TỔNG QUAN
Lí do chọn đề tài
Động cơ Diesel đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều phương tiện vận tải, đáp ứng nhu cầu đi lại và vận chuyển ngày càng tăng Điều này đặt ra thách thức lớn cho các kỹ sư trong ngành ô tô, yêu cầu họ tìm ra giải pháp sửa chữa và bảo dưỡng động cơ một cách nhanh chóng và chính xác Kim phun và bơm cao áp là hai thành phần quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất động cơ, nhưng một số hư hỏng cần phải được xác định thông qua máy móc để kiểm tra và sửa chữa Do đó, việc phát triển các băng thử kim phun và băng thử bơm cao áp là cần thiết để đánh giá tình trạng của chúng, như lưu lượng nhiên liệu phun và lượng dầu bơm đi Điều này giúp giải quyết các vấn đề hư hỏng động cơ một cách hiệu quả, là lý do nhóm chúng tôi chọn nghiên cứu đề tài này.
Mục tiêu
- Nghiên cứu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của kim phun và bơm cao áp
- Nghiên cứu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các băng thử
- Nắm được các bước cài đặt cũng như lắp ráp kim phun và bơm cao áp vào băng thử
- Bảo dưỡng và nắm được các bước vận hành các băng thử hệ thống băng thử
- Thực nghiệm kiểm tra các kim phun và bơm cao áp trong xưởng và tiến hành phân loại.
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu trên các băng thử: Common Rail Test Bench CR-NT
815, Common Rail Injector Tester CRDI-100 và Băng thử bơm cao áp PSJ_B
Phương pháp nghiên cứu
Nhóm đã hoàn thành đề tài dưới sự hướng dẫn của giảng viên Đinh Tấn Ngọc, kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu như tìm kiếm tài liệu trên các nền tảng và diễn đàn, thu thập tài liệu từ các hãng, dịch thuật tài liệu nước ngoài, và khảo sát thực tế tại xưởng thực tập của khoa.
Dựa trên tài liệu đã thu thập, tiến hành nghiên cứu, kiểm tra, bảo trì và sửa chữa các băng thử Vận hành băng thử, khắc phục lỗi phần mềm và sửa chữa phần cứng để đảm bảo quá trình kiểm tra diễn ra suôn sẻ Cuối cùng, thực hiện kiểm tra và phân loại các kim phun cùng với bơm cao áp.
Giới hạn đề tài
Nghiên cứu này tập trung vào ba dòng băng thử, nhằm hỗ trợ quá trình giảng dạy và học tập Các băng thử này gặp nhiều hư hỏng nghiêm trọng, và do kiến thức còn hạn chế, việc tối ưu hóa các thông số kiểm tra trở nên khó khăn.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lịch sử ra đời và phát triển hệ thống nhiên liệu trên động cơ Diesel
Động cơ Diesel, được phát minh bởi kỹ sư Rudolf Diesel vào năm 1892, hoạt động theo nguyên lý tự cháy Mặc dù có nhiều hạn chế, đến năm 1936, Robert Bosch đã phát triển bơm cao áp, giúp động cơ Diesel được lắp đặt trên xe ôtô thương mại và ô tô khách, từ đó sản xuất và sử dụng rộng rãi.
Mặc dù động cơ Diesel mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và hiệu suất hoạt động vượt trội so với động cơ xăng, nhưng nó cũng gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường, như tiếng ồn lớn và khí thải ô nhiễm Đây là những vấn đề nghiêm trọng và cấp bách mà thế giới đang phải đối mặt Do đó, các kỹ sư không ngừng cải tiến và phát triển động cơ, áp dụng các biện pháp và kỹ thuật điều khiển lượng phun cũng như quá trình đốt cháy nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Các cải tiến và phát triển này chủ yếu nhằm tạo ra hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển bằng điện tử, hay còn gọi là hệ thống Common Rail.
Sau nhiều lần cải tạo và phát triển, động cơ hiện đã có khả năng giảm tiếng ồn và tối ưu hóa thời điểm cũng như lượng dầu phun theo từng chế độ hoạt động một cách hợp lý.
Khái quát về hệ thống nhiên liệu trên động cơ Diesel
Hình 2.1 Cấu tạo hệ thống nhiên liệu trên động cơ Diesel
1 Thùng chứa 2 Bơm tiếp vận 3 Bộ điều tốc
4 Lọc thứ cấp 5 Bơm cao áp 6 Ống cao áp
7 Kim phun 8 Ống dầu về 9 Van điều áp
Động cơ Diesel nén hỗn hợp khí trước khi phun vào xilanh, làm tăng nhiệt độ bên trong xilanh đến mức thích hợp để nhiên liệu tự bốc cháy Quá trình này dẫn đến sự phân tán không đều của nhiên liệu, do không khí được đưa vào ngay trước khi đốt, tạo ra hiện tượng không khí không đồng nhất.
2.2.1 Cấu tạo các chi tiết của hệ thống nhiên liệu trên động cơ Diesel
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu trên động cơ Diesel
2 Lưới lọc và van 1 chiều
Hệ thống nhiên liệu bao gồm ba mạch chính: mạch hạ áp, mạch cao áp và mạch dầu về Mạch hạ áp là đường dẫn dầu từ thùng chứa đến bơm cao áp, bao gồm các bộ phận quan trọng.
