GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL
Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel
Trong ngành ô tô, động cơ diesel chủ yếu được phát triển theo chu trình sinh công bốn kỳ, vì động cơ hai kỳ không mang lại hiệu quả thực tiễn.
Do giới hạn của đề tài, nhóm sinh viên không đi sâu vào việc diễn giải cụ thể chu trình hoạt động của động cơ diesel 4 kỳ, vì vấn đề này đã được trình bày trong các giáo trình trước đó.
Hình 1.2 Chu trình hoạt động của động cơ diesel bốn kỳ a Hút; b Nén; c Nổ; d Thải
1 Trục cam nạp; 2 Kim phun nhiên liệu; 3 Xupap nạp; 4 Xupap xả; 5 Buồng đốt;
6 Piston; 7 Xy lanh; 8 Thanh truyền; 9 Tâm trục khuỷu động cơ
1.3.2 Thời điểm phân phối khí
Phân phối khí là quá trình điều khiển hoạt động của xupap thông qua trục cam, đảm bảo sự đồng bộ với trục khuỷu Các vấu cam trên trục cam nạp và thải có nhiệm vụ điều khiển xupap tương ứng Đối với động cơ có trục cam đơn, cần có cơ cấu cò mổ và đũa đẩy để thực hiện điều này Trục khuỷu dẫn động trục cam qua dây đai, xích hoặc cơ cấu bánh răng Trong động cơ bốn kỳ, một chu trình hoạt động hoàn chỉnh yêu cầu hai vòng quay của trục khuỷu, do đó, tốc độ quay của trục cam chỉ bằng một nửa tốc độ của trục khuỷu, với tỷ số truyền giữa hai trục là 2:1.
Hình 1.3 Sơ đồ phân phối khí của động cơ diesel
Tỷ số nén ε được xác định bằng tỷ lệ giữa tổng thể tích (bao gồm thể tích buồng đốt và thể tích hành trình - thể tích quét của piston) so với thể tích buồng đốt Công thức tính tỷ số nén là: ε = (V h + V c) / V c.
- V h: Thể tích quét (thể tích hành trình) của xy lanh
Tỷ số nén của động cơ có ảnh hưởng mang tính quyết định đến những điều sau:
- Khả năng khởi động lạnh
- Mức tiêu hao nhiên liệu
Động cơ diesel yêu cầu tỷ số nén cao để nhiên liệu tự cháy, làm tăng nhiệt độ và áp suất trong buồng đốt, từ đó nâng cao công suất đầu ra Tuy nhiên, việc tăng tỷ số nén cũng dẫn đến sự gia tăng kích thước của động cơ Tỷ số nén thông thường của động cơ xăng dao động từ 8 đến 12, trong khi động cơ diesel có tỷ số nén từ 15 đến 25.
Trong động cơ diesel, không khí được nén đến áp suất từ 30 - 50 bar cho động cơ hút thông thường và từ 70 - 150 bar cho động cơ được tăng áp Quá trình nén này tạo ra nhiệt độ trong khoảng 700 đến 900°C, trong khi nhiệt độ đánh lửa của các thành phần dễ cháy trong dầu diesel rơi vào khoảng 250°C.
TDC là điểm chết trên BDC, trong khi điểm chết dưới được gọi là BDC Xupap nạp mở (IO) và xupap nạp đóng (IC) là các giai đoạn quan trọng trong quá trình hoạt động của động cơ Bên cạnh đó, xupap xả đóng (EO) và xupap xả mở (EC) cũng đóng vai trò quan trọng trong chu trình này Quá trình bắt đầu được đánh dấu bởi SOC, và điểm khởi phun cháy được xác định bởi IP.
Bộ tăng áp turbo và siêu nạp đã được sử dụng cho động cơ diesel lớn trong nhiều năm, giúp tăng khối lượng không khí nạp trong xy lanh Động cơ diesel rất phù hợp với loại hình tăng áp do chỉ hút và nén không khí Sự kết hợp này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn cải thiện tính kinh tế của động cơ.
Bộ turbo tăng áp hoạt động bằng cách sử dụng một tuabin được dẫn động bởi khí xả, giúp quay tuabin và hút không khí vào xy lanh Tuy nhiên, do tốc độ quay cao, không khí hút vào sẽ bị nóng lên, vì vậy cần phải đi qua bộ làm mát để hạ nhiệt độ Hệ thống cũng yêu cầu một bộ điều tiết để ngăn ngừa tình trạng khí xả quá nhiều, tránh ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ.
Hình 1.4 Bộ Turbo tăng áp cho khí nạp trên động cơ diesel
Bộ siêu nạp bao gồm máy nén được dẫn động bởi trục khuỷu động cơ, giúp nén không khí vào xy lanh, tăng lượng không khí nạp và áp suất Hệ thống này không cần bộ làm mát phức tạp như turbo tăng áp vì nhiệt độ không khí không tăng nhiều, nhưng cần một lượng công để khởi động máy nén.
Hình 1.5 Bộ tăng áp siêu nạp trên động cơ diesel
1 Vỏ máy nén; 2 Cánh nén; 3 Khí nạp;
4 Khí nạp được nén; 5 Dầu bôi trơn vào; 6 Vỏ tua bin; 7 Cánh tua bin; 8 Dòng khí xả đi ra; 9 Vỏ trục; 10 Dòng khí xả đi vào; 11 Trục; 12 Dầu bôi trơn đi ra
1 Pu-ly dẫn động; 2 Khí nạp vào; 3 Khí nạp được tăng áp;
1.3.5 Mô-men xoắn của động cơ
Lực ép từ khí cháy làm piston di chuyển xuống, và thanh truyền chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay, tạo ra mô-men xoắn cho trục khuỷu Mô-men xoắn đầu ra M của động cơ phụ thuộc vào áp suất trung bình p e, hay còn gọi là áp suất piston trung bình.
- V h: thể tích hành trình của xy lanh
Áp suất piston trung bình trong động cơ diesel tăng áp nhỏ cho xe ô tô có thể đạt từ 8 đến 22 bar, cao hơn so với động cơ xăng chỉ đạt 7 đến 11 bar Mô-men xoắn tối đa của động cơ phụ thuộc vào thiết kế như dung tích và phương pháp hút, và có thể được điều chỉnh thông qua việc thay đổi tỷ lệ nhiên liệu và không khí Mô-men xoắn cũng bị ảnh hưởng bởi tốc độ động cơ, đạt giá trị cực đại ở một ngưỡng tốc độ nhất định, sau đó sẽ giảm khi tốc độ vượt quá giới hạn đó Các thiết kế động cơ thường hướng tới việc tạo ra mô-men xoắn cực đại ở tốc độ dưới 2.000 vòng/phút để tối ưu hóa mức tiêu thụ nhiên liệu và cải thiện đặc tính phản ứng của động cơ.
