Nghiên cứu chuyển đổi và đánh giá động cơ diesel sử dụng bơm cao áp điều khiển điện tử và bơm cao truyền thống v e

Đề tài: Nghiên cứu chuyển đổi và đánh giá động cơ Diesel sử dụng BCA điều khiển điện tử thay cho BCA truyền thống V.E tính toán chi tiết lượng nhiên liệu cung cấp của bơm cao áp đã chọn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

VÀ BƠM CAO ÁP TRUYỀN THỐNG V.E

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Ô Tô – Máy Kéo (60 52 35)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, năm 2009

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS.HUỲNH THANH CÔNG

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, ngày ….… tháng … Năm …………

Đề tài: Nghiên cứu chuyển đổi và đánh giá động cơ Diesel sử dụng BCA điều khiển điện tử thay cho BCA truyền thống V.E

LỜI CẢM ƠN

Tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường là những tiêu chí phấn đấu của những nhà sản xuất ô tô, là những đề tài nghiên cứu của các nhà khoa học và là mong ước của người sử dụng Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, ngày nay người ta đã sản xuất được những động cơ xăng

có công suất cao, tiết kiệm nhiên liệu và ít ô nhiễm môi trường như động cơ xăng

sử dụng hệ thống phun xăng điện tử, động cơ phun xăng trực tiếp…v.v Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam vẫn còn rất nhiều động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí đang họat động, những động cơ này tiêu thụ nhiều nhiên liệu và mức độ gây

ô nhiễm môi trường rất cao

Được sự hướng dẫn của Thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng tác giả đã chọn đề

tài luận văn thạc sĩ "Đánh giá việc chuyển đổi động cơ chế hòa khí sang phun

xăng điện tử" Đây là một đề tài mang tính thời sự và nếu nghiên cứu thành công

nó sẽ góp phần làm giảm chi phí cho người sử dụng ô tô và giảm thiểu được sự ô nhiễm môi trường

Tác giả xin tỏ lòng biết ơn về sự hướng dẫn tận tình của Thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng đã định hướng và giúp đỡ tác giả nghiên cứu đề tài Tác giả xin chân

thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Kỹ thuật Giao thông Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, Ban Giám hiệu và Khoa Cơ khí Động lực Trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực hiện đề tài

này Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quí Thầy Cô và các bạn để đề tài được hòan chỉnh hơn Xin chân thành cảm ơn!

Học viên thực hiện

Mai Hoàng Long

ABSTRACT

Problem of environmental pollution are more interested countries in the world, especially in developed countries There are many causes of environmental pollution such as smoke from factories in industrial parks, waste from industrial, medical and living one of the main causes of pollution to the environment is a gas emissions from the media in major cities, especially cities in developed countries, because the density of vehicles involved dense traffic That is why the issue increasingly seriously polluted countries in the world should increasingly make more strict standards for emissions from transport vehicles involved, in order to reduce environmental pollution

In Vietnam, especially in large cities, environmental pollution by smoke, dust, noise by transport alarming At present, Vietnam is applying the standard test for automobile emissions are lower than other countries in the region and much lower than developed countries However, the majority of the test vehicle reached only achieve lower rates In the near future, the integration, Vietnam should also raise the standard test for automobile emissions Then there are plenty of cars not ensure the circulation, although still limited annual use One of the main causes leading to this situation is due to cars that use traditional control technology, mechanical control is the main, with this technology, the emissions are many more pollutants environment To overcome it, one solution is to think that instead of the traditional technology with new technology, electronic control

In particular alternative fuel supply system on the engine Within this topic, the authors only study the conversion of fuel system in diesel engines using high pump control mechanical model VE Pump to control electronically the corresponding VE EDC To ensure successful transition, the authors conducted studies to calculate the theoretical fuel system on a diesel specific engine TOYOTA 3C TE, thereby selecting a preliminary high-pressure pumps respectively Then calculate the detailed fuel supply pump of high pressure was chosen for the engine Results are used to calculate the theoretical basis for conversion, after conversion, the process continues to perform test engine with two fuel system before and after conversion on specialized equipment Test

Đề tài: Nghiên cứu chuyển đổi và đánh giá động cơ Diesel sử dụng BCA điều khiển điện tử thay cho BCA truyền thống V.E

results are compared with theoretical results The end result showed that the high-pressure pump instead of electronic controls for VE EDC Pump traditional mechanical controls The specific targets obtained the following:

n=1000 v/min

n=2200 v/min

n=4500 v/ min

n=1000 v/min

n=2200 v/min

n=4500 v/ min

Fuel consumption

Conclusion: The high-pressure pump instead of the traditional VE Pump

VE EDC control electronics can exacerbate power about 16%, moment about 9%, reduced fuel consumption 8,5%, and most importantly, reduce the concentration of substances pollutants in emissions of about % On that basis, we can believe in the ability to switch on the fuel system used different types of high pressure pump, to pull off concentration contaminants that continue to use the engine time use

TÓM TẮT

Vấn đề ô nhiễm môi trường hiện đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm, nhất là các nước phát triển Có rất nhiều nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường như khói từ các nhà máy ở các khu công nghiệp, chất thải từ các công nghiệp, y tế, sinh hoạt… một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm chính đối với môi trường là khí thải từ các phương tiện thông ở các thành phố lớn, nhất là các thành phố thuộc các nước phát triển, vì mật độ phương tiện tham gia giao thông dày đặc Chính vì vấn đề ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng nên các nước trên thế giới ngày càng đưa ra những tiêu chuẩn khắc khe hơn đối với khí thải từ các phương tiện tham gia giao thông, nhằm giảm bớt mức độ gây ô nhiễm môi trường

Ở Việt nam, nhất là ở các thành phố lớn, tình trạng ô nhiễm môi trường do khói, bụi, tiếng ồn… do các phương tiện giao thông đáng báo động Hiện nay, Việt nam đang áp dụng tiêu chuẩn kiểm tra khí thải đối với ô tô thấp hơn so với các nước trong khu vực và thấp hơn nhiều so với các nước phát triển Mặc dù vậy, đa số các phương tiện khi kiểm tra chỉ đạt tỉ lệ thấp Trong tương lai gần, khi hội nhập, Việt nam cũng phải nâng tiêu chuẩn kiểm tra khí thải đối với ô tô Khi đó sẽ có rất nhiều ô tô không đảm bảo điều kiện lưu hành mặc dù còn niên hạn sử dụng Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng này là do các xe ô tô đó sử dụng công nghệ điều khiển truyền thống, điều khiển bằng cơ khí là chính, với công nghệ này, trong khí thải còn rất nhiều chất gây ô nhiễm môi trường Để khắc phục tình trạng đó, một trong những giải pháp được nghĩ đến đó là thay công nghệ điều truyền thống bằng công nghệ mới, điều khiển bằng điện tử Cụ thể là thay hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ Trong phạm vi

