L ỜI NÓI ĐẦU
2.1.2. Phương án 2: Tính chọn và thiết kế các thiết bị tương đồng
Thiết kế cải hoán hệ thống nhiên liệu cho động cơ diesel D12 thành CR thì yêu cầu là vềlưu lượng ổn định cung cấp cho ống Rail, áp suất phun nhiên liệu yêu cầu phải đạt được tối thiểu là nhất được kim phun của vòi phun mà áp suất nhấc kim
thường là 250 – 300 bar khi ở tốc độ khởi động vì thế hệ thống phải cung cấp áp suất lớn hơn áp suất tối thiểu này mà cải hoán nhằm mục đích nghiên cứu nên nó sẽ
lựa chọn các thiết bị đáp ứng được cho các yêu cầu này cho việc cải hoán của hệ
thống nhiên liệu động cơ diesel D12 – S195.
Lựa chọn BCA là bơm VEđiều khiển điện tử có một piston hướng trục
Bơm VE có kết cấu đơn giản gọn nhẹ, làm việc với độ chính xác cao, áp suất dầu luôn được giữ cốđịnh, lượng dầu cung cấp được điều khiển phù hợp với tốc độ động được ấn định sẵn, thời gian phun sớm hay muộn cho phù hợp với tốc độ và tải của động cơ cũng được ấn định sẵn, BCA phân phối nhiên liệu đều và chính xác cho từng máy.
Hình 2.4. Hình cắt của bơm VE hướng trục
1- Cảm biến tốc độ; 2- Bơm nạp; 3- Vành con lăn; 4- Roto; 5- Đĩa cam; 6- Van điều
khiển thời điểm phun TCV; 7- Piston cao áp; 8- Van điều khiển lượng phun SPV
Cấu tạo bơm cao áp VE điều khiển điện tử
- Bơm sơ cấp, khớp chữ thập dẫn động cam, vành con lăn, cơ cấu điều khiển
phun sớm, van xả áp SPV, van điều khiển phun sớm TCV, cảm biến tốc độ, cảm
biến nhiệt độ nhiên liệu…
- Không có cơ cấu ga điện từ và piston không có lỗ ngang. Vì vậy để điều
chỉnh lượng nhiên liệu phun thì bơm VE sử dụng một van xả áp thông với khoang
xylanh.
Đĩa cam và vành lăn
Đĩa cam được nối với piston bơm và được dẫn động bởi trục dẫn động. Khi
vừa tịnh tiến tạo ra áp suất cao cho nhiên liệu, số vấu cam bằng với số xy lanh động cơ.
Hình 2.5. Đĩa cam và vành lăn
Piston bơm
Piston bơm có 4 rãnh hút, một cửa phân phối và được bắt chặt với đĩa cam. Piston và đĩa cam tỳ chặt lên mặt con lăn nhờ lò xo piston bơm. Số rãnh hút bằng
với số xy lanh động cơ. Khi đĩa cam quay một vòng thì piston cũng quay một vòng và tịnh tiến 4 lần, mỗi lần tịnh tiến ứng với 1 lần phun của một kim phun.
Hình 2.6. Cấu tạo piston bơm
Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ làm việc thì một bơm sơ cấp loại cánh gạt được bố trí trong bơm
VE sẽ hút dầu từ thùng dầu qua lọc và nén trong khoang bơm đến áp suất là 2 – 7 (kG/cm2) và gọi là áp suất sơ cấp. Sau đó dầu có áp suất này được đưa tới chờ sẵn
khoang xylanh. Khi piston quay lên thì phần không xẻ rãnh ở đầu piston sẽ che lấp
cửa nạp, đồng thời lúc này phần lồi của cam đĩa sẽ đội con lăn lên làm cho piston bị đẩy lên để nén dầu trong khoang xylanh. Dầu trong khoang xylanh bị nén tới gần áp suất phun thì cửa chia dầu trên piston trùng với một đường dẫn ra một vòi phun nào
đó. Do vậy, khi dầu trong khoang xylanh đạt tới áp suất phun thì van ngắt dầu mở,
dầu theo đường cao áp tới kim phun. Nó sẽ mở kim phun và phun dầu vào buồng
cháy động cơ. Lượng dầu phun vào động cơ nhiều hay ít phụ thuộc vào thời điểm
mở van xả áp. Nếu vòi phun đang phun mà van xả áp mở ra thì dầu trong khoang xylanh sẽ thông qua van xả áp về khoang bơm làm mất áp suất phun.
Van điều khiển lượng phun SPV (hay van xả áp)
Van điều khiển lượng phun là một trong những bộ phận trong bộ chấp hành của hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử. Nó có nhiệm vụ điều khiển lượng phun
nhiên liệu vào buồng cháy động cơ thông qua các tín hiệu tác động từ ECU và xả áp suất về bơm khi kết thúc quá trình phun. Van điều khiển lượng phun hiện nay có hai
loại:
- SPV thông thường: Được sử dụng trong máy bơm piston hướng trục.
- SPV trực tiếp: Được sử dụng trong máy bơm piston hướng kính cho những ứng dụng áp suất cao.