Hình 1.6 Sơ đồ mô-men xoắn và công suất của động cơ diesel a Sơ đồ công suất; b Sơ đồ mô-men xoắn
M max : Mô-men xoắn cực đại
P rated : Công suất định mức n rated : Tốc độ định mức
Công suất P của động cơ phụ thuộc vào mô-men xoắn và tốc độ n của động cơ Khi tốc độ tăng, công suất cũng tăng cho đến khi đạt mức tối đa, hay còn gọi là công suất định mức P định mức tại tốc độ n định mức Để tính công suất động cơ, có thể sử dụng phương trình phù hợp.
- M: Mô-men xoắn của động cơ
Hình 1.7 Chu trình nhiệt Seiliger
Quy trình Seiliger được coi là tiêu chuẩn để so sánh động lực học của động cơ piston tuần hoàn, dựa trên các điều kiện lý tưởng được giả định trong quá trình này.
- Môi chất làm việc là khí lý tưởng
- Nhiệt độ dung riêng của khí là hằng số
- Không có tổn thất lưu lượng trong quá trình trao đổi khí
Phát triển bơm cao áp cho động cơ diesel
1.4.1 Yêu cầu về áp suất và hỗn hợp trong động cơ Động cơ diesel cần áp lực phun lớn Động cơ diesel cần một áp suất phun lớn đủ để làm tơi lượng nhiên liệu phun vào Áp suất đó tương đối vào khoảng 250 bar với những động cơ đời đầu Về sau áp suất này được tăng lên đáng kể cùng với sự ra đời của bơm phun nhiên liệu Bosch (bơm cao áp Bosch) Loại bơm này hiện nay gần như ứng dụng cho tất cả các động cơ diesel của các hãng xe Dưới áp lực phun lớn, nhiên liệu sẽ được phân tán nhỏ và dễ dàng thâm nhập vào lượng không khí trong buồng đốt giúp cho quá trình cháy diễn ra tốt hơn, ổn định hơn Động cơ diesel cần dạng buồng đốt đặc biệt
Hình 1.9 Các dạng buồng đốt của động cơ diesel a Piston đỉnh lỏm dạng Omega (ω)
1 Kim phun; 2 Buồng đốt phụ; 3 Vấu bán nguyệt để tăng khả năng xoáy lốc; 4 Rảnh thông với buồng đốt chính; 5 Bugi xông b Piston đỉnh lõm cùng với cơ cấu phun nhiên liệu trực tiếp
1 Kim phun; 2 Buồng đốt dạng ω; 3 Bugi xông c Piston với buồng đốt xoáy lốc
1 Kim phun; 2 Rảnh thông với buồng đốt chính; 3 Bugi xông
Hình dạng đầu piston và buồng đốt ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hình thành hỗn hợp, chất lượng hỗn hợp và khả năng xả khí thải Có hai loại buồng đốt: thống nhất và không thống nhất, tương ứng với kiểu phun trực tiếp và gián tiếp Theo một số quan điểm thiết kế, hình dạng đỉnh piston có thể là gợn sóng hoặc mặt cắt lõm dạng omega (ω), giúp tạo ra xoáy lốc cho hỗn hợp hiệu quả hơn.
Động cơ có buồng đốt phân tách, hay còn gọi là buồng đốt phụ, được ứng dụng rộng rãi trên xe khách và xe dân dụng nhờ khả năng giảm tiếng ồn hiệu quả Ngược lại, động cơ với buồng đốt thống nhất thường được sử dụng cho xe thương mại Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ hiện đại, động cơ phun trực tiếp đã dần thay thế buồng đốt phụ trong nhiều ứng dụng.
1.4.2 Công nghệ của Bosch cho động cơ diesel
Sự phát triển bơm cao áp
Sau khi đạt được thành công với động cơ diesel, tập đoàn Bosch đã bắt đầu nghiên cứu và phát triển các thiết bị phụ trợ như bơm cao áp, bộ điều tốc và kim phun nhiên liệu nhằm tối ưu hóa hiệu suất của động cơ này.
Bosch đã phát triển một mẫu bơm cao áp có khả năng hoạt động trên hầu hết các loại động cơ diesel vào thời điểm đó Mẫu bơm này vẫn được sử dụng và cải tiến cho đến nay, mặc dù đã có những hệ thống tiên tiến hơn thay thế.
Hình 1.10 Bơm cao áp cho động cơ diesel đầu tiên của Bosch
Bộ điều tốc cho động cơ diesel là thiết bị quan trọng giúp duy trì tốc độ hoạt động ổn định cho động cơ Khác với động cơ xăng, động cơ diesel không có khả năng tự điều chỉnh tốc độ, do đó cần có cụm điều chỉnh để đảm bảo hiệu suất và bảo vệ động cơ khỏi tình trạng quá tải.
1 Trục cam bơm; 2 Con đội; 3 Vòng răng điều khiển; 4 Thanh răng điều khiển; 5 Đường dầu vào; 6 Xy lanh bơm; 7 Ống điều khiển; 8 Đường dầu ra; 9 Van 1 chiều; 10 Que thăm nhớt; 11 Piston bơm tốc Các hãng sản xuất động cơ ban đầu đã tự phát triển bộ điều tốc riêng cho mình Tuy nhiên họ sớm phát hiện ra rằng cần có một cụm điều tốc được tích hợp cùng bơm cao áp để tiến trình dễ dàng hơn Lúc bấy giờ gần như không có một sản phẩm nào thích hợp cho đến năm 1931, Bosch đã cho ra đời bộ điều tốc tích hợp trên bơm cao áp
Phát triển kim phun cho động cơ diesel
Bên cạnh sự phát triển của bơm cao áp, động cơ diesel cũng cần kim phun phù hợp để phun nhiên liệu dưới áp lực cao và phun tơi Năm 1929, kim phun lỗ tia hở được giới thiệu cho động cơ diesel phun trực tiếp, và kích cỡ kim phun luôn được điều chỉnh theo từng mẫu bơm mới Sau này, các nhà sản xuất động cơ mong muốn kim phun có thể xoắn vào đầu xy lanh giống như động cơ xăng, và Bosch đã đáp ứng nhu cầu này bằng việc phát triển kim phun dạng ốc vít.
Nhiên liệu cho động cơ Diesel
Dầu diesel là sản phẩm chưng cất từ dầu thô, chứa các hydrocacbon với nhiệt độ sôi từ 180°C đến 370°C, và có nhiệt độ cháy trung bình khoảng 350°C, thấp hơn xăng Thành phần chính của dầu diesel bao gồm n-hexa-decane (cetane) dễ bắt lửa và α-metyl naphthalene bắt lửa chậm hơn Để sản xuất dầu diesel phù hợp với tỷ số nén của động cơ, hai thành phần này được pha trộn theo tỷ lệ cụ thể và thử nghiệm theo tiêu chuẩn CFR Động cơ thử nghiệm là loại 1 xy lanh với tỷ số nén biến thiên, và tỷ lệ cetane trong hỗn hợp được điều chỉnh cho đến khi đạt được độ trễ lửa mong muốn, từ đó xác định chỉ số cetane Ví dụ, hỗn hợp 52% cetane và 48% α-methyl naphthalene sẽ có chỉ số cetane tương ứng.
