston che lấp cửa nạp dầu. Khi đó dầu khoang xylanh bị nén tạo áp suất tăng theo biến dang cam.
Khi áp suất nén trong khoang xylanh đủ lớn thì van triệt hồi mở, dầu cao áp được đưa đến vòi phun qua ống cao áp, từ đó nhiên liệu được vòi phun phun vào buồng cháy.
Trong hành trình tiếp theo quá trình nạp, nén và phun nhiên liệu cũng được thực hiện tương tự như ở một xylanh khác của động cơ. Việc này được thực hiện nhờ một lỗ trích giữa piston bơm (gọi là cửa chia dầu) và đầu chia của bơm.
4.2.4. Hệ thống nhiên liệu với ống phân phối (COMMOONRAIL –CRS-i)
4.2.4.1. Cấu tạo chung
Hình 4.26. Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối
Hệ thống nhiên liệu gồm các khối sau:
- Khối cấp dầu thấp áp: Thùng dầu, bơm cấp nhiên liệu, lọc dầu, ống dẫn dầu và đường dầu hồi
- Khối cấp dầu cao áp: Bơm cao áp, ống phân phối, các tyô cao áp, van an toàn và van xả áp
Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường
- Khối cơ điện tử: Các cảm biến và tín hiệu, ECU và EDU (nếu có), vòi phun và các van điều khiển nạp.
4.2.4.2. Nguyên lý hoạt động
Bơm dầu được đặt trong bơm cao áp, hút dầu trong thùng và được đưa tới các van điều khiển nạp rồi tới khoang cao áp và được nén với áp suất cần thiết. Piston trong bơm áp cao tạo ra áp suất phun cần thiết, áp suất này thay đổi theo tốc độ động cơ và điều kiện tải trọng xe, áp suất này thay đổi từ: 20 Mpa ở chế độ không tải đến 135 Mpa ở chế độ tải cao (đối với loại Diesel điện tử thông thường thì áp suất từ: 10 –