Chương 3 1 Mục lục Danh mục hình 3 Lời nói đầu 5 Chương 1 Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng 6 1 1 Khái quát về tạo hỗn hợp trong động cơ xăng 6 1 1 1 Yêu cầu đối với hỗn hợp 6 1 1 2 Những yếu tố ảnh hư.
Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng
Khái quát về tạo hỗn hợp trong động cơ xăng
Chất lƣợng quá trình cháy, công suất và hiệu suất động cơ phụ thuộc nhiều và quá trình tạo hỗn hợp.
1.1.1 Yêu cầu đối với hỗn hợp
- Có thành phần phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ
Hỗn hợp nhiên liệu phải đồng nhất trong từng xilanh và có thành phần giống nhau giữa các xilanh trong động cơ nhiều xilanh Để đạt được yêu cầu này, động cơ xăng cần hình thành hỗn hợp một cách đồng đều.
Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng bao gồm hai loại chính: chế hòa khí và phun xăng trên đường ống nạp, trong đó phun xăng có thể là đơn điểm hoặc đa điểm.
- Hỗn hợp bên trong: Nhiên liệu đƣợc phun trực tiếp vào xilanh đông cơ
Mỗi phương pháp hình thành hỗn hợp trên đều có thiết bị và biện pháp cụ thể để đảm bảo chất lƣợng hỗn hợp
1.1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hỗn hợp
- Thời gian tạo hỗn hợp: Thời gian càng dài tạo hỗn hợp càng đều
Nhiệt độ môi trường và động cơ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hoạt động của động cơ xăng Nhiệt độ cao giúp nhiên liệu bay hơi và hòa trộn tốt hơn, nhưng cần phải kiểm soát quá trình sấy nóng Việc sấy nóng chỉ nên đủ để nhiên liệu bay hơi, vì nếu sấy quá mức, lượng khí nạp sẽ giảm, dẫn đến giảm công suất động cơ.
- Kết cấu đường ống nạp, buồng cháy… ảnh hưởng tới chất lượng hỗn hợp về sự đồng nhất trong một xilanh và sự đồng đều giữa các xilanh
- Thành phần, tính chất của nhiên liệu: Nhiên liệu có nhiều thành phần chƣng cất nhẹ, dễ bay hơi tạo hỗn hợp đồng đều, hàm lƣợng hơi cao.
Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí
Hệ thống nhiên liệu có chức năng cung cấp hoà khí, bao gồm không khí và hơi xăng, cho động cơ Điều này đảm bảo rằng tỷ lệ và thành phần của hỗn hợp khí cháy (hệ số dư lượng không khí α) phù hợp với chế độ hoạt động của động cơ.
Dựa vào phương pháp cấp nhiên liệu cho bộ chế hoà khí, người ta chia hệ thống thành hai loại: loại cƣỡng bức và loại tự chảy
Hình 1.1 Hệ thống nhiên liệu kiểu cưEỡng bức của động cơ xăng ô tô dùng bộ chế hoà khí
1- ống nạp xăng; 2- phễu có nút bịt; 3- ống thông hơi ; 4 - thùng xăng; 5- thước đo; 6 - van ;
7 - ống dẫn xăng; 8 - lọc xăng; 9 - bơm chuyển xăng; 10 - lọc lắng; 11 - bình lọc không khí;
Hệ thống nhiên liệu tự chảy thường được sử dụng cho động cơ tĩnh tại, như máy kéo hoặc xe máy, với thùng xăng được đặt cao hơn bộ chế hoà khí khoảng 300 đến 500mm Nhờ trọng lượng của xăng, nhiên liệu có thể tự chảy từ thùng xăng qua bình lọc vào bộ chế hoà khí mà không cần bơm chuyển xăng Các thành phần quan trọng trong hệ thống này bao gồm bình tiêu âm, bộ chế hoà khí, bộ hạn chế tốc độ cực đại, cảm biến mức xăng, nút xả xăng và miệng hút.
Hệ thống nhiên liệu cƣỡng bức trên ô tô hoạt động khi thùng xăng được đặt thấp hơn bộ chế hoà khí, yêu cầu sử dụng bơm để hút xăng từ thùng, qua các bộ phận như lưới lọc, ống dẫn và lọc thô, trước khi bơm vào bình lọc lắng và bộ chế hoà khí Hệ thống này chủ yếu được áp dụng cho động cơ lắp trên ô tô máy kéo.
Bộ chế hoà khí là thành phần thiết yếu trong hệ thống cung cấp hoà khí cho động cơ, đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất hoạt động Các loại bộ chế hoà khí hiện đại ngày nay đều phát triển từ những thiết kế đơn giản ban đầu.
Bộ chế hòa khí
1.3.1 Đặc tính bộ chế hòa khí đơn giản
1.3.1.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Bộ chế hoà khí đơn giản, hay còn gọi là bộ chế hoà khí một vòi phun và một giclơ, bao gồm các thành phần chính như buồng phao, giclơ, vòi phun, họng, không gian hoà trộn và bướm ga.
Nguyên lý hoạt động: xăng từ thùng chứa, do tự chảy hoặc nhờ bơm xăng đi qua ống 8 vào buồng phao 6
Khi mức xăng trong buồng phao giảm thấp, phao 5 sẽ hạ xuống, mở van kim 7 để cho phép nhiên liệu vào buồng phao với áp suất khí trời p0.
Không khí từ ngoài trời đi qua miệng vào họng 2 của bộ chế hòa khí, làm tăng tốc độ và giảm áp suất tại đây Nhờ chênh áp giữa p0 và ph, xăng từ buồng phao được hút qua vòi phun 1 vào họng 2 Khi ra khỏi vòi phun, xăng được không khí xé tơi và hòa trộn đều Trong không gian hòa trộn, một phần xăng bay hơi và hòa trộn với không khí vào động cơ, phụ thuộc vào độ mở của bướm ga 3 Do đó, bướm ga là cơ cấu chính điều khiển hoạt động của động cơ Các hạt xăng chưa kịp bay hơi sẽ tiếp tục bay hơi và hòa trộn với không khí trong suốt quá trình nạp vào xi lanh, trong các hành trình hút và nén của động cơ.
1.3.1.2 Đặc tính của bộ chế hòa khí đơn giản Đặc tính bộ chế hoà khí là quan hệ của hệ số dƣ lƣợng không khí với một trong những thông số đặc trưng cho lượng hỗn hợp nạp vào động cơ (lưu lƣợng không khí Gk, độ chân không ph tại họng khuếch tán, công suất có ích của động cơ Ne)
Hình 1.2 Sơ đồ bộ chế hoà khí đơn giản
1 - vòi phun; 2 - họng; 3 - bướm ga;
6 - buồng phao; 7 - van kim; 8 - ống xăng;
I – Xăng; II – không khí ; III – hoà khí.
G k , G nl – lưu lượng của không khí và nhiên liệu
L0 – lƣợng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu (kg kk/kg nl)
Xét quan hệ = f(ph) Để có được quan hệ trên, trước hết cần tìm ra quan hệ giữa G k , Gnl theo
ph Sau khi tính toán với bộ chế hoà khí đơn giản có: k h h h k f 2 p
ph - độ chân không tại họng khuếch tán, ph = p0 - ph
h – khoảng cách từ mức xăng trong buồng phao đến miệng vòi phun (h = 58mm) g – gia tốc trọng trường
k, nl – mật độ không khí, mật độ nhiên liệu
h, d – hệ số bóp dòng của họng khuếch tán và của gíclơ nhiên liệu fh, fd – tiết diện thông qua hình học tại họng khuếch tán và gíclơ
Thay các biểu thức (1.2) và (1.3) vào (1.1) sẽ tìm ra đặc tính của bộ chế hoà khí đơn giản dưới dạng sau: nl h h nl
- là biến số phụ thuộc p h
Hệ số dư lượng không khí (α) trong bộ chế hòa khí tăng lên khi độ chân không ở họng tăng hoặc khi lưu lượng không khí qua họng gia tăng Mật độ không khí giảm khi áp suất chênh lệch (Δph) tăng, trong khi mật độ nhiên liệu (ρnl) gần như không thay đổi Điều này giải thích tại sao hòa khí trở nên đậm đặc hơn khi Δph tăng.
Khi áp suất riêng phần của không khí (Δp h) tăng, hệ số dư lượng không khí (λ) sẽ giảm, dẫn đến việc hỗn hợp nhiên liệu trở nên đậm đặc hơn Tuy nhiên, đặc tính này không đáp ứng được yêu cầu sử dụng của động cơ.
Điều chỉnh chế hòa khí cho hỗn hợp cần thiết ở chế độ tải lớn có thể dẫn đến tình trạng hỗn hợp quá loãng ở chế độ tải nhỏ và trung bình Ngược lại, nếu điều chỉnh hỗn hợp cho chế độ tải nhỏ và trung bình, sẽ gây ra hỗn hợp quá đậm khi ở chế độ tải lớn.
1.3.2 Đặc tính lý tưởng của bộ chế hòa khí
Để đạt được bộ chế hòa khí lý tưởng, cần đảm bảo rằng thành phần hòa khí tối ưu phù hợp với điều kiện hoạt động của động cơ Quy luật thay đổi thành phần hòa khí được xác định qua đặc tính điều chỉnh, thể hiện sự biến thiên của các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật theo hệ số dư lượng không khí α, khi giữ tốc độ động cơ và vị trí bướm ga không đổi Đồ thị đặc tính điều chỉnh cho thấy công suất tiêu hao nhiên liệu g e (theo % của g emin) và công suất có ích N e (theo % N emax) được xác định thực nghiệm Các đường I – I’ thể hiện kết quả khảo nghiệm khi mở 100% bướm ga, trong khi các đường II – II’ và III – III’ tương ứng với các vị trí bướm ga nhỏ dần.