52 Chỉ số Cetane (CN) thể hiện chất lượng đánh lửa của nhiên liệu diesel Số cetane càng cao thì xu hướng nhiên liệu tự cháy càng lớn Để cho dầu diesel bay hơi thì yếu tố điểm sôi cực kỳ quan trọng Nếu điểm sôi thấp thì dầu diesel sẽ dễ bay hơi và hoạt động được trong môi trường lạnh Tuy nhiên nguy cơ hình thành các kết tủa trong nhiên liệu cao, dẫn đến hư hỏng trong hệ thống Nhưng nếu điểm sôi quá cao sẽ sinh ra nhiều muội than Để giải quyết điều này, Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô châu Âu (ACEA - Association des Constructeurs Européens d’Automobiles) đã quy định điểm sôi là 350°C Để đạt được khả năng cháy và điểm sôi mong muốn, các nhà sản xuất đã thêm vào đó các phụ gia, trong đó có lưu huỳnh Tuy nhiên việc này đã gây ảnh hưởng đến môi trường và các nhà chức trách về môi trường đã lên tiếng Với xu thế bảo vệ môi trường ngày nay, vấn đề về khả năng cháy của dầu diesel không còn được quan tâm hàng đầu mà thay vào đó là nghiên cứu về hạn chế khí thải, hạn chế lưu huỳnh trong nhiên liệu
Diesel sinh học là nhiên liệu tương đương với dầu diesel, nhưng được sản xuất từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật, không phải từ dầu mỏ Loại nhiên liệu này thuộc nhóm năng lượng tái tạo và về mặt hóa học, diesel sinh học là methyl este của các axit béo.
Quy trình sản xuất dầu diesel sinh học bắt đầu bằng việc pha trộn khoảng 10% methanol vào dầu thực vật, sử dụng các chất xúc tác như hydroxide kali, hydroxide natri và ancolat Ở nhiệt độ khoảng 60°C và áp suất thông thường, liên kết este của glycerin trong dầu thực vật sẽ bị phá vỡ, cho phép các axit béo este hóa với methanol Sau quá trình này, glycerin hình thành cần được tách ra khỏi dầu diesel sinh học.
Dầu diesel sinh học, được tạo ra thông qua quá trình chuyển đổi este, có độ nhớt thấp hơn nhiều so với dầu thực vật, cho phép sử dụng làm nhiên liệu thay thế mà không cần cải biến động cơ Tuy nhiên, việc sử dụng loại nhiên liệu này có thể làm giảm độ bền của động cơ, gây hư hỏng cho các nút cao su và ống dẫn do tính chất làm mềm của nó Hiện tại, các nhà sản xuất xe không khuyến khích sử dụng dầu diesel sinh học.
HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU
Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho giai đoạn áp thấp
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel
1 Thùng nhiên liệu; 2 Lưới lọc; 3 Bơm thấp áp; 4 Lọc nhiên liệu; 5 Đường áp thấp;
6 Bơm cao áp; 7 Đường áp cao; 8 Kim phun nhiên liệu; 9 Bugi xông; 10 ECU điều khiển; 11 Đường dầu hồi
Các thành phần trong hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel được sản xuất với tiêu chuẩn cao và độ bóng tuyệt đối Tạp chất và cặn bẩn trong nhiên liệu có thể gây hư hỏng và giảm tuổi thọ của hệ thống Do đó, bộ lọc nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc làm sạch nhiên liệu trước khi cung cấp cho hệ thống phun nhiên liệu.
Lọc nhiên liệu được chia thành hai loại: lọc thô và lọc tinh Nó có cấu tạo từ vỏ kim loại, nắp đậy và lõi lọc bên trong, với lõi lọc là thành phần quan trọng nhất Lõi lọc có thể được chế tạo từ nhiều vật liệu khác nhau như lưới than, đá xốp, giấy xốp dày xếp lớp, hoặc chỉ bố quấn nhiều lớp Phía dưới lọc có ốc xả nước và cặn bẩn Lọc nhiên liệu cần có khả năng lọc những hạt bụi nhỏ kích thước 0,001 mm và giữ lại nước trong nhiên liệu, vì nước là nguyên nhân chính gây ra hư hỏng do bào mòn và ăn mòn trong hệ thống áp cao.
Đối với các hệ thống nhiên liệu yêu cầu độ sạch cao, thường được trang bị thêm một bộ lọc phụ để hỗ trợ bộ lọc chính trong quá trình lọc nhiên liệu.
Bơm này được thiết kế để hoạt động cùng với bơm cao áp, có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho bơm cao áp Nó sẽ hút nhiên liệu từ đường áp thấp và dẫn qua lọc tinh, có thể ở vị trí trước hoặc sau tùy theo thiết kế, trước khi truyền nhiên liệu cho bơm cao áp.
Có hai dạng bơm thường được sử dụng trên các hệ thống diesel hiện đại:
Bơm điện là thiết bị phổ biến trong các hệ thống diesel của xe du lịch và xe tải nhẹ, được điều khiển bởi ECU Mô tơ điện quay phần bơm để vận chuyển nhiên liệu, trong khi van một chiều ngăn không cho nhiên liệu chảy ngược Thành phần bơm bao gồm rotor và các trụ lăn, khi bơm xoay, các trụ lăn chịu lực ly tâm và ép sát vào thành bơm Thiết kế lệch tâm giúp các trụ lăn quét nhiên liệu vào và đẩy ra ngoài, cho phép bơm hoạt động với tốc độ cao, giúp vận chuyển nhiên liệu xa và nhanh chóng.
Hình 2.3 Cấu tạo bơm điện và thành phần bơm Bơm bánh răng
Bơm bánh răng là lựa chọn phổ biến cho các hệ thống bơm xy lanh đơn trên xe thương mại và xe du lịch, nhờ vào ưu điểm về lưu lượng Bánh răng chủ động được dẫn động bởi cốt bơm cao áp hoặc trục khuỷu của động cơ Sự kết hợp giữa bánh răng chủ động và bánh răng bị động xoay cùng nhau giúp vận chuyển chất lỏng từ áp suất thấp đến bơm cao áp.
