M P, O 60 55 0 m, em IDI 4ữ6 5000 20 AO120750-mDI/IDI 2 ữ1228
1- tại ápsuất phía cửa nạp 500 mbar; 2 tại ápsuất 600 mbar; 3 tại ápsuất 700 mbar
Hình 2.13. Đặc tính lu lợng của bơm thấp áp kiểu bánh răng, [8]
Lợng nhiên liệu cung cấp của bơm bánh răng tăng tỷ lệ với tốc độ trục bơm. Do vậy, lợng nhiên liệu cung cấp sẽ đợc kiểm soát bởi van tiết lu (phía cửa hút) hoặc thông qua van tràn (phía cửa áp suất). Để bơm mồi nhiên liệu trớc khi khởi động lần đầu (hoặc khi thùng nhiên liệu bị cạn), cần lắp thêm một bơm tay (tích hợp trực tiếp với bơm bánh răng hoặc lắp trên đờng nhiên liệu thấp áp.
2.2.3. Bầu lọc nhiên liệu
1-Vỏ bơm; 2-Đệm làm kín; 3-Bánh răng chủ động; 4- Bánh răng bị động; 5- Đinh tán; 6- Khớp nối; 7-Nắp đậy; 8-Đệm làm kín; 9-Đệm làm kín trục bơm Hình 2.12. Bơm thấp áp kiểu bánh răng, [8] 250 200 150 100 50 0 0 1000 2000 3000 Tốc độ động cơ, [vg/ph]
Lưu lượng cung cấp, [l/h]
32 2 1
* Yêu cầu: HTPNL trực tiếp trên các động cơ xăng và diesel hiện đại rất nhạy cảm với các tạp chất (dù là nhỏ nhất) trong nhiên liệu. Phần lớn các h hỏng xảy ra là do sự mài mòn (do tạp chất) và ăn mòn (do nớc). Tuổi thọ của HTPNL phụ thuộc vào độ tinh khiết của nhiên liệu. Chức năng chính của bầu lọc nhiên liệu là giảm lợng tạp chất dạng hạt (để bảo vệ các bộ phận của HTPNL không bị h hỏng do mòn). Ngoài ra, bầu lọc nhiên liệu phải có đủ dung tích để chứa các hạt tạp chất (nếu không nó có thể bị nghẽn trớc khi đợc thay thế định kỳ). Nếu bầu lọc bị tắc/nghẽn, sẽ làm giảm lợng nhiên liệu cung cấp cũng nh hiệu suất của động cơ. Do vậy, nó cần chọn bầu lọc theo các yêu cầu của HTPNL. Việc lựa chọn sai bầu lọc có thể sẽ dẫn đến hậu quả rất xấu (phải thay thế các bộ phận hoặc thậm chí thay mới hoàn toàn HTPNL).
So với xăng, nhiên liệu diesel có nhiều tạp chất hơn. Ngoài ra, áp suất phun cũng cao hơn nhiều, nên HTPNL diesel có yêu cầu chống mài mòn cao hơn, khả năng lọc lớn hơn và tuổi thọ bầu lọc dài hơn. Do vậy, bầu lọc nhiên liệu diesel thờng sử dụng lõi lọc đợc thay thế định kỳ. Yêu cầu về khả năng lọc tinh đã tăng đột ngột trong những năm gần đây khi HTPNL kiểu CR thế hệ thứ hai và HTPNL kiểu BCA-VP kết hợp đợc đa vào thị trờng. Phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể (điều kiện làm việc, mức độ bẩn của nhiên liệu, tuổi thọ động cơ), những HTPNL thế hệ mới đòi hỏi hiệu suất lọc đạt từ 65ữ 98,6 % (với kích thớc tạp chất từ 3ữ5 àm). Trên các phơng tiện hiện nay, thời gian thay thế lõi lọc dài hơn nên đòi hỏi khả năng chứa (tạp chất) của bầu lọc lớn hơn cũng nh khả năng lọc đợc các tạp chất có kích thớc nhỏ hơn. Chức năng quan trọng thứ hai của bầu lọc là tách nớc khỏi nhiên liệu diesel để ngăn ngừa những h hại do ăn mòn. Với HTPNL dùng BCA kiểu phân phối và HTPNL kiểu CR, hiệu suất tách nớc của bầu lọc phải lớn hơn 93% tại lu lợng cung cấp lớn nhất.
* Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Bầu lọc nhiên liệu diesel phải đợc
lựa chon cẩn thận tuỳ thuộc vào HTPNL và điều kiện vận hành
+ Bầu lọc tinh: thờng đợc lắp trên đờng áp suất thấp, nằm giữa bơm
điện và BCA. Có nhiều dạng phần tử lọc đợc sử dụng (lõi lọc kiểu xoay, lõi lọc nối tiếp và lõi lọc phi kim loại...). Vỏ bầu lọc thờng đợc làm bằng
2.14) là phần tử duy nhất đợc thay thế định kỳ. Có thể sử dụng 2 bầu lọc lắp song song sẽ tăng khả năng lọc và chứa tạp chất. Việc lắp nối tiếp các bầu lọc sẽ đem lại hiệu quả lọc cao hơn.