đề tài này, tác giả chỉ nghiên cứu việc chuyển đổi hệ thống nhiên liệu trên động

cơ diesel đang dùng bơm cao điều khiển bằng cơ khí kiểu VE sang bơm cao áp điều khiển bằng điện tử tương ứng VE EDC

Để đảm bảo cho quá trình chuyển đổi thành công, tác giả tiến hành nghiên cứu tính toán lý thuyết đối với hệ thống nhiên liệu trên một động cơ diesel cụ thể, động cơ TOYOTA 3C TE, từ đó chọn sơ bộ loại bơm cao áp tương ứng Sau đó

Đề tài: Nghiên cứu chuyển đổi và đánh giá động cơ Diesel sử dụng BCA điều khiển điện tử thay cho BCA truyền thống V.E

tính toán chi tiết lượng nhiên liệu cung cấp của bơm cao áp đã chọn cho động cơ Kết quả tính toán được dùng làm cơ sở lý thuyết để chuyển đổi, sau khi chuyển đổi, tiếp tục thực hiện quá trình thử nghiệm động cơ với hai hệ thống nhiên liệu trước và sau chuyển đổi trên thiết bị chuyên dùng Kết quả thử nghiệm được so sánh với kết quả lý thuyết Kết quả cuối cùng cho thấy, khi thay bơm cao áp điều khiển điện tử VE EDC cho bơm cao áp truyền thống VE điều khiển bằng cơ khí, các chỉ tiêu cụ thể thu được sau:

Các tiêu chí đánh giá

Động cơ TOYOTA 3C TE lắp bơm cao áp VE điều khiển điện tử

Động cơ TOYOTA 3C TE lắp bơm cao áp VE điều khiển cơ khí

n=1000 v/min

n=2200 v/min

n=4500 v/ min

n=1000 v/min

n=2200 v/min

n=4500 v/ min

Lượng nhiên liệu tiêu hao

MỤC LỤC

Trang

Chương 1 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL LOẠI CỔ ĐIỂN

1.1.5 Một số BCA dùng trên hệ thống nhiên liệu động cơ diesel loại cổ điển: 19

Đề tài: Nghiên cứu chuyển đổi và đánh giá động cơ Diesel sử dụng BCA điều khiển điện tử thay cho BCA truyền thống V.E

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL

ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

Đề tài: Nghiên cứu chuyển đổi và đánh giá động cơ Diesel sử dụng BCA điều khiển điện tử thay cho BCA truyền thống V.E

Chương 3 TÍNH TOÁN CHUYỂN ĐỔI BƠM CAO ÁP DÙNG CHO HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL

3.2.4.2 Phương trình hệ số nạp đối với động cơ 2 kỳ: 137

3.3.2 Tính toán lượng nhiên liệu cung cấp của bơm cao áp trong hệ

Chương 4 THỰC NGHIỆM CHUYỂN ĐỔI VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘNG

CƠ DIESEL DÙNG BƠM CAO ÁP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

THAY BƠM CAO ÁP TRUYỀN THỐNG V.E

4.2 Thực nghiệm đo công suất, momen và lượng nhiên liệu tiêu hao trên

4.2.2 Đo suất tiêu hao nhiên liệu, công suất và momen động cơ bằng

4.2.2.2.1 Đo lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ Toyota 3C TE sử

4.2.2.2.2 Đo suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ TOYOTA 3C TE sử

4.2.2.2.3 Đánh giá lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ TOYOTA 3C

4.2.2.3.1 Đo công suất và momen động cơ Toyota 3C TE sử dụng bơm

Đề tài: Nghiên cứu chuyển đổi và đánh giá động cơ Diesel sử dụng BCA điều khiển điện tử thay cho BCA truyền thống V.E

4.2.2.3.2 Đo công suất động cơ TOYOTA 3C TE sử dụng bơm cao áp

4.2.2.3.3 Đánh giá công suất động cơ TOYOTA 3C TE sử dụng bơm cao

4.3.2 Qui trình phân tích khí thải động cơ Diesel bằng thiết bị CET 2000: 188 4.3.2.1 Đo khí thải động cơ TOYOTA 3C TE lắp bơm cao áp VE điều

4.3.2.2 Đo khí thải động cơ TOYOTA 3C TE lắp bơm cao áp VE điều

1 Đồ thị công suất và moment của động cơ khi sử dụng bơm cao áp truyền thống V.E

2 Đồ thị công suất và moment của động cơ khi sử dụng bơm cao áp

VE điều khiển điện tử

3 Biểu đồ lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 phút của động cơ khi sử dụng bơm cao áp truyền thống V.E và bơm cao áp VE điều khiển điện tử

4 Kết quả đo độ khói trên động cơ khi sử dụng bơm cao áp truyền thống V.E trên thiết bị CET 2000C

5 Kết quả đo độ khói trên động cơ khi sử dụng bơm cao áp VE điều khiển điện tử trên thiết bị CET 2000C

về công nghệ điều khiển, ngày nay động cơ diesel đã xuất hiện trên những ôtô du lịch đời mới, đảm bảo làm việc êm, ít tổn hại môi trường và quan trọng nhất là tính kinh tế nhờ chi phí nhiên liệu diesel rẻ hơn nhiều so với động cơ xăng

Vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng được các nhà sản xuất ô tô quan tâm bởi vì các nước trên thế giới ngày càng có những qui định khắc khe hơn về tiêu chuẩn khí thải và tiếng ồn do ô tô phát ra Ở Việt nam hiện nay, số lượng các

ô tô có động cơ dùng nhiên liệu dầu diesel rất nhiều, nhất là ô tô tải và không ít ô

tô khách, xe con Hầu hết trong số đó đang dùng hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp điều khiển cơ khí, nếu tiêu chuẩn khí thải có sự điều chỉnh trong năm sắp tới thì mặc dù về thời gian sử dụng, các xe đó vẫn đảm bảo nhưng điều kiện về tiêu chuẩn khí thải sẽ khó đảm bảo Để tiếp tục được sử dụng số xe ô tô này chắc chắn hệ thống cung cấp nhiên liêu của chúng cần được cải thiện, nếu không sẽ không đảm bảo tiêu chuẩn về khí thải và sẽ không được phép lưu hành

Việc chuyển đổi từ hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp truyền thống sang dùng bơm cao áp điều khiển điện tử (EDC) sẽ mang loại nhiều lợi ích như: Tiết kiệm lượng nhiên liệu tiêu thụ, giảm ô nhiễm, giảm tiếng ồn, tiện lợi trong

sử dụng, kiểm tra sửa chữa… Chính vì những lợi ích đó em chọn đề tài: “Nghiên cứu chuyển đổi và đánh giá động cơ Diesel sử dụng bơm cao áp điều khiển điện tử thay cho bơm cao áp truyền thống V.E”