- Thùng chứa nhiên liệu, bên trong sẽ có lọc thô, lọc sơ cấp, lọc tinh…
- Bơm tiếp vận nhiên liệu
- Có mạch dầu, đường ống dẫn dầu áp suất thấp
- Mạch hạ áp phải luôn luôn đảm bảo lượng nhiên liệu cung cấp và áp suất tương ứng với từng chế độ khi động cơ hoạt động
Dầu từ bơm cao áp cung cấp cho kim phun được gọi là mạch cao áp, mạch gồm một số bộ phận như:
- Các đường ống dẫn nhiên liệu với áp lực cao
Mạch cao áp cần cung cấp nhiên liệu với áp suất cao cho kim phun và đảm bảo phun đúng thời điểm trong quá trình hoạt động của động cơ.
Từ bơm cao áp và kim phun, dầu sẽ chảy về thùng nhiên liệu Tại kim phun, một lượng dầu sẽ bị lọt qua các khe hở của van kim, di chuyển lên đầu kim phun và trở về thùng chứa Bơm cao áp có van điều áp, van này mở ra khi áp suất nhiên liệu trong bơm quá lớn, cho phép dầu tràn về thùng chứa.
Mạch dầu về bao gồm các chi tiết sau:
- Các đường ống nhiên liệu dư trở về d Thùng chứa nhiên liệu
Thùng chứa nhiên liệu cần đảm bảo cung cấp đủ nhiên liệu cho động cơ hoạt động liên tục Chúng thường được chế tạo từ thép và có thể có vách ngăn bên trong để giảm giao động và ngăn chặn hiện tượng tạo bọt khí.
Dưới đáy thùng nhiên liệu thường có một bulông hoặc van để xả nước và tạp chất lẫn trong nhiên liệu, được lắp đặt ở vị trí thấp nhất của thùng.
Có 2 loại lọc sơ cấp và lọc thứ cấp Dầu qua lọc phải giữ được áp lực nhiên liệu sao cho không đổi khi đi ra và phải giữ lại được những tạp chất rất nhỏ khoảng 1/1000 (mm) Do Piston và xilanh của bơm cao áp đều là những chi tiết rất chính xác, đường kính lỗ tia của vòi phun rất bé nên rất dễ bị nghẹt nếu có bụi lẫn vào nhiên liệu f Bơm tiếp vận
Trên hệ thống nhiên liệu Diesel, có hai loại bơm chính: bơm vận chuyển nhiên liệu và bơm tiếp vận Bơm chuyển nhiên liệu có nhiệm vụ chuyển giao nhiên liệu đến các bộ phận khác trong hệ thống.
Bơm tiếp vận đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiên liệu từ thùng chứa đến hệ thống một cách liên tục Ngoài việc bơm nhiên liệu, nó còn có nhiệm vụ châm dầu và xả gió khi hệ thống gặp phải bọt khí hoặc thiếu dầu Thông thường, bơm điện hoặc bơm màng được sử dụng, tùy thuộc vào vị trí lắp đặt của thùng nhiên liệu.
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu trên động cơ Diesel
Khi khởi động động cơ, bơm tiếp vận hút nhiên liệu qua lọc thô và lọc tinh để loại bỏ tạp chất và nước Nhiên liệu sau đó được chuyển đến bơm cao áp, nơi van an toàn điều chỉnh áp lực Nếu áp lực vượt quá mức cho phép, van sẽ mở ra để dẫn nhiên liệu trở lại thùng chứa Cuối cùng, dầu được nén đến áp suất cao nhờ chuyển động của xilanh và piston trong bơm cao áp.
Nhiên liệu được bơm cao áp và phân phối đến các kim phun theo thứ tự công tác của động cơ Một phần nhiên liệu có thể lọt qua khe hở của van kim và được hồi về thùng nhiên liệu.
Hệ thống nhiên liệu cần phải kín để duy trì áp lực dầu cao, không làm giảm công suất động cơ Do đó, các kỹ sư đã lắp đặt bơm tay và vít xả gió trong hệ thống, nhằm đảm bảo động cơ hoạt động ở hiệu suất tối ưu.
Một số hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel
2.3.1 Hệ thống nhiên liệu EUI
Hình 2.3 Cấu tạo tổng quát hệ thống nhiên liệu UI
Kim liên hợp được lắp trực tiếp vào nắp máy động cơ, trong khi vòi phun được chế tạo thành một cụm với kim liên hợp Kim liên hợp được điều khiển bởi trục cam.
Khi động cơ quay, cò mổ sẽ điều khiển kim liên hợp, cho phép một phần của kim này lộ ra trong buồng đốt Bơm tiếp vận hút nhiên liệu với áp suất thấp và chuyển đến kim phun sau khi đã được lọc Trong quá trình phun, cốt cam dẫn động cò mổ nhấn kim bơm, tạo ra áp suất cao cho nhiên liệu Cuối cùng, nhiên liệu với áp suất cao sẽ được phun vào xilanh, trong khi lượng nhiên liệu dư sẽ được đưa về thùng chứa.
