5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.4.Đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail
- Áp suất phun: xấp xỉ 1834 Kg/cm2 (180 Mpa). Điều này có thể ví như 16 con voi Châu Phi ở độ tuổi trưởng thành (5,2 tấn) đứng trên tấm danh thiếp (45 cm2).
- Khe hở piston: Khe hở của piston từ 0,5 đến 2 μm (nhỏ hơn rất nhiều so với mặt cắt sợi tóc của con người từ 70-100μm).
- Tốc độ và lưu lượng phun:
Tốc độ phun của lần phun sơ khởi (phun thí điểm) và phun chính cực kỳ nhanh, cả hai giai đoạn xấp xỉ 1,1 msec (trong khi đó một cái chớp mắt thông thường của con người từ 300 – 400 msec).
Lưu lượng phun:
+ Phun thí điểm: 2 mm3
+ Phun chính: 74 mm3
● So sánh giữa phun xăng và phun Diesel (trong hệ thống Diesel Common Rail)
- Hệ thống phun xăng được phun với áp suất thấp vào khoảng 0,3 Mpa và ổn định trong suốt quá trình phun. Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail phun dầu với áp suất rất cao từ 30 – 160 Mpa và thay đổi theo tín hiệu chân ga và tín hiệu các cảm biến khác được gửi đến ECU.
- Hệ thống phun xăng: thể tích phun là một đường tuyến tính (phụ thuộc vào thời gian dòng điện được cấp cho vòi phun). Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail:
Đồ án tốt nghiệp Trang 29
2.3. CÁC CỤM THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG DIESEL COMMON RAIL 2.3.1. Bơm áp cao
2.3.1.1. Bơm áp cao loại hai piston đối nhau (bơm HP3)
Cấu tạo
Đồ án tốt nghiệp Trang 30
Hình 2.5: So sánh giữa hệ thống phun xăng
Piston Bơm cấp dầu Van phân phối SCV (Van điều khiển hút) Cảm biến nhiệt độ dầu Van một chiều Cam không đồng trục Cam không đồng trục Cam vòng Piston Trục quay
Hình 2.6: Cấu tạo bơm HP3
SCV
: Từ bơm thấp
áp : Tới ống
phân phối
Piston A: Hút
piston B: Bơm Piston A: BơmPiston B: Hút
Piston A Piston B Van 1 chiều
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm áp cao
Bơm áp cao HP3 chủ yếu gồm các bộ phận sau: cam không đồng trục, cam vòng và 2 piston, SCV ( van điều khiển hút), cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, và một bơm nạp.
Hai piston của bơm được đặt đối diện nhau,phía bên ngoài cam không đồng trục.
Cam không đồng trục được gắn vào trục quay và cam vòng. Long-gơ và van hút được gắn vào cam vòng. Khi trục dẫn động quay, bánh xe cam sẽ quay không đồng trục, vòng cam sẽ di chuyển lên và xuống làm cho piston cũng di chuyển lên và xuống.
Hoạt động
Đồ án tốt nghiệp Trang 31 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bơm cao áp được xem như là trái tim của hệ thống common rail. Bộ ổn định áp suất ống nhiên liệu (FRP) và cảm biến nhiệt độ nhiên liệu là các bộ phận trong tổ hợp bơm cao áp.
Khi quay cam nó lần lượt đội và không đội các piston bơm. Khi piston bơm không được cam đội, nó bị lò xo ép xuống, nhiên liệu được hút vào trong bơm. Khi piston được cam đội đi lên, nó sẽ ép nhiên liệu đẩy đến ống cao áp.
Bơm áp cao được xem như là trái tim của hệ thống Common Rail. Bộ ổn định áp suất ống nhiên liệu (FRP) và cảm biến nhiệt độ nhiên liệu là các bộ phận trong tổ hợp trong bơm áp cao.
