70 van điện từ 2;
Thời điểm bắt đầu mở van 2 sẽ quyết định thời điểm phun sớm của vòi phun; Động cơ đƣợc giữ ổn định ở mọi tốc độ mong muốn bằng cách tự động điều khiển tăng giảm lƣợng dầu (thay đổi hành trình có ích của bơm cao áp) khi tốc độ động cơ có sự dao động. Những đại lƣợng này đƣợc ECM điều khiển rất chính xác, cho phép động cơ đạt hiệu quả tối ƣu khi làm việc ở mọi chế độ cơng suất và vịng quay.
Đặc tính thay đổi áp suất phun theo tốc độ động cơ của vòi phun HEUI so với các hệ thống nhiên liệu thơng thƣờng giới thiệu trên hình 2.28.
Kết cấu cụ thể vịi phun HEUI giới thiệu trên hình 2.29
Hình 2.29 Kết cấu vịi phun HEUI
1-Van trụ; 2-Cửa dầu; 3-Đường dầu cao áp; 4-Lò so; 5-Đường dầu hồi; 6-Van điện từ; 7-Thân trên vòi phun; 8-Cốc trượt; 9-Lị so phản hồi; 10-Pittơng bơm cao áp; 11-Van một
chiều; 12-Van cấp nhiên liệu; 13-Lò so kim phun; 14-Kim phun; 15-Thân dưới; 16-Cửa cấp nhiên liệu; 17-Khoang nén; 18-Đường nhiên liệu hồi
71
- Máy hoạt động ổn định với mọi vòng quay (nhƣ động cơ lắp điều tốc đa chế).
- Sự thay đổi công suất diễn ra êm dịu (khi xe lên dốc, xuống dốc, phanh...) do việc cung cấp nhiên liệu đƣợc điều khiển chính xác.
- Cho phép xác lập các chế độ chạy không tải chậm, không tải nhanh, khống chế thời gian chạy không tải, giới hạn tốc độ xe ổn định.
- Có hệ thống cảnh báo khi các chế độ nhiệt độ làm mát quá cao, áp suất dầu bơi trơn q thấp; Có thể tự động giảm cơng suất hoặc dừng máy trong trƣờng hợp nguy hiểm.
- Cho phép sử dụng hệ thống phanh bổ trợ bằng động cơ, với sự ngắt nhiên liệu cung cấp kết hợp với điều khiển cơ cấu giảm áp suất trong xy lanh khi phanh xe.
- Hệ thống tự chẩn đoán cho phép lƣu trữ các mã lỗi; Thao tác đọc mã lỗi từ đèn Check đơn giản, thông qua việc bật công tắc điều khiển mà không phải dùng công cụ chẩn đốn. Trong trƣờng hợp cần các thơng tin nhiều hơn về quá trình làm việc của xe, có thể sử dụng thiết bị quét (Scanner) lắp vào ECM để khai thác.
Ghi lại các trƣờng hợp dừng xe đột ngột khi tốc độ xe từ 36km/h trở lên cùng với các thông tin về trạng thái hoạt động của xe lúc đó, giúp cho ngƣời quản lý giám sát lái xe một cách hiệu quả.
2.5.6 Hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử Common Rail
2.5.6.1 Sơ đồ nguyên lý
Hệ thống phun nhiên liệu Common Rail là hệ thống nhiên liệu kiểu tích áp với sụ điều khiển phun bằng điện tử. Trong hệ thống này, nhiên liệu thấp áp đƣợc chuyển đến bơm cao áp 12, tại đây nhiên liệu đƣợc nén sang bộ điều chỉnh áp suất 13 và duy trì ổn định ở một áp suất rất cao (có thể trên 1300 bar), sau đó đi sang các nhánh chung (Common Rail) 16; Trên nhánh 16 có các đƣờng ống cao áp để đƣa nhiên liệu xuống chờ sẵn ở vòi phun 17. Để đảm bảo ổn định lƣu lƣợng dòng nhiên liệu thấp áp, trên hệ thống cịn có các van điều chỉnh, các bộ làm mát và sấy nóng nhiên liệu, các bơm chuyển nhiên liệu sơ cấp.