Kim bơm UI, tương tự như kim bơm liên hợp GM, không có đường dẫn dầu cao áp, nhưng điểm khác biệt chính nằm ở khả năng định lượng nhiên liệu Thiết bị này được điều khiển bởi ECU thông qua các cảm biến.
2.3.2 Hệ thống nhiên liệu bơm UP
Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu bơm UP
Hệ thống bơm nhiên liệu được lắp vào kim bơm UP trên thân máy động cơ, được điều khiển bởi trục cam Khi trục cam quay, piston bên trong xilanh sẽ di chuyển lên xuống, ép nhiên liệu và tăng áp suất Nhiên liệu sau đó được dẫn đến kim phun qua một mạch dầu ngắn.
Hệ thống nhiên liệu của kim bơm UI hoạt động bằng cách bơm dầu lên thông qua bơm tiếp vận sau khi đã được lọc sạch Cốt cam dẫn động ấn bơm nén nhiên liệu, tạo ra áp suất cao Dầu sau đó được truyền qua ống dầu cao áp đến kim phun và được phun vào xilanh của động cơ.
Nhiên liệu được điều chỉnh dựa trên tín hiệu từ các cảm biến của động cơ, trong khi ECU thực hiện tính toán để đạt được hiệu suất tối ưu cho động cơ.
2.3.3 Hệ thống nhiên liệu CUMMINS
Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CUMMINS
15 Ống dẫn dầu đến kim bơm
2.3.4 Hệ thống nhiên liệu bơm VE
Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu bơm VE
1 Thùng chứa 2 Ống dẫn 3 Lọc 4 Bơm cao áp VE
5 Ống dẫn đến kim 6 Kim phun 7 Ống dẫn dầu về 8 Bugi xông
2.3.5 Hệ thống nhiên liệu bơm VE – EDC
Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu VE – EDC
2.3.6 Hệ thống nhiên liệu bơm GM
Hình 2.8 Hệ thống nhiên liệu bơm kim liên hợp GM
1 Thùng chứa 2 Lọc thô 3 Bơm tiếp vận 4 Lọc tinh
5 Ống dầu đến 6 Ống dầu về 7 Bơm kim liên hợp 8 Ống dẫn dầu.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động buồng đốt động cơ Diesel
Buồng đốt của động cơ Diesel đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hỗn hợp cháy Quá trình đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp này bắt nguồn từ hiện tượng tự cháy của một phần hỗn hợp.
10 khí Buồng đốt của động cơ Diesel có ba loại: Buồng đốt trực tiếp, buồng đốt trước, buồng đốt xoáy lốc
Buồng đốt này có thiết kế một buồng đốt duy nhất trên piston, nơi nhiên liệu được nén bởi bơm cao áp và phun trực tiếp vào lõm của đỉnh piston Cửa hút dạng xoắn óc tạo ra xoáy lốc khí khi phun vào, giúp tối ưu hóa quá trình cháy Với cấu trúc nén theo phương thẳng đứng, hỗn hợp khí được hòa trộn và cháy hoàn hảo trong thời gian ngắn Vòi phun có nhiều lỗ phun với áp suất cao từ 150 - 300 kg/cm², đảm bảo nhiên liệu được phun đều khắp buồng đốt, giúp hoá sương tốt và đảm bảo quá trình cháy hoàn toàn.
- Tạo ra hiệu suất nhiệt lớn, nhiên liệu hao hụt thấp hơn 10% so với phun gián tiếp
- Khí thải có nhiệt độ thấp
- Khởi động dễ hơn, ở nhiệt độ bình thường không cần thiết phải xông máy
- Có thể hạ công suất của hệ thống làm mát nhờ tổn thất nhiệt tháp
- Cấu tạo đơn giản so với các buồng đốt khác
- Tạo ra ô nhiễm tiếng ồn, áp suất tăng nhanh
- Phục thục lớn vài khả năng và chất lượng của kim phun
Buồng đốt trước là loại buồng đốt bao gồm một buồng đốt chính nằm trên piston và một buồng đốt phụ Hai buồng này được kết nối với nhau thông qua một lỗ nhỏ có diện tích khoảng 0,3.
0,6% so với buồng đốt chính
Buồng đốt trước chiếm 30 đến 45% tổng thể tích của buồng đốt chính, dẫn đến hỗn hợp không đủ chất lượng để cháy hoàn toàn Do đó, một lượng khí đang cháy sẽ được phun vào buồng đốt chính và tiếp tục cháy dưới dạng xoáy lốc.