Nhiên liệu được lấy ra từ thùng chứa đến bơm áp cao bằng cách sử dụng bơm tiếp vận đặt ở bên trong thùng chứa hoặc thông qua bơm chuyển.
Khi động cơ quay, 2 piston cung cấp áp suất cao đến đường ống nhiện liệu. Khi ECU điều khiển dòng nhiên liệu vào trong buồng 2 piston,nó sẽ điều khiển lượng và áp suất nhiên liệu cung cấp đến đường ống nhiên liệu. Nhờ hoạt động tối ưu này đã cho thấy tính kinh tế nhiên liệu và giảm thiểu phần NOx trong khí thải.
Bơm cấp liệu
Bơm nạp loại roto sẽ hút nhiên liệu từ bình nhiên liệu đến buồng bơm cao áp thông qua bình lọc và van điều khiển hút (SCV). Trục điều khiển quay roto trong và ngoài của bơm nạp. Khi roto quay làm khoảng trống tăng và giảm, bơm nạp sẽ hút nhiên liệu vào bộ phận hút và đẩy nhiên liệu ra khỏi bộ phận xả. Bơm roto được lắp trong bơm áp cao.
Đồ án tốt nghiệp Trang 32
Đồ án tốt nghiệp Trang 33 1. Roto ngoài 2. Roto trong 3. Bộ phận hút 4. Bộ phận xả Hình 2.8: Bơm Roto
2.3.1.2. Bơm áp cao loại 3 piston
Cấu tạo
Bơm áp cao loại 3 piston gồm các bộ phận cơ bản: Trục lệch tâm, cam lệch tâm,piston, van hút, bơm bánh răng, van kiểm soát áp suất (van điều khiển nạp). Trục lệch tâm dẫn động cam lệch tâm và bánh răng chủ động của bơm bánh răng.
Hoạt động
Khi quay cam nó lần lượt đội và không đội các piston bơm. Khi piston bơm không được cam đội, nó bị lò xo ép xuống, nhiên liệu được hút vào trong bơm. Khi piston được cam đội đi lên nó sẽ ép nhiên liệu đẩy đến ống cao áp.
Nhiên liệu được lấy từ thùng chứa đến bơm áp cao bằng cách sử dụng bơm tiếp vận (bánh răng ăn khớp ngoài) lắp trong bơm áp cao.
Đồ án tốt nghiệp Trang 34
Hình 2.10: Nguyên lý hoạt động bơm
áp cao 3 piston
Khi động cơ quay, 3 piston lần lượt cung cấp dầu áp suất cao đến đường ống nhiên liệu. Khi ECU điều khiển dòng nhiên liệu vào trong buồng 3 piston, nó sẽ điều khiển lượng và áp suất dầu cung cấp đến đường ống nhiên liệu.
Bơm cấp liệu
Bơm gồm hai bánh răng được dẫn động theo chiều nhất định. Bánh răng chủ động 1
lắp trên trục chủ động, bánh răng 2 được lắp nỏng trên trục bị động (quay trơn trên trục). Khi trục chủ động được dẫn động thì bánh răng chủ động quay và dẫn động bánh răng bị động quay theo chiều ngược lại. Dầu từ khoang áp thấp A được bơm guồng sang khoang B ( có thể tích nhỏ hơn khoang A) áp suất cao,từ đây dầu được điền đầy vào khoang bơm của bơm áp cao.
2.3.1.3. Bơm áp cao 4 Piston kiểu 1 (Cam vành)
Cấu tạo
Đồ án tốt nghiệp Trang 35
Hình 2.11: Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
1. Bánh răng chủ động A. Khoang áp thấp
2. Bánh răng bị động B. Khoang áp cao
Bơm gồm 4 piston được đặt trên 2 đĩa tròn song song. Trên mỗi đĩa tròn có 2 piston và xilanh, 2 van một chiều (van hút và van xả). Ngoài ra bơm còn có các bộ phận cơ bản: Van điều chỉnh áp suất, van giới hạn áp suất, cảm biến nhiệt độ dầu, IMV (van nạp).
