3.3.4 .Bơm chuyển nhiín liệu
3.3.5. Cơ cấu dẫn động cụm bơm vòi phun
Cơ cấu dẫn động cụm bơm vòi phun gồm có: Trục cam (1) được luồn văo thđn động cơ từ bín hông động cơ. Đũa đẩy(5) vă cò mổ (9) được luôn luôn tiếp xúc với nhau. Con đội kiểu con lăn nằm ở phía bín của thđn động cơ. Cò mổ (9) tâc dụng văo đuôi của cụm bơm vòi phun.
4 3 1 2 5 6 7 8 10 9
Hình 3-33Cơ cấu dẫn động cụm bơm vòi phun
1. trục cam ; 2.trục con đội.; 4. ícu hêm 5. vít điều chỉnh; 6.trục cò mổ ; 7.cò mổ;8.cụm bơm liín hợp; 9. Piston; 10.thanh truyền
+ Nguyín lý lăm việc :
Khi động cơ hoạt động, trục khuỷu quay sẽ lăm bânh răng chủ động trín trục khuỷu dẫn động bânh răng trục cam (1) nín trục cam quay theo vă quay ngược chiều với trục khuỷu.
Khi vấu cam tiếp xúc với con đội sẽ nđng con đội vă đũa đẩy (5) đi lín. Đũa đẩy tâc dụng lín đuôi của cò mổ (9) lăm đầu của cò mổ tâc dụng lín cụm bơm vòi phun thực hiện quâ trình cung cấp nhiín liệu.
Trục cam tiếp tục quay lăm cho vấu cam quay xuống, dưới tâc dụng của lực căng lò xo vă trọng lượng bản thđn con đội, đũa đẩy sẽ đi xuống. Cụm bơm vòi phun thực hiện quâ trình nạp nhiín liệu.
a. Kết cấu trục cam
Trục cam của động cơ Cummins gồm có câc bộ phận: cam dẫn động xupap nạp, thải, cam dẫn động kim bơm liín hợp, câc cổ trục, bạc lót cổ trục vă bânh răng dẫn động trục cam. Trục cam dùng để dẫn động cụm bơm vòi phun của hệ thống nhiín liệu vă dẫn động xupap đóng mở theo quy luật nhất định.
1 2
3 5
4
Hình 3-34Kết cấu trục cam
1.Cam dẫn động cơ cấu phối khí ; 2.Cam dẫn động cụm kim bơm liín hợp ; 3.Đai ốc;4.Bânh răng ; 5. Then bân nguyệt.
Vật liệu chế tạo trục cam lă thĩp hợp kim. Câc mặt ma sât của trục cam (mặt lăm việc của cam, của cổ trục, của mặt đầu trục cam...) đều thấm than vă tôi cứng, độ cứng đạt HRC 5265. Câc bề mặt khâc vă ruột trục cam độ cứng thấp hơn, thường văo khoảng HRC 3040.
Câc cam được chế tạo liền với trục. Trục cam được lắp theo kiểu đút luồn qua câc cổ trục trín thđn mây.Số cổ trục lă z = 7. Bạc lót ở trục cam lă một hình trụ rỗng,bạc lót được chế tạo bằng hợp kim đồng lắp cố định trong thđn mây.
Ổ chắn dọc trục cam lă 1 mặt bích bằng thĩp cố định trín mặt đầu của thđn mây bằng 3 bulông.Một mặt của mặt bích tiếp xúc với mặt bín của cổ trục cam,mặt kia câch mặt đầu của bânh răng cam 1 khe hở khoảng chừng 0,1÷0,2mm.Khe hở năy do chiều dăy của 1 vòng chắn quyết định.Vòng chắn lắp trín đầu trục cam vă bị bânh răng cam ĩp sât văo mặt bín của cổ trục cam.
b. Con đội
Con đội lă 1 chi tiết mây truyền lực trung gian, đồng thời con đội chịu lực nghiíng do cam gđy ra trong quâ trình dẫn động cụm bơm vòi phun. Kết cấu con đội gồm 2 phần: phần dẫn hướng (thđn con đội) vă phần tiếp xúc với cam dẫn động cụm bơm vòi phun. Phần tiếp xúc với cam dẫn động cụm bơm vòi phun của động cơ Cummins lă con đội loại con lăn.Do con đội tiếp xúc với mặt cam bằng con lăn nín ma sât giữa con đội với mặt cam lă ma sât lăn. Vì vậy ưu điểm cơ bản của loại con đội năy lă ma sât nhỏ vă phản ảnh chính xâc quy luật chuyển động nđng hạ của cam. Nhược điểm của loại con đội năy lă kết cấu phức tạp.Con lăn được lắp trín trục ở phần dưới của con đội bằng bạc đồng để giảm hao mòn cho chốt lắp con lăn. Con lăn của con đội được lăm bằng thĩp cacbon tôi đạt độ cứng HRC5862.