Van điều khiển thời điểm phun TCV
Cấu tạo chính của van TCV gồm: lõi stator, lò xo hồi vị và lõi chuyển động.
Hình 2.8. Cấu tạo van TCV và cấu trúc bộđịnh thời
Trong van có hai đường thông với hai buồng của piston định thời.
Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ định thời
Van TCV được điều khiển bằng tỷ lệ thường trực xung. Khi điện bật, độ dài thời gian mở van sẽ điều khiển áp suất nhiên liệu trong piston của bộ định thời.
Khi ECU cấp điện cho cuộn dây bằng chuỗi xung, dưới tác dụng của lực từ lõi bị hút về bên phải mở đường dầu thông giữa hai buồng áp lực của bộ định thời.
Mức độ mở đường dầu này thay đổi theo tỷ lệ thường trực của xung. Do đó một lượng dầu áp suất p1 qua van TCV sẽ có áp suất p’1tác động vào hai phía của piston định thời. Sự cân bằng lực giữa lực do áp suất p1 và lực lò xo do lực p’1 sinh ra sẽ
giữ cho bộ định thời ở vị trí nhất định. Do đó vành con lăn cũng ở một vị trí nhất định nào đó tạo ra góc phun sớm. Khi ECU ngừng cấp điện, dưới tác dụng của lực
lò xo, lõi chuyển động dịch chuyển về bên trái đóng đường dầu thông giữa hai
buồng áp lực.
Khi xung điều khiển có tỷ lệ thường trực cao thì áp suất p’1 lớn. Do đó piston
của bộ định thời chuyển động sang trái làm xoay vành con lăn theo chiều ngược lại
với chiều quay của đĩa cam làm sớm thời điểm phun.
Hình 2.10. Điều khiển phun sớm hơn
Khi xung điều khiển có tỷ lệ thường trực giảm thì áp suất p’1 thấp. Do đó
piston của bộ định thời chuyển sang phải làm quay vành con lăn theo hướng làm muộn thời điểm phun.
Hình 2.11. Điều khiển phun muộnhơn
Bơm VE sẽ được dẫn động bằng chính động cơ D12 – S195, ta sẽ thiết kếcơ
cấu dẫn động trích từ động cơ ra cho BCA, động cơ cũng không có ảnh hưởng gì nhiều về kết cấu do ta sẽ lựa chọn đoạn trục nối giữa động cơ và phanh điện để thiết kếcơ cấu dẫn động cho BCA và cũng không tác động vào hệ thống khởi động.
Lựa chọn ống tích áp (ống Rail)
Do yêu cầu của thiết kế cải hoán cho động cơ chỉ có một xy lanh nên kết cấu
ống tích áp sẽ có khác biệt nhiều so với ống tích áp của các hãng sản xuất hiện nay
nên ta sẽ gia công mới hoặc tìm các ống có hình dạng gần giống rồi gia công lại cho
phù hợp với yêu cầu đặt ra của hệ thống nhiên liệu động cơ D12 – S195 và bơm VE
nên ống sẽcó 4 đầu vào và 1 đầu ra, việc lựa chọn ống gia công phải theo tiêu chí
đảm bảo thể tích yêu cầu và chịu được áp lực cao không rò rỉ nhiên liệu.
Lựa chọn vòi phun
Ta lựa chọn vòi phun điện tử theo tiêu chí lưu lượng phun, phổ biến trên thị trường và kết cấu phần đuôi vòi phun mà ta chọn vòi phun cho hợp lý nhất. Tùy thuộc vào kết cấu vòi phun mà sẽgia công đồ gá hay là không, sao cho phù hợp với vị trí lắp của vòi phun nguyên bản động cơ D12 – S195 và phải đảm bảo chịu được áp lực khí cháy, hoạt động lâu dài của động cơ sau này.
Ngoài ra, ta còn lựa chọn các đường ống cao áp cho phù hợp, thiết kế lại bộ điều khiển trung tâm ECU cho phù hợp với điều kiện hiện tại thiết kế lập trình cho quá trình phun đúng thời điểm phun yêu cầu, thêm một số cảm biến theo yêu cầu lập trình đặt ra.
Ưu – Nhược điểm của việc lựa chọn:
- Chi phi giá thành các thiết bị thấp, có thể tìm kiếm trên thị trường dễ dàng. - Hạn chế được các thiết bị không cần thiết khi sử dụng.
- Đảm bảo về mặt kết cấu phù hợp hơn không thừa các chức năng, không thay
đổi nhiều về kết cấu động cơ cần cải hoàn.
- Khó khăn trong lựa chọn vòi phun mới cho phù hợp với kết cấu vòi phun nguyên bản (và thiết kế thêm đồ gá vòi phun vào động cơ cho phù hợp với động cơ
nguyên bản nếu cần).
- Áp suất cực đại tạo ra không lớn như hệ thống CR hiện tại.
- Cần phải khởi động bằng tay quay để tích áp cho ống Rail của hệ thống trước khi khởi động và đi vào hoạt động.