Hoạt động (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi bơm hoạt động, trục bơm làm quay đĩa tròn và làm cụm xi lanh, piston quay theo. Khi đó các viên bi sẽ tác động vào vấu cam. Khi viên bi gặp đỉnh cam là đang trong quá trình nén nhiên liệu, hai piston ép vào phía tâm đĩa,lúc này áp suất nhiên liệu thắng sức căng lò xo van một chiều xả, van mở ra và nhiên liệu được đưa đến ống cao áp. Khi viên bi thoát khỏi đỉnh cam, lúc này hai piston dãn ra làm áp suất dầu giảm so với áp suất dầu ở khoang bơm. Dầu từ khoang bơm được điền đầy vào trong xylanh thông qua van một chiều hút. Hoạt động của bơm lặp lại theo chu kỳ tương tự.Dầu trong khoang bơm được cung cấp bởi bơm cấp liệu.
Bơm cấp liệu
Bơm cấp liệu của bơm áp cao loại 4 piston kiểu 1 là bơm điện, nó được lắp bên ngoài bơm áp cao (ở trong bình dầu hoặc ở ngoài bình dầu).
Đồ án tốt nghiệp Trang 36
1. Van điều chỉnh áp suất 2. Đường cấp dầu
3. Ống Venturi
4. Van giới hạn áp suất
5. Cảm biến nhiệt độ dầu 6. IMV
7. Đường đầu ra áp suất cao
Hình 2.12: Bơm áp cao 4 piston kiểu 1
Hình 2.13: Nguyên lý hoạt động 4 piston kiểu 1
1. Đường dầu vào 2. Van giới hạn áp suất 3. Con lăn 4. Roto bơm 5. Van một chiều 6. Đường dầu ra 7. Stato
Bơm điện là loại bơm roto dùng con lăn (dạng bi đũa) hoặc bơm ly tâm sử dụng điện áp một chiều 12V. Khi có điện vào stato làm roto quay con lăn quay theo, hút và đẩy dầu qua cửa bơm đạt P = 2,5 ÷ 3,0 bar. Phần động cơ điện của bơm được làm mát nhờ có dòng dầu đi qua.
Van giới hạn áp suất (2) có tác dụng giới hạn áp suất của bơm nếu áp suất bơm lớn hơn quay định thì van sẽ mở cho dầu đi về
Van một chiều (5) có tác dụng giữ áp suất dầu trong đường ống mặc dù khi bơm không làm việc và vẫn sẵn sàng cho lần khởi động sau.
Bơm roto điện có thể lắp trong bình dầu hoặc được lắp ở ngoài bình dầu Hình 2.15
2.3.1.4. Bơm áp cao 4 piston kiểu 2 (cam ôvan)
Cấu tạo
Đồ án tốt nghiệp Trang 37
Hình 2.15: Bơm điện lắp ngoài bình dầu
Tương tự như loại bơm áp cao 4 piston kiểu 1, bơm áp cao 4 piston kiểu 2 bao gồm 4 xylanh được gắn trên 2 đĩa hình ôvan(4) song song với nhau, mỗi đĩa ô van này được đặt trong một trụ tròn.
Bộ phận chính của bơm gồm: piston(3), van một chiều hút (2), van một chiều xả (5) – van phân phối, van điều khiển nạp.