1 Đường dầu ra (cao áp); 2 Roto bơm;
3 Thành phần bơm; 4 Van điều áp; 5 Đường dầu vào (thấp áp); 6 Van một chiều (tránh hồi dầu về)
1 Đường dầu vào; 2 Rotor; 3 Trụ lăn;
4 Vỏ thành phần bơm; 5 Đường dầu ra
Các loại bơm cao áp
(Vì giới hạn đề tài nên chỉ giới thiệu các loại bơm được điều khiển bằng điện tử)
2.2.1 Bơm cao áp phân phối
Bơm mạch thẳng PE điều khiển điện tử
Bơm PE điều khiển điện tử có cấu tạo tương tự như bơm PE thông thường, nhưng khác biệt ở chỗ bơm PE thông thường sử dụng bộ điều tốc cơ khí để điều khiển thanh răng.
PE điều khiển điện tử sử dụng một cơ cấu ga điện từ để điều khiển thanh răng
Hình 2.5 Bơm PE điều khiển điện tử
Hình 2.6 Cơ cấu ga điện từ
1 Hướng dầu vào; 2 Đường dầu vào; 3 Bánh răng chủ động; 4 Bánh răng bị động;
1 Thanh răng; 2 Tổ bơm; 3 Cơ cấu điều ga điện tử; 4 Cảm biến tốc độ; 5 Trục bơm
1 Trục cam; 2 Vỏ của cơ cấu; 3 Lò xo hồi vị; 4 ECU; 5 Cảm biến tốc độ; 6 Lõi thép di động (gắn với thanh răng); 7 Lõi thép cố định; 8 Cuộn dây
Hệ thống sẽ bao gồm các cảm biến như cảm biến tốc độ và cảm biến vị trí chân ga ECU sẽ thu thập tín hiệu từ các cảm biến này để tính toán và điều khiển cơ cấu ga điện từ cùng với thanh răng Đồng thời, bơm cơ khí vẫn hoạt động giống như bơm PE thông thường.
Cơ cấu ga điện từ làm nhiệm vụ:
- Điều hòa tốc độ động cơ dù có tải hay không tải
- Đáp ứng được mọi tốc độ theo yêu cầu của động cơ
- Phải giới hạn được mức tải để tránh gây hư hỏng máy
- Phải tự động cắt dầu để tắt máy khi số vòng quay vượt quá mức quy định
Bơm VE điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ
Hình 2.7 Bơm VE điều khiển điện tử với cơ cấu ga điện tử
1 Cảm biến mức ga; 2 Van điện tử cắt nhiên liệu; 3 Bộ điều khiển phun sớm (van TCV); 4 Xy lanh bơm; 5 Piston; 6 Cơ cấu ga điện từ; 7 Van triệt hồi; 8 Cam đĩa; 9 Vành con lăn; 10 Bơm sơ cấp; 11 Thân bơm; 12 Trục bơm; 13 Lò xo; 14 Trống lớn; 15 Cuộn điều khiển; 16 Piston; 17 Quả ga; 18 Trống nhỏ
Quá trình tạo áp suất cao và phun dầu cơ bản tương tự như bơm thông thường, với việc điều khiển lượng phun qua cơ cấu ga điện từ Cơ cấu này không chỉ kiểm soát công suất động cơ mà còn giới hạn tốc độ tối đa để ngăn ngừa tình trạng quá tốc độ và duy trì ổn định khi động cơ chạy không tải Thời điểm phun được điều chỉnh thông qua van TCV, van này hoạt động dựa trên tỷ lệ hiệu dụng của thời gian tắt/bật dòng điện qua cuộn dây Khi điện được bật, thời gian mở van sẽ ảnh hưởng đến áp suất nhiên liệu trong piston của bộ định thời.
Bơm VE điều khiển điện tử bằng van xả áp loại piston hướng trục
Hình 2.8 Bơm VE điều khiển điện tử bằng van xả áp piston hướng trục
Hệ thống này sử dụng cơ khí tương tự như bơm VE thông thường, nhưng để điều chỉnh thời điểm và lượng phun, van TCV (Timing Control Valve) và SPV (Spill Control Valve) được áp dụng ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển hai van này nhằm kiểm soát chính xác lượng và thời điểm phun cho hệ thống.
Bơm VE điều khiển điện tử bằng van xả áp loại piston hướng kính
Hình 2.9 Bơm VE điều khiển điện tử với van xả áp piston hướng kính
Hệ thống điều khiển thời điểm và lượng phun thông qua van SPV và TCV tương tự như hệ thống piston hướng trục Tuy nhiên, hoạt động của bơm cơ khí trong hệ thống này khác biệt, vì nó sử dụng cơ cấu piston hướng kính.
2.2.2 Bơm cao áp riêng biệt cho từng xy lanh
Hệ thống bơm đơn vị cho từng xy lanh - UPS
Hình 2.10 Sơ đồ cấu tạo hệ thống bơm đơn vị UPS
Bơm UPS là loại bơm cung cấp nhiên liệu cho từng xy lanh riêng lẻ, tương tự như bơm PF, với cấu tạo và nguyên lý hoạt động gần giống nhau Sự khác biệt chính giữa hai loại bơm này là bơm PF được điều khiển cơ khí qua hệ thống thanh răng và vòng răng, trong khi bơm UPS chủ yếu sử dụng điều khiển điện tử thông qua các van điện từ Bơm UPS thường được ứng dụng trên các xe thương mại.
Hình 2.11 Hệ thống bơm UPS lắp trên động cơ
1 Vòi phun bậc; 2 Buồng đốt động cơ; 3 Bơm đơn vị; 4 Trục cam động cơ; 5 Ống nối cao áp; 6 Ống nhiên liệu cao áp; 7 Van điện từ; 8
Lò xo hồi; 9 Con lăn
1 Vòi phun bậc; 2 Ống nối cao áp; 3 Đường ống cao áp; 4 Đai ốc giữ; 5
Cữ chặn, kim van điện từ, tấm chặn, vỏ bơm, buồng cao áp (buồng phần tử), piston bơm, thân máy, con lăn, trục cam động cơ, và đế chặn lò xo van điện từ là những thành phần quan trọng trong hệ thống bơm Mỗi bộ phận đóng vai trò thiết yếu, đảm bảo hiệu suất và độ bền của thiết bị.
15 Lò xo van điện từ; 16 Vỏ van với cuộn dây và lõi nam châm; 17 Đĩa cảm ứng; 18 Đĩa trung gian; 19 Ron làm kín; 20 Đường cung cấp nhiên liệu; 21 Nhiên liệu hồi về; 22 Ống giữ piston bơm; 23 Lò xo con đội; 24 Thân con đội; 25 Đế chặn lò xo; 26
Gá giữ con lăn; 27 Con lăn
Khi nam châm điện ngừng hoạt động, van điện từ sẽ mở, dẫn đến việc áp suất nhiên liệu trong xy lanh bơm trở nên bằng với áp suất trong buồng áp thấp, cho phép nhiên liệu được bơm vào xy lanh bơm.