- Loại này có hiệu quả sử dụng tỷ lệ khí nạp cao, khí thải không tạo ra khói đen
- Do buồng đốt chính có áp suất không cao và không bị tăng nhanh nên động cơ hoạt động ít tạo ra tiếng ồn
- Sử dụng kim phun đót kín nên tỉ lệ hư hỏng thấp cùng với khả năng cháy độc lập nên hoạt động hiệu quả và ổn định hơn
- Gây hao tổn nhiên liệu
- Khí thải ra ở nhiệt độ cao
- Lỗ thông buồng đốt dễ bị hư hại do phải chịu cường độ áp suất cao và nhiệt độ rất lớn
- Khởi động khó khăn cần đến sự hỗ trợ của bộ phận xông nóng máy
Buồng đốt xoáy lốc có thể tích lớn, chiếm từ 60% đến 75% tổng thể tích, với tiết diện lỗ thông chiếm từ 1% đến 3,5% diện tích đỉnh piston Lỗ thông được thiết kế để tạo ra lốc xoáy mạnh mẽ khi nhiên liệu được phun vào, giúp tạo ra dòng khí xoáy trong buồng xoáy lốc trong kỳ nén Nhiên liệu hòa trộn với dòng khí này, dẫn đến hiệu quả cháy cao hơn Việc sử dụng lỗ thông lớn giúp giảm thiểu tổn thất qua lỗ.
- Nhiên liệu được cháy hiệu quả ở kỳ nổ khi chạy ở tốc độ cao, dẫn đến mức tiêu hao nhiên liệu thấp và tạo được công suất lớn
- Ở tốc độ thấp đường cong momen hạ xuống thấp
- Tổn thất nhiệt là rất lớn cần có hệ thống xông để khởi động.
Khái quát kim phun trên động cơ Diesel
Dựa vào sự khác biệt giữa đốt kim và lỗ tia, kim phun trên động cơ Diesel được phân thành hai loại: kim phun đốt kín và kim phun đốt hở.
2.5.1.1 Công dụng kim phun cơ khí
Kim phun đóng vai trò quan trọng trong việc phun nhiên liệu với áp suất cao vào buồng đốt, ảnh hưởng lớn đến công suất của hệ thống nhiên liệu Diesel trong quá trình đốt cháy.
Kim phun được lắp vào động cơ Diesel có các nhiệm vụ:
- Nhiên liệu được phun dưới dạng sương mù vào buồng đốt
- Hạn chế việc hao hụt nhiên liệu do phun vào thành vách của xilanh
- Phối hợp với các cấu tạo của buồng đốt để nhiên liệu và hòa khí vào trong các buồng đốt, để tự bốc cháy
2.5.1.2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của kim phun đót kín
Kim phun đót kín gồm có hai loại: Kim phun đót kín lỗ tia kín và kim phun đót kín lỗ tia hở
1 Đót kim 2 Van kim 3 Mặt hình nón 4 Bọng dầu 5 Chốt van kim
1 Đót kim 2 Mặt hình nón 3 Bọng dầu 4 Van kim 5 Bệ hình nón 6 Lỗ tia a Cấu tạo
Kim phun đót kín bao gồm một thân kim với lỗ ren để kết nối đường dầu cao áp từ bơm, đường dầu về thùng chứa và đường dẫn dầu đến đót kim Bên trong thân kim có cây đẩy lò xo, với đai ốc ở phía trên để điều chỉnh lực ép của lò xo, và chụp đậy đai ốc ở trên cùng.
Hình 2.9 Loại đót kín lỗ tia kín Hình 2.10 Loại đót kín lỗ tia hở
Đót kim được khâu nối với thân kim, bên trong có đường dầu cao áp dẫn thẳng đến buồng cao áp (bọng dầu) Ở dưới cùng, van kim có chức năng đóng mở lỗ nhiên liệu.
Hình 2.11 Cấu tạo kim phun đót kín
Van kim có hình dạng trụ với một đầu gắn vào thân van và đầu còn lại có hai mặt côn Hai mặt côn này là nơi áp suất dầu tác động, tạo ra lực để chống lại lò xo, từ đó điều khiển quá trình đóng mở van kim.
● Kim phun đót kín lỗ tia kín
Hình 2.12 Đót kim kín lỗ tia kín
Kim phun này được thiết kế với lỗ tia bên ngoài, giúp ngăn ngừa nghẹt do muội than và đảm bảo phun nhiên liệu hiệu quả Tia nhiên liệu được phun ra dưới dạng hình côn với áp lực khoảng 100 - 140 kG/cm², thường được sử dụng trong các buồng đốt có ngăn cách.
● Kim phun đót kín lỗ tia hở
Hình 2.13 Đót kim kín lỗ tia hở
Khác với kim phun lỗ tia kín, kim phun lỗ tia hở có đầu đót kim được khoan thẳng góc với mặt của đầu đót, không lòi ra ngoài Áp lực phun của kim phun đót kín lỗ tia hở thường lớn hơn 170 kG/cm².
Nhiên liệu được bơm với áp suất cao vào kim phun và lưu trữ trong bọng dầu Khi áp lực dầu chưa đủ để vượt qua lực nén của lò xo, van kim sẽ bị đóng lại, ngăn chặn dòng chảy của nhiên liệu.
Trong kỳ nạp, nhiên liệu ở áp suất cao tác động lên mặt côn lớn của van kim, khiến van nhấc lên và mở lỗ tia để phun nhiên liệu vào xilanh động cơ dưới dạng sương Khi đến kỳ dứt phun, áp suất trong bọng dầu giảm, lực lò xo lớn hơn lực nén của van kim, dẫn đến việc van đóng lại và ngăn không cho nhiên liệu tiếp tục phun vào xilanh.