72
Nhiên liệu chờ ở vòi phun sẽ đƣợc điều khiển phun theo nguyên tắc sau:
Từ ống cao áp, qua lỗ (3), nhiên liệu đi vào khoang trên (4) của thanh đẩy, đồng thời xuống khoang trên của kim phun (5) tức là tạo ra một áp suất phía dƣới thanh đẩy,
Hình 2.30 Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu Common rail
1. Bơm hút nhiên liệu 2. Buồng ổn áp 3. Van 4. Bộ làm mát bằng khơng khí 5. Bơm nhiên liệu sơ cấp 6. Van điện 7. Van nhiệt 8. Bộ làm mát bằng nước 9.
Bầu lọc 10. Bơm nhiên liệu thứ cấp 11. Van điều chỉnh 12. Bơm cao áp 13. Bộ điều chỉnh áp suất 14. Cảm biến áp suất 15. Van xả 16. Đường dầu cao áp
73
do có sự cân bằng áp suất trên và dƣới của thanh đẩy nên kim phun bị lị so ép tì vào đế khơng cho nhiên liệu phun ra (hình 2.31).
Tƣơng tự nhƣ hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử 3406E, Hệ thống Common Rail cũng điều chỉnh thời điểm phun và lƣợng nhiên liệu phun bằng cách điều khiển thời điểm và thời gian mở van điện từ trên mỗi vòi phun. Song áp suất nhiên liệu trong đƣờng ống Rail cao và khá ổn định nên việc điều khiển phun rất linh hoạt, có thể cho phép tạo ra nhiều chu kỳ phun liên tiếp trong một thời gian rất ngắn của quá trình cháy. Việc tổ chức phun nhiều lần làm quá trình tăng áp suất khí cháy của động cơ diễn ra một cách ơn hồ hơn, do đó làm động cơ nổ êm hơn cho dù áp suất cháy vẫn rất cao.
Quá trình phun 2 lần (phun mồi và phun chính) giới thiệu trên hình 2.31 và sự thay đổi áp suất cháy trong xy lanh ứng với chu trình phun 2 lần đƣợc giới thiệu trên hình 2.32. Bơm cao áp của hệ thống Common Rail giới thiệu trên hình 2.33
2.5.6.2 Bơm cao áp
Bơm cao áp đƣợc sử dụng là loại bơm 3 piston đƣợc bố trí hình sao lệch nhau 1 góc 1200(hình 2.33). Hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt và năng suất cao, giảm đƣợc tải trọng động trên động cơ. Nhiên liệu sẽ đƣợc cấp từ bơm bánh răng đến bơm áp suất cao thông qua đƣờng số 6 và cấp vào phía trên đỉnh pison thơng qua van nạp. Tại đây, nhiên liệu sẽ bị nén và đạt áp suất cao, sau đó đƣợc đƣa lên đƣờng ống phân phối (rail) thơng qua đƣờng sơ 7.
Hình 2.31. Q trình phun nhiên liệu 2 lần của vịi phun Common Rail 2 lần của vòi phun Common Rail Tung độ: Chiều cao nâng kim phun (ỡm)
Hoành độ: Thời gian phun (ỡs)
1.Phun mồi 2. Bắt đầu phun chính 3.Tia phun chính
Hình 2.32 Sự tăng áp trong xy lanh động cơ ứng với chu trình phun kép. cơ ứng với chu trình phun kép.