Khi vấu cam tác động lên con lăn, piston bơm sẽ di chuyển lên trên, kích hoạt nam châm điện Điều này dẫn đến việc đĩa cảm ứng bị hút, khiến van điện từ đóng lại, ngăn cách đường áp thấp và buồng cao áp Kết quả là nhiên liệu trong buồng cao áp bị nén, tạo ra áp suất cao trước khi được dẫn đến kim phun.
Áp suất nhiên liệu tăng dần khi được đưa tới kim phun, và khi đạt gần 300 bar, nó sẽ được phun vào buồng đốt của động cơ.
Khi ECU gửi tín hiệu dứt phun, nam châm điện ngừng hút đĩa cảm ứng, khiến van điện từ bị lò xo đẩy về vị trí ban đầu Lúc này, đường dầu hồi kết nối với buồng cao áp, cho phép nhiên liệu áp suất cao thoát ra và kết thúc quá trình phun Để điều khiển hệ thống một cách chính xác, ECU cần thu thập thông tin từ các cảm biến và tính toán xung để gửi tới các van điện từ.
Hình 2.12 Đặc tính điều khiển độ nhấc kim van và áp suất từ dòng điều khiển
Hệ thống bơm cao áp vòi phun kết hợp UIS là một công nghệ điều khiển điện tử tương tự như UPS, được phát triển song song với nó UIS chủ yếu được sử dụng trên xe du lịch và một số xe thương mại có công suất nhỏ, nhờ vào khả năng làm việc và chịu lực đặc biệt Hệ thống này kết hợp giữa bơm và vòi phun, tạo ra áp suất cao cho nhiên liệu và phun vào buồng đốt của xy lanh Mặc dù tiện dụng, nhưng hệ thống UIS cũng phức tạp và khó sửa chữa.
Hệ thống được chia làm hai loại: Dành cho xe du lịch và dành cho xe thương mại
Hình 2.13 Hệ thống bơm vòi phun kết hợp UIS được lắp đặt trên động cơ diesel Cấu tạo của hệ thống UIS cho xe du lịch:
Hình 2.14 Hệ thống Bơm vòi phun kết hợp UIS dành cho xe du lịch
Nguyên lý hoạt động của hệ thống UIS dành cho xe du lịch:
Hệ thống UIS cho xe du lịch hoạt động theo bốn giai đoạn chính: nạp, ép (tăng áp), phân phối (phun) và xả (dứt phun) Giai đoạn phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiên liệu cho động cơ.
1 Cò mổ; 2 Trục cam động cơ; 3 Kết nối điện; 4 Thiết bị bơm phun đơn vị; 5 Đầu vòi phun; 6 Xy lanh bơm; 7 Buồng đốt động cơ
HỆ THỐNG COMMON RAIL
Tổng quan về hệ thống Common Rail
Hệ thống Common Rail (CR) là công nghệ nhiên liệu diesel tiên tiến, được áp dụng rộng rãi trên hầu hết các động cơ diesel hiện nay Với khả năng điều chỉnh áp suất và kiểm soát điện tử, hệ thống này tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ Dự báo, áp suất nhiên liệu có thể đạt tới 1800 bar trong tương lai.
Hệ thống phun nhiên liệu có khả năng điều chỉnh liều lượng và thời gian phun, bao gồm cả phun từng đợt nhỏ và phun trước, sau quá trình phun chính, giúp động cơ hoạt động êm dịu, cải thiện hiệu suất cháy và giảm khí thải Sự kết hợp giữa hệ thống CR và EDC mang lại nhiều tính năng điều khiển tiện lợi như chạy cầm chừng và điều khiển lực kéo, được áp dụng rộng rãi trên xe du lịch và xe thương mại sử dụng động cơ diesel Tất cả hoạt động của hệ thống được quản lý bởi ECU, đảm bảo khả năng điều khiển chính xác và tối ưu.
Hình 3.1 Hệ thống CR lắp trên động cơ diesel
Cấu tạo hệ thống Common Rail
Trong giai đoạn áp thấp, hệ thống gần như không khác biệt so với hệ thống nhiên liệu truyền thống Sự khác biệt chủ yếu diễn ra ở giai đoạn áp cao, với điểm nổi bật là sự xuất hiện của ống nhiên liệu tương tự như trên động cơ xăng và ECU để điều khiển thông qua hệ thống EDC.
1 Đường dầu hồi; 2 Ống nhiên liệu cao áp; 3 Kim phun; 4 Ống phân phối nhiên liệu; 5 Cảm biến áp suất ống phân phối; 6 Ống nhiên liệu cao áp cho ống phân phối; 7 Đường dầu hồi; 8 Bơm cao áp
Hệ thống CR sử dụng nhiều loại bơm cao áp khác nhau, mỗi hãng có một loại bơm riêng biệt Trong đó, một số hệ thống sử dụng bơm PF để cung cấp nhiên liệu với áp suất cao Đặc biệt, các hệ thống của Bosch thường sử dụng hai loại bơm cao áp phổ biến.
- Bơm piston hướng kính có 3 xy lanh bơm với các loại CP1, CP1H và CP3
- Bơm mạch thẳng thường là 2 xy lanh bơm, bơm CP2
Hình 3.2 Bơm piston hướng kính Nguyên lý hoạt động:
Hình 3.3 Kết cấu bơm CP1H với bộ đo nhiên liệu
Trục cam động cơ dẫn động cốt bơm, khiến cốt bơm xoay và làm con lăn chuyển động Thiết kế với đoạn lệch tâm lắp lỏng giúp cốt bơm dẫn động con lăn chuyển động song phẳng, từ đó con lăn vừa trượt vừa ép piston, giúp hệ thống hoạt động êm ái và giảm rung động.
1 Trục lệch tâm; 2 Con lăn dẫn động;
3 Piston bơm; 4 Van một chiều cửa nạp; 5 Van một chiều cửa xả; 6 Đường dầu vào
1 Mặt bích; 2 Trục lệch tâm; 3 Ống lót; 4 Con lăn dẫn động; 5 Vỏ bơm; 6 Đĩa trượt;
7 Lò xo; 8 Nắp xy lanh bơm; 9 Đường dầu hồi; 10 Van tràn; 11 Đường dầu vào; 12
Bộ lọc, bộ đo nhiên liệu, khung chứa đĩa trượt và piston bơm là những thành phần quan trọng trong hệ thống bơm cao áp Tại cửa nạp và xả của xy lanh bơm có các van một chiều Khi con lăn ép piston, van cửa nạp đóng lại do áp lực dầu bị nén, trong khi van cửa xả mở ra để nhiên liệu đi đến ống phân phối Khi con lăn di chuyển lên, van cửa xả đóng lại do áp suất nhiên liệu cao sau cửa xả Lò xo sẽ đẩy piston trở về vị trí ban đầu, mở van cửa nạp nhờ vào chân không mà piston tạo ra, cho phép nhiên liệu áp suất thấp vào khoang bơm Quá trình này lặp lại, với 3 tổ bơm của bơm cao áp lần lượt nạp và xả trong mỗi vòng quay của con lăn.