Theo đồ thị, với n = const, tại mỗi vị trí bướm ga, giá trị của α tương ứng với công suất cực đại (các điểm 1, 2, 3) đều nhỏ hơn so với các điểm có suất tiêu hao nhiên liệu thấp nhất (các điểm 5, 6, 7 của đường I’, II’, III’ hoặc 8, 9, 10 của các đường I, II, III) Điều này cho thấy rằng ở mọi vị trí bướm ga, các điểm đạt công suất cực đại đều có α < 1.
Càng đóng nhỏ bướm ga, của điểm công suất cực đại càng giảm
Hình 1.3 Đặc tính của bộ chế hoà khí đơn giản
Khi bướm ga mở 100%, suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất đạt được tại giá trị khoảng 1,1 Khi bướm ga được đóng lại, vị trí xuất hiện gemin sẽ chuyển sang hướng giảm của , và khi bướm ga gần như kín, giá trị tương ứng với gemin sẽ nhỏ hơn 1.
Khi bướm ga nhỏ dần, để đạt được công suất cực đại và tiêu hao nhiên liệu tối thiểu, cần phải tăng cường độ đậm đặc của hòa khí Việc nối các điểm 1, 2, 3 và 8, 9, 10 trên các đường I, II, III sẽ tạo ra hai đường a và b, phản ánh sự biến thiên của thành phần hòa khí tại công suất cực đại.
Khi mở dần bướm ga, đường a xác định công suất tối đa và đường b chỉ ra công suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất Khu vực giữa hai đường này có thành phần hòa khí tốt, giúp cải thiện hiệu suất kinh tế kỹ thuật của động cơ Ngược lại, khu vực bên ngoài hai đường a và b sẽ dẫn đến giảm công suất và tăng mức tiêu hao nhiên liệu, do đó không nên để động cơ hoạt động trong những khu vực này.
Tùy thuộc vào công dụng và điều kiện hoạt động của động cơ, cần điều chỉnh để N e và g e biến thiên theo thành phần hòa khí α sao cho sát với đường a hoặc đường b Điểm 4 biểu thị thành phần hòa khí khi động cơ hoạt động ở chế độ không tải.
Mỗi đường cong I, II hoặc III (I’, II’, III’) được đo ở một vị trí của bướm ga với tốc độ đã định, dẫn đến độ chân không ở họng p h và lưu lượng không khí G k tương ứng là hằng số Nhờ vào các đường a, b, có thể dễ dàng xây dựng sự biến thiên của thành phần hòa khí theo tọa độ - G h hoặc - p h, dựa trên công suất cực đại hoặc suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất Hình 3.8 minh họa đồ thị này.
Biến thiên của theo G k được thể hiện qua % lưu lượng không khí mở hoàn toàn bướm ga, với chế độ công suất cực đại (đường 2) và suất tiêu hao nhỏ nhất.
Hệ thống phun xăng
1.4.1 Khái niệm chung về hệ thống phun xăng Đối với động cơ đốt cháy cƣỡng bức hỗn hợp (dùng nhiên liệu dễ bay hơi là xăng và bugi tạo tia lửa điện để đốt cháy) thì việc tạo hỗn hợp đồng nhất và có tỷ lệ biến thiên (hệ số dƣ lƣợng không khí) theo các chế độ làm việc của động cơ là rất
Trong động cơ diesel, nhiên liệu được phun trực tiếp vào xylanh, điều khiển hoạt động của động cơ thông qua việc thay đổi tổng lượng nhiên liệu phun vào từng xylanh, trong khi lượng không khí nạp vào thay đổi rất ít, được gọi là phương pháp điều chỉnh theo chất lượng hỗn hợp Ngược lại, động cơ xăng tạo hỗn hợp trên đường nạp, với mức độ thay đổi không lớn nhưng điều chỉnh theo số lượng hỗn hợp cấp vào xylanh Thời gian tạo hỗn hợp trong động cơ diesel rất ngắn, trong khi ở động cơ xăng, thời gian bay hơi hòa trộn kéo dài nhiều lần Bộ chế hòa khí là cơ cấu chuyên dụng trên đường nạp, có chức năng tạo đủ hỗn hợp với tỷ lệ cần thiết cho từng chế độ làm việc của động cơ và quyết định lượng hỗn hợp cấp vào xylanh, tuy nhiên, hệ thống nhiên liệu dùng chế hòa khí cũng gặp một số hạn chế.
Việc tạo ra một hỗn hợp nhiên liệu có tỷ lệ phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ là một thách thức lớn, dẫn đến khó khăn trong việc giảm thiểu hàm lượng các chất độc hại trong khí thải như HC, CO và NOx.
Hệ thống phun xăng được áp dụng để khắc phục cản trở khí động lớn trên đường nạp của động cơ xăng Hệ thống này hoạt động bằng cách phun xăng vào đường nạp, nơi mà nó được hòa trộn với không khí, tạo thành hỗn hợp Quá trình này diễn ra bên ngoài xylanh hoặc trực tiếp bên trong xylanh thông qua vòi phun với áp suất cao, giúp cải thiện hiệu suất động cơ.
Hệ thống phun xăng bao gồm ba khối chính: khối thông tin, bao gồm các cảm biến như cảm biến tốc độ, cảm biến lưu lượng dòng khí, cảm biến kích nổ và cảm biến nhiệt độ làm mát; khối xử lý, với bộ ECU động cơ; và cơ cấu chấp hành, chính là vòi phun.
1.4.2 Hệ thống phun xăng cơ khí K-Jetronic
Hệ thống phun xăng K-Jetronic là hệ thống phun xăng cơ bản có các đặc điểm kỹ thuật đƣợc tóm lƣợc nhƣ sau:
- Đƣợc điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí - thuỷ lực
Không cần sự can thiệp của động cơ, quá trình điều chỉnh lưu lượng xăng phun ra được kiểm soát hoàn toàn bởi độ chân không trong ống hút.
- Xăng phun ra liên tục và đƣợc định lƣợng tuỳ theo khối lƣợng không khí nạp.
Hình 1.23 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng K - Jetronic
Hệ thống nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiên liệu với áp suất cao từ thùng chứa đến các vòi phun Nhiên liệu được phun vào các xylanh với tỷ lệ thích hợp, đảm bảo phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ.
Hệ thống nhiên liệu bao gồm các thành phần chính như thùng chứa nhiên liệu, bơm nhiên liệu, bộ tích năng, lọc nhiên liệu, bộ điều áp, bộ định lượng và phân phối nhiên liệu, cùng với các vòi phun xăng và vòi phun khởi động lạnh.
Bơm xăng điện có nhiệm vụ bơm xăng từ thùng chứa đến bộ tích năng, đi qua bầu lọc xăng và đến bộ phân phối Tại đây, xăng sẽ tiếp tục chảy đến các vòi phun, nơi chúng phun xăng liên tục vào các cửa nạp của động cơ Khi xăng được phun vào, nó sẽ hòa trộn với không khí tạo thành khí hỗn hợp, và khi xupáp hút mở, khí hỗn hợp sẽ được nạp vào xylanh động cơ.
Hình 1.24 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng cơ khí nhiều điểm BOSCH K - JETRONIC
5 - thiết bị định lượng/phân phối;
6 - lưu lượng kế không khí;
9 - cảm biến nhiệt độ nước làm mát;
16 - vòi phun khởi động lạnh;
17 - thiết bị bổ sung không khí khi chạy ấm máy;
18 - thiết bị điều chỉnh áp suất nhiên liệu;
19 - thiết bị điều chỉnh áp lực theo nhiệt độ
Bộ điều áp xăng trong bộ phân phối giữ áp suất xăng ổn định và điều chỉnh lượng xăng thừa trở lại thùng chứa Hệ thống này hoạt động thông qua cơ chế điều khiển cơ khí hiệu quả.
Hệ thống điều khiển cơ khí đảm nhận vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lượng phun nhiên liệu phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ Bộ định lượng và phân phối nhiên liệu là thành phần chính trong hệ thống này, giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
Bộ định lượng và phân phối nhiên liệu, kết hợp với bộ đo lưu lượng không khí nạp, đảm bảo việc cung cấp và phân phối xăng đến các kim phun một cách chính xác theo yêu cầu cần thiết.
Tùy thuộc vào vị trí của mâm đo, bộ phân phối sẽ định lượng xăng tương ứng với lượng không khí nạp để cung cấp cho kim phun Dao động của mâm đo được truyền động đến van trượt, cho phép xăng nạp vào bộ phân phối qua lỗ nạp và đi qua vai van trượt trong xylanh Cuối cùng, lượng xăng đã được định lượng sẽ được đưa đến các kim phun.
Piston điều khiển hoạt động dựa trên lực từ tấm cảm biến và áp suất nhiên liệu tác động lên đỉnh piston Áp suất điều khiển này khiến tấm cảm biến và piston di chuyển đồng bộ, tạo ra sự chính xác trong quá trình điều khiển Bộ chênh lệch áp suất cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Chức năng của bộ chênh lệch áp suất là để hạn chế sự tổn thất áp suất khi nhiên liệu đi qua các rãnh đứng trong xylanh
Hình 1.25 Hoạt động của van trượt trong xylanh định lượng a - Động cơ ngừng; b - Định lượng ở chế độ tải một phần; c - Định lượng ở chế độ toàn tải
1 - áp suất kiểm soát; 2 - van trượt; 3 - khe định lượng quanh xylanh; 4 - vai định lượng của van trượt; 5 - xăng vào xylanh phân lượng; 6 - xylanh với các khe định lượng
Bộ chênh lệch áp suất bao gồm các thành phần chính như buồng trên, buồng dưới, piston điều khiển, lò xo, rãnh định lượng nhiên liệu, màng và hệ thống đường nhiên liệu từ bơm đến các vòi phun.