Việc điều chỉnh các vít trên đỉnh kim phun cho phép ta tăng hoặc giảm áp suất phun nhiên liệu Áp lực nén của lò xo càng lớn, thời gian phun nhiên liệu sẽ càng dài và tạo ra sương nhiều hơn.
Hình 2.15 Kim phun dứt phun
2.5.1.3 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của kim phun đót hở
Loại kim phun này không có van kim đóng kín, dẫn đến việc đường dẫn nhiên liệu luôn thông với buồng đốt Điều này là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nhỏ giọt và phun không sương khi hoạt động ở tốc độ thấp.
2.5.2 Kim phun commonrail điện tử trong hệ thống Diesel
2.5.2.1 Kim phun điện tử BOSCH (CRI1)
Kim phun CRI1 của BOSCH là thế hệ đầu tiên dành cho động cơ ô tô du lịch, với áp suất tối đa khoảng 1350 bar và thời gian đáp ứng tương đối chậm Mã kim phun CRI có dạng 0 445 110 XXX, thường được khắc trên nắp cuộn điện.
Hình 2.16 Cấu tạo kim phun điện tử CRI1
1 Cuộn điện với giắc kết nối 2 Vòng đệm điều chỉnh lực lò xo van
3 Lò xo nén trục van 4 Vòng đệm khóa van điện từ và trục van
5 Van điện từ 6 Lò xo hồi vị van điện từ
7 Đai ốc 8 Dẫn hướng trục van
9 Vòng đệm điều chỉnh độ nâng van bi 10 Trục van
11 Bệ đỡ van bi 12 Van bi
13 Đế van điều khiển 14 Pít-tông điều khiển
15 Phớt giữ áp 16 Vòng đệm đỡ
17 Vòng đệm điều khoảng cách lực từ tác dụng
19 Chốt định vị 20 Vòng đệm điều chỉnh áp suất mở kim
21 Lò xo van kim 22 Bộ phận đẩy
25 Đai ốc chụp đót kim 26 Vòng đệm chặn
27 Đường nhiên liệu hồi về 28 Ống nối cao áp
29 Vòng đệm sắt làm kín 30 Đường vào của nhiên liệu áp suất sao
Hình 2.17 Mô phỏng trạng thái khi chưa phun (van bi đóng lỗ xả)
Trong giai đoạn chưa phun, khi cuộn điện chưa được cấp điện, lực từ chưa xuất hiện, van điện từ vẫn giữ nguyên vị trí Lực lò xo nén trục van tác động lên trục van, ép bệ đỡ van bi xuống, làm cho van bi đóng kín lỗ xả phía trên van tiết lưu Nhiên liệu áp suất cao từ ống phân phối tích tụ trong buồng điều khiển bên trong van tiết lưu, trong khi áp suất tương tự cũng tồn tại ở buồng phân phối phía đốt kim Do tiết diện mặt trên của pít-tông điều khiển lớn hơn mặt dưới của van kim, áp suất tác động lên mặt trên của pít-tông sẽ lớn hơn, kết hợp với lực lò xo của van kim khi ở vị trí đóng.
Khi cuộn điện được cấp điện, lực từ sinh ra sẽ lớn hơn lực lò xo nén, dẫn đến việc van điện từ được hút lên Van điện từ được kết nối với trục van qua vòng đệm khóa, do đó khi van điện từ di chuyển lên, trục van cũng sẽ dịch chuyển theo.
Bệ van bi cùng van bi nhấc lên, mở lỗ xả cho phép nhiên liệu áp suất cao chảy từ buồng điều khiển trở lại bình chứa.
Khái quát bơm cao áp trên động cơ Diesel
Bơm cao áp là thành phần quan trọng trong hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel, yêu cầu hoạt động với độ chính xác cao và ổn định Để đảm bảo hiệu suất, các chi tiết bên trong bơm cần được chế tạo tỉ mỉ từ chất liệu bền bỉ, chống chịu tốt và ít hao mòn.
2.6.1.1 Công dụng bơm cao áp PF
- Vận chuyển dầu từ thùng nhiên liệu
- Tạo ra nhiên liệu với áp suất lớn 360 KG/cm2
- Đưa dầu đến kim phun đúng thời điểm yêu cầu
- Luôn đảm bảo lượng nhiên liệu cho đông cơ tùy theo tình trạng hoạt động
2.6.1.2 Cấu tạo bơm cao áp PF
Hình 2.23 Cấu tạo bơm cao áp PF
1 Lò xo van cao áp 2 Ống nối
3 Van cao áp 4 Xy lanh
9 Cửa sổ cân bơm 10 Mặt bích
13 Vít xả gió 14 Ống cao áp
● Đặc điểm cấu tạo của một số chi tiết:
Van cao áp hoạt động khi áp suất nhiên liệu vượt qua lực của lò xo, cho phép nhiên liệu đi vào kim phun Khi quá trình phun kết thúc, áp suất giảm xuống dưới lực lò xo, khiến lò xo ép van cao áp đóng lại.