Các bơm cao áp thế hệ mới được trang bị bộ đo nhiên liệu nhằm hỗ trợ điều khiển hiệu quả hơn Bộ đo này đã được tích hợp trên các mẫu bơm CP1H và CP3, với nhiệm vụ chính là đảm bảo cung cấp đủ lượng nhiên liệu cho ống phân phối.
Bơm mạch thẳng CP2 được thiết kế đặc biệt cho các xe thương mại, sử dụng hai piston liền kề để nén nhiên liệu đến áp suất cao, từ đó cung cấp hiệu quả cho ống nhiên liệu.
Hình 3.4 Cấu tạo bơm mạch thẳng CP2 Nguyên lý hoạt động
Bơm bánh răng được gắn trên trục cam, có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng chứa và chuyển đến bộ lọc tinh Sau đó, nhiên liệu được dẫn đến bộ đo nhiên liệu trên bơm cao áp, nơi kiểm soát lượng nhiên liệu cung cấp cho quá trình nén, tùy thuộc vào nhu cầu thực tế Cuối cùng, nhiên liệu sẽ đi qua một đường dẫn vào xy lanh bơm để thực hiện quá trình nén.
3.2.2 Ống phân phối nhiên liệu: Ống phân phối chung là một ống kim loại có khả năng tích nhiên liệu ở áp suất cao và phân phối nhiên liệu đến các kim phun Nhiên liệu được trữ trong ống có áp suất từ 0 đến 180 MPa, được đưa từ bơm cao áp đến
1 Bộ hạn chế phân phối; 2 Bộ đo nhiên liệu; 3 Bánh răng mặt trời; 4 Bánh răng hành tinh; 5 Bơm bánh răng; 6 Đầu kết nối; 7 Van 1 chiều; 8 Piston bơm; 9 Lò xo; 10 Đường dầu vào; 11 Con đội; 12 Vấu cam
Trên ống phân phối, việc lắp đặt bộ giới hạn áp suất như van giảm áp hoặc van điều áp là cần thiết để kiểm soát áp suất Tùy thuộc vào thiết kế, có thể sử dụng van xả áp hoặc van điều áp trên ống phân phối hoặc đường ống cao áp Một số thiết kế còn kết hợp cả hai loại van để tối ưu hóa hiệu suất cho động cơ.
Hình 3.5 Ống phân phối nhiên liệu
1 Ống nhiên liệu; 2 Van điều áp; 3 Đường dầu hồi; 4 Đường dầu cung cấp từ bơm cao áp; 5 Cảm biến áp suất ống; 6 Đường dầu đi đến kim phun
Van giảm áp có chức năng xả nhiên liệu từ ống phân phối khi áp suất cao bất thường Van hoạt động mở khi áp suất đạt khoảng 180 MPa và đóng lại khi áp suất giảm xuống khoảng 30 MPa Nhiên liệu sau đó sẽ được dẫn trở lại thùng chứa.
Hình 3.6 Van giảm áp trên ống nhiên liệu Nguyên lý hoạt động
Khi áp suất trong ống nhiên liệu vượt quá giới hạn quy định, áp lực nhiên liệu sẽ thắng áp lực lò xo của van giảm áp, khiến piston van đẩy đĩa chặn và ép lò xo lại Vạt chéo trên piston tạo ra khe hở để nhiên liệu áp cao thông với phía áp thấp và trở về thùng chứa Khi áp suất trở lại bình thường, áp lực nhiên liệu giảm xuống dưới áp lực lò xo, và piston van sẽ trở về vị trí ban đầu.
Van điều áp có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và duy trì áp suất trong ống phân phối, đảm bảo phù hợp với tải động cơ Khi áp suất trong ống phân phối vượt quá mức mong muốn, van sẽ tự động điều chỉnh để giữ áp suất ở mức ổn định, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn.
1 Van; 2 Piston van; 3 Đường xả dầu; 4 Nút chặn van; 5 Lò xo; 6 Đĩa chặn muốn thì ECU sẽ gửi tính hiệu đến van và van sẽ xả nhiên liệu ra bớt để đạt áp suất yêu cầu
Hình 3.7 Van điều áp trên hệ thống CR Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động
Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống CR
Hệ thống sử dụng bơm cao áp để tăng áp suất nhiên liệu, đẩy nhiên liệu lên ống phân phối và duy trì áp suất cao.
1 Thân vòi; 2 Cảm biến chuyển động kim; 3,5 Lò xo;
4 Ống dẫn hướng; 6,12 Chốt chịu lực; 7 Đai ốc giữ;
8 Kết nối với mạch phân tích; 9 Chốt dẫn hướng; 10 Dãi liên hệ; 11 Cuộn cảm;
13 Đế lò xo X: Độ sâu thâm nhập định Từ ống phân phối, nhiên liệu sẽ được đưa tới các kim phun, tại đây nhiên liệu sẽ được phun vào xy lanh động cơ
Bơm cao áp trong hệ thống thường sử dụng bơm piston hướng tâm cho xe du lịch và bơm phân phối thẳng hàng cho xe tải lớn Ống phân phối giúp duy trì nhiên liệu ở áp suất cao, giảm bớt nhu cầu làm việc của bơm, cho phép thiết kế bơm với công suất thấp hơn và áp suất không cần quá cao như hệ thống truyền thống Điều này cũng làm giảm công suất dẫn động bơm, tiết kiệm năng lượng so với các hệ thống nhiên liệu cũ.
Công việc điều khiển áp suất chủ yếu dựa vào hệ thống và thường được thực hiện theo ba phương pháp chính: điều khiển trên đường áp cao, điều khiển trên đường áp thấp và điều khiển hỗn hợp Trong đó, điều khiển trên đường áp cao là một phương pháp quan trọng.
Trên một số xe du lịch, áp suất nhiên liệu được điều khiển ở mức cao, với nhiên liệu thừa được van điều áp đưa trở lại thùng chứa Hệ thống này cho phép ống phân phối phản ứng nhanh chóng với sự thay đổi trong điều kiện vận hành, như tăng tải trọng hoặc tăng tốc Van điều khiển thường được lắp trên ống phân phối, nhưng cũng có thể được lắp trực tiếp trên đầu ra của bơm cao áp hoặc trên đường dẫn nhiên liệu Kiểu điều khiển này đã được áp dụng trong các hệ thống CR thế hệ thứ nhất.
Một phương pháp điều khiển nhiên liệu hiệu quả là kiểm soát ở phía cung cấp, thông qua việc lắp đặt thiết bị đo trên bơm cao áp để đảm bảo cung cấp đủ nhiên liệu cho ống phân phối, duy trì áp suất yêu cầu của hệ thống Trong trường hợp có sự cố, van giảm áp sẽ ngăn chặn áp suất vượt quá giới hạn cho phép Việc điều khiển ở phía hút giúp giảm công suất đầu vào của bơm cao áp, từ đó cải thiện đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu Hơn nữa, nhiệt độ nhiên liệu trả về thùng chứa cũng thấp hơn so với phương pháp điều khiển trên đường áp cao, mang lại hiệu quả tối ưu hơn.