Các bộ chênh lệch áp suất nằm trong bộ phân phối nhiên liệu Động cơ có bao nhiêu xylanh thì có bấy nhiêu bộ chênh lệch áp suất
So sánh hệ thống phun xăng và hệ thống dùng bộ chế hoà khí
Tăng cường công suất động cơ và mô men xoắn bằng cách giảm cản trở khí động trong đường nạp Việc điều chỉnh hình dạng đường nạp giúp tối ưu hóa hiệu quả nạp, đạt được hiệu suất cao nhất cho mọi chế độ tốc độ và tải của động cơ.
- Tạo điều kiện thuận lợi cho việc cường hoá động cơ theo , n và tăng áp
Tăng công suất động cơ thông qua việc điều khiển chính xác tỷ lệ không khí và góc đánh lửa sớm theo từng chế độ tải giúp tối ưu hóa quá trình phun nhiên liệu và đánh lửa, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động.
- Giảm tiêu tốn nhiên liệu và khống chế chuẩn xác hơn, cho phép tạo đƣợc hỗn hợp đồng nhất, quá trình cháy hoàn thiện hơn
Hình 1.33 Vòi phun khởi động lạnh
3 - lõi tạo từ nâng kim;
- Hạn chế khoang nước sấy nóng ống nạp nên mật độ khí nạp cao hơn làm tăng lƣợng ôxy cấp vào xylanh
Động cơ điện có khả năng phản ứng nhanh hơn với những thay đổi trong chế độ làm việc nhờ vào quá trình điều khiển điện, điện tử với quán tính rất nhỏ.
- Tính gia tốc tức thời tốt hơn vì tổng lượng xăng phun tăng cường tức thời có thể thay đổi đúng theo yêu cầu gia tốc động cơ
- Tối ƣu hoá quá trình khởi động, sấy nóng và nhận tải ở trạng thái chƣa đƣợc sấy nóng đầy đủ
Khí thải được giảm thiểu độc hại nhờ vào sự tối ưu hóa thành phần hòa khí, đảm bảo chính xác cho mọi chế độ hoạt động Chất lượng cháy được cải thiện, kết hợp với bộ xử lý khí xả hiệu quả, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
- Hoạt động ổn định trong mọi điều kiện khí hậu, địa hình (nhiệt độ, độ ẩm, độ cao, độ nghiêng của động cơ, nghiêng ngang, lên và xuống dốc
Hệ số nạp cao hơn do không có điểm thắt hẹp như họng khuếch tán, giúp giảm áp suất như trong bộ chế hòa khí, và không cần phải sấy nóng đường ống nạp.
Trong hệ thống phun nhiều điểm, hệ số dư lượng không khí giữa các xy lanh được phân bố đồng đều hơn, giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ Hơn nữa, phần lớn lượng xăng phun ra sẽ bay hơi trong xy lanh, làm giảm nhiệt độ môi chất, cho phép thiết kế tăng tỷ số nén một cách hiệu quả.
- Không cần hệ thống tăng tốc riêng rẽ do bộ điều khiễn phản ứng tức thời để tăng lƣợng nhiên liệu phun phù hợp với lƣợng không khí nạp
Động cơ có khả năng thích ứng linh hoạt trong nhiều điều kiện sử dụng khác nhau, từ việc hoạt động tĩnh tại tại các trạm phát điện cho đến việc di chuyển trên ô tô, xuồng máy và máy bay.
- Hệ số dƣ lƣợng không khí đƣợc điều chỉnh chính xác nên có thể giảm đƣợc thành phần độc hại trong khí thải, giảm ô nhiễm môi trường
Động cơ phun xăng ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào những ưu điểm nổi bật của nó Hiện nay, hầu hết các mẫu xe hơi du lịch từ các thương hiệu ô tô danh tiếng trên toàn cầu đều được trang bị động cơ này.
- Kết cấu phức tạp, đòi hỏi trình độ công nghệ chế tạo cao
- Giá thành cao, yêu cầu kiến thức cơ-điện tử cao hơn
- Khó sửa chữa, yêu cầu trang thiết bị chuyên dụng để chẩn đoán
- Yêu cầu cao hơn đối với việc chăm sóc, bảo dƣỡng, sửa chữa cần có trình độ chuyên môn cao.
Cung cấp nhiên liệu động cơ diesel
Khái niệm chung
Trong động cơ diesel, quá trình tạo hỗn hợp diễn ra bên trong xilanh, khi nhiên liệu được phun vào cuối hành trình nén Nhiên liệu bay hơi và hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp Thời gian tạo hỗn hợp cần phải ngắn để đảm bảo nhiên liệu cháy kiệt đúng lúc, giúp động cơ hoạt động hiệu quả và kinh tế Để động cơ hoạt động êm, việc cung cấp nhiên liệu tốt nhất theo thời gian và không gian trong buồng cháy là rất quan trọng.
2.1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của hiên thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel thực hiện các chức năng quan trọng như dự trữ nhiên liệu để đảm bảo động cơ hoạt động liên tục mà không cần cung cấp thêm nhiên liệu, lọc sạch nước và tạp chất cơ học trong nhiên liệu, và hỗ trợ lưu thông nhiên liệu một cách thông suốt trong hệ thống.
Cung cấp nhiên liệu cho động cơ đảm bảo tốt các yêu cầu sau:
- Lƣợng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với động cơ làm việc của động cơ
- Phun nhiên liệu vào đúng thời điểm, đúng quy luật mong muốn
- Lưu lượng nhiên liệu vào các xylanh phải đồng đều
Phải phun nhiên liệu vào xylanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước va sau lỗ phun, để nhiên liệu đƣợc xé tơi tốt
Để đảm bảo quá trình hòa khí trong động cơ diễn ra hiệu quả, các tia nhiên liệu phun vào xylanh cần phải kết hợp tối ưu về số lượng, phương hướng, hình dạng và kích thước với cấu trúc buồng cháy Điều này cũng phải tương thích với cường độ và hướng chuyển động của môi chất trong buồng cháy, nhằm hình thành hòa khí nhanh chóng và đồng đều.
- Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao
- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dƣỡng và sửa chữa
- Dễ chế tạo, giá thành hạ
- Theo loại bơm cao áp mà hệ thống nhiên liệu diesel sử dụng thì hiện nay có các loại nhƣ: PE; VE; PSB; PDA; HD…
- Theo phương pháp điều khiển quá trình cung cấp nhiên liệu thì có các loại nhƣ: điều khiển bằng cơ khí; điều khiển bằng điện tử
2.1.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel Điểm khác biệt lớn nhất của động cơ diesel so với động cơ xăng là địa điểm và thời gian hình thành hòa khí Hệ thống nhiên liệu diesel gồm: hệ thống cung cấp thấp áp, hệ thống bơm cao áp - vòi phun và bộ điều chỉnh tốc độ Sơ đồ chung hệ thống nhiên liệu diesel đƣợc giới thiệu trên hình 2.1
Hệ thống nhiên liệu diesel bao gồm nhiều thành phần quan trọng như khoá nhiên liệu, lọc rác, khoá xả, ống đổ dầu, và các loại lọc khác nhau như lọc lưới, lọc tinh, và lọc thô Các bộ phận như vòi phun, ống dầu cao áp, và bơm cao áp đảm bảo việc cung cấp nhiên liệu hiệu quả Hệ thống cũng có đường dầu rò rỉ, bơm cung cấp, và đường dầu hồi để duy trì hoạt động ổn định của thùng dầu diesel.
Hệ thống cung cấp thấp áp bao gồm thùng nhiên liệu, bơm cung cấp thấp áp (có thể là bơm pít tông, bơm bánh răng hoặc bơm cánh gạt), lọc nhiên liệu thô và tinh, cùng với các đường ống dẫn.
Hệ thống cung cấp thấp áp có nhiệm vụ tuần hoàn liên tục dầu đã được lọc sạch qua bơm cao áp, giúp làm mát và loại bỏ bọt khí Điều này đảm bảo bơm cao áp hoạt động ổn định và hiệu quả.
Để duy trì áp suất trong khoang bơm cao áp, van một chiều được lắp trên đường dầu hồi với áp suất mở khoảng 2~3 bar Van này không chỉ giữ áp suất ổn định mà còn đảm bảo dầu luôn đầy trong khoang bơm, giúp động cơ dễ dàng khởi động lại sau thời gian dài không hoạt động.
Các bộ lọc trong hệ thống bao gồm lọc rác, lọc thô và lọc tinh, giúp giữ lại các hạt bẩn kích thước rất nhỏ, bảo vệ các bộ phận chính xác như pít tông, xy lanh bơm cao áp, kim phun và đế kim phun, van triệt áp khỏi sự mài mòn Do không có van an toàn lắp song song với lọc, nên các bộ lọc này cần được thay thế hoặc rửa sạch sau một thời gian làm việc nhất định để tránh tình trạng tắc lọc, gây thiếu dầu cung cấp cho bơm.