+ Bầu lọc thô: Nếu yêu cầu lọc đặc biệt cao thì có thể lắp thêm 1 bầu
lọc thô phía trớc bầu lọc tinh. Bầu bầu thô (có độ rộng mắt lới khoảng 300
àm) thờng đợc sử dụng trên xe tải tại các nớc đang dùng nhiên liệu diesel chất lợng thấp.
+ Bộ phân tách nớc: Nớc đợc phân tách khỏi nhiên liệu bằng hiệu
ứng không thấm nớc (tạo thành giọt do sức căng bề mặt khác nhau giữa nớc
và nhiên liệu). Nớc sau khi phân tách sẽ đợc gom lại trong khoang phía dới của vỏ bầu lọc. Trong một số bầu lọc có sử dụng cảm biến mức nớc (dựa theo tính dẫn điện). Nớc đựơc tháo ra khỏi bầu lọc bằng tay (thông qua nút tháo nớc) hoặc nút nhấn. Hiện nay, hệ thống tự động tách nớc khỏi nhiên liệu diesel đang đợc phát triển.
Trong các động cơ thế hệ mới, do sự gia tăng yêu cầu lọc đã dẫn đến việc sử dụng một loại lõi lọc đặc biệt (bao gồm một vài lớp sợi tổng hợp và xenlulô). Nó sử dụng hiệu ứng lọc sơ bộ và bảo đảm khả năng giữ đợc các tạp chất lớn nhất (do các hạt tạp chất đợc “phân loại” giữa các lớp lọc). Lõi lọc này cũng đợc sử dụng với nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) (tuy nhiên, do hàm lợng hạt hữu cơ biodiesel lớn hơn nên tuổi thọ của lõi lọc bị suy giảm).
Ngoài ra, các bầu lọc hiện đại còn đợc tích hợp thêm các chức năng khác, ví dụ nh: sấy nóng nhiên liệu (bằng điện, nớc làm mát, hoặc lợng nhiên liệu hồi) để ngăn ngừa hiện tợng paraffin bịt kín bầu lọc trong mùa đông; thông báo thời gian cần thay lõi lọc (nhờ việc đo chênh lệch áp suất
Hình 2.14. Bầu lọc diesel với lõi lọc bằng giấy (hình chữ V,
qua lõi lọc); thực hiện chức năng nạp đầy và thông hơi sau khi thay lõi lọc mới (dùng bơm mồi bằng tay).
2.3. Mạch nhiên liệu cao áp2.3.1. Các vấn đề chung 2.3.1. Các vấn đề chung
Mạch nhiên liệu cao áp của HTPNL kiểu CR đợc chia ra thành 3 bộ phận chính: tạo áp suất (BCA); tích áp suất (bình tích áp với van kiểm soát áp suất, van xả, cảm biến áp suất); định lợng và thời điểm phun nhiên liệu (VP). Đờng ống cao áp có nhiệm vụ nối liền 3 bộ phận trên. Sự khác nhau cơ bản giữa các thế hệ của HTPNL kiểu CR là thiết kế của BCA và VP, các chức năng hệ thống (Bảng 2-1). Bảng 2-1. Các thế hệ của HTPNL kiểu CR, [8] Thế hệ áp suất phun lớn nhất, [bar] Điều khiển vòi phun
Bơm cao áp /cách kiểm soát áp suất
Thứ nhất
(xe con, xe chở khách)
1350ữ1450 van điện từ CP1 /dùng van kiểm soát áp suất phía mạch cao áp
Thứ nhất
(xe tải) 1400 van điện từ
CP2/ kiểm soát lợng nhiên liệu cung cấp phía mạch thấp áp bằng 2 van điện từ Thứ hai (xe con, xe chở khách, xe tải) 1600 van điện từ
CP3, CP1H / kiểm soát lợng cung cấp phía mạch thấp áp bằng bộ định lợng nhiên liệu Thứ ba (xe con, xe chở khách) 1600
(tơng lai 1800) kiểu piezo
CP3, CP1H /kiểm soát lợng cung cấp phía mạch thấp áp bằng bộ
định lợng nhiên liệu
Thứ ba
(xe tải) 1800 van điện từ
CP3.3NH/sử dụng bộ định lợng nhiên liệu
2.3.2. Bơm cao áp
2.3.2.1. Thiết kế và các yêu cầu
BCA chính là “điểm nối” giữa mạch áp suất thấp và áp suất cao. Chức năng của nó là bảo đảm luôn có đủ nhiên liệu dới một áp suất nhất định trong mọi chế độ hoạt động của động cơ. BCA tạo ra một áp suất không đổi trong bình tích áp, độc lập với quá trình phun nhiên liệu. Do đó, so với HTPNL thông thờng, nhiên liệu trong mạch cao áp của HTPNL kiểu CR sẽ không bị nén trong suốt quá trình phun.