1
2
c. Đũa đẩy
Đũa đẩy dẫn động cụm kim bơm liín hợp lă một thanh thĩp hình trụ có đường kính 14mm, đặc, dùng để truyền lực từ con đội đến cò mổ. Đầu trín tiếp xúc với cò mổ có dạng hình chỏm cầu. Đầu kia tiếp xúc với con đội cũngcó dạng hìnhchỏm cầu.Đũa đẩy lăm bằng thĩp câcbon thănh phần trung bình. Đầu tiếp xúc lăm bằng thĩp câcbon cóthănh phần câcbon thấp hăn với đũa đẩy rồi tôi cứng đạt độ cứng HRC 5060.
Hình 3-36Kết cấu đũa đẩy
d.Kết cấu cò mổ
Cò mổ lă chi tiết truyền lực trung gian, một đầu tiếp xúc với xupâp có dạng hình chỏm vă đầu kia trực tiếp tiếp xúc với đũa đẩy, ở phía trín có ren để vặn bu lông để điều chỉnh thời điểm đóng mở xupap. Sau khi điều chỉnh thời điểm xong, người ta khoâ ốc hêm siết chặt khớp nối với đũa đẩy bằng ícu. Đầu cò mổ tâc dụng lín xupap có dạng chỏm cầu hình móng ngựa có tâc dụng giảm lực va đập vă chống măi mòn câc chi tiết. Mặt ma sât giữa trục vă bạc lót ĩp trín cò mổ được bôi trơn bằng dầu nhờn chứa trong phần rỗng của trục. Ngoăi ra, trín cò mổ người ta còn
Hình 3-35Kết cấu con đội
khoan lỗ để dẫn dầu đến bôi trơn mặt tiếp xúc với chốt khớp nối. Chiều dăi của hai cânh tay đòn của đòn bẩy khâc nhau, cânh tay đòn phía bín trục cam ngắn hơn phía bín xupap.
Hình 3-37Kết cấu cò mổ
Cò mổ được chế tạo bằng thĩp cacbon có thănh phần cacbon trung bình. Khi trục cam nđng con đội lín, đũa đẩy đẩy một đầu của cò mổ đi lín, đầu kia của còmổ bẩy vă nĩn lò xo của cụm bơm vòi phun xuống thực hiện bơm nhiín liệu.
e. Cụm bơm vòi phun.
* Kết cấu. 1 2 9 10 15 16 19 20 3 5 4 8 7 6 11 12 17 14 13 18 2 3 0 1 0 2
Hình 3-38Kết cấu vòi phun
1.Cân piston, 2.Đĩa lò xo,3.Vòng hêm,4.Lò xo hồi vị,5.Bâch giữ lò xo,6.Lon đền phẳng, 7.Chốt đẩy piston,8.Thđn bơm, 9.Xylanh,10.Piston,11.Lò xo,12.Đế van,13.Ty kim,14.Van một chiều ba cạnh,15.Đường dầu văo,16.Vòng su,17. Đường dầu về, 18.Đầu nối đến ECM, 19.Van điện từ,20.vít giữ bâch kẹp lò xo
Piston (10) lăm chức năng tạo ra âp lực dầu lớn đóng mở đường dầu văo (15), xylanh (9)có câc đường dầu hồi vă câc đường dầu nạp, ty kim (13) vă lò xo (11) cùng với đế van (12) tạo ra âp lực dầu phun trực tiếp văo xylanh, van một chiều ba cạnh(14) không cho dầu vă khí nóng đi ngược trở lại đường nạp.Tất cả đều được nằm trong vỏ bơm.Ở động cơ Cummins bơm cao âp, vòi phun được tích hợp thănh cụm bơm vòi phun vă cứ mỗi xilanh sử dụng một cụm bơm vòi phun. Việc phun dầu văo 6 xilanh động cơ theo đúng thứ tự nổ động cơ lă do cam vă cò mổ thực hiện.