Hệ thống cao áp bao gồm các bộ phận như bơm cao áp, vòi phun nhiên liệu và các đường ống dầu cao áp, có nhiệm vụ cung cấp chính xác lượng nhiên liệu và phun vào xy lanh dưới áp suất cao, lên tới hàng trăm KG/cm² Quá trình này giúp xé tơi giọt nhiên liệu, tạo điều kiện hòa trộn tốt với không khí để hình thành hỗn hợp cháy Thời điểm phun nhiên liệu được điều khiển chính xác, phù hợp với các chế độ tốc độ và tải trọng của động cơ.
Để đảm bảo an toàn và ổn định trong hệ thống nhiên liệu diesel, bộ phận điều chỉnh tốc độ (bộ điều tốc) đóng vai trò quan trọng Bộ điều tốc sử dụng thông tin về tốc độ và tải trọng động cơ để tự động điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp, giữ cho số vòng quay của động cơ ổn định trong mọi chế độ tải Khi tải trọng tăng, bộ điều tốc sẽ tăng lượng nhiên liệu để động cơ phát ra công suất phù hợp Có nhiều loại điều tốc như điều tốc cơ khí ly tâm, chân không, thủy lực và điện, được phân loại theo khả năng điều chỉnh số vòng quay thành một chế độ, hai chế độ và nhiều chế độ Trong các động cơ ô tô, chủ yếu sử dụng điều tốc hai chế độ và nhiều chế độ.
Bơm cao áp
Hình 2.2 Bơm Bosch 1- cam; 2- con đội con lăn; 3- vít điều chỉnh; 4- lò xo; 5- ống trượt; 6- piston;
7- vít kẹp chặt vành răng; 8- xylanh; 9- đế van một chiều; 10- thân bơm; 11- van một chiều; 12- đai ốc; 13- lò xo van một chiều; 14- đệm làm kín; 15- khoang chứa nhiên liệu;
16- thanh răng; 17- vành răng; 18- đĩa lò xo
Bơm cao áp hoạt động dựa trên cặp piston-xylanh siêu chính xác, được lắp khít với nhau Piston 6 được đẩy lên nhờ cam 1 qua con đội 2 và vít điều chỉnh 3, trong khi hành trình đi xuống của piston diễn ra nhờ lò xo 4 và đĩa lò xo 18 Ngạnh chữ thập ở đuôi piston 6 được ngàm trong rãnh dọc của ống xoay 5, trong khi vành răng 17 được gắn chặt trên đầu ống xoay 5 qua vít 7 và ăn khớp với thanh răng 16 Do đó, khi thanh răng 16 di chuyển, piston 6 sẽ xoay theo.
Phần đầu piston xẻ một rãnh nghiêng, không gian bên dưới rãnh nghiêng thông với không gian phía trên đỉnh piston là nhờ rãnh dọc.
Khi piston di chuyển xuống dưới nhờ lực đẩy của lò xo 4, van 11 đóng kín, tạo ra độ chân không trong không gian phía trên piston Khi các lỗ a và b được mở, nhiên liệu sẽ được nạp đầy vào không gian này cho đến khi piston đạt vị trí thấp nhất.
Piston di chuyển lên nhờ cam 1, ban đầu đẩy nhiên liệu qua các lỗ a, b ra ngoài Khi đỉnh piston che kín hai lỗ a và b, nhiên liệu trong không gian phía trên piston 10 bị nén, tăng áp suất và mở van cao áp 11, cho phép nhiên liệu đi vào đường cao áp tới vòi phun Quá trình cấp nhiên liệu tiếp tục cho đến khi rãnh nghiêng trên đầu piston mở lỗ xả b, đánh dấu thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu Lúc này, nhiên liệu từ không gian phía trên piston thoát qua rãnh dọc và lỗ b, làm giảm đột ngột áp suất trong xylanh và dẫn đến việc van cao áp đóng lại dưới tác động của lò xo 13 và áp suất dư trong đường cao áp.
Do hiện tượng tiết lưu tại các lỗ hút a và lỗ xả b, cũng như tính chịu nén của nhiên liệu và tính đàn hồi của kim loại, thời điểm bắt đầu và kết thúc cấp nhiên liệu thực tế sẽ khác một chút so với thời điểm đóng mở theo kích thước hình học của lỗ và piston.
Thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình được thể hiện qua đồ thị khai triển (hình 2.3), trong đó mô tả chu vi π.d của phần đầu piston và mặt trong của xylanh trên mặt phẳng, với d là đường kính của xylanh.
Hành trình bơm của piston tương đương với việc chuyển dịch lỗ b từ trên xuống, với vị trí mép trên của đỉnh piston che kín lỗ b đánh dấu thời điểm bắt đầu cấp nhiên liệu, và mép của rãnh chéo mở lỗ b biểu thị thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu Khoảng cách giữa hai vòng tròn này thể hiện hành trình có ích Se của piston Ba vị trí A, B, C của lỗ b tương ứng với ba vị trí khác nhau của thanh răng bơm cao áp, trong đó vị trí A mang lại hành trình có ích Se lớn nhất, vị trí B có Se nhỏ hơn, và vị trí C có Se = 0 Do đó, khi lỗ b trên đồ thị khai triển dịch chuyển sang phải, tức là piston bơm cao áp xoay theo chiều kim đồng hồ, sẽ làm tăng hành trình có ích Se.
Mép trên của đầu piston xác định thời điểm bắt đầu cấp nhiên liệu, trong khi mép chéo phía dưới quyết định thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu Đối với piston bơm cao áp có đỉnh bằng và rãnh chéo ở phía dưới, thời điểm bắt đầu cấp nhiên liệu luôn cố định Để điều chỉnh lượng nhiên liệu trong chu trình, cần thay đổi hành trình có ích Se, tức là thay đổi thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu.
Hình 2.3 Đồ thị thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình
Nếu rãnh chéo trên đầu pittông bơm cao áp được làm ở phía trên, lượng nhiên liệu chu trình sẽ thay đổi bằng cách điều chỉnh thời điểm bắt đầu cấp nhiên liệu Ngược lại, nếu rãnh chéo nằm cả phía trên và phía dưới đầu piston, việc thay đổi lượng nhiên liệu chu trình sẽ ảnh hưởng đến cả thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc cấp nhiên liệu.
2.2.1.3 Đặc tính bơm cao áp
Bơm Bosch là bơm cao áp phổ biến nhất trong động cơ diesel cao tốc hiện nay, với đặc tính tốc độ thể hiện mức cung cấp nhiên liệu theo chu trình phụ thuộc vào số vòng quay trục bơm Đặc tính này được xác định khi thanh răng bơm cố định và áp suất cung cấp ban đầu không đổi Đường đặc tính theo mức cung cấp nhiên liệu, hay còn gọi là đặc tính thanh răng, phản ánh sự biến thiên mức cung cấp theo vị trí thanh răng, trong khi số vòng quay và áp suất được giữ ổn định Việc kết hợp đường đặc tính tốc độ của bơm với đặc tính tốc độ của động cơ diesel, bao gồm cả giới hạn khói đen, giúp đánh giá chất lượng động lực học và xác định biện pháp hiệu chỉnh cần thiết.
Hình 2.4 Hình dạng xẻ rãnh piston bơm cao áp
Hình 2.5 Đặc tính theo mức nhiên liệu cung cấp và đặc tính tốc độ bơm cao áp
Đường đặc tính thanh răng là đường biểu diễn mức cung cấp nhiên liệu của bơm, được sử dụng để xác định vị trí của bộ phận hạn chế mức cung cấp nhiên liệu, đặc biệt là mức cung cấp cực đại.
Hình 2.5 trình bày đường đặc tính tốc độ v = f(n) và đường đặc tính thanh răng v = f(h) của bơm cao áp trong động cơ diesel Trong đó, v thể hiện mức cung cấp nhiên liệu cho một chu trình tính bằng mm³, n là số vòng quay của trục cam tính bằng vòng/phút, và h là vị trí của đầu bên phải của thanh răng so với đầu mặt của bạc tính bằng mm.
Hiệu chỉnh đường đặc tính của bơm: Khi nghiên cứu về đường đặc tính tốc độ
Nghiên cứu đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ ôtô cho thấy nhiều động cơ diesel của ôtô và máy kéo có đường cong M e = f(n) biến thiên thoai thoải với hệ số thích ứng K thấp (1,01,15) Sự biến thiên không thích ứng của đường cong M e = f(n) chủ yếu do đặc tính của bơm cao áp gây ra.
Dựa vào đồ thị hình 2.5, có thể nhận thấy rằng ở cùng một vị trí thanh răng h, mức cung cấp trong một chu trình sẽ giảm khi số vòng quay giảm Điều này chứng minh rằng sự giảm của Δg sẽ ngay lập tức làm giảm áp suất hiệu dụng trung bình.
Trong đó: + QH - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu
+ g - Lƣợng nhiên liệu đƣợc cấp trong một chu trình (kg)
+ L 0 - Lƣợng không khí lý thuyết tính bằng kg, cần thiết để đốt cháy g kg nhiên liệu đƣợc cung cấp trong một chu trình
+ , v , i - Hệ số dƣ không khí, hệ số nạp và hiệu suất chỉ thị
+ kk - Trọng lƣợng riêng của không khí (kg/m 3 )
+ p ms - Áp suất ma sát
Từ biểu thức đã nêu ở trên ta thấy rằng với mọi điều kiện khác nhƣ nhau, khi
Giảm g sẽ dẫn đến sự giảm p e; ví dụ, khi giảm số vòng quay, p e sẽ giảm trong một giới hạn nhất định Mức độ hoàn hảo trong việc tạo thành hỗn hợp của động cơ ảnh hưởng đến sự tăng p e Để động cơ hoạt động theo đường đặc tính mong muốn, cần thay đổi diễn biến của đường cong g = f(n) khi số vòng quay giảm Điều này có thể thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống bơm cao áp hoặc cơ cấu điều chỉnh đặc biệt, được gọi là bộ phận hiệu chỉnh mức cung cấp nhiên liệu.