Tung độ: Áp suất trong xy lanh Hồnh độ: Thời gian (góc quay TK)
74
Nhiên liệu sau khi một phần phun ở vòi phun, một phần hồi ngƣợc trở về bơm cao áp thông qua đƣờng số 5. Trong giai đoạn cấp của bơm cao áp thì phần nhiên liệu đƣợc cấp từ bơm bánh răng sẽ không thể vào bơm cao áp. Do đó, nhiên liệu đƣợc hồi ngƣợc trở về bơm bánh răng thông qua đƣờng số 4.
2.5.6.3 Vòi phun
Vòi phun trong hệ thống nhiên liệu diesel có ống phân phối (Common rail) là loại vịi phun có van trợ lực điện từ, nó thực hiện phun và lƣu ở áp suất cao. Nó là một thành phần chính xác cao, đƣợc chế tạo chịu đƣợc độ kín khít cực cao. Các van, kim phun và cuộn điện từ đƣợc định vị trên thân vòi phun. Dòng nhiên liệu từ giắc nối mạch áp suất cao đi qua van tiết lƣu đi vào buồng chứa van điều khiển. Có áp suất bên trong vịi phun bằng áp suất trong ắcquy thủy lực, nhƣ vậy ta thấy rằng vòi phun đƣợc thiết kế làm việc ở áp suất rất cao do đó các chi tiết lị xo, van bi, kim phun và van điện từ làm việc phải chính xác.
Sơ đồ cấu tạo vòi phun đƣợc thể hiện trên hình 2.34:
Hình 2.33. Sơ cấu tạo của bơm cao áp
1 - piston bơm; 2 - cam lệch tâm; 3 - thân bơm; 4 - đường hồi về bơm bánh răng; 5 - đường hồi từ ống phân phối; 6 - đường cấp từ bơm bánh răng; 7 - đường đến ống phân phối;
75 Nguyên tắc hoạt động của
vòi phun đƣợc chia thành hai quá trình:
- Quá trình cấp: Dòng điện
đƣợc cấp vào cuộn dây của van điện từ 7 thông qua giắc nối 6. Lúc này, lực từ trƣờng sinh ra thắng sức căng lò xo của van điện từ, kéo lõi van 4 và van bi 9 đi lên. Khi đó, khơng gian trên piston 11 (cao áp) sẽ thông với không gian trong van điện từ (thấp áp) và tạo ra độ chênh áp giữa khoang trên pison 2 và khoang chứa nhiên liệu trên kim phun 13 (khoảng 160 bar). Độ chênh áp này thắng đƣợc lực căng của lò xo vòi phun 1 và kéo piston cùng kim phun 14 đi lên, nhiên liệu đƣợc phun vào buồng cháy động cơ qua kim phun 14.
- Quá trình cắt: Dịng điện sẽ cắt, nên trong cn dây điện từ 7 không cịn lực từ trƣờng nữa. Do đó, dƣới ảnh hƣởng của lực căng lò xo van điện từ, lõi van điện từ 4 và van bi 9 sẽ đóng đƣờng thơng giữa khơng gian trong van điện từ và không gian trên piston 2. Lúc nay, không gian trên piston 2 đƣợc bổ sung một lƣợng nhiên liệu cao áp tạo ra lực ép lò xo vòi phun 1 sẽ đẩy piston 11 cùng kim phun 14 đi
xuống đóng vào đế kim phun, q trình phun kết thúc.
Hình 2.34 Sơ đồ cấu tạo vịi phun 1 - lị xo vịi phun; 2 - khơng gian trên piston; 1 - lị xo vịi phun; 2 - khơng gian trên piston;
3 - lỗ tiết lưu; 4 - lõi van điện từ; 5 - đường hồi nhiên liệu về thùng chứa; 6 - giắc kết nối điện; 7 - cuộn dây van điện từ; 8 - đường cấp nhiên liệu từ ống phân phối; 9 - van bi;
10 - lỗ tiết lưu thông giữa khoang trên piston và đường cấp; 11- piston; 12 - đường cấp nhiên liệu cao
áp tới kim phun; 13 - khoang chứa nhiên liệu cao áp trên kim phun; 14 - kim phun.
