Hiện nay, các nhược điểm của HTNL Diesel đã được khắc phục bằng cải tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ s
Trang 1l
Trang 2TPK 02/01 Page 3-2
COMMON RAIL DIESEL.
HTNL Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối
ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật
phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn các chất ô nhiễm Các
biện pháp chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề:
- Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu- không khí
- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp
- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh
quá trình phun
- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả
Hiện nay, các nhược điểm của HTNL Diesel đã được khắc phục bằng cải tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu
áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của
công nghệ Đó là HTNL Common Rail Diesel (CRI)
Trang 3Page 3-3
Tại sao lại sử dụng hệ thống bơm này?
- Áp suất phun đạt đến khoảng 1400 bar.
- Có thể thay đổi thời điểm phun nhiên liệu.
- Có thể phun làm 3 giai đoạn phun: phun sơ khởi, phun
thủy (công suất đạt đến 200 kw/xy lanh).
Hệ thống Diesel Common Rail linh hoạt hơn so với hệ thống cũ dẫn động bằng cam:
Trang 4TPK 02/01 Page 3-4
.
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
Trang 5Page 3-5
Tổng Quan Hệ Thống.
Động cơ này kế thừa động cơ 140E-2, có cải tiến một
số công nghệ mới
1 Hệ thống bơm cao áp điện tử áp suất nhiên liệu cao
(1200kg/cm2 ) có thể bơm chậm hoặc bơm ở tốc độ
cao Điều khiển bằng điện tử giúp tối ưu hóa quá trình bơm để phù hợp với tốc độ tải, giảm mức độ tiêu thụ
năng lượng, giảm tiếng ồn.
2 Piston được đúc bằng thép chất lượng cao, có bệ
chống rung.
3 Tăng tỉ số nén từ 15.7:1 đến 16.7:1 , khởi động ở mức
độ thấp và giảm khói trắng.
Trang 6TPK 02/01 Page 3-6
Engine Layout
Bộ lọc dầu bôi trơn
Trang 7Page 3-7
Engine Layout
Trang 8TPK 02/01 Page 3-8
Common Rail
ống rẽ nhánh Van PCV
Trang 10TPK 02/01 Page 3-10
Đầu bộ lọc nhiên liệu
Nút xả Nút kiểm tra 0.15~0.3MPa
Trang 11Page 3-11
Engine Layout – Máng bơm
Trang 12TPK 02/01 Page 3-12
Engine Layout – Cảm biến tốc độ
Cảm biến tốc độ động cơ
Cảm biến NE
Trang 13Page 3-13
Engine Layout – Cảm biến nhiệt độ nước
Cảm biến nhiệt độ cao, thấp Các kết nối x2, x3 Để ngăn cản lỗi lắp đặt.
Trang 14TPK 02/01 Page 3-14
.
-Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel Common Rail ra đời thỏa mãn được các yêu cầu về việc tổ chức quá trình
cháy trong động cơ giúp tăng công suất động cơ, tăng
tính kinh tế và tính tiện nghi cao, giảm tiếng ồn, giảm ô
nhiễm môi trường.
Lợi ích của vòi phun Common Rail là làm giảm mức độ
tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra ở áp suất rất cao nhờ
kết hợp điều khiển điện tử, kiểm soát lượng phun, thời
điểm phun
Trang 15Page 3-15
.
Trang 16TPK 02/01 Page 3-16
Fuel System
Nhiên liệu cao áp được truyền dẫn bằng bơm cấp phối nhiên liệu,
đi tới hệ thống CRI và được phân bổ tới mỗi xylanh Thực hiện
khửi động và kết thúc quá trình bơm được điều khiển bằng cách
mở , đóng van đầu kim phun , sử dụng một van từ - điện tử trong
bơm phun.
Trang 17Bộ lọc
ECM Cảm biến NE
Common Rail Cảm biến áp
suất nhiên liệu
PCV
ống dẫn
G sensor
Van tràn
Bơm hồi tiếp Van rẽ
Trang 18TPK 02/01 Page 3-18
Trang 19Page 3-19
Fuel System
Dòng tràn nhiên liệu
Tới bộ tản nhiệt
Van ống bơm
Van Xả
Trang 20TPK 02/01 Page 3-20
Fuel System
Nhiên liệu vào
Dòng tràn
Trang 21Page 3-21
Cấu trúc và chức năng của hệ thống nhiên liệu CRI
Bao gồm : bơm cấp phối, CRI, kim phun, ECU và cảm biến.