Bộ phận hiệu chỉnh được tích hợp vào hệ thống bơm nhiên liệu có tác động đến đường cong g = f(n) Khi thanh răng bơm cao áp được cố định, đường đặc tính của bơm sẽ thay đổi Ngược lại, nếu bộ phận hiệu chỉnh được đưa vào hệ thống máy điều chỉnh, đường đặc tính của bơm sẽ giữ nguyên Trong trường hợp này, sự thay đổi của đường cong g = f(n) sẽ được điều chỉnh thông qua độ dịch chuyển phụ và tự động của thanh răng.
Vòi phun
Vòi phun là thiết bị quan trọng trong động cơ diesel, có chức năng đưa nhiên liệu từ bơm cao áp vào buồng cháy và phun tơi nhiên liệu Các yêu cầu về khả năng phun tơi của vòi phun có thể thay đổi tùy theo phương pháp tạo thành hỗn hợp Trong động cơ diesel, vòi phun được phân thành hai loại chính: vòi phun hở và vòi phun kín.
Trong động cơ có buồng cháy thống nhất, vòi phun cần đảm bảo khả năng phun tơi tốt hơn so với động cơ có buồng cháy xoáy lốc Ngược lại, ở động cơ có buồng trước và buồng xoáy lốc, vai trò của vòi phun được giảm nhẹ, vì quá trình phun tơi và trộn đều nhiên liệu chủ yếu được hỗ trợ bởi năng lượng từ nhiên liệu cháy trước hoặc năng lượng xoáy của buồng xoáy lốc.
Vòi phun đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay cho động cơ diesel là vòi phun có kim (hình 2.14a,b) và vòi phun có chốt (hình 2.14c)
Hai loại vòi phun này chỉ khác nhau chủ yếu ở phần kết cấu kim phun 2 và đế kim phun 1
Nhiên liệu áp suất cao từ đường ống cao áp được dẫn vào đầu lắp 13 qua đường dầu khoan trên đế kim phun 2, vào khoang nhiên liệu 14 Kim phun 2 có thiết kế với hai mặt côn.
Mặt côn trên của kim phun chịu áp lực nhiên liệu, trong khi mặt côn dưới hoạt động như van điều chỉnh dòng chảy nhiên liệu vào lỗ phun 15 Khi áp lực nhiên liệu vượt qua sức căng của lò xo 6, kim phun 2 sẽ nâng lên, cho phép nhiên liệu từ khoang 14 phun qua các lỗ vào buồng cháy Khi bơm cao áp ngừng cung cấp, áp suất trong khoang 14 giảm, lò xo 6 sẽ đẩy kim phun xuống, ngăn chặn dòng chảy nhiên liệu Áp suất nhiên liệu càng cao, lượng phun càng mịn, và mỗi loại động cơ có quy định áp suất phun riêng Để điều chỉnh áp suất phun, trên ống lồng 7 có vít điều chỉnh 9 để thay đổi sức căng lò xo 6, quá trình điều chỉnh được thực hiện trên băng thử vòi phun với áp kế đo áp suất Sau khi điều chỉnh, vít 9 được cố định bằng đai ốc.
1- đế kim phun; 2-kim phun; 3-đai ốc; 4- thanh đẩy; 5-thân vòi phun; 6-lò xo; 7- ống lồng; 8-chốt đỡ lò xo; 9-vít điều chỉnh; 10-nắp che; 11-đệm; 12-ống hồi dầu lọt; 13- đầu lắp với ống cao áp; 14-khoang nhiên liệu; 15-lỗ phun; 16- chốt kim phun a) b) c)
Trong quá trình hoạt động, nhiên liệu có thể rò rỉ từ khoang 14 qua khe hở giữa thân kim phun và đế kim phun lên khoang chứa lò xo của thân vòi phun 5 Hệ thống đường dầu hồi 12 được thiết kế để dẫn nhiên liệu rò trở lại đường nhiên liệu áp suất thấp ở bơm cao áp hoặc thùng nhiên liệu của động cơ Điều này cho thấy, vòi phun mới với khe hở nhỏ sẽ giảm lượng dầu rò rỉ, trong khi vòi phun cũ với khe hở lớn sẽ làm tăng lượng dầu rò rỉ.
Vòi phun có kim thường có nhiều lỗ phun tùy thuộc vào dạng buồng cháy động cơ, trong khi vòi phun có chốt chỉ có một lỗ phun được chắn bởi chốt Nhiên liệu được phun đều xung quanh lỗ phun, và chốt có dạng côn ngược giúp tăng cường dòng chảy của nhiên liệu Khi kim nâng lên, tiết diện thông qua lỗ phun thu hẹp, dẫn đến việc nhiên liệu phun vào buồng cháy trở nên tơi hơn.
Cặp bộ đôi kim phun 2 - đế kim phun 1 tại bơm cao áp cũng mang tính chính xác siêu việt, tương tự như sự kết hợp giữa xylanh - piston và van một chiều - đế van một chiều.
2.3.2 Đặc tính vòi phun Đặc tính vòi phun là hàm số thể hiện mối quan hệ chênh áp trước và sau lỗ phun với lưu lượng nhiên liệu qua lỗ Đơn giản nhất là vòi phun hở, tiết diện lưu thông của lỗ phun luôn luôn là hằng số Nhờ phương trình Becnuli, đặc tính vòi phun hở có dạng:
Trong đó: + p y - Áp suất nhiên liệu phía trước lỗ phun (Pa)
+ p c - Áp suất môi chất trong buồng cháy (Pa)
+ Q - Lưu lượng nhiên liệu qua lỗ phun (m 3 /s)
+ nl – Khối lƣợng riêng của nhiên liệu (không/m 3 )
Động cơ ô tô máy kéo hoạt động trong dải tốc độ rộng từ 500 đến 600 vòng/phút ở chế độ không tải và đạt đến 3500 đến 4000 vòng/phút ở chế độ toàn tải Trong khoảng thay đổi này, chênh áp có thể thay đổi từ 40 đến 70 lần Ngay cả khi áp suất phun đạt mức rất cao ở tốc độ tối đa (py - pc ≈ 150 MPa), vẫn có khả năng xảy ra chênh áp rất thấp (py - pc ≈ 3).
6 MPa) khi chạy chậm không tải làm cho nhiên liệu không thể xé tơi tốt nếu không có thêm giải pháp đặc biệt
Hình 2.15 Đặc tính vòi phun hở
Vòi phun hở thường gặp hiện tượng nhỏ giọt sau khi phun do dao động áp suất trên đường nhiên liệu cao áp và trong xylanh Khi áp suất dư trên đường cao áp lớn hơn áp suất trong xylanh, các giọt nhiên liệu bay hơi chậm, khó cháy kiệt, dễ tạo muội kết keo Điều này gây tắc lỗ phun, làm giảm công suất và hiệu suất động cơ.
Các loại vòi phun kín có thể tránh đƣợc hiện tƣợng trên
Vòi phun kín tiêu chuẩn (hình 2.14) hoạt động với kim tỳ nằm trên đế van, tạo ra sự ngăn cách giữa không gian phía trước và phía sau mặt tỳ của kim phun Hiệu suất giữa áp suất p2 phía sau mặt tỳ và áp suất pz trong buồng cháy là yếu tố quan trọng trong quá trình hoạt động của vòi phun.
Hàm p 2 = f (Q ), thể hiện qua đường I giống đặc tính vòi phun hở
Biến thiên áp suất p y trong không gian phía trước đế tỳ được xác định nhờ hai biểu thức (2.4) và (2.5)
- Phương trình cân bằng lực tác dụng trên kim phun:
Trong đó: + A - lực ép ban đầu của lò xo ép kim phun (N)
+ B - Độ cứng của lò xo (N/m)
+ x - hành trình nâng kim (m) d 1 , d 0 - Đường kính trung bình mặt tỳ mũi kim và đường kính cho ta biểu thức sau:
Trong đó: + 1, f 1 - hệ số lưu lượng và diện tích lưu thông qua đế tỳ của kim f 1 = x d 1 sin (2.6)
Hình 2.16 Đặc tính vòi phun kín tiêu chuẩn
Với - góc côn của mũi kim
Hàm p y = f(Q ) cho thấy khi Q tăng, đường II sẽ gần sát với đường I nếu độ nâng kim x không bị hạn chế Tiết diện lưu thông nhỏ tại đế kim phun f 1 tạo ra tiết lưu, làm tăng chuyển động rối của nhiên liệu, từ đó cải thiện chất lượng phun tơi và cho phép giảm áp suất phun, không vượt quá 40 MPa khi động cơ hoạt động toàn tải ở tốc độ tối đa Trong chế độ không tải và khi chạy chậm, vòi phun kín tiêu chuẩn vẫn đảm bảo chất lượng phun tốt Nhờ vào thiết kế kim phun ngăn cách hai không gian trước và sau đế tỳ, hiện tượng nhỏ giọt được tránh khi kết thúc phun Áp suất nâng kim phun dao động trong khoảng 15 đến 60 MPa.
Để tránh hư hỏng đế tỳ do va đập, cần thiết lập khoảng cách từ 0,3 đến 0,5 mm Thông thường, tỉ lệ 1 ≥ 1,5 đến 2,0 f c f được áp dụng để tránh gây cản trở cho tiết diện lưu thông Đường III biểu diễn hàm py = f(Q ) khi x đạt giá trị tối đa, cho thấy hành trình nâng kim phun bị hạn chế Trong khi đó, Đường IV là hàm x = f(Q ) Áp suất nâng kim p tác động lên diện tích thành của vành khuyên f v, với f v được xác định theo công thức cụ thể.