76
Chương 3 Tự động điều chỉnh tốc độ động cơ 3.1 Tính cần thiết phải lắp điều tốc cho động cơ
Khi động cơ làm việc để kéo máy công tác, chế độ làm việc ổn định của động cơ là điểm cắt nhau (hình 3.1) của hai đƣờng đặc tính theo tốc độ vịng quay : đƣờng 1 là mơ men của động cơ ở vị trí cố định của cơ cấu điều khiển cung cấp nhiên liệu (thanh răng của bơm cao áp, bƣớm ga của động cơ xăng ...) và đƣờng 2 là mô men cản của máy công tác. Chế độ làm việc càng ổn định khi tốc độ vịng quay tăng, mơ men động có giảm nhanh và mô men cản của máy công tác tăng nhanh có nghĩa là hai đƣờng đặc tính cắt nhau vời độ dốc càng lớn và ngƣợc lại. Với mỗi một máy công tác nhất định (ví dụ nhƣ động cơ kéo bơm nƣớc, chân vịt tàu thủy hay dẫn động ơ tơ ...) đặc tính mơ men cản khơng thay đổi, vì vậy tính ồn định chế độ làm việc của hệ thống phụ thuộc trƣớc hết vào độ dốc của đặc tính động cơ.
Nếu chế độ làm việc của động cơ với máy công tác không ổn định, động cơ phải đƣợc trang bị cơ cấu tự động điều chỉnh gọi là cơ cấu điều tốc để giữ cho tốc độ vòng quay của hệ thống ổn định.
Trong động cơ xăng, để điều chỉnh tải trọng của động cơ trên đƣờng nạp bố trí bƣớm tiết lƣu hay bƣớm ga. Khi tốc độ vòng quay n của động cơ tăng, tổn thất khí động qua bƣớm tiết lƣu tăng rất nhanh (tỷ lệ với n2) mô men của động cơ sau khi đạt
cực đại sẽ giảm nhanh (hình 3.2a) và càng giảm nhanh khi càng đóng nhỏ bƣớm ga (đƣờng 2,3). Do đó chế độ làm việc của động cơ với máy công tác rất ổn định nên không phải trang bị cơ cấu điều tốc. Nếu có chăng chỉ cần cơ cấu hạn chế tốc độ vòng quay mà thơi.
Cịn đối với động cơ diesel, việc điều chỉnh tải trọng đƣợc thực hiện do thay đổi lƣợng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình, trong khi lƣợng khơng khí nạp hầu nhƣ khơng đổi. Do trên đƣờng nạp khơng có bƣớm tiết lƣu nên khơng có tổn thất cục bộ
Hình 3.1 Đặc tính của động cơ và máy cơng tác 1-Mômen động cơ; 2- Mômen cản của máy công tác 1-Mômen động cơ; 2- Mômen cản của máy công tác
77
nhƣ ở động cơ xăng. Ngồi ra, thơng thƣờng lƣợng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình theo đặc tính bơm cao áp tăng theo tốc độ vịng quay. Vì vậy, đặc tính của động cơ rất thoải (hình 3.2b) và hình dạng các đặc tính ở các vị trí khác nhau của cơ cấu điều chỉnh cung cấp nhiên liệu thoải tƣơng tự nhau (đƣờng 1, 2, 3). Do đó, khi dùng động cơ diesel đối với hầu hết các máy công tác đều phải lắp điều tốc để bảo đảm động cơ làm việc ổn định.
3.2 Các loại điều tốc
Trong thực tế có nhiều kiểu điều tốc nhƣ điều tốc cơ khí, điều tốc chân khơng, điều tốc điện từ ... Sau đây, ta hãy xét nguyên tắc làm việc của một loại điều tốc đơn giản gọi là điều tốc cơ khí kiểu Watt, hình 3.3.