Trang 22TPK 02/01 Page 3-22
Cấu trúc và chức năng của hệ thống nhiên liệu CRI
Hệ thống Diesel Common Rail thực hiện những chức năng sau:
- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel.
- Tạo ra áp suất cần thiết cho quá trình phun nhiên liệu và phân
phối nhiên liệu đến từng xy lanh riêng lẻ
- Phun một lượng nhiên liệu chính xác tại một thời điểm thích hợp
- Chức năng chính là việc điều khiển việc phun nhiên liệu đúng
thời điểm, đúng lưu lượng, đúng áp suất, đảm bảo cho động cơ
diesel hoạt động êm dịu và tiết kiệm nhiên liệu
•Hạn chế ô nhiễm môi trường , giảm lượng NOx
1 Chức năng:
Trang 23Page 3-23
Cấu trúc và chức năng của hệ thống nhiên liệu CRI
Trang 24TPK 02/01 Page 3-24
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC:
Trong hệ thống Diesel Common Rail, nhiên liệu từ thùng chứa (1) được bơm cấp
nhiên liệu chuyển qua bầu lọc (3) lên bơm cao áp (2) Bơm cấp nhiên liệu này hoạt
động bằng điện được đặt trực tiếp trong thùng chứa nhiên liệu Khi cắt điện, bơm
không cung cấp nhiên liệu và động cơ dừng.Bơm điện đựơc làm mát bởi phần nhiên liệu chảy qua nó.
Từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (7)
và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để phun vào xy lanh động cơ Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống
Common Rail Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ và lượng nhiên liệu phun
ra Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ống tích áp (7) Lượng phun ra được
quyết định bởi điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như áp suất phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó Sau đó ECU và EDU
sẽ điều khiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến (10) với áp suất phun có thể đến 1400bar Nhiên liệu thừa của vòi phun đi qua ống tích áp (7) về bơm cao áp (2), van điều khiển áp suất tại bơm mở để nó trở về thùng nhiên liệu (1) Trên ống tích áp có gắn cảm biến áp suất (6)
và đầu cuối có bố trí van an toàn (8), nếu áp suất tích trữ trong ống tích áp (7) lớn quá giới hạn ,van an toàn sẽ mở để nhiên liệu tháo về thùng chứa.
Trang 26TPK 02/01 Page 3-26
Trang 27Page 3-27
I Bộ phận áp suất thấp
Bình chứa nhiên liệu được chế tạo từ vật liệu chống ăn mòn và giữ
không bị rò rỉ ở áp suất gấp đôi áp suất hoạt động bình thường
Bình nhiên liệu và động cơ đặt xa nhau để không có nguy cơ cháy nổ
Trong bình chứa nhiên liệu thường đặt van an toàn, lọc thô và bơm cấp
nhiên liệu
2 Đường nhiên liệu áp suất thấp
Được bảo vệ cao khỏi tác động của nhiệt độ gây cháy nổ Đường ống
nhiên liệu áp suất thấp mềm được bọc thép và thay thế cho đường ống
bằng thép nhằm tránh rò rỉ nhiên liệu
Trang 28TPK 02/01 Page 3-28
I Bộ phận áp suất thấp
3 Bơm cấp nhiên liệu
Gồm một bơm bằng điện có dạng bánh răng với bầu lọc nhiên liệu
Bơm này hút nhiên liệu từ bình chứa và tiếp tục đưa đủ nhiên liệu đến
bơm cao áp
Trang 29Page 3-29
I Bộ phận áp suất thấp
G sensor & shims
Cấu tạo bơm nhiên liệu
Trang 30TPK 02/01 Page 3-30
I Bộ phận áp suất thấp
4 Bầu lọc nhiên liệu
Khả năng của bầu lọc nhiên liệu
quyết định tuổi thọ của bơm cung
cấp nhiên liệu, vòi phun, bơm cao
áp piston, xy lanh và các chi tiết
khác của động cơ
Bầu lọc nhiên liê êu
1- Đầu ống vào; 2- đầu ống ra; 3-
khoang phân phối; 4- nút xả khí;
5- thân bầu lọc; 6- tấm phân phối;
7- lưới lọc; 8- cốc lọc; 9- tấm ngăn
khoang lắng; 10- nút xả nước; 11-
ống thoát khí; 12- van xả khí; 13-
nắp bầu lọc; 14- thân bầu lọc; 15-
phần tử lọc bằng giấy; 16- nút xả
că ên; 17- bô ê phâ ên làm kín.