Khi kim được mở, áp suất nhiên liệu trong vòi phun tác động lên toàn bộ diện tích ngang f 0 của phần dẫn hướng của kim, trong đó d k là đường kính lớn của mặt tỳ hình côn của kim.
Nếu p ' là áp suất bắt đầu đóng kim, thì quan hệ giữa p ' và p nhƣ sau:
Bơm thấp áp kiểu piston
Bơm thấp áp có nhiệm vụ đẩy nhiên liệu qua bình lọc tinh vào rãnh hút của bơm cao áp, duy trì áp suất trong khoảng 0,08-0,12 MPa Áp suất này giúp ngăn chặn không khí hòa tan trong nhiên liệu thoát ra, đảm bảo bơm cung cấp nhiên liệu vào mỗi vòi phun với áp suất ổn định và đồng nhất, ngay cả khi tải trọng động cơ thay đổi đột ngột.
Bơm thấp áp bao gồm các bộ phận chính như thân bơm, piston, lò xo, nút, con đội, thanh truyền và các van hút và đẩy Các bộ phận này phối hợp với nhau để tạo ra áp suất cần thiết cho quá trình bơm.
Bơm thấp áp kiểu piston là một thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp, với cấu tạo bao gồm nhiều bộ phận như nút bơm tay, nắp xi lanh, cần piston, và các van hút, van thoát Sơ đồ làm việc của bơm khi chuyển động cho thấy quá trình hoạt động của piston và các lò xo liên quan, đảm bảo hiệu suất bơm tối ưu Các thành phần như vòng khít cao su và đệm cao su giúp ngăn chặn rò rỉ, trong khi các bạc dẫn hướng và thanh truyền con đội đảm bảo sự chuyển động mượt mà Hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm sẽ giúp người dùng khai thác tối đa hiệu quả của thiết bị này.
A buồng hút; B buồng đẩy; C rãnh
Bơm tay gồm có xi lanh 4 với nắp 2, piston 5 với vòng khít cao su và cần đẩy 3 với nùm bơm
Thân bơm được làm từ gang, trong khi các van sử dụng chất dẻo kaprôn và các chi tiết khác được chế tạo từ thép Piston 16 được lắp đặt vào lỗ thân với khe hở nhỏ, và thanh truyền 14 được lựa chọn chính xác theo lỗ bạc 15 Nhờ vào thiết kế này, nhiên liệu sẽ được piston 16 đẩy đi sau hai hành trình.
Trong hành trình thứ nhất – chuẩn bị, khi trục bơm quay, cam lệch tâm 19 đẩy con đội 13 lên, dẫn đến việc thanh truyền 14 di chuyển piston về phía buồng hút A Kết quả là buồng A tạo áp suất, trong khi buồng đẩy B duy trì chân không Lò xo 9 và 12 bị nén, khiến nhiên liệu chảy từ buồng A ra, nâng van 17 và theo rãnh C chảy vào buồng B.
Hành trình thứ hai trong quá trình làm việc của cam lệch tâm liên quan đến việc phần lồi của cam rời khỏi con đội, dẫn đến việc lò xo 9 dịch chuyển piston 16 về phía buồng B Sự dịch chuyển này tạo ra độ chân không trong buồng A, cho phép một phần nhiên liệu mới được nạp đầy vào buồng A.
B dưới tác dụng của áp suất, nhiên liệu qua rãnh C được đẩy vào bình lọc
Khi sức cản của bình lọc tăng, áp lực nhiên liệu trong khoang đẩy của bơm cũng tăng theo Điều này dẫn đến việc lò xo không thể đưa piston trở về vị trí ban đầu, làm giảm hành trình làm việc của piston và năng suất bơm.
Khi bình lọc nhiên liệu quá bẩn, áp suất trong buồng B tăng lên do lực nén của lò xo, khiến piston không di chuyển và ngừng cung cấp nhiên liệu Để khôi phục hoạt động của bơm, cần phải làm sạch hoặc thay thế bình lọc nhiên liệu mới.
Bơm tay là thiết bị quan trọng để nạp nhiên liệu vào bình lọc và nắp bơm cao áp trước khi khởi động động cơ, đồng thời giúp xả không khí khỏi hệ thống nhiên liệu Khi kéo núm 1, piston tạo ra chân không, mở van hút và nạp đầy nhiên liệu vào buồng A Khi piston dịch chuyển xuống, áp suất trong buồng A làm mở van 17, cho phép nhiên liệu chảy qua ống dẫn đến bình lọc và buồng đẩy B Sau khi hoàn tất quá trình nạp nhiên liệu, cần vặn chặt núm 1 để ngăn không khí xâm nhập vào bơm.
Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển bằng điện tử (EFI diesel)
Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển bằng điện tử (EFI Diesel) khác biệt hoàn toàn so với hệ thống cơ khí truyền thống Trong hệ thống EFI Diesel, tín hiệu từ ECU (Bộ điều khiển điện tử) đóng vai trò quan trọng, khi ECU nhận dữ liệu từ các cảm biến như tốc độ động cơ, vị trí chân ga và vị trí trục khuỷu Sau khi xử lý thông tin, ECU sẽ phát tín hiệu điều khiển cho các van như van SPV (van điều khiển lượng phun) và van TCV (van điều khiển thời điểm phun), giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.
61 phun) và các điều khiển khác Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EFI Diesel đƣợc thể hiện trên hình 2.18
Hệ thống EFI-diesel điều khiển lượng phun nhiên liệu và thời điểm phun một cách điện tử nhằm tối ưu hóa hiệu suất Việc này mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải, và cải thiện hiệu quả vận hành của động cơ.
- Công suất của động cơ cao
- Mức tiêu thụ nhiên liệu thấp
- Giảm lƣợng xả khói đen và trắng
- Tăng khả năng khởi động
Hiện nay, hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển bằng điện tử được chia thành hai loại chính: EFI-diesel thông thường và EFI-diesel có ống phân phối.
2.5.2 Hệ thống nhiên liệu EFI-diesel thông thường
Trong hệ thống EFI-diesel tiêu chuẩn, việc điều khiển thời điểm và lượng phun nhiên liệu được thực hiện bằng điện tử Bơm tạo áp suất nhiên liệu cũng là loại bơm được sử dụng trong động cơ diesel thông thường Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EFI-diesel tiêu chuẩn được minh họa trong hình 3.64.
Hình 2.18 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel điếu khiển điện tử EFI
Nhiên liệu được bơm từ bình chứa qua bộ lọc và vào bơm cao áp, nơi áp suất đạt từ 1.5 đến 2.0 Mpa Quá trình này tương tự như trong máy bơm động cơ diesel thông thường ECU phát tín hiệu để SPV điều chỉnh lượng phun và TCV xác định thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu.
2.5.3 Hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử lập trình (PEEC)
Hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử lập trình sử dụng trên động cơ Catepilar, với bơm cao áp kiểu pít tông 1 hàng đƣợc giới thiệu trên hình 6
- Khối các tín hiệu đầu vào và Bộ điều khiển ECM
+ Từ các cảm biến: tốc độ động cơ, tốc độ xe, áp suất khí tăng áp, áp suất dầu bôi trơn, nhiệt độ nước làm mát
+ Từ các công tắc báo vị trí: tay ga, chạy không tải, bộ điều khiển thời điểm phun, nhiên liệu, phanh, ly hợp khoá nguồn
- Các tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành:
- Van điện từ điều khiển thanh răng bơm cao áp (bộ kích hoạt)
- Van dầu điều khiển xoay trục cam (để thayđổi góc phun sớm)
Hình 2.19 Sơ đồ hệ thống EFI-diesel thông thường
1 - thùng nhiên liệu; 2 - lọc nhiên liệu; 3 - bơm cao áp; 4 - van điều khiển lượng phun (SPV); 5 - vòi phun; 6 - van điều khiển thời điểm phun (TCV)
- Van điện từ tắt máy
- Các tín hiệu cảnh báo
- Đầu nối để chẩn đoán (check connector)
Hình 2.20 Kết cấu hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử lập trình PEEC
Nguyên tắc điều khiển của hệ thống trình bày trên hình 2.21
Hình 2.21 Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử lập trình PEEC
2.5.4 Hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử 3406E Catepilar
Hệ thống 3406E, như mô tả trong hình 2.22, kết hợp giữa điều khiển cơ khí và điện tử cho các tổ bơm-vòi phun trên từng xy lanh động cơ Phần truyền động cơ khí đảm nhận nhiệm vụ nén pít tông bơm cao áp, bao gồm các bộ phận như trục cam, con đội con lăn, đũa đẩy và đòn bẩy.
Hệ thống điều khiển điện tử tương tự như hệ thống PEEC, với tín hiệu ra từ ECM điều khiển van điện từ để cấp nhiên liệu từ bơm cao áp xuống vòi phun.
Hình 2.22 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử 3406E trên xe Catepilar
1-Trục cam ; 2-Con đội con lăn ; 3- Đường dầu bôi trơn; 4-Đũa đẩy; 5- Đầu đòn bẩy;
6- Đòn bẩy; 7- Van điện từ; 8- Bơm - vòi phun
Bơm hoạt động dựa trên nguyên lý van điện từ (11) có nhiệm vụ chặn hoặc mở thông đường dầu cao áp trong bơm pít tông (3) và đường dầu thấp áp (10) Khi bơm cao áp được nén, ECM sẽ điều khiển van (11) đóng, cho phép nhiên liệu cao áp đi xuống vòi phun (6) và phun vào xy lanh Khi van (11) mở, nhiên liệu cao áp sẽ trở về đường (10), kết thúc quá trình phun Thời điểm bắt đầu phun phụ thuộc vào thời điểm đóng van; thời gian đóng van dài hay ngắn sẽ ảnh hưởng đến lượng nhiên liệu phun vào xy lanh Dựa vào thông tin từ các cảm biến, ECM sẽ điều khiển van một cách hợp lý, giúp động cơ hoạt động tối ưu.