* Nguyín lý hoạt động
Hoạt động của cụm bơm vòi phun có thể chia lăm 3 giai đoạn chính khi động cơ lăm việc:
+ Kim phun đóng (ở trạng thâi nghỉ)
Ở trạng thâi nghỉ, van solenoid chưa được cấp điện vă do đó kim phun đóng. Đối với động cơ Cummins vòi phun chưa nhận được tín hiệu từ ECM nghĩa lă chưa có dòng điện đi qua van điện từ vă van điện từ chưa mở, nhiín liệu được bơm hút từ thùng chứa qua lọc thô, lọc tinh, đến vòi phun theo đường dẫn dầu văo trong thđn bơm vă đi theo đường dầu hồi trở về thùng chứa.Do đó, mặc dù piston (10) vẫn đi xuống, âp suất nhiín liệu vẫn không đủ cao để nhấc được kim phun (13) lín.
+ Khi kim phun mở (bắt đầu phun)
Khi cuộn dđy điện từ nhận được tín hiệu dòng điện cung cấp từ ECM thì van được hút lín nhờ lực điện từ, lúc đó van nhiín liệu được đóng lại vă ngắt sự lưu thông giữa câc mạch nhiín liệu, nhờ đó khi piston (10) đi xuống (được dẫn động bởi cam)cùng với bộ tăng âp lăm âp suất nhiín liệu phía dưới piston tăng cao từ lúc đó nhiín liệu vă khí nóng trong cốc bị nĩn vă được phun qua lỗ phun văo xy lanh động cơ dưới dạng nhũ tương (bọt nhiín liệu), do độ dốc mặt cam tăng liín tục khi phun nín căng về cuối tốc độ phun căng lớn lăm cho bọt nhiín liệu được xĩ rất tơi vă được hoă trộn đều với không khí trong buồng chây để quâ trình chây nổ của động cơ được diễn ra tích cực nhất nhằm bảo đảm công xuất vă giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường.
+ Kim phun đóng (kết thúc phun)
Khi dòng điện qua van điện từ bị ngắt, lập tức van nhiín liệu lại mở ra, mạch nhiín liệu trong vòi phun thông nhau vă thông với đường nhiín liệu về, lúc năy lă thời điểm dứt phun.
Tất cả câc hoạt động trín được điều khiển bởi khối điều khiển ECM của động cơ thông qua sự điều khiển của người lâi vă câc tín hiệu truyền về từ câc cảm biến.
4. Tính toân hệ thống nhiín liệu động cơ Cummins N14-330E
4.1. Tính toân bơm cao âp
- Đường kính piston bơm cao âp
Lượng nhiín liệu cấp cho chu trình tính theo một đơn vị thể tích công tâc xylanh(l):
vct= 95. (4.1)
Với hệ số dư lượng không khí α =1,3
c – Hệ số cung cấp của bơm cao âp. Chọn c = 0,75 Với Vh = = 2,33 (l) lă thể tích công tâc của 1 xilanh.
Trong đó: D - đường kính xilanh. D = 140 mm = 0,14 dm S – hănh trình piston. S = 152 mm = 15,2 dm
Ta có lượng nhiín liệu cung cấp cho một xilanh trong một chu trình: Vct = vct .Vh = 54,81.2,33 = 128,24(mm3) (4.2)
Ta có hệ số tốc độ C0 = 1,5.Với số vòng quay trục cam nc = n/2 = 1600/2 = 800(vg/ph).
Vậy tốc độ lớn nhất của piston bơm cao âp :
Cp = 0,001.C0.nc= 0,001.1,5.800 = 1,2 (m/s) = 1200 (mm/s) (4.3)
Tốc độ cấp nhiín liệu trong quâ trình phun không phải lă hằng số. Tuy nhiín có thể lựa chọn quy luật biến thiín cần thiết về tốc độ cấp nhiín liệu trong quâ trình phun vă có thể dùng hệ số k = 1,2÷1,5 để đânh giâ tỷ số giữa tốc độ cung cấp cực đại với tốc độ trung bình. Chọn k = 1,4.