Trang 31được hút ra phải đi qua lưới lọc hình phễu 7, qua lỗ ở đỉnh phễu và ra
ngoài theo đầu ống 2.
*Bầu lọc tinh:
-Sử dụng bôê lọc bằng giấy, có thể sử dụng được 1500-2000 giờ Lọc tạp chất cơ học có kích thước 0,002 – 0,003 mm ra khỏi nhiên liệu (khe hở xy giữa xylanh và piston là 0.0025mm) Bầu lọc tinh Bầu lọc này có 3 lưới lọc bằng giấp (15) Dầu được bơm vào trong bầu lọc bằng bơm thấp áp, sau đó đi qua các ống giấy lọc và đi ra ngoài.
- Hêê thống nhiên liêêu có bơm cao áp kiểu phân phối thường chỉ sử dụng
1 bầu lọc chung cho cả hêê thống và trên nó có lắp bơm tay để xả khí khi khởi đôêng máy.
Trang 32TPK 02/01 Page 3-32
II Bộ phận áp suất cao
Bộ phận nhiên liệu áp suất cao bao gồm:
1) Bơm cao áp 2) Van điều khiển áp suất 3) Đường nhiên liệu áp suất cao 4) Ống tích áp
5) Cảm biến áp suất nhiên liệu 6) Van giới hạn áp suất
7) Vòi phun
Trang 33Page 3-33
II Bộ phận áp suất cao
1 Bơm cao áp Common Rail
1- Trục dẫn động; 2- Pittông bơm; 3- Cam lệch tâm;
4-Đường dầu vào; 5- Đường dầu cao áp đến ống tích áp
Trang 34TPK 02/01 Page 3-34
II Bộ phận áp suất cao
Bơm cao áp tạo áp lực cho nhiên liệu áp suất lên đến 1400bar.
Nhiên liệu được tăng áp này, sau đó di chuyển đến bộ điều chỉnh
áp suất để ổn định áp suất trước khi đưa đến ống tiếp áp
(Common Rail)
Các thông số làm việc của bơm cao áp:
- Áp suất cung cấp nhiên liệu cực đại 1400 (bar).
- Tốc độ quay trục bơm cao áp 75 – 3000 (vòng/phút).
- Lưu lượng bơm 0,5 – 0,7 (cm3/1 nhánh bơm).
- Năng lượng tiêu thụ khi P= 1400 (bar) là 3,8 (KW).
Trang 35Page 3-35
II Bộ phận áp suất cao
Bơm cao áp được lắp đặt tốt nhất ngay trên động cơ Nó được dẫn
động bằng động cơ ( tốc độ quay bằng 1/2 đến 1/3 tốc độ động cơ)
thông qua khớp nối, bánh răng xích hay dây đai có răng.
Bơm cao áp phân phối lượng nhiên liệu tỷ lệ với vận tốc quay của nó
Trong quá trình phun, tỷ số truyền phụ thuộc tốc độ trục khuỷu, lượng
nhiên liệu mà bơm cung cấp sao cho đáp ứng chế độ hoạt động ( tỷ
số truyền hợp lý là 1/2 đến 1/3).
Bên trong bơm cao áp nhiên liệu được nén bằng 3 piston bơm được
bố trí hướng kính lệch nhau 120 độ Do 3 piston hoạt động luân phiên
trong 1 vòng quay nên chỉ làm tăng nhẹ lực cản của bơm dẫn đến ứng
suất trên hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ
Bên trong bơm cao áp, khi cam lệch tâm (3) quay (dẫn động cơ khí từ
trục khuỷu) sẽ làm cho vòng đệm chuyển động song phẳng đẩy
piston (2) thắng sức căng lò xo qua van xả tới bộ điều chỉnh áp suất.