Kết cấu cụ thể của tổ bơm vòi phun trình bày trên hình 2.23
Hình 2.23 minh họa kết cấu tổ bơm và vòi phun điều khiển điện tử, bao gồm các thành phần quan trọng như lò so, pít tông bơm cao áp, xy lanh bơm, và các vòng đệm kín ở trên và dưới Ngoài ra, kim phun, thân, tấm cách, lò so kim phun, cùng với đường dầu cung cấp áp suất thấp cũng là những phần không thể thiếu trong hệ thống này.
11-Van điện từ; 12-Đầu nối ECM
2.5.5 Hệ thống phun nhiên liệu điện tử thuỷ lực HEUI
Hệ thống phun nhiên liệu cao áp được trang bị phổ biến trên các động cơ xe tải và máy phát điện diesel mới Đặc điểm nổi bật của hệ thống này là sử dụng dầu nhờn áp suất cao để nén pít tông bơm cao áp, từ đó đưa nhiên liệu qua vòi phun vào xy lanh động cơ Thời điểm và lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh dựa trên thời gian mở van cung cấp dầu vào pít tông bơm cao áp Toàn bộ quá trình hoạt động của hệ thống được tự động điều khiển, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho động cơ.
HEUI thể hiện trên hình 2.23
Kết cấu và nguyên tắc hoạt động các phần cơ bản của hệ thống này nhƣ sau:
- Hệ thống dầu kích hoạt bơm phun
Dầu máy được bơm từ các te qua bộ lọc và làm mát, sau đó đi vào bơm dầu tăng áp Tại đây, dầu được nén với áp suất cao và chuyển tới đường ống, chờ sẵn trước cửa van dầu của từng bơm phun Khi bơm phun hoạt động, dầu sẽ được phun ra để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho động cơ.
ECM (5) điều khiển mở van dầu, kích hoạt dầu nén pít tông bơm nhiên liệu vào xy lanh Áp suất dầu được đo bằng cảm biến áp suất (4) và điều chỉnh bởi van xả trong khối bơm dầu (3).
Hệ thống cung cấp nhiên liệu thấp áp bao gồm bơm nhiên liệu (3) được lắp đặt để hút nhiên liệu từ thùng (9) Nhiên liệu sau khi được lọc qua bộ lọc tinh và tách hơi (7) sẽ được dẫn đến đường dầu vào của các bơm phun (8) và sau đó trở về thùng dầu.
Hệ thống HEUI bao gồm nhiều thành phần quan trọng như các te dầu, bình lọc dầu, khối bơm dầu và bơm nhiên liệu, cùng với cảm biến áp suất dầu và bộ điều khiển điện tử Đường dầu áp suất cao được sử dụng để nén pít tông bơm cao áp, trong khi bình lọc nhiên liệu và các bơm vòi phun liền khối đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu Cuối cùng, thùng nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiên liệu cho hệ thống.
- Khối bơm phun cao áp: Đây là loại bơm cao áp kiểu bơm vòi phun liền khối;
Mỗi xy lanh có một bơm phun Kết cấu và nguyên lý hoạt động của bơm phun (8) sẽ đƣợc mô tả ở phần sau
- Hệ thống điều khiển điện tử ECM
Phần cơ bản của hệ thống là bộ điều khiển ECM
Thông tin đầu vào của ECM được thu thập từ nhiều cảm biến quan trọng, bao gồm vị trí chân ga, tốc độ động cơ, điểm chết trên máy 1, và các áp suất như áp suất khí tăng áp, áp suất dầu kích hoạt, áp suất nhiên liệu, cùng với áp suất khí quyển Ngoài ra, nhiệt độ của dầu, nhiên liệu, khí nạp, và làm mát, cũng như mức dung dịch làm mát, đều là những yếu tố cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
Tự động điều chỉnh tốc độ động cơ
Tính cần thiết phải lắp điều tốc cho động cơ
Khi động cơ hoạt động để kéo máy công tác, chế độ làm việc ổn định được xác định bởi điểm cắt nhau của hai đường đặc tính theo tốc độ vòng quay: đường 1 thể hiện mô men của động cơ tại vị trí cố định của cơ cấu điều khiển nhiên liệu, trong khi đường 2 là mô men cản của máy công tác Chế độ làm việc càng ổn định khi tốc độ vòng quay tăng, với mô men động giảm nhanh và mô men cản tăng nhanh, dẫn đến hai đường đặc tính cắt nhau với độ dốc lớn hơn Đối với mỗi máy công tác cụ thể, đặc tính mô men cản không thay đổi, vì vậy tính ổn định của chế độ làm việc phụ thuộc chủ yếu vào độ dốc của đặc tính động cơ.
Để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định với máy công tác, cần trang bị cơ cấu tự động điều chỉnh, hay còn gọi là cơ cấu điều tốc, nhằm duy trì tốc độ vòng quay của hệ thống một cách nhất quán.
Trong động cơ xăng, bướm tiết lưu hay bướm ga được sử dụng để điều chỉnh tải trọng trên đường nạp Khi tốc độ vòng quay của động cơ tăng, tổn thất khí động qua bướm tiết lưu cũng tăng nhanh chóng, tỷ lệ với bình phương tốc độ Mô men của động cơ sẽ giảm nhanh sau khi đạt cực đại, và giảm nhanh hơn khi bướm ga được đóng lại Vì vậy, chế độ làm việc của động cơ với máy công tác rất ổn định, không cần trang bị cơ cấu điều tốc, chỉ cần cơ cấu hạn chế tốc độ vòng quay.
Đối với động cơ diesel, việc điều chỉnh tải trọng được thực hiện bằng cách thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình, trong khi lượng không khí nạp gần như không thay đổi Do không có bướm tiết lưu trên đường nạp, nên không xảy ra tổn thất cục bộ.
Hình 3.1 Đặc tính của động cơ và máy công tác 1-Mômen động cơ; 2- Mômen cản của máy công tác
Động cơ diesel thường có đặc tính hoạt động khác biệt so với động cơ xăng, với lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình tăng theo tốc độ vòng quay Đặc tính của động cơ diesel thường thoải, và hình dạng các đặc tính ở các vị trí khác nhau của cơ cấu điều chỉnh cung cấp nhiên liệu cũng tương tự nhau Vì lý do này, việc lắp đặt điều tốc cho động cơ diesel là cần thiết để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định trong các máy công tác.
Các loại điều tốc
Trong thực tế, có nhiều loại điều tốc như điều tốc cơ khí, điều tốc chân không và điều tốc điện từ Bài viết này sẽ tập trung vào nguyên tắc hoạt động của điều tốc cơ khí kiểu Watt, một loại điều tốc đơn giản nhưng hiệu quả.
Trục 1 của bộ điều tốc đƣợc dẫn động từ trục của bơm cao áp Trên trục 1 lắp các quả văng 2 Khi tốc độ vòng quay của động cơ đạt một giá trị nào đó, lực ly tâm
Hình 3.3 Cơ cấu điều tốc kiểu Watt
1 trục điều tốc; 2- quả văng; 3- lò xo; 4- khớp trượt;
5- thanh nối; 6- thanh răng bơm cao áp Hinh 3.2 Tính cần thiết đặt điều tốc trên động cơ a động cơ xăng; b động cơ diezen; 1- tải lớn; 2- tải trung bình; 3- tải nhỏ
Khi quả văng 78 thắng sức căng của lò xo 3, khớp trượt sẽ di chuyển sang bên trái, dẫn đến việc thanh răng bơm cao áp kéo về bên trái và giảm lượng nhiên liệu cung cấp, làm giảm tốc độ động cơ Ngược lại, khi tốc độ động cơ giảm, lực căng của lò xo 3 sẽ thắng lực ly tâm của quả văng, kéo khớp trượt về bên phải, tăng lượng nhiên liệu cung cấp và làm tăng tốc độ động cơ Nhờ vậy, động cơ được tự động điều chỉnh để duy trì tốc độ ổn định theo yêu cầu Hình 3.3b minh họa rõ đặc tính của động cơ có điều tốc, cho thấy tại điểm 1, khi quả văng bắt đầu văng ra, lượng nhiên liệu cung cấp giảm dần, dẫn đến việc động cơ không phát ra mô men theo đường đứt nữa mà giảm nhanh, cắt đặc tính mô men cản ở điểm 2 với độ dốc lớn, đảm bảo chế độ làm việc của động cơ với máy công tác ổn định.
Tùy thuộc vào hệ thống động cơ và máy công tác, điều tốc có thể được phân loại theo vùng làm việc Một loại điều tốc là điều tốc một chế độ, có chức năng giữ cho động cơ hoạt động ở một tốc độ vòng quay cố định, chẳng hạn như trong trường hợp động cơ kéo máy phát điện.