: Góc phun nhiín liệu, được xâc định từ điều kiện đảm bảo cho động cơ khi chạy ở chế độ thiết kế ít tốn nhiín liệu nhất. Trín thực tế, ít khi vượt quâ , chọn
Dp= (4.4)
Để đơn giản cho việc gia công, sản xuất hăng loạt, ta chọn dp=8 [mm]. Nhưng thực tế để phù hợp với điều kiện hoạt động ở chế độ tải trọng lớn, mặt khâc để có thể lăm tăng công suất động cơ khi cần thiết từ định mức công suất ban đầu 330 HP lín tới 350HP nhằm phù hợp với lực kĩo khi phải vận chuyển hăng quâ tải(sử dụng mây tính có phần mềm kết nối với ECM để điều chỉnh), động cơ Cummins N14- 330E thường sừ dụng piston bơm cao âp có đường kính dp = 9 [mm]
- Hănh trình có ích của piston bơm cao âp Ha = (4.5)
VỚI Fp =
4.2. Tính toân vòi phun
Những thông số cơ bản của vòi phun phải đảm bảo tốc độ cấp nhiín liệu thích hợp vă âp suất cần thiết.
4.2.1. Tổng số tiết diện lưu thông của lỗ phun 1.f1
1.f1 = Qmax. (4.6) Trong đó:
Qmax : Tốc độ phun nhiín liệu lớn nhất trong một chu trình
Nếu chọn khoảng thời gian cấp nhiín liệu p = 150 góc quay trục khuỷu vă hệ số tốc độ cung cấp lớn nhất k = 1,4. Tốc độ cung cấp sẽ lă:
Qmax = = .6.n (4.7) Qmax = = 86178,98 [mm3/s] = 86,17[cm3/s] δnl : Khối lượng riíng của nhiín liệu, [kg/cm3].
PP : Âp suất nhiín liệu trong thđn vòi phun Pp = 20÷40[MN/m2], ta chọn PP = 35[MN/m2].
Pz : Âp suất cực đại của chu trình Pz= 8 [MN/m2]
Thay câc giâ trị văo (4.6) ta được :
1.f1 = 86,17.= 0,34[mm2]
4.2.2. Tiết diện lưu thông của một lỗ phun
f1 = (4.8)
µ1 – hệ số lưu lượng. µ1 = 0,65 i – số lỗ phun. i =8 lỗ
Vậy f1 = = 0,52 [mm2] Suy ra : fi =
4.2.3. Đường kính lỗ phun tính toân
dlt = (4.9) dlt = = 0,28 [mm]
các lỗ phun di
Hình 4-1 Sơ đồ tính toân câc lỗ phun
4.2.4. Tính đường kính phần dẫn hướng của van kim vă đường kính phần baokíntrín mặt tựa của van kim: dk, db baokíntrín mặt tựa của van kim: dk, db
Từ biểu thức :
= (4.10)
Trong đó:
dk: đường kính phần dẫn hướng của van kim
db: đường kính phần bao kín trín mặt tựa của van kim Pz = 8 [MN/m2]
PP0: Âp suất nhỏ nhất đẩy mở van kim PP0 = 15 [MN/m2]
Pcl: Âp suất còn lại trong đường ống cao âp sau khi phun Pcl = 12 [MN/m2]
P0 : Âp suất khí trời
P0 = 1 at = 105 N/m2 = 0,1 MN/m2
= = 1,9
Nếu chọn dk = 4 [mm] Suy ra db = = 2,1 [mm]
4.2.5. Hănh trình nđng cực đại của kim phun
Ta có : k/ = = (1,5 – 3,5). Chọn k/ = 2,5 Ta được = f1.2,5 = 2,5.0,26 = 0,65 [mm2]
: tiết diện lưu thông nhỏ nhất giữa mặt tựa van kim vă đế van. Từ phương trình:
= π.xk [mm2] (4.11) Trong đó:
xk : hănh trình nđng
dx : đường kính đây nhỏ của mặt côn tại tiết diện tính. Chọn dx = 2 [mm]
αk : góc côn tựa của van kim. Chọn αk= 600
Thay văo phương trình (4.11) ta được: 0,679. - 3,14.xk + 0,65 = 0 Giải phương trình trín ta được:
xk1 = 4,407 [mm] xk2 = 0,217 [mm]
Nghiệm xk trong phương trình trín còn thoả mên điều kiện:
0 (4.12) r : bân kính đây trín mặt côn.