Hình 2.24 Các loại van cao áp
1 Piston giảm áp 2 Dầu cao áp 3 Bệ van A: Loại có piston giảm áp B: Loại 2 van bi
Xilanh bơm có cấu tạo khác nhau tùy thuộc vào loại bơm, với 1 hoặc 2 lỗ dầu ra Lỗ dầu ra nằm ở phía vít chặn xilanh, trong khi vít chặn không chỉ định vị xilanh mà còn chịu áp lực dầu xả khi dứt phun, giúp ngăn ngừa xói mòn vỏ bơm.
- Piston bơm: Có một vạt xéo để phân bổ lượng nhiên liệu
Vòng răng và bánh răng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho kim phun Khi lắp ráp, cần chú ý đến các dấu ký hiệu trên hai chi tiết này để đảm bảo sự chính xác và hiệu quả trong hoạt động.
2.6.1.3 Nguyên lý hoạt động bơm cao áp PF
Nguyên lý hoạt động của bơm cao áp PF được chia thành ba giai đoạn: Nạp nhiên liệu, khởi phun và dứt phun
Hình 2.25 Nguyên lý làm việc của bơm
A Nạp dầu B Nén dầu khởi phun C Phun D Dứt phun E Tắt máy
Kỳ 1- Nạp nhiên liệu: Khi động cơ hoạt động, piston của bơm đi xuống điểm chết dưới nhiên liệu được phun vào xilanh bơm đồng thời hai lỗ dầu vào và đầu ra
Kỳ 2 - Khởi phun: Đến kỳ phun nhiên liệu, cốt cam dẫn động đưa piston di chuyển lên ép nhiên liệu Khi piston bắt đầu đóng kín 2 lỗ dầu thì xilanh sẽ kín và bắt đầu nén nhiên liệu lại Khi áp suất dầu tăng lớn hơn lực nén của lò xo van cao áp, van cao áp nhất lên, nhiên liệu đi vào kim phun để phun vào xilanh động cơ
Kỳ 3 – Dứt phun: Khi vạt xéo bắt đầu trùng với lỗ xả, dầu sẽ tràn xuống từ từ khoan dầu và tràn ra ngoài
2.6.1.4 Nguyên lý thay đổi lưu lượng nhiên liệu
Hình 2.26 Nguyên lý hoạt động thay đổi lưu lượng nhiên liệu.
Muốn thay đổi lưu lượng dầu ta thay đổi rãnh của piston để phù hợp với các chế độ hoạt động
Khi ta xoay piston qua trái cạnh xiên sẽ mở trễ lỗ thoát dầu, nhiên liệu bơm đi nhiều, vận tốc trục khuỷu động cơ tăng
Khi ta xoay piston qua phải cạnh xiên sẽ mở sớm lỗ thoát dầu, nhiên liệu bơm đi ít, vận tốc trục khuỷu động cơ giảm
Khi rãnh piston trung với lỗ xả dầu thì nhiên liệu sẽ tràn ra ngoài làm cho động cơ ngưng hoạt động
2.6.2.1 Công dụng bơm cao áp PE
- Nén nhiên liệu lên áp lực cao (từ 360 kG/cm2) đưa đến kim phun đúng thời điểm và phù hợp với thứ tự kỳ nổ của động cơ
- Phân phối lưu lượng đồng đều cho các xilanh và tuỳ theo yêu cầu hoạt động của động cơ
2.6.2.2 Cấu tạo bơm cao áp PE
Bơm cao áp PE được kết hợp từ nhiều bơm PF với nhau tạo thành
Cấu tạo bao gồm các chi tiết sau:
Thân bơm được chế tạo từ hợp kim nhôm, với các lỗ để gắn ống dầu, thanh răng và vít Thân bơm được chia thành ba phần.
Khoang lưu trữ nhiên liệu kết nối các xilanh với nhau, trong đó các vít kìm xilanh được đặt ở lỗ nhiên liệu ra của xilanh Để đảm bảo an toàn, một van an toàn được sử dụng để điều chỉnh áp lực nhiên liệu trước khi đưa vào các xilanh.
Phần giữa của động cơ bao gồm các cặp piston xilanh tương ứng với số xilanh, cùng với các vòng răng và thanh răng điều khiển Vòng răng được trang bị vít siết, cho phép điều chỉnh vị trí tương đối giữa piston và xilanh.
Hình 2.27 Cấu tạo bơm cao áp PE
1 Lò xo cao áp 2 Van cao áp 3 Đường dầu vào
4 Piston bơm 5 Lò xo piston 6 Chén chặn lò xo
7 Bộ con lăn 8 Cam 9 Thanh răng
Cốt bơm hai đầu được lắp đặt quay trơn trên hai bạc đạn ở nắp đậy, với số xilanh động cơ tương ứng với số bướu cam trên xilanh Cam của bơm có trục sai tâm, và bơm tiếp vận được lắp ở hông bơm Một đầu của cốt bơm kết nối với hai quả tạ và các chi tiết bộ điều tốc, trong khi đầu còn lại được kết nối với trục truyền động qua khớp nối.
Hình 2.28 Cấu tạo chi tiết bơm cao áp PE.