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Với hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống, động cơ làm việc phát huy công suất nhờ sự cháy nhiên liệu trong buồng đốt với tỉ số nén động cơ cao hơn nhiều so với động cơ xăng Tuy nhiên để động cơ diesel làm việc êm hơn nhất là khi tăng tốc, khí thải ít khói đen và nồng độ các chất gây ô nhiễm môi trường, đồng thời làm sao giảm mức tiêu hao nhiên liệu đó là mong muốn của nhiều người sử dụng Trong điều kiện thực tế nước ta hiện nay, động cơ diesel được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như lắp trên ôtô, tàu thủy, các công trình … đang lắp hệ thống nhiên liệu diesel truyền thống

Với hệ thống nhiên liệu EDC sẽ khắc phục những nhược điểm trên, ngòai

ra chúng có rất nhiều ưu điểm như: Quá trình điều khiển phun được thực hiện nhờ hệ thống điện tử nên cơ sở tính toán lượng lượng phun ở các chế độ làm việc của động cơ được xác định không chỉ dựa vào vị trí bàn đạp ga hay tốc độ của trục khủyu động cơ mà còn dựa vào nhiệt độ làm việc của động cơ, của môi trường, của nhiên liệu… nên lượng nhiên liệu tính tóan sẽ phù hợp hơn Ngòai ra, thông qua điều khiển điện tử nên quá trình điều khiển diễn ra nhanh chóng và linh hoạt hơn, động cơ sẽ không thừa nhiên liệu khi tài xế tăng tốc quá đột ngột hay tiếng ồn từ động cơ phát ra sẽ được hạn chế, sự rung giật mỗi khi tăng tốc sẽ được giảm xuống

Chính vì vậy em xác định mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu việc chuyển đổi hệ thống nhiên liệu động cơ diesel đang dùng bơm cao áp truyền thống sang hệ thống EDC Trong quá trình nghiên cứu có đánh giá những ưu nhược điểm của hai hệ thống để làm tăng tính thuyết phục của việc chuyển đổi

3 Nội dung nghiên cứu:

Để đạt được mục tiêu trên, nội dung nghiên cứu của đề tài gồm hai phần chính:

- Phần lý thuyết: Bao gồm nghiên cứu lý thuyết của hệ thống nhiên liệu

diesel, nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu diesel

dùng một số bơm cao áp truyền thống và một số bơm cao áp điều khiển điện tử lắp trên hệ thống nhiên liệu EDC

Cơ sở lý thuyết bao gồm phần trình bày tổng quát những điểm khác biệt

cơ bản giữa hai hệ thống Qua phân tích những điểm khác biệt đó sẽ làm nổi bật các ưu điểm của hệ thống nhiên liệu EDC

- Phần thực nghiệm: Bao gồm thực nghiệm trên hai hệ thống nhiên liệu

trên cùng một động cơ được chọn Việc chọn bơm cao áp truyền thống để thực nghiệm được tiến hành trên cơ sở tính toán bằng kết quả của các phương pháp tính toán lý thuyết đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel và phương pháp mô phỏng trên máy tính Động cơ được chọn là động cơ Toyota 3C-TE Từ thực tế hoạt động của hai hệ thống, các số liệu về công suất động cơ, suất tiêu hao nhiên liệu, độ khói trong khí thải được ghi lại bằng thiết bị chuyên dùng để so sánh, đánh giá việc tính toán chuyển đổi

Quá trình thực nghiệm được tiến hành trên động cơ Toyota 3C-TE sẽ thuận lợi hơn trong việc lắp lần lượt hai hệ thống nhiên liệu Khi triển khai thực

tế hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp thường trên động cơ Toyota 3C sẽ được thay thể bởi hệ thống nhiên liệu VE EDC của động cơ Toyota 3C-TE

Để lắp đặt được hệ thống này cần gia công thêm một số cơ cấu phụ trên động cơ Hệ thống điều khiển ECU và các cảm biến cũng như các cơ cấu chấp hành từ động cơ Toyota 3C-TE được giữ nguyên vì kết cấu và kích thước của hai loại động cơ này giống hệt nhau

4 Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là động cơ Toyota 3C , với hai nội dung chính nêu trên, đề tài đi sâu nghiên cứu lý thuyết hệ thống nhiên liệu diesel, nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của hai hệ thống nhiên liệu diesel dùng bơm cao áp truyền thống và hệ thống EDC Đồng thời để có cơ sở kiểm chứng phần lý thuyết, đề tài có thực nghiệm hai hệ thống nhiên liệu trên cùng một động

cơ được chọn Trong quá trình thực nghiệm có ghi lại các số liệu cần các thiết bị

chuyên dùng như thiết bị đo khí thải, lượng nhiên liệu tiêu hao nhờ thiết bị chuyên dùng

5 Phương pháp nghiên cứu:

Để thực hiện đề tài, chủ yếu dùng phương pháp nghiên cứu tài liệu lý thuyết, phương pháp quy hoạch thực nghiệm và thí nghiệm tại phòng thí nghiệm

6 Giới hạn của đề tài:

Trong thực tế có nhiều loại bơm cao áp dùng trong hệ thống nhiên liệu diesel như bơm cao áp đơn, bơm cao áp thẳng hàng, bơm V.E, bơm CAV, bơm PSB, bơm vòi phun kết hợp… mỗi loại bơm cao áp cần có cơ cấu lắp đặt riêng lên động cơ nên khi chuyển đổi cần chọn loại bơm cao áp tương ứng Mỗi loại bơm cao áp có đặc điểm riêng nên việc chuyển đổi cần tính toán riêng cho mỗi loại bơm cao áp của hệ thống Do khó khăn về kinh phí cũng như giới hạn về thời gian, tác giả chỉ nghiên cứu chuyển đổi đối với loại bơm cao áp thường VE lắp trên động cơ TOYOTA 3C-T sang bơm cao áp V.E EDC của hệ thống nhiên liệu đang dùng trên động cơ Toyota 3C-TE

Chương 1 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL LOẠI CỔ ĐIỂN 1.1 Hệ thống nhiên liệu cho động cơ Diesel:

1.1.1 Hệ thống cấp nhiên liệu cho động cơ Diesel:

Hệ thống cấp nhiên liệu dùng để định lượng phần nhiên liệu cho một chu trình kịp thời lượng nhiên liệu vào buồng cháy và phun nó thành các hạt nhỏ Khối lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình phụ thuộc vào công suất, vòng quay,

hệ số thì động cơ Ở chế độ định mức, khoảng 0,05g với động cơ diesel cao tốc, 30-100g với động cơ diesel thấp tốc Ở chế độ không tải, lượng cấp nhiên liệu khoảng 7-20% chế độ định mức Để dừng động cơ, hệ thống nhiên liệu phải đảm bảo lượng cung cấp bằng không, tức không cung cấp nhiên liệu vào xylanh

Tất cả các bộ phận của hệ thống cấp nhiên liệu được lựa chọn sao cho đảm bảo quá trình phun tốt nhất, Ứng suất cơ, nhiệt của nhóm piston xylanh, phân bố công suất giữa các xylanh, tính kinh tế, tin cậy, tuổi thọ động cơ phụ thuộc vào chất lượng của hệ thống cấp nhiên liệu và hệ thống phối khí Các chỉ số này liên quan tới quá trình tỏa nhiệt trong xylanh bình thường thì quá trình tỏa nhiệt phụ thuộc vào sự hoàn thiện của kết cấu và các đặc tính khai thác các bộ phận của hệ thống cấp nhiên liệu