Hình 3.4 Đặc tính động cơ với các loại điều tốc
Điều tốc giới hạn chỉ hoạt động khi tốc độ vòng quay của động cơ vượt quá một giá trị nhất định, thường được trang bị cho động cơ diesel tàu thủy để giới hạn tốc độ khi chân vịt nhô khỏi mặt nước Điều tốc hai chế độ có hai chức năng: giữ cho động cơ hoạt động ổn định ở tốc độ vòng quay thấp trong chế độ không tải và tải nhỏ, đồng thời giới hạn tốc độ ở mức cao Ở chế độ tốc độ trung bình, người vận hành sẽ điều khiển hoạt động của động cơ Loại điều tốc hai chế độ thường được sử dụng cho động cơ ô tô, chẳng hạn như ô tô IFA-W50.
Hình 3.5 Bộ điều tốc 2 chế độ
Sơ đồ cấu tạo (hình 3.5) bao gồm các quả văng lớn 4 và nhỏ 3, được lắp trơn trên các chốt của giá đỡ 1 Giá đỡ nắp cố định trên trục 6, trong khi chân các quả văng tỳ lên khớp trượt 5, khớp này trượt trên trục quay 6 của bộ điều tốc Trục 6 được dẫn động qua bánh răng của trục cam bơm cao áp Khớp trượt 5 kết nối với tay đòn 7 của bộ điều tốc, đầu trên của tay đòn tỳ lên lò xo mềm 12, thông qua cốc 13 và ống lót 11 Phần dưới tay đòn 7 nối với thanh răng bơm cao áp 9 và cần đạp ga 14 Lò xo cứng 10 đặt trong ống lót 11 tỳ lên thân bộ điều tốc Các quả văng lớn kết hợp với lò xo mềm và các quả văng nhỏ kết hợp với lò xo cứng tạo ra hai hệ thống điều khiển kế tiếp nhau thông qua hệ thống tay đòn.
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống này dựa vào việc điều chỉnh khối lượng các quả văng và lực đẩy của lò xo mềm sao cho lực ly tâm của quả văng cân bằng với lực đẩy của lò xo khi trục khuỷu động cơ quay ở tốc độ thấp nhất, khoảng 400 đến 600 vòng/phút Khi động cơ hoạt động không tải và cần đạp ga được nhả hoàn toàn, hệ thống sẽ duy trì sự ổn định cần thiết.
Tay đòn 8 ở vị trí I có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ Khi tốc độ động cơ giảm, lực ly tâm của quả văng cũng giảm theo, khiến lò xo 12 đẩy đầu tay đòn sang phải, kéo thanh răng bơm cao áp về phía tăng nhiên liệu Ngược lại, khi tốc độ động cơ tăng, quá trình này sẽ diễn ra theo chiều ngược lại Nhờ vậy, hệ thống đầu tiên của bộ điều tốc giúp đảm bảo động cơ hoạt động ổn định ở số vòng quay không tải nhỏ nhất.
Khối lượng quả văng nhỏ và lực đẩy của lò xo cứng cần được lựa chọn để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định ở vòng quay tối đa của động cơ Khi động cơ đạt tốc độ tối đa với cần đạp ga kéo hết cỡ, tay đòn 8 sẽ ở vị trí II Lúc này, các quả văng lớn đã mở tới chốt tỳ 2 nhưng bị kìm hãm, trong khi lò xo mềm bị tay đòn 7 ép đến mức cốc tỳ 13 chạm vào ống lót 11 Nếu tốc độ trục khuỷu tiếp tục tăng do giảm lực cản bên ngoài, lực ly tâm của quả văng nhỏ sẽ tăng, đẩy khớp trượt 5 sang trái và tiếp tục ép lò xo 10, từ đó đẩy thanh răng bơm cao áp về phía giảm nhiên liệu Như vậy, hệ thống thứ hai của bộ điều tốc hai chế độ giúp hạn chế tốc độ tối đa của động cơ ngay cả khi nhả tải hoàn toàn.
Điều tốc đa chế độ là thiết bị điều chỉnh tốc độ hoạt động của động cơ trong mọi chế độ tốc độ Hiện nay, việc trang bị điều tốc đa chế độ trên ô tô ngày càng phổ biến nhằm nâng cao tính ổn định khi vận hành động cơ.
Sơ đồ cấu tạo (hình 3.6) bao gồm các thành phần chính như quả văng 8, lò xo điều tốc 3, và tay đòn 2 kết nối với thanh răng bơm cao áp 1 Hai tay đòn 4 và 5 quay quanh một chốt, một bên nối với lò xo điều tốc và bên kia nối với cần ga Giá đỡ quả văng được lắp chặt trên trục quay 9, trong khi việc dẫn động trục quay cùng với hoạt động của quả văng 9 và khớp trượt 10 tương tự như bộ điều tốc hai chế độ.
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống là khi người lái đạp ga, việc kéo (4) sẽ làm căng lò so (3) và tạo ra lực tì lên khớp trượt (10) thông qua đòn bẩy (2) Đồng thời, quả văng (phần tử cảm ứng) sẽ bị văng ra dưới tác động của lực ly tâm do số vòng quay tạo ra, làm cho chân quả văng tì vào khớp trượt Lực lò so sẽ được cân bằng với lực ly tâm, giữ cho khớp trượt ở một vị trí ổn định, từ đó thanh răng (1) của bơm cao áp sẽ được kết nối với đòn bẩy một cách cố định.
Hình 3.6 Điều tốc đa chế độ
81 định tại một vị trí cung cấp nhiên liệu nhất định, nhờ vậy động cơ phát công suất không đổi và số vòng quay giữ đƣợc ổn định
Khi vòng quay động cơ tăng lên do xe xuống dốc hoặc tải trọng giảm, lực ly tâm của quả văng vượt quá lực lò so, khiến quả văng văng ra và chân quả văng đẩy khớp trượt cùng đòn bẩy dịch chuyển sang trái Điều này làm thanh răng bơm cao áp giảm lượng nhiên liệu, dẫn đến giảm tốc độ động cơ Ngược lại, bộ điều tốc sẽ kích thích động cơ tăng tốc độ, tự động giữ cho động cơ hoạt động ổn định.
Khi người lái điều chỉnh vị trí tay ga, việc căng hoặc giảm lực lò so sẽ tạo ra trạng thái cân bằng mới giữa lực ly tâm và lực lò so Tốc độ động cơ sẽ thay đổi, và bộ điều tốc sẽ tự động điều chỉnh để duy trì sự ổn định ở tốc độ mới Nhờ khả năng điều chỉnh sức căng vô cấp của lò so, động cơ có thể hoạt động ổn định ở mọi tốc độ mong muốn, thể hiện tính chất đa chế của bộ điều tốc.
- Bộ điều tốc chân không
Bộ điều tốc chân không sử dụng độ chân không trên đường ống nạp làm tín hiệu điều khiển
Bộ điều chỉnh tự động góc phun sớm
Bơm cao áp có vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiên liệu vào xy lanh tại thời điểm thích hợp, cụ thể là góc phun sớm Khi lắp bơm lên động cơ, góc phun sớm chỉ có thể được điều chỉnh theo thiết kế ban đầu của nhà chế tạo Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động, góc phun sớm cần được điều chỉnh hợp lý dựa trên tốc độ, tải trọng, nhiệt độ, mức độ gõ và hàm lượng khí xả Chẳng hạn, khi tốc độ động cơ tăng, góc phun sớm cũng phải tăng theo, trong khi đó, khi nhiệt độ tăng hoặc động cơ hoạt động với công suất lớn, góc phun sớm sẽ giảm.
Việc điều chỉnh góc phun sớm của động cơ được thực hiện tự động thông qua các cơ cấu khác nhau Các phương pháp điều khiển bao gồm cơ khí ly tâm, chỉ điều chỉnh theo tốc độ động cơ; thủy lực, điều chỉnh theo cả tốc độ và tải trọng; và điện tử, cho phép điều chỉnh phun sớm dựa trên mọi trạng thái của động cơ theo chương trình đã được lập trình bằng bộ vi xử lý.
Trên các bơm cao áp thông thường, bộ điều chỉnh phun sớm kiểu cơ khí ly tâm là một thiết bị rất phổ biến Hình 3.8 minh họa cấu trúc của bộ điều chỉnh phun sớm kiểu cơ khí ly tâm, cho thấy cách thức hoạt động và vai trò của nó trong hệ thống bơm.
Kết cấu và nguyên lý hoạt động của bộ điều chỉnh nhƣ sau:
Trục cam bơm cao áp được kết nối với trục dẫn động từ động cơ qua một khớp kiểu quả văng Khi quả văng quay, chốt trụ trên quả văng sẽ tác động lên tấm cam, kéo theo trục cam quay Lò so giữa quả văng và tấm cam giữ cho vị trí của tấm cam và trục cam luôn ổn định.
Khi vòng quay tăng, lực ly tâm của quả văng cũng tăng theo, dẫn đến việc tấm cam xoay một góc và ép lên lò xo Khi lực ly tâm và lực lò xo đạt sự cân bằng, tấm cam sẽ đứng ở vị trí mới, cho thấy trục cam đã thay đổi so với vị trí ban đầu Đặc biệt, chiều xoay của trục cam phải cùng chiều với chiều quay của bơm, giúp quá trình phun diễn ra sớm hơn.
Bộ điều chỉnh phun sớm và bộ điều tốc trên động cơ ô tô thường được tích hợp với bơm cao áp Bộ điều tốc được lắp ở phía đuôi trục cam bơm cao áp, trong khi bộ điều chỉnh phun sớm kiểu cơ khí được gắn trên khớp dẫn động ở đầu trục cam Đối với động cơ lớn trên tàu thuỷ hoặc động cơ tĩnh, bộ điều tốc thường được bố trí riêng và điều khiển bơm cao áp thông qua hệ thống đòn dẫn động hoặc động cơ bước.
Hình 3.8 Bộ điều chỉnh góc phun sớm