Trục 1 của bộ điều tốc đƣợc dẫn động từ trục của bơm cao áp. Trên trục 1 lắp các quả văng 2. Khi tốc độ vòng quay của động cơ đạt một giá trị nào đó, lực ly tâm
Hình 3.3 Cơ cấu điều tốc kiểu Watt
1. trục điều tốc; 2- quả văng; 3- lò xo; 4- khớp trượt; 5- thanh nối; 6- thanh răng bơm cao áp
Hinh 3.2 Tính cần thiết đặt điều tốc trên động cơ
78
của các quả văng sẽ thắng sức căng lò xo 3, đẩy khớp trƣợt về bên trái. Qua hệ thống thanh nối 5, thanh răng bơm cao áp đƣợckéo vè bên trái làm giảm lƣợng nhiên liệu cung cấp, do đó tốc độ động cơ giảm. Ngƣợc lại, khi tốc độ động cơ giảm, lực căng của lò xo 3 thắng lực ly tâm của quả văng, kéo khớp trƣợt về bên phải và do đó kéo thanh răng về vị trí tăng lƣợng nhiên liệu cung cấp dẫn đến tốc độ động cơ tăng. Nhƣ vậy, động cơ sẽ đƣợc tự động điều chỉnh để giữ cho tốc độ động cơ ổn định tại chế độ làm việc thco yêu cầu. Trên hình 3.3b thể hiện rõ đặc tính của động cơ có điều tốc. Tại điểm 1, quả văng bắt đầu văng ra, lƣợng nhiên liệu cung cấp giảm dần, động cơ không phát ra mô men theo đƣờng đứt (- - ) nữa mà giảm nhanh . (theo đƣờng liền) và cắt đặc tính mơ men cản ở điểm 2 với độ dốc rất lớn. Do đó, chế độ làm việc của động cơ với máy công tác rất ồn định.
Tùy theo hệ thống động cơ - máy cơng tác, ngƣời ta cịn phân loại điều tốc theo vùng làm việc.
Điều tốc một chế độ nhằm giữ cho động cơ chỉ làm việc ở một tốc độ vịng quay nhất đinh, ví dụ nhƣ động cơ kéo máy phát điện, hình 3.4a.
79
Điều tốc giới hạn chỉ làm việc khi tốc độ vòng quay của động cơ vƣợt quá một
giá trị giới hạn nào đó. Loại điều tốc này đƣợc trang bị cho động cơ diesel tàu thủy nhằm giới hạn tốc độ của động cơ khi chân vịt nhơ khỏi mặt nƣớc do sóng, hình 3.4b.
Điều tốc hai chế độ: Bao gồm hai chức năng: điều tốc một chế độ ở tốc độ vòng
quay thấp để giữ cho động cơ làm việc ổn định ở chế độ không tải và tải nhỏ, và điều
tốc giới hạn ở tốc độ vịng quay lớn, hình 3.4c. Cịn ở chế độ tốc độ trung bình, chế độ
làm việc của động cơ do ngƣời vận hành điều khiển. Loại điều tốc hai chế độ thƣờng đƣợcdùng cho động cơ ơ tơ, ví dụ ơ tơ IFA- W50.
Hình 3.5 Bộ điều tốc 2 chế độ
+ Sơ đồ cấu tạo (hình 3.5): gồm các quả văng lớn 4 và nhỏ 3. Các quả văng lắp
trơn trên các chốt của giá đỡ 1, giá đỡ nắp cố định trên trục 6, chân các quả văng tỳ lên khớp trƣợt 5, khớp này trƣợt trên trục quay 6 của bộ điều tốc. Trục 6 đƣơc dẫn động qua bánh răng của trục cam bơm cao áp. Đầu bên kia của khớp trƣợt 5 là tay đòn 7 của bộ điều tốc, đầu trên của tay đòn tỳ lên lò xo mềm 12, qua cốc 13 và ống lót 11. Phần