Bài giảng cấu tạo động cơ - ĐT Đại học chính quy - chương 7 Hệ thống cung cấp nhiên liệu

Hệ thống cung cấp nhiên liệu với bơm – vòi phun kết hợp điều khiển điện tử... Công dụng Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng dùng để chuẩn bị và cung cấp vào trong xylanh một hỗn h

Khổng Văn Nguyên

Chương VII

NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC

Chương VI Chương V Chương IV

Chương II Chương III Chương I

7.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng

7.1.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại

7.1.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng chế hòa khí (chế hai cấp)

7.1.3 Hệ thống phun xăng

7.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diezel

7.2.1 Chức năng yêu cầu nhiệm vụ

7.2.2 Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp thường

7.2.3 Hệ thống nhiên liệu với bơm cao áp điều khiển điện tử

7.2.4 Hệ thống nhiên liệu với ống phân phối (Commonrail-CRS-i) 7.2.5 Hệ thống cung cấp nhiên liệu với bơm – vòi phun kết hợp điều khiển điện tử

hÖ thèng cung cÊp nhiªn liÖu 7.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng

7.1.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại

7.1.1.1 Công dụng

Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng dùng để chuẩn bị và cung cấp vào trong xylanh một hỗn hợp công tác có số lượng và thành phần cháy thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ

7.1.1.2 Yêu cầu

Cung cấp hỗn hợp với thành phần  thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ (

là số dư lượng không khí), số lượng hoà khí đầy đủ đảm bảo cho động cơ có công suất lớn nhất và tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất

Hỗn hợp nhiên liệu phải được cung cấp đầy đủ cho các xylanh Cũng như hỗn hợp nhiên liệu phải được phân bố đều trên thể tích buồng cháy

7.1.1.3 Phân loại

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng chế hoà khí

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng vòi phun

7.1.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng chế hòa khí (chế hai cấp)

1: Van thông hơi buồng phao

2: Piston bơm tăng tốc

10: Van kim (van khế)

16: Vít điều chỉnh không tải17: Gíc lơ chậm

18: Gíc lơ chính19: Van làm đậm

Hình 7.1.1 Sơ đồ cấu tạo chế hai cấp11: Bơm tăng tốc phụ

12: Gíc lơ chính thứ cấp

13: Hộp số chân không bướm ga

14: Bướm ga thứ cấp

15: Bướm ga sơ cấp

hÖ thèng cung cÊp nhiªn liÖu

a) Chế độ khởi động

Hình 7.1.2 Mạch khởi động

7 Nhiên liệu cơ bản của chế độ không tải

8 Nhiên liệu phụ của chế độ không tải

Dưới bướm gió có một sức hút

rất lớn, ở họng sơ cấp xăng được

hút ra từ vòi phun chính sơ cấp,

lỗ chuyển tiếp và lỗ không tải Ở

họng thứ cấp xăng chỉ được hút

ra ở lỗ không tải, hỗn hợp thu

được là rất đậm đảm bảo cho

động cơ khởi động dễ dàng

b) Chế độ không tải

Khi động cơ chạy cầm chừng không có phụ tải, bướm ga sơ cấp và thứ cấp đóng kín, độ chân không dưới bướm ga rất lớn Ở họng sơ cấp xăng được hút ra từ giclơ chính sơ cấp, hoà trộn với không khí tạo thành nhũ tương Mặt khác còn một lượng hỗn hợp phụ được hút ra từ giclơ chính sơ cấp, bổ xung cho hỗn hợp nhiên liệu cơ bản Ở họng thứ cấp xăng được hút ra từ giclơ chính thứ cấp, hoà trộn với không khí

từ giclơ hiệu chỉnh không khí không tải tạo thành nhũ tương theo mạch không tải

*) Chế độ tải trung bình: Bướm ga sơ cấp hé mở, bướm ga thứ cấp đóng, độ chân

không trọng hệ thống nạp vẫn lớn giữ cho piston làm đậm ở vị trí trên, van làm đậm đóng, xăng chỉ được hút ra ở vòi phun chính sơ cấp hòa trộn với không khí đi vào hệ thống nạp