Trang 36TPK 02/01 Page 3-36
II Bộ phận áp suất cao
2 Van điều khển áp suất
1- Đường dầu vào 2, 7- Lò xo
3- Vòng chặn 4- Van bi
5- Đường dầu ra 6- Nam châm điện; ất
Trang 37Page 3-37
II Bộ phận áp suất cao
Van điều khiển áp suất giữ cho nhiên liệu trong ống tích áp của áp
suất thích hợp tùy theo tải của động cơ và duy trì ở áp suất không đổi (van điều khiển áp suất thường lắp trực tiếp trên bơm hay ống tích áp Common Rail)
-Nếu áp suất trong ống quá cao thì van điều khiển áp suất sẽ mở ra và
1 phần nhiên liệu sẽ trở về bình chứa thông qua đường ống dầu về.
- Nếu áp suất trong ống quá thấp thì van điều khiển áp suất sẽ đóng
lại và ngăn khu vực áp suất cao với khu vực áp suất thấp.
Đẻ ngăn cách khu vực áp suất cao với khu vực áp suất thấp, 1 lõi thép đẩy van bi vào vị trí đóng kín Có 2 lực tác dụng lên lõi thép: lực đẩy
xuống dưới của lò xo và lực điện từ.
Van điều khiển áp suất được điều khiển theo 2 vòng:
-Vòng điều khiển đáp ứng chậm bằng điện dùng để điều chỉnh áp suất
trung bình trong ống
- Vòng điều khiển đáp ứng nhanh bằng cơ dùng để bù cho sự dao
động lớn của áp suất
Trang 38TPK 02/01 Page 3-38
II Bộ phận áp suất cao
3 Đường nhiên liệu áp suất cao
Những đường ống nhiên liệu này mang áp suất cao Chúng
thường xuyên chịu áp suất cực đại của hệ thống trong suốt quá
trình kể cả lúc ngừng phun Vì vậy chúng được chế tạo từ thép
ống Thông thường đường kính ngoài khoảng 6mm và đường
kính trong khoảng 2,4mm.
Các đường ống nằm giữa ống tích áp và vòi phun phải có chiều
dài như nhau Sự khác biệt chiều dài giữa ống tích áp và vòi phun
được bù bằng cách uốn cong ở các đường ống nối
Tuy nhiên, đường ống nối này nên đuọc giữ càng ngắn càng tốt.
Trang 39Page 3-39
II Bộ phận áp suất cao
4 Ống tích áp (ống phân phối- Common Rail)
1- Ống tích áp 2- Đường dầu vào
3- Cảm biến áp suất 4-Van giới hạn áp suất
5- Đường hồi dầu 6- Đường dầu đến vòi phun
Trang 40TPK 02/01 Page 3-40
Đường ống của bộ giới hạn áp suất được cơ cấu để quay trở lại
bể chứa nhiên liệu.
Bộ hạn chế dòng
Van giới hạn áp suất
Cảm biến áp suất nhiên liệu
Trang 41Page 3-41
II Bộ phận áp suất cao
Ống tích áp có kết cấu đơn giản dạng hình ống hoặc hình cầu có
thể tích phù hợp Ống có thể chứa nhiên liệu có áp suất cao lên
đến 1400bar được tạo ra bởi bơm cao áp và phân phối nhiên liệu
đó tới các vòi phun của xy lanh.
Khi vòi phun lấy nhiên liệu từ ống tích áp để phun thì áp suất
nhiên liệu trong ống tích áp không đổi ( nhờ vào sự co giãn nhiên
liệu) Điều này đảm bảo cho áp suất của kim không đổi ngay từ
khi kim mở.
Áp suất nhiên liệu được đo bởi cảm biến lắp trên ống phân phối
và được duy trì bởi van điều chỉnh áp suất nhằm giới hạn áp suất
không quá 1400bar Cảm biến này phát hiện áp suất trong ống
phân phối và truyền tín hiệu tới ECU, lúc này ECU sẽ gửi tín hiệu
điều khiển cho van xả áp suất.