BCA dùng 3 pít tông hớng tâm thờng đợc sử dụng động cơ xe chở khách. BCA kiểu dãy 2 pít tông thờng đợc sử dụng trên động cơ xe tải. BCA đợc dẫn động từ động cơ (với tỷ số truyền cố định) thông qua bộ truyền bánh răng, xích hoặc đai răng. Với BCA dùng 3 pít tông hớng tâm, sẽ có ba hành trình cung cấp nhiên liệu (gối lên nhau) trên một vòng quay trục bơm. Do vậy, quá trình cung cấp không bị gián đoạn và giảm đợc mô men xoắn lớn nhất cần để dẫn động BCA.
Bảng 2-2. BCA của hãng Bosch dùng cho HTPNL kiểu CR, [8]
Bơm cao áp áp suất (bar) Bôi trơn
CP1CP1+ CP1+ CP1H CP1H-OHW 1350 1350 1600 1100 Nhiên liệu Nhiên liệu Nhiên liệu Nhiên liệu CP3.2 CP3.2+ CP3.3 CP3.4 CP3.4+ 1600 1600 1600 1600 1600 Nhiên liệu Nhiên liệu Nhiên liệu Dầu bôi trơn
Nhiên liệu CP2 CPN2.2 CPN2.2+ CPN2.4 1400 1600 1600 1600
Dầu bôi trơn Dầu bôi trơn Dầu bôi trơn Dầu bôi trơn
Trên các HTPNL kiểu CR dùng cho xe chở khách, mô men xoắn dẫn động BCA vào khoảng 16 N.m (tức là chỉ bằng 1/9 mô men dẫn động yêu cầu khi so với một bơm phân phối tơng ứng). Do vậy, hệ thống dẫn động BCA trong HTPNL kiểu CR có yêu cầu ít khắt khe hơn so với HTPNL thông thờng. Công suất yêu cầu để dẫn động BCA tăng tơng ứng với áp suất trong bình tích áp và tốc độ của bơm (lợng cung cấp). Trên động cơ diesel có thể tích công tác 2 lít, BCA sẽ tiêu thụ công suất khoảng 3,8 kW tại tốc danh nghĩa và áp suất trong bình tích áp là 1350 bar (với hiệu suất cơ khí ≈
90%). Trong HTPNL kiểu CR, công suất dẫn động yêu cầu cao hơn so với HTPNL thông thờng do các nguyên nhân: nhiên liệu bị rò rỉ; do thể tích điều khiển trong VP; và trong BCA kiểu CP, áp suất cần giảm tới áp suất hệ thống yêu cầu (qua van kiểm soát áp suất).
BCA kiểu pít tông hớng tâm sử dụng trên xe chở khách đợc bôi trơn bằng nhiên liệu. Trên xe tải, BCA có thể bôi trơn bằng nhiên liệu hoặc dầu
bôi trơn. BCA đợc sử dụng trên xe con và xe tải có nhiều dạng thiết kế với năng suất và áp suất cung cấp khác nhau (Bảng 2-2).
2.3.2.2.. Bơm cao áp kiểu pít tông hớng tâm (CP1)
* Cấu tạo (Hình 2.15): Trục dẫn động (1) của bơm CP1 đợc định vị
tại trung tâm ổ đỡ. Các phần tử bơm (3) đợc bố trí xung quanh và tạo với nhau một góc 1200. Bánh lệch tâm (2) lắp với trục dẫn động sẽ tạo ra chuyển động lên xuống của pít tông bơm.
* Nguyên lý hoạt động: Bơm thấp áp sẽ chuyển nhiên liệu qua bầu
lọc và bộ tách nớc tới cửa nạp của BCA (6). Một van an toàn đợc lắp phía sau cửa nạp. Nếu áp suất cung cấp của bơm thấp áp vợt quá áp suất mở của van an toàn (0,5ữ1,5 bar), nhiên liệu sẽ qua lỗ hạn chế của van an toàn vào bôi trơn và làm mát BCA. Trong hành trình nạp, pít tông đi xuống và nhiên liệu qua cửa nạp (4) đi vào trong khoang tạo áp của bơm. Khi pít tông qua điểm chết dới, van nạp đóng lại, nhiện liệu (với áp suất của bơm thấp áp) không thoát ra ngoài đợc. Khi pít tông đi lên, nhiên liệu bị nén và khi áp suất đạt tới áp suất trong bình tích áp, van thoát sẽ mở ra và nhiên liệu đợc chuyển tới mạch áp suất cao. Pít tông tiếp tục chuyển nhiên liệu tới khi nó lên đến điểm chết trên (hành trình cung cấp). Sau đó, pít tông đi xuống, áp suất nhiên liệu trong tạo cao áp giảm và van thoát đóng lại. Khi áp suất trong khoang pít tông nhỏ hơn áp suất cung cấp của bơm thấp áp, van nạp lại mở ra và một chu trình mới đợc lặp lại.
Lợng nhiên liệu do BCA cung cấp tỷ lệ với tốc độ trục bơm (phụ