*) Chế độ tải trung bình cao: Bướm ga sơ cấp mở rộng, bướm ga thứ cấp vẫn đóng,

độ chân không trong họng sơ cấp yếu đi, piston làm đậm bị đẩy xuống nhờ lò xo piston làm đậm mở van làm đậm Xăng được hút ra từ van làm đậm sơ cấp bổ sung thêm cho vòi phun chính sơ cấp, cung cấp hỗn hợp lớn và làm đậm hơn một chút

c) Chế độ tải trung bình

hÖ thèng cung cÊp nhiªn liÖu

d) Chế độ chuyển tiếp

Hình 7.1.3 Chế độ chuyển tiếp

1 Lỗ thông hơi cho hệ thống chuyển tiếp

2 Giclơ không khí lỗ chuyển tiếp họng thứ cấp

3 Giclơ không khí không tải họng thứ cấp

Ở họng thứ cấp bướm ga bắt đầu mở nên độ chân không trên bướm ga vẫn còn yếu, vòi phun chính thứ cấp bắt đầu cung cấp nhiên liệu nhưng với một lượng ít, phần lớn nhiên liệu được hút ra từ lỗ chuyển tiếp và lỗ không tải do độ chân không sau bướm ga thứ cấp vẫn lớn

Khi bướm ga sơ cấp

nhiên liệu được hút ra từ

vòi phun bổ sung do độ

chân không trên họng

khuyếch tán

e) Mạch toàn tải

Bướm ga sơ cấp và thứ cấp mở hết cỡ Ở họng sơ cấp độ chân không ở hệ thống nạp yếu, piston làm đậm toàn tải vẫn ở phí dưới nhờ sức đẩy của lò xo mở van toàn tải, hút xăng bổ sung cho vòi phun chính sơ cấp

Mặt khác do bướm ga sơ cấp mở hết cỡ nên độ chân không ở phí trên họng khuếch tán tăng lên, hút xăng từ vòi phun bổ sung, cung cấp cho động cơ Ở họng thứ cấp do bướm ga thứ cấp mở rộng tạo ra chân không hút xăng từ vòi phun chính thứ cấp và vòi phun làm đậm toàn tải họng thứ cấp Một lượng hỗn hợp lớn sẽ được cung cấp cho động cơ hoạt động ở chế độ tải nặng hoặc ở tốc độ cao

hÖ thèng cung cÊp nhiªn liÖu

7.1.3 Hệ thống phun xăng

7.1.3.1 Đặc điểm và phân loại

a) Đặc điểm

- Giảm tiêu hao nhiên liệu động cơ

- Tăng hiệu suất thể tích hay công suất lít của động cơ

- Hoạt động tốt trong mọi điều kiện địa hình và thời tiết, không phụ thuộc vào tư thế xe

Phân loại hệ thống phun xăng điện tử theo nhiều tiêu chí: có thể phân loại theo số vòi phun, phân loại theo nguyên lí điều khiển quá trình phun hay phân loại theo nguyên

lí đo lưu lượng khí nạp…

b) Phân loại

- Phân loại theo cách thức phun:

+ Phun xăng điện tử gián tiếp

+ Phun xăng điện tử trực tiếp

*) Ưu điểm

*) Một số điểm hạn chế

- Cấu tạo phức tạp, độ nhạy cảm cao, yêu cầu khắt khe về chất lượng nhiên liệu và

không khí, sửa chữa bảo dưỡng khó, đòi hỏi trình độ chuyên môn cao

- Giá thành đắt

- Phân loại theo số vòi phun:

+ Hệ thống phun xăng nhiều điểm

+ Hệ thống phun xăng hai điểm

+ Hệ thống phun xăng một điểm

7.1.3.2 Hệ thống phun xăng điện tử gián tiếp

Hình 7.1.4 Sơ đồ cơ bản của EFI

Hệ thống phun xăng điện tử

EFI gồm ba khối sau:

- Khối điều khiển điện tử

- Khối cấp nhiên liệu

- Khối cấp khí

Hệ thống EFI được chia làm hai loại:

- Loại L - EFI: Loại điều khiển lưu lượng không khí

- Loại D - EFI: Loại điều khiển áp suất đường ống nạp

Hệ thống EFI sử dụng các

cảm biên khác nhau để phát hiện

tình trạng của động cơ và điều

khiển chạy của xe ECU động cơ

tính toán lượng phun nhiên liệu

tối ưu và làm cho các vòi phun

phun nhiên liệu

hÖ thèng cung cÊp nhiªn liÖu

a) Khối cấp xăng

b) Khối cấp gió

Hình 7.1.6 Hệ thống nạp khí1: Cảm biến gió

2: Vít điều chỉnh hỗn hợp không tải3: Van khí phụ

4: Vít điều chỉnh tốc độ không tải5: Khoang chia khí

Khối cung cấp không khí có nhiệm vụ cung cấp không khí đã được lọc sạch với xăng tạo thành hỗn hợp nạp vào các xy lanh qua xupáp Mạch cấp khí bao gồm: Không khí từ khí quyển qua bầu lọc khí, qua bộ đo lưu lượng khí (lưu lượng kế), tới bướm ga (điều tiết lượng khí nạp theo điều khiển của chân ga), vào khoang chứa khí chung và chia ra các đường nạp vào từng xy lanh Tại đây không khí được trộn với xăng, phun ra

từ vòi phun, đi qua cửa nạp đến buồng xy lanh

hÖ thèng cung cÊp nhiªn liÖu

c) Khối điều khiển điện tử

ECU có hai chức năng chính: Điều khiển thời điểm phun và điều khiển lượng phun nhiên liệu

- Chức năng điều khiển thời điểm phun quyết định khi nào thì từng vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào xylanh Để thực hiện điều này nó sử dụng tín hiệu đánh lửa sơ cấp từ bộ chia điện hoặc biến áp đánh lửa

- Chức năng điều khiển lượng phun sẽ quyết định bao nhiêu lượng nhiên liệu được phun vào các xylanh Điều đó được xác định bằng:

1) Tín hiệu phun cơ bản: Tín hiệu này được xác định bằng tín hiệu tốc độ động

cơ và tín hiệu lượng khí nạp

2) Các tín hiệu hiệu chỉnh lượng phun: Các tín hiệu này nhận từ các cảm biến

khác, ngoài ra còn có một mạch khuếch đại công suất để kích hoạt vòi phun

Các thông tin cần thu thập phản ánh trạng thái làm việc tức thời của động cơ được đưa về ECU

Hình 7.1.7 Sơ đồ khối bộ điều khiển trung tâm

HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU

7.1.3.3 Hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp ( GDI và ESI)

Hình 7.1.8 Sơ đồ tổng quát hệ thống phun xăng trực tiếp Theo lịch nghiên cứu thì Mercedes – Benz, năm 1955 dã ứng dụng phun xăng trực tiếp vào buồng cháy cho động cơ 6 xy lanh với thiết bị bơm tạo áp suất của Bosch

Động cơ GDI sử dụng phương

pháp hình thành hỗn hợp phân lớp ở

chế độ tải nhỏ, xăng sẽ được phun vào

cuối kỳ nén Bản chất của phương

pháp này này là bố trí một bugi đánh

lửa trong buồng cháy của động cơ tại

vị trí hỗn hợp có thành phần lambda

nhỏ để đốt hỗn hợp bằng tia lửa điện

Phần hỗn hợp này sau khi bốc cháy sẽ

Ở chế độ tải lớn đến toàn tải,

xăng được phun từ đầu quá trình nạp

Khi đó xăng bay hơi hòa trộn với

không khí trong xylanh tạo thành hòa

khí trong suốt quá trình nạp và nén

nên có thể coi là đồng nhất

HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU

7.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diezel

7.2.1 Chức năng yêu cầu nhiệm

vụ

7.2.1.1 Chức năng

Có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu diesel vào buồng đốt để tạo thành hỗn hợp cho động

cơ dưới dạng sương mù với áp suất cao, cung cấp kịp thời, đúng lúc phù hợp với các chế