Khi chuyển động cơ từ chế độ làm việc này sang chế độ làm việc khác, phần nhiên liệu cấp vào xylanh trong một chu trình được thay đổi nhờ bơm nhiên liệu Bơm nhiên liệu làm việc nhờ các cam bố trí trên trục phân phối Cơ cấu chủ yếu của bơm nhiên liệu là cặp piston xylanh chính xác, chúng được lắp và thay thế đồng bộ Trong hệ thống này, ở các chế độ làm việc bất kỳ của động cơ, hành trình piston của bơm được giữ không đổi

Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình được điều chỉnh bằng cách chuyển phần nhiên liệu từ không gian phía trên piston trong thời gian nén sang khoang hút Theo kết cấu của cơ cấu điều chỉnh, bơm nhiên liệu được phân ra thành bơm dạng van và trượt (bơm cao áp kiểu BOSCH) Trong các bơm kiểu van, việc điều chỉnh nhờ mép điều chỉnh trên thân piston Theo phương pháp điều chỉnh lượng cấp nhiên liệu, bơm nhiên liệu được phân ra bơm điều chỉnh thời điểm bắt đầu cấp, kết thúc cấp và điều chỉnh liên hợp (cả điều chỉnh bắt đầu cấp và kết thúc cấp)

Hình 1.1 Cơ cấu cấp nhiên liệu cho động cơ diesel

Thời điểm mà khoang nén bắt đầu cách ly hòan toàn với khoang hút gọi là thời điểm bắt đầu cấp (BĐC), thời điểm mà khoang nén bắt đầu thông với khoang hút gọi là thời điểm kết thúc cấp (KTC) Cần phân biệt góc BĐC và góc phun sớm, góc BĐC sớm hơn góc phun sớm khoảng thời gian nén nhiên liệu, giãn nở đường ống cao áp, nâng van một chiều, kim phun Thời gian này phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng, chiều dài đường ống cap áp, vòng quay động

cơ, kết cấu các thiết bị trong hệ thống

Hình 1.2 Đồ thị pha cấp nhiên liệu của bơm cao áp

có các phương pháp điều chỉnh khác nhau

a, a1, a2, a3: thời điểm bắt đầu cấp nhiên liệu;

b, b1, b2, b3: thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu;

Trong các bơm điều chỉnh lượng cấp theo thời điểm đầu, phần nhiên liệu cấp cho chu trình và thời gian cấp được điều chỉnh nhờ thay đổi góc bắt đầu cấp nhiên liệu của bơm (BĐC) Các điểm a1, a2, a3 là vị trí của piston ứng với lúc BĐC nhiên liệu Góc KTC nhiên liệu ở các chế độ làm việc của động cơ được giữ không thay đổi (điểm b)

Góc BĐC và KTC nhiên liệu được tính so với ĐCT và được xác định bằng thời điểm mở và đóng các van hút và van ngắt hay lỗ ngắt trên thân piston bơm (ha, Cb- hành trình có ích và tốc độ piston phụ thuộc vào góc quay trục khủyu 

Trong các bơm điều chỉnh theo thời đỉểm KTC, góc BĐC nhiên liệu

như vị trí của piston ở thời điểm này (điểm a) Ngắt nhiên liệu được thực hiện tại thời điểm KTC (điểm b1, b2, b3) thời gian cấp c, và phần nhiên liệu cấp cho chu trình được thay đổi ứng với thời điểm KTC

1.1.2 Điều chỉnh cấp nhiên liệu đối với bơm cao áp dạng van:

Bơm cao áp dạng van có tuổi thọ lớn hơn bơm cap áp kiểu BOSCH, thường được sử dụng trong các động cơ tàu thủy và động cơ thấp tốc Kết cấu của bơm không phức tạp Lượng cấp nhiên liệu của bơm được điều chỉnh bằng cách thay đổi thời điểm đóng mở các van Các van được điều khiển bằng các cơ cấu truyền động

1.1.2.1 Bơm nhiên liệu điều chỉnh thời điểm bắt đầu cấp:

Trong bơm nhiên liệu điều chỉnh thời điểm BĐC, khi piston nằm ở ĐCD van hút ở vị trí mở Nhiên liệu nạp đầy không gian phía trên piston Hành trình

nén của piston bắt đầu khi cam tác động lên con lăn và con đội Tuy nhiên, lúc đầu nhiên liệu bị đẩy dồn ngược lại khoang hút của bơm qua van mở

Con đội đi lên, tay đòn quay quanh chốt, van đóng lại, nén nhiên liệu được bắt đầu từ lúc van đóng kín hòan tòan Hành trình có ích ha được tính từ thời điểm đóng kín van đến lúc piston chuyển dịch đến ĐCT Lượng nhiên liệu cấp vào các xylanh trong một chu trình được điều chỉnh bằng cách xoay các van lệch tâm từ trạm điều khiển Lượng cấp nhiên liệu từng bơm riêng được điều chỉnh bằng cách thay đổi chiều dài con đội nhờ vít, do vậy thời điểm đóng van và BĐC thời đổi thời điểm KTC của loại bơm này ứng với lúc piston dịch chuyển đến ĐCT và giữ không đổi với lượng cấp nhiên liệu bất kỳ Các điểm a, b ứng với điểm bắt đầu và kết thúc dịch chuyển piston

Thay đổi thời điểm bắt đầu cấp thì hành trình có ích của piston và phần nhiên liệu cấp cho chu trình thay đổi Khi cam quay xuống, con đội hạ xuống nhờ tác động của lò xo, van mở và qua đó nhiên liệu được nạp vào không gian phía trên piston Van một chiều đóng kín đường ống cao áp lúc kết thúc cấp nhiên liệu nhờ vậy, trong đường ống cao áp giữa các chu kỳ cấp nhiên liệu vẫn giữ nguyên áp suất dư cao áp, nên làm tăng độ đồng đều lượng cấp nhiên liệu cho chu trình và đảm bảo sự làm việc ổn định của động cơ lúc nhỏ tải

Do đó trong trường hợp kim phun bị kẹt, khí cháy không rò lọt vào đường ống cao áp

Van an toàn dùng để xả nhiên liệu ra khỏi không gian phía trên piston khi

áp suất tăng quá cao trong trường hợp tắc lỗ phun hay kẹt kim phun tại vị trí đóng

cơ Tăng góc BĐC nhiên liệu trong phạm vi cho phép thì áp suất cháy cực đại của chu trình pz tăng lên, còn suất tiêu hao nhiên liệu có ích giảm Đối với chế độ

khi đó áp suất cháy của chu trình đạt giá trị tối ưu

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý bơm nhiên liệu dạng van điều chỉnh thời điểm BĐC