Ứng dụng này kết hợp bộ đo từ phía cung cấp và van điều áp từ phía áp cao, tận dụng ưu điểm của cả hai kiểu điều khiển để đạt được khả năng điều khiển tối ưu.
3.3.3 Điều khiển phun nhiên liệu
Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt của động cơ sử dụng các kim phun được cung cấp nhiên liệu qua đường ống cao áp kết nối với ống phân phối Bộ điều khiển động cơ điều chỉnh van solenoid trong kim phun để kiểm soát việc đóng và mở kim phun Lượng nhiên liệu phun được xác định bởi độ nhấc kim và áp suất hệ thống, với áp suất không đổi, lượng nhiên liệu phân phối tương ứng với thời gian đóng mở của van solenoid, và quá trình này diễn ra độc lập với tốc độ động cơ và bơm.
3.3.4 Áp suất phun thay đổi linh hoạt theo tải động cơ
Việc tách rời chức năng tạo áp suất và phun nhiên liệu mang lại nhiều lựa chọn áp suất hơn trong quá trình cháy, khác biệt so với các hệ thống phun nhiên liệu thông thường Hệ thống này cho phép lựa chọn áp suất phun phù hợp trong bản đồ chương trình, với áp suất tối đa hiện nay khoảng 1600 bar và có khả năng tăng lên 1800 bar trong tương lai Hệ thống CR giúp giảm lượng khí thải và tiếng ồn trong quá trình cháy thông qua việc phun trước hoặc phun từng phần nhỏ, trong khi việc đóng kim phun được hỗ trợ bằng thủy lực để đảm bảo kết thúc nhanh chóng quá trình phun.
3.3.5 Kiểm soát và quy định
Bộ phận điều khiển động cơ sử dụng cảm biến để phát hiện vị trí của bàn đạp và trạng thái hoạt động hiện tại của động cơ cũng như xe Dữ liệu thu thập từ các cảm biến này rất quan trọng cho việc điều khiển hiệu quả.
- Tốc độ và góc quay trục khuỷu
- Áp suất ống nhiên liệu
- Nhiệt độ không khí nạp, nước làm mát, nhiên liệu và khí xả
- Khối lượng không khí nạp
Bộ điều khiển điện tử (EDC) đánh giá tín hiệu đầu vào và tính toán tín hiệu khởi động cho các bộ phận như van điều khiển áp suất, kim phun và các bộ truyền động khác để đồng bộ với quá trình đốt Hệ thống định thời gian so sánh thời gian phun dựa trên dữ liệu từ cảm biến góc quay trục khuỷu và trục cam, cho phép đo đạc chính xác lượng nhiên liệu và thời gian phun Điều này giúp động cơ diesel tiêu hao nhiên liệu thấp và hoạt động êm ái, đồng thời EDC cũng hỗ trợ các chức năng bổ sung để cải thiện phản ứng của động cơ và tiện ích.
Chức năng hiệu chỉnh tính toán phun nhiên liệu
Một số chức năng chỉnh sửa có sẵn để bù đắp cho dung sai giữa hệ thống phun nhiên liệu và động cơ:
- Bù phân phối kim phun
- Kiểm soát cân bằng nhiên liệu
- Khả năng phân phối trung bình
- Các chức năng bổ sung
Các chức năng kiểm soát bổ sung dạng vòng lặp mở và đóng giúp giảm khí thải và tiêu thụ nhiên liệu, đồng thời cung cấp các tính năng an toàn và tiện nghi.
- Kiểm soát tuần hoàn khí thải
- Kiểm soát áp suất tăng áp
- Kiểm soát chạy hành trình
- Mã hóa động cơ vv
Lồng ghép EDC vào hệ thống xe tổng thể tạo ra nhiều cơ hội mới, như việc trao đổi dữ liệu với hệ thống điều khiển hộp số tự động và hệ thống điều hòa không khí Đồng thời, giao diện chẩn đoán hỗ trợ phân tích dữ liệu hệ thống lưu trữ trong quá trình bảo dưỡng xe.
3.3.6 Cấu hình đơn vị điều khiển
Bộ phận điều khiển động cơ thông thường chỉ điều khiển tối đa tám kim phun, trong khi động cơ có hơn tám xy lanh cần hai bộ điều khiển động cơ kết nối qua giao diện CAN tốc độ cao Điều này tạo ra quy trình điều khiển cao hơn với khả năng đáp ứng tốt hơn Một số chức năng được gán cố định cho một đơn vị kiểm soát cụ thể, như kiểm soát cân bằng nhiên liệu, trong khi những chức năng khác có thể được phân bổ cho các đơn vị điều khiển khác tùy theo tình huống, chẳng hạn như phát hiện tín hiệu cảm biến.
Ứng dụng
3.4.1 Hệ thống Common Rail cho xe du lịch
Trên các hệ thống CR cho xe du lịch, bơm điện và bơm bánh răng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiên liệu áp thấp cho bơm cao áp.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu bằng bơm điện
Bơm điện được lắp đặt trong thùng nhiên liệu hoặc trên các ống dẫn nhiên liệu, giúp đưa nhiên liệu qua bộ lọc trước khi chuyển đến bơm cao áp với áp suất khoảng 6 bar và tốc độ vận chuyển tối đa là 190 l/h Để đảm bảo động cơ khởi động nhanh, bơm sẽ tự động khởi động khi người lái xe bật công tắc máy, tạo áp lực cần thiết trong mạch áp suất thấp Bộ lọc nhiên liệu được lắp trên đường ống cung cấp tới bơm cao áp, đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu bằng bơm bánh răng
Bơm bánh răng được kết nối với bơm cao áp và hoạt động nhờ vào trục của bơm cao áp, khởi động khi động cơ vận hành Tốc độ vận chuyển của bơm phụ thuộc vào tốc độ động cơ, có thể đạt tối đa 400 l/h với áp suất lên đến 7 bar Trong bình nhiên liệu có lắp đặt một lưới lọc nhiên liệu, và bộ lọc này nằm trên đường ống cung cấp đến bơm bánh răng.
Cả bơm nhiên liệu điện và bơm bánh răng đều có những ứng dụng riêng biệt Bơm nhiên liệu điện cung cấp nhiên liệu ngay khi động cơ hoạt động, đặc biệt là khi nhiên liệu nóng, trong khi bơm bánh răng có tốc độ bơm thấp hơn, dẫn đến việc nạp nhiên liệu chậm Việc kết hợp hai loại bơm này giúp cải thiện hiệu suất động cơ và tạo ra quá trình cung cấp nhiên liệu linh hoạt hơn, đồng thời đảm bảo áp suất cao trong hệ thống.