Thay lần lượt câc giâ trịxk1, xk2 văo phương trình trín : Với xk1 = 4,407ta có :
(loại)
Với xk1 = 0,217 ta có : (chọn)
Vậy ta chọn được giâ trị xk = 0,217[mm].
4.2.6. Lực ĩp ban đầu của lò xo vòi phun,độ cứng của lò xo vòi phun
- Lực ĩp ban đầu của lò xo vòi phun được tính:
Điều kiện cđn bằng của van kim tại thời điểm van kim bắt đầu tâch khỏi đế van được viết.
A = PP0.π.+ P0. (4.13)
Trong đó: A – Lực ĩp ban đầu của lò xo vòi phun dk – đường kính phần dẫn hướng của van kim db – đường kính phần bao kín trín mặt tựa của van kim Thay câc giâ trị văo (4.13) ta được:
A = 15.3,14. + 0,1.= 136 [N] - Độ cứng của lò xo vòi phun được tính:
Khi xâc định độ cứng c của lò xo ta giả thiết rằng dưới tâc dụng của âp suất mở van pp0, van kim phải bật mở vă tựa lín mặt hạn chế. Như vậy từ điều kiện cđn bằng của van kim tỳ lín mặt hạn chế ta có:
A + c.xkmax = pp0. (4.14) Suy ra : c =
Thay câc giâ trị văo ta được: c =
4.3.Tính toân bơm chuyển nhiín liệu
Lưu lượng thực tế của bơm chuyển nhiín liệu được tính theo công thức : Q = Q.Q1
Trong đó :
Q - Hiệu suất lưu lượng, kể tới câc tổn thất của bơm
Thông thường Q = (0,8 - 0,9), chọn Q = 0,85.
Q1 - Lưu lượng lý thuyết trung bình của bơm trong một đơn vị thời gian. [lít/ph] (4.15)
Ở đđy:
D - Đường kính vòng lăn , D= 22 [mm]
Z - Số răng của hai bânh răng (bằng nhau) Z = 10 b - Bề rộng răng, b = 32 [mm]
n - Số vòng quay trong một đơn vi thời gian, n = 1600 [vg/ph] Thay số liệu văo ta có :
[mm3/ph]
Q = 14,744576 [lít/ph]
Hình 4-2 Sơ đồ tính toân lưu lượng bơm
5.Chẩn đoân hư hỏng vă sửa chữa hệ thống nhiín liệu động cơ Cummins N14-330E
5.1. Chẩn đoân hư hỏng
Khắc phục hư hỏng có nghĩa lă sửa chữa câc hư hỏng bằng câch loại trừ lần lượt từng nguyín nhđn không thể, sau đó xem xĩt những nguyín nhđn còn lại để đi đến kết luận chính xâc, phương phâp năy nhanh vă chính xâc hơn rất nhiều so với việc
phỏng đoân hay điều chỉnh sửa chữa ngẫu nhiín câc hư hỏng hay gặp trong hệ thống nhiín liệu.
* Câc hư hỏng thông thường của hệ thống nhiín liệu động cơ CumminsN14-330E a. Động cơ không khởi động được
+ Mất tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu: Do dđy dẫn bị đứt hoặc cảm biến hỏng.
+ Mất tín hiệu cảm biến vị trí trục cam: Do dđy dẫn bị đứt hoặc cảm biến bị hỏng.
+ Mất tín hiệu cảm biến vị trí băn đạp ga: Dđy dẫn truyền tín hiệu về ECM bị đứt hoặc cảm biến hỏng.
+ Bơm cao âp bị hỏng.
+ Dđy dẫn tín hiệu điều khiển đóng mở vòi phun bị đứt. + Đường ống nhiín liệu cao âp bị rò rỉ.
+ Đường ống nhiín liệu có không khí. + Van cao âp đóng không kín.
+ Vòi phun bị hỏng.
+ Khối điều khiển ECM bị hỏng.
b. Động cơ khi nổ có khói đen hoặc xâm
+ Cảm biến lưu lượng khí nạp bị hỏng hoặc đường dđy dẫn bị đứt, khi đó ECM sẽ điều khiển vòi phun với một giâ trị mặc định của tín hiệu lưu lượng khí nạp. Khi lượng phun quâ lớn so với lượng khí nạp văo thực tế hay hệ số dư lượng