1 Rắc co dầu vào 2 Van cao áp
5 Chén chận lò xo 6 Lò xo
Trên xilanh là bệ van cao áp, van cao áp, lò xo và trên cùng là ốc lục giác dẫn nhiên liệu đến kim phun
2.6.2.3 Nguyên lý hoạt động bơm cao áp PE
Khi động cơ khởi động, cốt bơm quay sẽ dẫn động bơm tiếp vận, tạo ra lực hút để dầu đã được lọc sạch chảy vào khoang chứa nhiên liệu trong thân bơm Một phần nhỏ dầu sẽ trở về thùng thông qua van an toàn.
Nạp nhiên liệu: Piston bơm ở ĐCD, dầu được nạp vào xilanh từ hai lỗ
Hình 2.29 Nguyên lý hoạt động bơm cao áp PE
A Nạp nhiên liệu B Khởi sự phun C Phun D Dứt phun E Tắt máy
Khi khởi động bơm, cốt bơm đẩy piston lên hướng đến ĐCT để ép nhiên liệu Khi piston che kín lỗ dầu, áp suất trong xilanh tăng cao, vượt qua lực ép của lò xo trên van cao áp Lúc này, van mở cho phép nhiên liệu từ xilanh được đưa đến kim phun và phun vào buồng đốt.
Khi vạt xéo dưới của piston mở lỗ xả, dầu sẽ thoát ra, làm giảm áp suất nhiên liệu Đồng thời, van cao áp được đóng lại để ngăn không cho nhiên liệu đi qua kim phun.
Để tắt máy, chúng ta cần kéo cần tắt máy, thao tác này sẽ làm cho rãnh của piston nằm trung với lỗ dầu Khi đó, dầu sẽ tràn ra lỗ xả, dẫn đến áp suất giảm đột ngột và van cao áp sẽ được đóng lại.
2.6.2.4 Nguyên lý thay đổi lưu lượng nhiên liệu
Để điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu và tốc độ, thanh răng được di chuyển để xoay piston thông qua sự kết nối giữa các tai răng của vòng răng và thanh răng Khi vạt càng xéo, thời gian nạp nhiên liệu sẽ kéo dài, dẫn đến lượng nhiên liệu nạp vào tăng lên Nếu rãnh của piston nằm ngang với vị trí lỗ dầu xả, nhiên liệu sẽ không có áp suất và động cơ sẽ ngưng hoạt động.
Bơm cao áp điều khiển bằng điện tử trên động cơ Diesel
2.7.1 Bơm PE điều khiển bằng điện tử a Cấu tạo Ở bơm PE điều khiển bằng điện tử các cảm biến sẽ được lắp ở các vị trí nhất định trên động cơ Các cảm biến sẽ có chức năng gửi tín hiệu về ECU để có thể thay đổi vị trí các thanh răng sao cho phù hợp với tin hiệu điện từ mà nó nhận được
Hình 2.48 Cấu tạo bơm cao áp PE điều khiển bằng điện tử b Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ khởi động, tải trọng liên tục thay đổi Nếu thanh răng không di chuyển, điều này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến số vòng quay của động cơ, khiến động cơ hoạt động trong tình trạng không có lợi.
2.7.2 Bơm VE điều khiển về hệ thống điện tử a Cấu tạo bơm VE điều khiển bằng điện tử
Bơm VE điều khiển bằng điện tử có cấu trúc tương tự như bơm VE thông thường, nhưng thay thế bộ điều tốc ly tâm bằng cơ chế điều khiển bằng ga điện từ Ngoài ra, bộ phun dầu sớm cũng được trang bị thêm một van điện từ để điều khiển.
Hình 2.49 Bơm cao áp với cơ cấu điều khiển ga bằng điện từ
4 Bộ điều khiển phun sớm
7 Van điện từ điều khiển phun sớm
11.Van điện từ cắt nhiên liệu
14 Chốt điều khiển quả ga b Nguyên lý hoạt động
Bơm VE điều khiển bằng cơ cấu điều ga điện từ có khả năng kiểm soát tốc độ tối đa của động cơ, giúp duy trì tốc độ ổn định khi không tải và ngăn chặn động cơ chạy quá tốc độ Nguyên lý hoạt động của bơm này dựa vào van TCV, thực hiện điều khiển phun sớm khi bật khóa điện ON, cho phép van điện từ cắt nhiên liệu và mở đường dầu từ khoang bơm đến khoang xilanh Bơm tiếp vận hút nhiên liệu vào khoang bơm, và trong hành trình đi xuống của piston, dầu có áp suất thấp từ khoang bơm được đưa vào khoang xilanh khi đầu piston trùng với cửa nạp.
Khi dầu trong khoang xylanh bị ép, áp suất được tạo ra Trong hành trình tiếp theo, quá trình nạp, nén và phun nhiên liệu diễn ra tương tự như ở một động cơ khác.
49 xilanh khác của động cơ Việc này được thực hiện nhờ một lỗ trích giữa piston bơm (gọi là cửa chia dầu) và đầu chia của bơm
Hình 2.50 Bơm tiếp vận và van điều chỉnh c Cơ cấu điều khiển ga điện từ
Khi ECU nhận tín hiệu, nó sẽ gửi xung đến cuộn dây, tạo ra từ trường khiến trống lớn xoay Sự xoay của trống lớn kéo theo trống nhỏ, làm thay đổi vị trí chốt lệch tâm gạt quả ga trên piston hành trình của bơm Trống lớn còn được trang bị một lò xo hồi vị nằm trên một trụ lệch tâm so với trống nhỏ.