Hoạt động
Khi hoạt động, cam ô van (4) quay. Dầu được nạp bởi bơm cấp liệu sẽ di chuyển qua van nạp và van một chiều (2), quá trình nạp diễn ra khi 2 đầu piston giãn ra xa làm mở van nạp do chênh lệch áp suất.Quá trình nén và xả nhiên liệu đến đường ống cao áp diễn ra khi 2 piston tiến lại gần nhau làm cho áp suất tăng nhanh và thắng được sức căng van một chiều xả nên nhiên liệu được xả ra.Do cam ô van quay làm cho đường kính đường tròn tiếp xúc với 2 piston lúc tăng,lúc giảm nên 2 piston có thể giãn ra xa nhau và tiến lại gần nhau.Dầu được nén bởi piston và được bơm qua van phân phối đến đường ống cao áp dẫn vào ống phân phối
Bơm cấp liệu
Đồ án tốt nghiệp Trang 38
Hình 2.16: Cấu tạo bơm áp cao 4 piston kiểu 2
Hình 2.17: Hoạt động của bơm áp cao 4 piston kiểu 2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cấu tạo và hoạt động tương tự như bơm cấp liệu của bơm áp cao 4 piston kiểu 1.
2.3.1.4. Bơm áp cao loại 3 cam 2 piston
Cấu tạo
Bơm áp cao loại 3 cam 2 piston gồm các bộ phận chính: bơm cấp liệu, van điều khiển nạp, bánh răng cảm biến vị trí trục cam (được lắp trong bơm cao áp), cam 3 vấu mỗi vấu lệch nhau một góc 120o, cụm piston-xylanh.
Hoạt động
Khi bơm hoạt động, trục bơm quay dẫn động bơm cấp liệu hút dầu qua van điều khiển nạp (PCV) vào trong khoang bơm của bơm áp cao. Trục bơm dẫn động cam quay,các vấu cam tác động lên cơ cấu con đội con lăn đẩy piston đi lên thực hiện quá trình nén dầu, khi cam thôi tác động thì dưới sức ép của lò xo đẩy piston đi xuống thực hiện quá trình nạp.
Ứng với từng quá trình nạp của mỗi piston tín hiệu điều khiển từ ECU làm cho dòng điện từ khoá điện lần lượt qua từng van PCV tương ứng và mở van điều khiển nạp. Việc mở lớn hay nhỏ là do dòng điều khiển từ ECU quyết định.
Đồ án tốt nghiệp Trang 39
Hình 2.18: Cấu tạo bơm 3 cam 2 piston
Ứng với quá trình xả, các van PCV được ngắt điện. Piston đi lên ép dầu tạo ra
áp lực cao thắng sức căng van một chiều và đưa dầu vào đường cao áp.
Bơm cấp liệu
Bơm cấp liệu của bơm áp cao loại 3 cam 2 piston giống bơm cấp liệu của bơm áp cao 2 piston đối đỉnh (HP3).
2.3.1.5. Van điều khiển nạp (SCV, PCV, IMV,...)
Bộ phận rất quan trọng ở bơm áp cao là van điều khiển nạp, nó được điều khiển bởi ECU động cơ và nó quyết định áp suất Rail. Van điều khiển nạp điều chỉnh khối lượng nhiên liệu được hút vào bơm áp cao.
- Nếu dòng đến van nạp trong một thời gian dài. Vì cường độ trung bình của dòng điện chạy đến cuộn dây tăng, van kim sẽ mở ra ngoài, van nạp mở rộng hơn. Do đó, lượng nhiên liệu hút tăng.
- Nếu dòng đến van nạp trong một thời gian ngắn. Cường độ trung bình của dòng điện chạy đến cuộn dây giảm, lực lò xo sẽ hút van kim vào, van nạp mở hẹp đi. Do đó lượng nhiên liệu hút giảm
Đồ án tốt nghiệp Trang 40
Hình 2.19: Hoạt động bơm áp cao loại 3 cam 2 piston
Dòng nhiên liệu qua van điều khiển hút:
Chú ý: Mối tương quan giữa độ mở của van nạp và lượng nhiên liệu hút vào có thể ngược với mô tả trên đây điều này tuỳ thuộc vào loại xe. Ở một số hãng xe van điều khiển nạp được ký hiệu bằng các tên khác nhau như: IMV, SCV, PCV...