Trên hệ thống CR thế hệ đầu tiên, áp suất ống được điều khiển bởi van điều áp, với bơm cao áp CP1 tạo ra lượng phân phối tối đa mà không phân biệt nhu cầu nhiên liệu của động cơ Van điều khiển áp suất trả lại nhiên liệu dư thừa về thùng chứa Trong khi đó, hệ thống CR thế hệ thứ hai kiểm soát áp lực ống nhiên liệu ở áp suất thấp nhờ bộ đo nhiên liệu, với bơm cao áp CP3 và CP1H chỉ cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho động cơ Điều này giúp giảm nhu cầu năng lượng của bơm cao áp và tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả.
Các hệ thống CR thế hệ thứ ba sử dụng vòi phun áp điện, nhưng nếu áp lực chỉ điều chỉnh ở phía áp suất thấp, sẽ mất nhiều thời gian để giảm áp suất trong ống nhiên liệu khi có sự thay đổi tải trọng đột ngột Việc sử dụng áp suất để thay đổi hoạt động diễn ra chậm hơn so với tải trọng thường xuyên thay đổi, đặc biệt là với các kim phun áp điện Do đó, một số hệ thống CR thế hệ thứ ba được trang bị thêm van điều áp bên cạnh bơm cao áp và bộ đo nhiên liệu, mang lại ưu điểm của việc điều khiển ở áp suất thấp kết hợp với phản ứng động của điều khiển ở áp suất cao.
Hình 3.15 Hệ thống CR thế hệ thứ ba cho động cơ 4 xy lanh
1 Bơm cao áp với bộ đo nhiên liệu;
2 Lọc nhiên liệu; 3 Thùng chứa; 4 Lưới lọc sơ bộ; 5 Ống nhiên liệu; 6 Cảm biến áp suất nhiên liệu; 7 Kim phun; 8 Van giảm áp
Sơ đồ hệ thống Common Rail cho xe du lịch
Hình 3.16 Sơ đồ hệ thống Common Rail cho xe du lịch Động cơ, quản lý động cơ và bộ phận áp suất cao của hệ thống
27 Cảm biến áp suất ống nhiên liệu
28 Van điều khiển áp suất
31 Động cơ (DI – phun trực tiếp) M: Mô men xoắn
A Cảm biến và máy phát điểm đặt
1 Cảm biến vị trí bàn đạp ga
4 Công tắc điều khiển hành trình
6 Cảm biến tốc độ đường
7 Cảm biến tốc độ trục khuỷu
8 Cảm biến tốc độ trục cam
9 Cảm biến nhiệt độ động cơ
10 Cảm biến nhiệt độ khí nạp
11 Cảm biến áp suất tăng áp
14 Máy nén hệ thống điều hòa
15 Giao diện chẩn đoán lỗi
CAN: Mạng truyền dữ liệu liên tục
C Hệ thống cung cấp nhiên liệu (giai đoạn áp thấp)
19 Lọc dầu với van tràn
20 Thùng nhiên liệu với bơm điện (bơm sơ cấp)
22 Bộ đo nhiên liệu phụ
32 Bộ làm mát khí xả tuần hoàn
33 Bộ chấp hành tăng áp
36 Bộ chấp hành tuần hoàn khí xả
38 Cảm biến oxy lambda kiểu LSU
39 Cảm biến nhiệt độ khí xả
40 Bộ xúc tác loại oxy hóa
42 Cảm biến áp suất vi sai
44 Cảm biến oxy lambda Nox
3.4.2 Hệ thống Common Rail cho xe thương mại
Hình 3.17 Hệ thống CR trên xe thương mại Cung cấp nhiên liệu
Hệ thống CR cho xe tải nhẹ tương tự như hệ thống trên xe du lịch, với tùy chọn sử dụng bơm điện hoặc bơm bánh răng để cung cấp nhiên liệu Trong khi đó, hệ thống CR cho xe tải hạng nặng chỉ sử dụng bơm bánh răng để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
1 Thùng chứa; 2 Lưới lọc sơ bộ;
3 Lọc tinh; 4 Bơm bánh răng; 5 Bơm cao áp; 6 Bộ đo nhiên liệu;
7 Cảm biến áp suất nhiên liệu; 8 Ống nhiên liệu; 9 Van giảm áp;
10 Kim phun nhiên liệu Bơm bánh răng thường được lắp vào cùng với bơm cao áp Trong nhiều ứng dụng khác, nó có thể được gắn trên động cơ
Khác với các hệ thống xe du lịch, bộ lọc nhiên liệu được lắp đặt ở phía áp suất cao, do đó cần thiết phải có một lối nạp nhiên liệu bên ngoài, đặc biệt khi bơm bánh răng được kết nối với bơm cao áp.
Sơ đồ hệ thống common rail cho xe thương mại
Hình 3.18 Sơ đồ hệ thống common rail cho xe thương mại Động cơ, điều khiển động cơ và các bộ phận áp suất cao của hệ thống
31 Cảm biến ống nhiên liệu
35 Động cơ diesel (DI – phun trực tiếp)
A Cảm biến và máy phát điểm đặt
1 Hành trình bàn đạp ga
4 Công tắc phanh động cơ
5 Công tắc dừng, đỗ xe
8 Cảm biến tốc độ Turbo tăng áp
9 Cảm biến tốc độ trục khuỷu
10 Cảm biến tốc độ trục cam
11 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
12 Cảm biến nhiệt độ động cơ
13 Cảm biến nhiệt độ tăng áp
14 Cảm biến áp suất tăng áp
15 Cảm biến tốc độ quạt
16 Cảm biến áp suất vi sai bộ lọc gió
17 Máy nén hệ thống điều hòa
21 Máy nén khí CAN: Mạng nối tiếp CAN trên xe
C Hệ thống cung cấp nhiên liệu giai đoạn áp thấp
23 Bơm cung cấp nhiên liệu
24 Lọc dầu với cảm biến mực nước và áp suất
25 Bộ điều khiển làm mát
26 Thùng nhiên liệu với lưới lọc thô
28 Cảm biến mức nhiên liệu
37 Làm mát khí xả tuần hoàn
39 Bộ định vị tuần hoàn khí xả với van tuần hoàn khí xả và cảm biến vị trí
40 Bộ làm mát với đường vòng để khởi động lạnh
41 Turbo tăng áp với cảm biến vị trí
42 Bộ chấp hành tăng áp
43 Cảm biến nhiệt độ khí xả
44 Bộ chuyển đổi xúc tác oxy hóa
45 Cảm biến áp suất vi sai
46 Lọc bụi cho bộ xúc tác
51 Vòi phun giảm tác nhân
53 Bộ chuyển đổi chất xúc tác SCR