Khi người lái đạp bàn đạp ga, cảm biến chân ga gửi tín hiệu đến ECU ECU sau đó tạo ra xung để điều khiển cuộn dây của cơ cấu điều ga, tạo ra từ trường tác động vào trống lớn Sự xoay của trống lớn kéo theo trống nhỏ xoay theo, khiến chốt lệch tâm trên trống nhỏ điều chỉnh quả ga, từ đó điều chỉnh lượng nhiên liệu phun.
Hình 2.51 Cơ cấu điều ga bằng điện từ
2 Lò xo hồi vị của trống lớn
2.7.3 Bơm VE điều khiển bằng điện tử có một piston hướng trục a Cấu tạo
Bơm VE - EDC bao gồm các thành phần chính như bơm sơ cấp, trục bơm, khớp chữ thập, dẫn động cam, vành cam lăn, con lăn, piston, xilanh, cơ cấu điều khiển phun sớm, van xả áp, van điều khiển phun sớm, cảm biến tốc độ, cảm biến nhiệt độ và các điện trở hiệu chỉnh.
Hình 2.52 Cấu tạo bơm VE điều khiển bằng điện tử hướng trục
Bơm VE điện tử kiểu mới với một piston hướng trục không có bộ điều tốc, sử dụng van xả áp để điều khiển lượng nhiên liệu phun thông qua khoang xylanh.
Khi động cơ hoạt động, bơm cánh gạt tạo ra lực hút để hút dầu từ thùng chứa qua các bộ lọc Dầu sau đó được bơm vào khoang bơm của bơm cao áp và nén đến áp suất sơ cấp khoảng 2-7 (kG/cm²), được ký hiệu là P Nhiên liệu với áp suất P này được giữ sẵn tại cửa nạp cho đến khi được thông với lỗ nạp của piston Khi piston nén dầu vào khoang xilanh, áp suất cao được tạo ra Khi piston di chuyển, lỗ phân phối sẽ trùng với lỗ ra của kim phun, giúp áp suất vượt qua lực nén của lò xo van cao áp, đưa nhiên liệu vào buồng đốt Sau đó, áp suất trong khoang giảm và chu trình lại bắt đầu.
Hình 2.53 Sơ đồ nguyên lý hoạt động bơm VE hướng trục
2.7.3.1 Van SPV thông thường a Cấu tạo
Bơm một piston hướng trục sử dụng cuộn dây được điều khiển bởi ECU thông qua điện áp để tạo ra từ trường Van chính có một lỗ nhỏ giúp cân bằng áp suất giữa khoang xi lanh và khoang van chính Để mở đường dầu hồi về khoang bơm cao áp, van được gắn với một lò xo.
Hình 2.54 Cấu tạo van SPV loại thông thường
53 b Hoạt động của van SPV
Quá trình nạp diễn ra khi cuộn dây được cấp điện, tạo ra từ trường trong cuộn dây Từ trường này đẩy van điều khiển xuống, đóng chặt lỗ xả dầu phía trên van chính Đồng thời, piston di chuyển đến BDC, mở ống phân phối để cho nhiên liệu vào xilanh.
Hình 2.55 Quá trình nạp nhiên liệu
Quá trình phun: Quá trình này van điều khiển vẫn giữ nguyên Piston đi đên
TDC nén nhiên liệu tạo ra áp suất, giúp vượt qua lực lò xo của van phân phối Nhiên liệu sau đó đi qua van phân phối đến các kim phun, với lưu lượng phun được điều chỉnh phù hợp theo tín hiệu gửi đến trong từng khoảng thời gian.
Hình 2.56 Quá trình phun nhiên liệu
Quá trình kết thúc phun: Đến khi cần kết thúc quá trình phun thì tín hiệu từ
ECU sẽ ngắt điện cuộn dây của van điều khiển từ trường, khiến lò xo đẩy van điều khiển đi lên Khi đó, áp suất trong buồng van chính giảm, làm van chính bị đẩy lên và dầu được xả về khoang bơm, kết thúc quá trình phun.
Hình 2.57 Quá trình kết thúc phun nhiên liệu
2.7.3.2 Van TCV trên bơm cao áp PE- EDC a Cấu tạo van TCV trên bơm cao áp PE- EDC
Hình 2.58 Sơ đồ cấu tạo bộ phun dầu sớm tự động
1 Van TCV 2 Piston bộ định thời 3 Vành con lăn
Van TCV được lắp bên hông bơm cao áp, với một lỗ nhiên liệu vào và một lỗ nhiên liệu đến van TCV trên mặt piston bơm Mặt còn lại của piston chứa một lò xo và lỗ nhiên liệu từ van TCV Piston được kết nối với vòng lăn thông qua một chốt trượt và một chốt dẫn động.
Hình 2.59 Cấu tạo van TCV.
4 Lõi chuyển động b Nguyên lý hoạt động của van TCV