1 Ống cao áp

2 Van xuất một chiều

3 Van cấp thấp áp và điều chỉnh thời điểm BĐC;

4 Vít điều chỉnh thời điểm và lượng cấp từng phân bơm

a, b: Thời điểm bắt đầu và kết thúc nâng piston s: Khoảng điều chỉnh

Hình 1.4 Đồ thị hành trình và vận tốc piston bơm nhiên liệu

dạng van điều chỉnh thời điểm BĐC

a, b: thời điểm bắt đầu và kết thúc nâng piston

* Bơm nhiên liệu điều chỉnh góc BĐC có một vài nhược điểm:

Khi động cơ làm việc với chong chóng định bước nếu giảm vòng quay thì góc BĐC giảm, tương ứng cháy muộn hơn làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu có ích Ngòai ra, giai đoạn KTC nhiên liệu diễn ra khi tốc độ piston đã giảm Cb nên

áp suất phun cũng giảm, do vậy chất lượng phun nhiên liệu giai đoạn này xấu Trong giai đoạn phun ban đầu, tốc độ piston và áp suất phun cao, do vậy sau thời

kỳ cháy trì hoãn phần lớn nhiên liệu của chu trình cấp vào xilanh, nên với các động cơ loại này động lực học quá trình cháy tăng lên hay tốc độ tăng áp suất tăng lên

1.1.2.2 Bơm nhiên liệu điều chỉnh thời điểm kết thúc cấp:

Bơm nhiên liệu điều chỉnh thời điểm kết thúc cấp đảm bảo góc BĐC nhiên liệu không thay đổi đối với tất cả các chế độ làm việc của động cơ Khác với bơm điều chỉnh BĐC với loại này cơ cấu điều khiển cấp nhiên liệu gồm hai van: Van hút và van ngắt Hai van này được dẫn động bằng tay đòn, nhưng nguyên tắc đóng, mở hai van này khác nhau Trên van hút có lắp thêm vành tiết lưu, còn van ngắt lắp thêm van hồi Ngắt nhiên liệu được thực hiện hai lần: lúc bắt đầu và kết thúc hành trình piston

Khi vị trí piston nằm ở ĐCD, van hút mở còn vàn ngắt đóng Giữa cán van

và cần đẩy van có khe hở Khi cam tác động lên con lăn và con đội thì piston bắt đầu nâng lên và nhiên liệu bị đẩy ngược lại van hút

Hình 1.5 Bơm nhiên liệu dạng van điều chỉnh kết thúc phun của động cơ SUNZER RND a: sơ đồ nguyên lý và cơ cấu truyền động bơm cao áp

b: đồ thị hành trình và tốc độ piston

hrl :hành trình xả nhiên liệu

13 Cơ cấu xả khí và ngắt nhiên liệu từng phân bơm

Trên đồ thị, thời điểm bắt đầu dịch chuyển piston và rò lọt nhiên liệu được đánh dấu bằng điểm a Nén nhiên liệu được bắt đầu tại thời điểm đóng hoàn toàn van hút Trong thời gian cấp nhiên liệu cao áp cả hai van đóng Khe hở giữa thân

và cần đẩy van ngắt giảm Ứng với thời điểm bắt đầu nâng van ngắt thì việc nén nhiên liệu kết thúc và bắt đầu hồi dầu lần thứ hai qua van ngắt Van chống hồi ngược đảm bảo tiết lưu dòng nhiên liệu khi ngắt và cách ly khoang ngắt với khoang hồi để tránh sóng áp suất ngược khi dao động của nó trong hệ thống ngắt nhiên liệu Điều đó đảm bảo van ngắt không bị va đập thủy lực và xâm thực Thay đổi phần nhiên liệu cấp cho chu trình được thực hiện bằng cách quay cam lệch tâm

Phần nhiên liệu cấp cho chu trình được điều chỉnh ứng với thời điểm kết thúc cấp nhờ thay đổi thời điểm nâng van ngắt Để điều chỉnh lượng cấp nhiên liệu chu trình đồng thời cho các xylanh, tiến hành quay cam lệch tâm, nhờ vậy sẽ thay đổi chiều cao trục lắc của tay đòn van ngắt và thời điểm nâng van Điều chỉnh lượng cấp nhiên liệu riêng từng xylanh được tiến hành nhờ thay đổi chiều dài con đội của van ngắt

Trong các bơm nhiên liệu điều chỉnh thời điểm kết thúc cấp thì góc BĐC nhiên liệu tối ưu chỉ đối với một chế độ làm việc của động cơ, thường là chế độ định mức Ở các chế độ khác, động cơ làm việc với tính kinh tế thấp hơn khi làm việc với các giá trị góc BĐC tối ưu ứng với mỗi giá trị vòng quay

1.1.2.3 Bơm nhiên liệu điều chỉnh hỗn hợp:

Bơm nhiên liệu điều chỉnh hỗn hợp là loại bơm hoàn thiện nhất Với loại bơm này, góc cấp nhiên liệu cần thiết để đảm bảo suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất được điều chỉnh chỉnh bởi thời điểm bắt đầu cấp, để đảm bảo tải đã cho của động cơ, lượng nhiên liệu cấp cho chu trình được điều chỉnh bằng thời điểm kết thúc cấp Với mục đích tối ưu hóa các quá trình công tác trong khoảng tải rộng, các bơm nhiên liệu điều chỉnh hỗn hợp được lắp thêm cơ cấu điều chỉnh góc phun sớm chuyên dùng

Sơ đồ bơm nhiên liệu điều chỉnh hỗn hợp tương tự sơ đồ bơm điều chỉnh

ở thời điểm kết thúc cấp của động cơ Sunzer RND Trong sơ đồ điều chỉnh liên

hợp, cơ cấu điềiu chỉnh góc phun sớm nhiên liệu liên hệ động học với các cam lệch tâm, các cam này điều khiển thời điểm mở van hút và van ngắt

Thay đổi thời điểm đóng van hút sẽ điều chính góc BĐC nhiên liệu, còn thay đổi thời điểm mở van ngắt sẽ thay đổi lượng cấp nhiên liệu Hơn nữa, cơ cấu trên đảm bảo thay đổi góc BĐC nhiên liệu phụ thuộc vào tải

Trên hình các đường nét đứt và các mũi tên chỉ hướng dịch chuyển vị trí tay đòn của cơ cấu điều khiển ngắt và tay đòn cơ cấu điều khiển cấp khi tăng tải động cơ Trên hình còn biểu diễn hành trình piston bơm nhiên liệu điều chỉnh hỗn hợp của động cơ Sunzer RL theo góc quay ứng với góc BĐC và thời gian cấp nhiên liệu khi tải động cơ khác nhau