độ của động cơ và đồng đều trong tất cả các xylanh

7.2.1.2 Yêu cầu

- Nhiên liệu vào động cơ với áp suất cao và lượng nhiên liệu phải phù hợp với phụ tải

- Phun đúng thứ tự làm việc các xylanh và lượng phun vào phải đồng đều nhau để động

cơ có tính kinh tế cao

- Thời gian phun nhiên liệu phải chính xác, kịp thời và phải dứt khoát

- Nhiên liệu phải được hoà trộn tốt và phân tán đồng đều trong buồng cháy của động cơ

để hình thành hỗn hợp cháy tốt

7.2.1.3 Phân loại

- Loại tự chảy: Nhiên liệu tự chảy từ thúng chứa đến bơm cao áp khi đó thùng chứa

đặt cao hơn bơm cao áp

- Loại cưỡng bức: nhiên liệu được bơm hút từ thùng chứa đẩy đến bơm cao áp, bằng bơm chuyển nhiên liệu, thùng chứa thường được đặt xa, thấp hơn bơm cao áp

7.2.2 Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp thường

7.2.2.1 Hệ thống nhiên liệu với bơm dãy ( Bơm PE )

a b c

Hình 7.2.2 Nguyên lý làm việc của một

phân bơm

1: Đầu nối 2: Buồng cao áp3: Van triệt hồi 4: Piston bơm cao áp5: Thanh răng

6: Vấu chữ thập7: Vòng răng8: Ống kẹp đuôi piston9: Lò xo bơm

10: Bulông điều chỉnh11: Con đội con lăn12: Trục cam

13: Xylanh bơm cao áp14: Vỏ bơm

15: Đế van cao ápHình 7.2.1 Cấu tạo một phân bơm

Quá trình này bao gồm các giai đoạn sau :

- Quá trình nạp

- Quá trình nén – phun nhiên liệu

- Kết thúc phun

HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU

Quá trình nạp: Piston dịch chuyển đi xuống dưới tác dụng của lò xo hồi vị van

cao áp đóng Khi piston mở lỗ nạp nhiên liệu từ trong buồng nhiên liệu sẽ điền đầy vào trong xylanh bơm đến khi piston đi xuống vị trí thấp nhất

Quá trình nén - phun nhiên liệu: Quá trình nén sẽ bắt đầu khi đỉnh piston đóng kín

lỗ nạp khi áp suất nhiên liệu trong xylanh đủ lớn thắng được sức căng của lò xo van cao áp và áp suất dư của nhiên liệu trong đường ống cao áp nâng van lên phía trên mở cho nhiên liệu trong xylanh đi vào đường ống cao áp tới vòi phun và chính áp suất của nhiên liệu thắng được sức căng của lò xo kim phun nâng kim phun để mở phun nhiên liệu vào buồng cháy của động cơ

Kết thúc phun: Áp suất ở đường nhiên liệu giảm xuống đột ngột, lò xo sẽ đóng

van cao áp đồng thời kim phun sẽ đóng lại rất nhanh ngừng cung cấp nhiên liệu cho buồng cháy Dưới tác dụng của lò xo van cao áp và áp suất dư trong đường ống cao

áp làm van cao áp sẽ được đóng kín và vòi phun ngừng làm việc kết thúc quá trình phun nhiên liệu piston dịch chuyển xuống dưới và quá trình làm việc lại được lặp lại như cũ như quá trình nạp

7.2.2.2 Hệ thống nhiên liệu với bơm phân phối VE

16 Vít điều chỉnh toàn tải

HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU

và chuyển động tịnh tiến của piston này

Khi cam quay, piston bơm đi đến điểm chết trên sau đó về điểm chết dưới Quá trình điều khiển lượng dầu cung cấp cho một chu trình được thực hiện gồm các bước sau:

Nạp nhiên liệu: Khi pittông bơm chuyển động sang trái, một trong 4 rãnh hút trên

piston sẽ thẳng hàng với cửa hút và nhiên liệu sẽ được hút vào đường bên trong piston