Trang 42TPK 02/01 Page 3-42
II Bộ phận áp suất cao
Cảm biến này phát hiện áp suất trong ống phân phối và truyền
tín hiệu tới ECU, lúc này ECU sẽ gửi tín hiệu điều khiển cho
van xả áp suất và van điều khiển nạp hoạt động.
Để thích hợp với các điều kiện lắp đặt khác nhau trên động cơ,
ống tích áp phải được thiết kế 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.
Bộ hạn chế áp suất nhiên liệu được lắp vào một đầu của ống
phân phối Khi áp suất trong ống lên cao thắng được sức căng
lò xo,van hạn chế áp suất mở 1 lượng nhiên liệu sẽ đi qua van
trở về đường hồi dầu Khi áp suất nhiên liệu giảm xuống
không thắng được sức căng lò xo thì lúc này van sẽ đóng lại.
Trang 44TPK 02/01 Page 3-44
II Bộ phận áp suất cao
8. Bộ hạn chế dòng
Bộ hạn chế dòng giảm áp suất
trong đường ống cao áp và cấp
nhiên liệu ở áp suất ổn định tới
vòi phun
Nếu có dòng chảy ra, nó đóng
cửa , ngăn cản tràn nhiên liệu
bất thường.
Nếu có dòng tràn bất thường
piston và quả cầu ( h.vẽ) dịch
sang phải làm cửa nhiên liệu bị
đóng.
Trang 45Page 3-45
II Bộ phận áp suất cao
Trạng thái không phun:
Trang 46TPK 02/01 Page 3-46
II Bộ phận áp suất cao
Trạng thái phun:
Bộ hạn chế dòng giảm áp suất trong đường cao áp và cấp nhiên liệu ở áp suất ổn định cho bơm phun
Trang 48TPK 02/01 Page 3-48
II Bộ phận áp suất cao
5 Cảm biến áp suất nhiên liệu trên ống (Rail pressure sensor)
1- Bộ phận điện 2- Màng
3- Màng của phần tử cảm biến 4- ống dẫn áp suất
Trang 49Page 3-49
II Bộ phận áp suất cao
Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời trong ống tích áp và báo
về ECU với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh.
Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất ống thông qua 1 đầu mở và
phần cuối được bịt kín bởi 1 màng cảm biến Thành phàn chính của
cảm biến là 1 thiết bị bán dẫn đuọc gắn trên màng cảm biến dùng để chuyển từ áp suất thành tín hiệu Tín hiệu do cảm biến tạo ra được
lưu vào 1 bộ khuếch đại tín hiệu rồi đưa đến ECU.
Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc:
-Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá
trị Sự biến dạng (khoảng 1mm ở 1400bar) là do áp suất tăng lên
trong hệ thống, sự thay đổi điện trở gây ra sự thay đổi điện thế của
mạch cầu điện trở.
- Điện áp thay đổi trong khoảng từ 0 – 70 (mv) , và được khuếch đâị
bởi mạch khuếch đại lên 0,4 – 4,5 (v).
Trang 50TPK 02/01 Page 3-50
II Bộ phận áp suất cao
6 Van giới hạn áp suất
Van giới hạn áp suất là 1 thiết bị cơ khí bao gồm các thành phần
sau:
-Phần cổ có ren ngoài để lắp vào ống.
- Một chỗ nối với đường dầu về.
Trang 51Page 3-51
II Bộ phận áp suất cao
Tại phần cuối chỗ nối với ống có 1 buồng với 1 đường dẫn dầu
có phần đuôi hình côn mà khi piston đi xuống sẽ làm kín bên
trong bình, áp suất hoạt động bình thường (tối đa 1400bar) , lò xo đẩy piston xuống làm kín ống.
Khi áp suất của hệ thống vượt quá mức, piston sẽ bị đẩy lên trên
do áp suất của dầu trong ống thắng lực căng của lò xo.
Nhiên liệu có áp suất cao thoát ra thông qua van và đi vào đường dầu trở lại bình chứa Khi van mở, nhiên liệu rời ống vì vậy áp
suất trong ống giảm xuống.