2.3.1.6. Van một chiều
Van phân phối(van một chiều) và bơm áp cao được hợp nhất thành một khối. Do đó, nó bao gồm một van bi, lò xo, giá đỡ và thân van. Khi áp suất ở piston vượt quá áp suất trong ống phân phối, van bi sẽ mở để xả nhiên liệu ra.
Đồ án tốt nghiệp Trang 41
Hình 2.20: Van điều khiển nạp (SCV) trong bơm
áp cao
Van điều khiển hút (SCV)
2.3.4. Ống Rail
Ống phân phối chứa nhiên liệu được nén (từ 0 đến 220 MPa) từ bơm áp cao và đưa đến các vòi phun của xylanh. Cảm biến áp suất ống phân phối (cảm biến PC), bộ giới hạn áp suất và một van xả áp suất được gắn trên ống phân phối.
Đồ án tốt nghiệp Trang 42 1. Ống phân phối 2. Van xả áp suất 3. Cảm biến áp suất ống phân phối 4. Bộ giới hạn áp suất (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.23: Cấu tạo ống phân phối
1. Thân van 2. Van bi 3. Lò xo 4. Giá đỡ 5. Piston
Khi kim phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun thì áp suất nhiên liệu trong ống vẫn phải không đổi. Điều này thực hiện được nhờ vào sự co giãn của nhiên liệu. Áp suất nhiên liệu được đo bởi cảm biến áp suất trên ống phân phối và được duy trì bởi van điều khiển áp suất nhằm giới hạn áp suất tối đa là 220 MPa.
Ống trữ nhiên liệu áp suất cap (ống Common) trên Hình 2.23 dùng để chứa nhiên liệu áp suất cao, đồng thời sự dao động của áp suất do bơm áp cao tạo ra được giảm chấn bởi thể tích ống. Ống Common này dùng chung cho tất cả các xylanh do đó tên nó là “đường ống chung” hoặc là Common Rail. Khi một lượng nhiên liệu bị mất đi khi phun, ống vẫn duy trì áp suất thực tế bên trong không đổi. Điều này đảm bảo áp suất phun của kim phun không đổi ngay từ khi kim mở. Để thích hợp với các điều kiện lắp đặt khác nhau trên động cơ, ống phải được thiết kế với nhiều kiểu để phù hợp với bộ hạn chế dòng chảy và dự phòng chỗ để gắn các cảm biến, van điều khiển áp suất, van hạn chế áp suất. Thể tích bên trong ống thường xuyên được điền đầy bằng nhiên liệu có áp suất. Khả năng nén của nhiên liệu dưới áp suất cao được tận dụng để tạo hiệu quả tích trữ. Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun ra thì áp suất thực tế trong bộ tích trữ nhiên liệu áp suất cao vẫn được duy trì không đổi. Sự thay đổi áp suất là do bơm áp cao thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào lượng nhiên liệu vừa phun.
2.3.4.1. Phân loại
Có 3 loại ống phân phối Hình 2.24 được sắp xếp theo thứ tự hoàn thiện từ thấp đến cao
Đồ án tốt nghiệp Trang 43
Cảm biến áp suất nhiên liệu
Vangiới hạn áp suất
Cảm biến áp suất nhiên liệu Van giới
hạn áp suất Van xả áp
Van xả áp
2.3.4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cụm chi tiết
Đồ án tốt nghiệp Trang 44
Hình 2.25: Cấu tạo van xả áp
Van bi Lõi
Nam châm điện Lò xo
Mạch điện
Van xả áp Ống phân phối
a. Van xả áp(Van điều khiển áp suất)
Van xả áp (van điều khiển áp suất) giữ cho nhiên liệu trong ống phân phối có áp suất thích hợp tuỳ theo tải của động cơ và duy trì ở mức này.
Nếu áp suất trong ống quá cao thì ECU sẽ điều khiển van áp suất mở ra và