Hình 1.6 Bơm nhiên liệu điều chỉnh hỗn hợp của động cơ SUNZER RL

7 Cơ cấu điều khiển ngắt

8 Cơ cấu điều khiển cấp Nhờ điều chỉnh góc BĐC nhiên liệu như vậy nên khi tăng tải đến 85% thì

áp suất cực đại của chu trình pz sẽ tăng từ từ đến định mức, còn trong khỏang tải

trị định mức

Hình 1.7 Sự thay đổi hành trình piston bơm nhiên liệu điều chỉnh

hỗn hợp của động cơ SUNZER RL theo góc quay

Trên các đồ thị biểu thị đặc tính thay đổi áp suất cực đại của chu trình pz

và đặc tính thay đổi suất tiêu hao nhiên liệu có ích tương đối ge so với giá trị định mức trên hình vẽ, đường liền ứng với trường hợp sử dụng cơ cấu điều chỉnh góc BĐC nhiên liệu, đường nét đứt ứng với trường hợp không điều chỉnh góc BĐC nhiên liệu Điều chỉnh góc BĐC nhiên liệu cho phép giảm suất tiêu hao nhiên liệu có ích từ 1,5 đến 2g/kW.h

Hình 1.8 Sự phụ thuộc áp suất cực đại của chu trình a) và sự thay đổi suất tiêu hao nhiên liệu

b) vào phụ tải động cơ

Cơ cấu điều chỉnh góc BĐC nhiên liệu được lắp thêm một tay gạt cho phép dịch chuyển tất cả quá trình cung cấp nhiên liệu về phía này hay phía kia, tương đối so với ĐCT khi thay đổi loại nhiên liệu sử dụng Khi sử dụng loại nhiên liệu có khả năng tự bốc cháy giảm thì góc BĐC nhiên liệu tăng

1.1.3 Điều chỉnh cấp nhiên liệu đối với bơm cao áp kiểu BOSCH:

Về mặt kết cấu và điều chỉnh thì bơm nhiên liệu kiểu BOSCH đơn giản hơn dang van Lượng nhiên liệu cấp được điều chỉnh bằnh cách xoay piston Khi

vị trí piston ở ĐCD, nhiên liệu qua lỗ cấp nạp vào xylanh Nén nhiên liệu được

bắt đầu từ lúc piston bơm dịch chuyển lên phía trên và đóng mép trên của lỗ cấp nhiên liệu, kết thúc khi mép dưới của lỗ cấp được mở ra bởi mép điều chỉnh của piston Khi đó, hành trình có ích của bơm được tính từ thời điểm đóng đến thời điểm mở lỗ cấp Khi xoay piston, hành trình có ích của bơm thay đổi Xoay bơm được thực hiện bằng cách dịch chuyển thanh răng

Hình 1.9 Kết cấu bộ đôi bơm cao áp kiểu Bosch có thanh răng điều chỉnh piston

Khi đó cung răng bắt chặt với ống quay Ống quay quay thì đầu vấu của piston nằm trong rãnh hướng cũng quay Trong thời gian làm việc của động cơ vị trí thanh răng được cố định nên đầu vấu piston chỉ chuyển động lên xuống trong rãnh của ống quay

Thay đổi thời điểm BĐC và KTC nhiên liệu khi xoay piston trượt phụ thuộc vào độ nghiêng mép điều chỉnh phía trên và dươi của piston Phần nhiên liệu cấp cho chu trình khi phụ tải khác nhau được thay đổi bằng cách thay đổi hành trình có ích của piston Với phương án điều chỉnh thời điểm KTC còn thời điểm BĐC giữ không đổi thì bằng cách xoay piston sẽ thay đổi thời điểm KTC

và hành trình có ích của nó Với phương án điều chỉnh thời điểm BĐC còn thời điểm KTC giữ không đổi thì bằng cách xoay piston sẽ thay đổi thời điểm bắt đầu

cấp và hành trình có ích của piston Với kết cấu kiểu này, khi thay đổi phụ tải, góc phun sớm sẽ thay đổi

Hình 1.10 Đồ thị hành trình và biên dạng mép vát của piston ứng với

các phương án điều chỉnh khác nhau của bơm cao áp kiểu Bosch

a, b, c: điều chỉnh thời điểm KTC, BĐC và hỗn hợp Với phương án điều chỉnh liên hợp, hành trình có ích của piston được thay đổi nhờ thay đổi thời điểm BĐC và KTC Các điểm ứng với các ký hiệu a1, a2, a3,

b1, b2 ,b3 biểu thị thời điểm BĐC và KTC nhiên liệu

Để tối ưu hóa quá trình công tác động cơ ở các chế độ tải bộ phận, thường

sử dụng bơm cao áp có kết cấu điều chỉnh góc BĐC nhiên liệu phụ thuộc vào phụ tải Trong trường hợp này, góc BĐC được điều chỉnh bằnh cách tạo biên dạng mép vát điều chỉnh trên piston bơm cao áp

Việc điều chỉnh góc BĐC phụ thuộc kết cấu từng loại bơm: Điều chỉnh thời điểm bắt đầu, kết thúc cấp hay hỗn hợp, bơm cao áp cụm hay bơm cao áp đơn Điều chỉnh góc BĐC được tiến hành khi thay đổi loại nhiên liệu dùng cho động cơ, sau một thời gian khai thác thấy góc BĐC thay đổi nhiều so với trước

đó

Đối với bơm cao áp cụm, để thay đổi góc BĐC toàn bộ bơm, tiến hành xoay mặt bích trục bơm cao áp so với mặt bích trên trục truyền động do trục khủyu lai Đối với bơm cao áp điều chỉnh thời điểm BĐC và điều chỉnh hỗn hợp,

để đảm bảo hóc BĐC giống nhau thì trước khi điều chỉnh góc BĐC phải đặt thanh răng ứng với chế độ định mức và điều chỉnh lượng cấp các bơm giống nhau

Biên dạng ABC, mép điều chỉnh phía trên của piston đảm bảo tăng góc BĐC nhiên liệu khi tăng tải động cơ đến 70% định mức, khi tăng tải tiếp tục thì góc BĐC giảm xuống trong vùng tải cao, do phải dịch chuyển góc BĐC về phía muộn hơn nên mép điều chỉnh phía dưới của piston DE có độ dốc lớn hơn khi nhỏ tải Mép điều chỉnh phía dưới đảm bảo tăng độ dịch chuyển thời điểm KTC

về phía muộn hơn

Hình 1.11 a: Biên dạng piston bơm cao áp kiểu Bosch động cơ MAN KZ 70/120E b: Sự phụ thuộc áp suất cực đại của chu trình, suất tiêu hao nhiên liệu có ích vàp phụ tải ứng với biên dạng mép piston chuẩn (đường cong 1) và ứng với biên dạng mép piston mới (đường cong 2)

Cũng như khi điều chỉnh góc BĐC nhiên liệu trong các bơm dạng van, trong trường hợp này, áp suất cực đại của chu trình ở tải bộ phận cao hơn so với

pz ứng với góc BĐC nhiên liệu là hằng số Suất tiêu hao nhiên liệu có ích cũng giảm xuống Đặc tính thay đổi các thông số này phụ thuộc vào tải động cơ được biểu diễn trên hình dưới đây