Phân phối nhiên liệu: Khi đĩa cam và pittông quay, cữa hút đóng và cữa phân

phối của pittông sẽ thẳng hàng với một trong bốn trên nắp phân phối Khi đĩa cam lăn trên các con lăn, pittông vừa quay vừa dịch chuyển sang phải, làm nhiên liệu bị nén Khi nhiên liệu bị nén đến một áp suất nhất định nó được phun ra khỏi vòi phun

Kết thúc việc cung cấp nhiên liệu: Khi pittông dịch chuyển thêm về phía bên phải,

hai cửa tràn của pittông sẽ lộ ra khỏi van định lượng và nhiên liệu dưới áp suất cao sẽ

bị đẩy về buồng bơm qua các cửa tràn này Vì vậy áp suất nhiên liệu sẽ giảm đột ngột

và quá trình phun kết thúc

áp suất trên piston thẳng hàng với đường phân phối để cân bằng áp suất nhiên liệu trong đường phân phối và trong buồng bơm

HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU

7.2.3 Hệ thống nhiên liệu với bơm cao áp điều khiển điện tử

7.2.3.1 Hệ thống nhiên liệu với bơm cao áp dãy PE điều khiển điện tử (điều khiển bằng

cơ cấu ga điện từ)

Hình 7.2.5 Bơm cao áp PE

điều khiển bằng ga điện từ

Cơ cấu điều ga làm nhiệm vụ :

- Điều hoà tốc độ động cơ dù có tải hay không

- Đáp ứng được mọi vận tốc theo yêu cầu của động cơ

- Phải giới hạn được mức tải để tránh gây hư hỏng máy

- Tự động cắt dầu để tắt máy khi số vòng quay vượt quá mức định

Hình 7.2.6 Cơ cấu điều ga bơm PE

Hoạt động của cơ cấu điều ga điện từ trong bơm PE:

Khi ECU gửi xung → cuộn dây → Sinh ra từ trường → lõi thép di động → dịch chuyển sang trái hay phải → kéo theo thanh răng dịch chuyển làm thay đổi hành trình bơm (hành trình hữu ích)

Từ trường sẽ tác động vào thanh răng làm thang răng tiến về chiều giảm hay

tăng (phải hay trái) kéo theo tốc độ động cơ thay đổi ECU sẽ tiếp nhận các tín hiệu

từ các cảm biến từ đó tính toán để đưa ra lượng phun phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ

HÖ THèNG CUNG CÊP NHI£N LIÖU

7.2.3.2 Hệ thống nhiên liệu với bơm VE điều khiển điện tử (điều

khiển bằng cơ cấu điều ga điện từ)

Hình 7.2.7 Bơm cao áp VE với cơ cấu

7 Van điều khiển phun sớm

8 Van triệt hồi

9 Piston bơm

10 Xylanh bơm

11 Van điện từ cắt nhiên liệu

12 Cơ cấu điều ga

13 Cảm biến mức ga

14 Chốt điều khiển quả ga

Một piston để đưa nhiên liệu áp suất cao tới mỗi vòi phun bằng chuyển động tịnh tiến và quay.

Hoạt động

Khi bật khóa điện ON, van điện từ cắt nhiên liệu mở đường dầu từ khoang bơm đến khoang xilanh Bơm sơ cấp quay hút nhiên liệu từ bình nhiên liệu, qua bộ lắng đọng nước và bộ lọc nhiên liệu, đi vào khoang bơm tạo ra áp suất sơ cấp P1

Trong hành trình đi xuống (sang trái) của piston rãnh xẻ ở đầu piston trùng với cửa nạp thì dầu có áp suất P1 từ khoang bơm được đưa vào khoang xi lanh

Trong hành trình piston vừa quay vừa đi lên thì phần không có rãnh xẻ ở đầu piston che lấp cửa nạp dầu Khi đó dầu khoang xilanh bị nén tạo áp suất tăng theo biến dang cam

Khi áp suất nén trong khoang xilanh đủ lớn thì van triệt hồi mở, dầu cao áp được đưa đến vòi phun qua ống cao áp, từ đó nhiên liệu được vòi phun phun vào buồng cháy

Trong hành trình tiếp theo quá trình nạp, nén và phun nhiên liệu cũng được thực hiện tương tự như ở một 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