Khi tải cao hơn 80% định mức thì áp suất cực đại của chu trình được giữ hầu như không đổi ứng với pz của chế độ định mức

1.1.4 Đặc tính điều chỉnh bơm nhiên liệu:

Dựa vào các đặc tính điều chỉnh để kiểm tra việc điều chỉnh bơm nhiên liệu cao áp Các đặc tính điều chỉnh được xây dựng ở dạng toán đồ Trên toán đồ này biểu thị mối quan hệ lẫn nhau giữa góc quay trục khủyu, độ dịch chuyển của piston bơm, hành trình có ích của nó và vị trí cơ cấu điều chỉnh phần nhiên liệu cấp cho chu trình

Hình 1.12 Đặc tính điều chỉnh bơm nhiên liệu kiểu Bosch,

điều chỉnh KTC của động cơ MAN KZ 70/120C Hình 1.12 biểu diễn đường đặc tính điều chỉnh động cơ MAN KZ70/120C trang bị bơm nhiên liệu kiểu BOSCH điều chỉnh thời điểm KTC Trên trục hoành, về phía trái biểu diễn chỉ số tải (trong trường hợp này biểu diễn chỉ vị trí thanh răng bơm nhiên liệu), phía phải biểu diễn góc quay trục khuỷu tương đối so với ĐCT Trục tung biểu diễn độ dịch chuyển của piston Đường cong ha biểu thị

sự phụ thuộc của hành trình piston vào góc quay trục khuỷu  Piston bơm bắt đầu được nâng lên từ điểm C, điểm này được bố trí cao hơn đường khai triển phần xylanh (đường tròn cơ sở) của cam (đường PXY), có nghĩa là giữa con trượt cần đẩy và đường tròn cơ sở của cam quay bơm nhiên liệu có khe hở khi

với vị trí piston lúc bắt đầu cấp, còn đường nghiêng KTC là vị trí của piston lúc kết thúc cấp phụ thuộc vào vị trí thanh răng bơm nhiên liệu TR Tung độ trong vùng gạch chéo tương ứng với các giá trị hành trình có ích của piston ha Phần

phía trái trục tung (từ TR=0 đến điểm d), hành trình có ích của piston bằng không (ha=0) Đoạn này tương ứng với vùng cấp nhiên liệu bằng không Lượng cấp nhiên liệu bằng không khi xoay piston trượt đến vị trí khoang nén và khoang ngắt thông với nhau qua rãnh trên thân piston Thời gian cấp của bơm và góc BĐC ứng với một vị trí thanh răng được xác định theo thang chia góc quay trục khuỷu Các đặc tính điều chỉnh được xây dựng khi điều chỉnh bơm nhiên liệu

1.1.5 Một số bơm cao áp dùng trên hệ thống nhiên liệu động cơ diesel loại cổ điển: 1.1.5.1 Bơm cao áp đơn (PF):

Hình 1.13 Cấu tạo bơm cao áp PF

Bơm cao áp PF thường dùng cho các động cơ cỡ nhỏ, động cơ di động,

động cơ tàu thủy, máy công trình…bơm cap áp PF cũng thích hợp với nhiên liệu nặng

Hình 1.14 Biểu diễn nguyên lý hoạt động bơm cao áp PF

Mặc dù bơm không có trục cam riêng cho nó, nguyên tắc hoạt động cơ bản giống như bơm thẳng hàng PE Cam dẫn động bơm cao áp ở trên trục cam động cơ với động cơ cỡ lớn, máy thủy lực hay máy điện, cam được đặt trực tiếp trên thân máy Việc điều chỉnh lượng phun được thực hiện nhờ bộ điều tốc Các mấu cam dẫn động piston bơm cao áp, và như thế thời điểm phun không thể được thực hiện bởi việc xoay trục cam Khi dùng cho các động cơ lớn, bộ điều tốc cơ khí thủy lực hay điều khiển điện tử, được gắn trực tiếp vào thân máy Việc điều chỉnh lượng nhiên liệu được thực hiện bằng bộ điều tốc thông qua thanh răng Do trục cam kết nối trực tiếp với trục cam động cơ nên không điều chỉnh được góc phun sớm, thay vào đó việc điều chỉnh góc phun sớm được tiến hành nhờ cơ cấu khác

1.1.5.2 Bơm cao áp thẳng hàng (PE):

Bơm cao áp thẳng hàng PE có một cặp piston xylanh cho mỗi xylanh động

cơ Trục cam dẫn động bơm cao áp được truyền động từ cốt máy để điều khiển piston chuyển động tịnh tiến Piston được hồi vị nhờ lò xo Các cặp piston xylanh bơm cao áp thường được sắp xếp thẳng hàng và độ nâng piston thường không đổi

Suốt hành trình piston, nhiên liệu áp suất cao được tạo ra khi cửa nạp được đóng bằng cạnh trên đỉnh piston Đây là thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu Piston tiếp tục đi lên để tạo áp lực cao từ đó mở vòi phun và phun nhiên liệu vào xylanh động cơ

Nhờ có rãnh vạt xéo trên thân piston và khi rãnh xéo này mở cửa nạp làm

áp suất giảm, vòi phun đóng lại và chấm dứt phun

Hành trình piston di chuyển từ lúc đóng cửa nạp đến lúc bắt đầu mở cửa nạp được gọi là hành trình có ích Bơm được điều khiển bởi thanh răng làm cho

nó xoay quanh trục làm thay đổi vị trí rãnh vạt xéo, dẫn đến thay đổi hành trình

có ích, tức là làm thay đổi lượng nhiên liệu phun Thanh răng được điều khiển bởi bộ điều tốc cơ khí hoặc cơ cấu điện tử

Hình 1.15 Nguyên lý bơm cao áp thẳng hàng

a Bơm cao áp thẳng hàng tiêu chuẩn

b Bơm cao áp thẳng hàng dùng van trượt điều khiển

9 Phương dịch chuyển của van trượt

10 Mạch dầu cao áp đến vòi phun

Van trượt điều khiển trong bơm cao áp thẳng hàng: Khác với bơm cao áp truyền thống do có thêm ống lót bao quanh piston bơm Ống lót sẽ dịch chuyển lên xuống dọc thân piston để thay đổi hành trình có ích Và có thể làm thay đổi thời điểm bắt đầu phun Do thời điểm phun được thay đổi độc lập với tốc độ động

cơ, điều khiển bằng van trượt linh hoạt hơn so với loại bơm PE truyền thống dùng thanh răng

Hình 1.16 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel dùng bơm cao áp PE

1.1.5.3 Bơm cao áp phân phối loại piston hướng trục (VE):

Bơm cao áp kiểu phân phối chỉ có 1 piston vừa bơm vừa phân phối nhiên liệu cho tất cả các xylanh động cơ Một bơm cung cấp kiểu cánh gạt, cung cấp nhiên liệu đến buồng bơm cao áp Áp suất cao có thể được tạo ra nhờ chuyển động tịnh tiến hướng trục hoặc chuyển động hướng tâm của piston Piston quay thực hiện việc đóng và mở các cửa phân phối, để phân phối nhiên liệu cao áp đến từng vòi phun của các xylanh Quá trình phun (thời gian phun) có thể thay đổi nhờ vành điều khiển hoặc van cao áp điện từ

Đĩa cam được dẫn động từ động cơ Số mấu cam đúng bằng số xylanh động cơ Đĩa cam này lăn trên các con lăn làm piston chuyển động tịnh tiến Mỗi vòng quay của trục, piston thực hiện các chu trình cho tất cả các xylanh

Hình 1.17 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel dùng bơm cao áp VE

Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý bơm cao áp phân phối

kiểu piston chuyển động hướng trục

x: Hành trình có ích

Thùng chứa Bơm cao áp VE

Bầu lọc dầu Van an toàn

Kim phun Van cắt

dầu

Đối với bơm hướng trục VE loại piston có rãnh vạt xéo với bộ điều tốc cơ khí hay điều khiển điện tử, vành điều khiển qui định hành trình có ích và lượng nhiên liệu cần phun Bộ điều khiển phun sớm điều chỉnh thời điểm phun bằng cách xoay vành giữ con lăn

1.1.5.4 Bơm cao áp phân phối loại piston hướng kính (VR):

Thay vì đĩa cam được dùng cho piston phân phối hướng trục, bơm hướng kính với vành cam và hai cặp piston hướng tâm được sử dụng để tạo áp suất cao

Áp suất cao được tạo tốt hơn so với bơm piston hướng trục, mặc dù bơm hướng kính cần nhiều chi tiết hơn

Vành cam bị xoay bởi bộ phun sớm Tất cả các bơm piston hướng tâm, thời điểm phun và thời gian phun đều được điều khiển bằng các van điện từ

Trên van điện từ của bơm phân phối, một van cao áp điều khiển điện từ được dùng để xác định lượng nhiên liệu phun và thay đổi thời điểm phun Khi van đóng, áp suất cao được tạo ra, ngay khi van mở, nhiên liệu được thoát ra vì thế không có nhiên liệu cao áp để phun Việc điều khiển mở và đóng các van điện từ do một hoặc hai ECU (ECU của bơm và ECU của động cơ hay chỉ ECU của bơm)

Hình 1.19 Sơ đồ nguyên lý BCA phân phối kiểu piston chuyển động hướng kính

Các đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu diesel dùng các loại bơm cao

áp cổ điển

Về cấu tạo: hầu hết các hệ thống đều có nguyên lý cấu tạo tương tự nhau,

cơ bản chỉ khác ở cụm tạo dòng nhiên liệu áp lực cao – bơm cao áp

Cấu tạo bơm cao áp khá phức tạp, gồm rất nhiều chi tiết được gia công chính xác, bằng loại vật liệu chịu bền (nén, kéo và va đập cao) Đồng thời điều kiện làm việc của chúng khá khắc nghiệt Yêu cầu khi lắp ráp, bảo dưỡng khá phức tạp

Về nguyên lý làm việc: Tuy có khác nhau đôi chút giữa loại bơm PE, PF

và loại bơm VE, song nguyên tắc điều khiển lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt động cơ cơ bản giống nhau Lượng nhiên liệu phun vào nhiều hay ít chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố chính như: vị trí bàn đạp ga, tốc độ động cơ, tải tiêu thụ Các yếu tố khác như nhiệt độ làm mát, nhiệt độ khí nạp – môi trường làm việc động cơ, nhiệt độ nhiên liệu… chưa có tác động đến việc điều khiển lượng nhiên liệu Quá trình điều khiển phun sớm tuy có điều khiển tự động thông qua tốc độ động cơ nhưng quá trình này phải thực hiện dưới dạng cơ học, thông qua

áp lực dòng chảy trong mạch dầu nên tác động thiếu linh hoạt Vấn đề đóng cắt quá trình phun được thực hiện dưới dạng cơ học, thông qua các kết cấu cơ khí và dòng nhiên liệu cao áp nên ít nhiều có sự sai lệch so với lượng phun tính toán, do nhiên liệu bị nén dưới áp lực cao nên tính đàn hồi của nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến thời điểm bắt đầu phun và thời điểm kết thúc phun Điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến hiệu suất quá trình cháy giãn nở sinh công trong buồng đốt động

cơ

Yếu tố quan trọng nhất vẫn là quá trình điều khiển lượng phun trực tiếp thông qua bàn đạp ga nên chắc chắn lượng phun sẽ dư đáng kể mỗi khi tăng ga, dẫn đến tiêu hao lượng nhiên liệu, tăng chí phí trong quá trình sử dụng, gây ô nhiễm môi trường về tiếng ồn cũng như các chất độc hại thải ra môi trường

1.1.5.5 Bơm cao áp và vòi phun kết hợp UI:

Đối với bơm cao áp và vòi phun tạo thành một khối UI, mỗi bơm cao áp được lắp riêng cho một xylanh động cơ và được dẫn động trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua con đội hay cò mổ So sánh với bơm thẳng hàng và bơm phân phối, loại này có áp suất phun cao hơn (trên 2050 bar)

Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý cụm bơm cao áp và vòi phun UI

1.2.5.6 Bơm cao áp và vòi phun kết hợp UP:

Đối với bơm cao áp và phun phun kết hợp UP có điểm khác so với loại UI

là giữa bơm cao áp và vòi phun có lắp thêm một ống dẫn dầu cao áp Về nguyên

lý hoạt động tương tự hệ thống UI chỉ khác ở chỗ có thêm đoạn ống cao áp ngắn nối từ bơm cao áp đến vòi phun Bơm được dẫn động bởi trục cam động cơ, vòi phun được lắp trên buồng đốt động cơ Mỗi bộ bơm UP cho mỗi xylanh động cơ gồm có bơm cao áp, ống dẫn cao áp và kim phun Lượng nhiên liệu phun và thời điểm phun của hệ thống UP cũng được điều khiển bởi van cao áp

Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý bơm cao áp và vòi phun kết hợp UP

1.1.6 Các quá trình thủy động học trong hệ thống cấp nhiên liệu:

1.1.6.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến áp suất phun:

Để đạt được sự làm việc tin cậy, kinh tế của động cơ cần bảo đảm phun vào xy lanh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình với góc phun sớm đã cho và phun sương

Một trong các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng phun nhiên liệu là áp suất của nó trước vòi phun gọi là áp suất phun Đối với hệ thống phun trực tiếp, trong quá trình phun áp suất phun thay đổi trong giới hạn rộng và thay đổi theo chế làm việc của động cơ Chất lượng phun nhiên liệu cũng thay đổi tương ứng

Đặc tính thay đổi áp suất pf phụ thuộc góc quay trục khuỷu biểu thị trên hình 1.22 Thời gian phun được xác định bởi thời điểm mở và đóng kim phun (đường hnk)