2. Các thông số cơ bản của động cơ đốt trong
2.2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
2.2.2. Hệ thống nhiên liệu truyền
11 12
6 5 4 3 2 1 7 8
9 10
Hình 2-6. HT nhiên liệu truyền thống:
1- Thùng nhiên liệu, 2- Khoá lưu lượng, 3- Ống dẫn thấp áp, 4- Bầu lọc thô, 5- Bơm thấp áp, 6- Ống dẫn, 7- Bơm cao áp, 8- Bộ điều tốc, 9- Ống cao áp, 10- Bầu lọc tinh, 11- Vòi phun, 12- Đường dầu hồi.
thống: Cấu tạo của hệ thống nhiên liệu truyền thống được thể hiện trên hình 2-6.
Nguyên lý làm việc: không khí bên ngoài được hút vào xi lanh động cơ.
Nhiên liệu của thùng 1 tự chảy vào bầu lọc thô 4. Bơm 5 hút nhiên liệu đã được lọc từ bầu lọc thô sang bầu lọc tinh 10 và bơm cao áp 7 với áp suất không lớn.
Một lượng nhiên liệu tương ứng với tải trọng động do bơn cao áp đẩy vào vòi phun 11, dưới một áp suất cao phun vào xi lanh, còn lượng nhiên liệu thừa qua ống dẫn 6 trở về bơm thấp áp 5. Nhiên liệu rò rỉ qua các khe hở trong các chi tiết vòi phun, từ vòi phun theo đường dầu hồi 12 trở về thùng dầu nhiên liệu 1.
2.2.3. Hệ thống nhiên liệu kiểu mới:
Hệ thống nhiên liệu kiểu mới khắc phục được những nhược điểm của hệ thống cũ. Hiện nay có 3 loại :
EUI (Electronic unit injector), vòi phun được tác động bằng cơ khí và thời điểm phun điều khiển bằng điện tử.
Loại HUEI (Hydraulic electronic unit injector); vòi phun tác động bằng thuỷ lực và thời điểm phun điều khiển bằng điện tử.
Loại PEEC làm việc như một bơm thông thường nhưng được điều khiển bằng một biến tốc điện tử và vòi phun được tác động bằng cơ học. Trong 3 loại trên thì
HEUI
ECM
6 7 8 9
1 14 13 12 2
3 4 5
10 11
Hình 2-7. Hệ thống nhiên liệu HEUI
1- Lọc sơ, 2- Bơm, 3- Làm mát dầu, 4- Lọc dầu, 5- Bơm thuỷ lực cao áp, 6- Thùng dầu khởi động khi lạnh, 7- Cảm biến nhiệt độ dầu động cơ, 8- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, 9- Ống cong thuỷ lực, 10- Cảm biến áp suất dầu,
11- Điều chỉnh áp suất nhiên liệu, 12- Lọc nhiên liệu thứ cấp, 13- Bơm chuyển nhiên liệu, 14- Lọc nhiên liệu - tách nước.
HEUI đợc dùng phổ biến nhất.
Hệ thống nhiên liệu HEUI (hình 2-7) sử dụng dầu áp lực cao do bơm thuỷ lực 5 cung cấp để tác động vào vòi phun thay cho vấu cam ở trong hệ thống nhiên liệu cũ. Mạch cung cấp nhiên liệu có cấu tạo như một động cơ dùng vòi phun thông thường; dùng bơm bánh răng 13 để luân chuyển nhiên liệu từ áp suất thấp của lọc thô qua mô dun điều khiển ECM tới lọc nhiên liệu thứ cấp 12 đến cửa cấp nhiên liệu 9 với áp suất duy trì 300-415 Kpa. Khi ECM tác động vào mỗi vòi phun thì nhiên liệu đợc phun vào với áp suất cao 31000-15200 Kpa nhờ một bơm pít tông tác động của dòng thuỷ lực cao áp do bơm 5 cung cấp.
Các vòi phun điều khiển điện tử có thể thay đổi thời điểm bắt đầu và kết thúc phun nhiên liệu tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ: đầy đủ tải, non tải và gia tốc.
Như vậy thời điểm phun không còn bị cố định mà đã thay đổi theo tải trọng và tốc độ động cơ. Các thiết bị điện tử xác định một cách chính xác điều kiện làm việc thực tế của động cơ và xác định chính xácthời điểm bắt đầu và kết thúc phun.
Đây là một tiến bộ kỹ thuật rõ rệt và mang lại hiệu quả nhiên liệu cao và giảm khí thải độc hại.
ECM điều khiển quá trình phun nhiên liệu. ECM sử dụng số liệu của động cơ do cảm biến (sensor) thu thập được để điều chỉnh việc cung cấp nhiên liệu căn cứ vào biểu đồ hoạt động đã được lập trình trước trong phần mềm điều khiển động cơ.
Như vậy áp suất phun độc lập với tốc độ động cơ, áp suất phun được duy trì với mọi tốc độ của động cơ và đạt hiệuquả cháy cao với mọi tốc độ, áp suất phun cao tạo ra thời gian thích ứng với tải nhanh, tạo được sương mù tốt hơn, tạo ra hành trình nổ hiệu quả hơn nên
giảm khói và khí thải, bảo đảm khả năng khởi động trong thời tiết lạnh tốt hơn. Như vậy hệ thống này khác với hệ thống của động cơ thông thường. ở động cơ thông thường hiệu quả đốt cháy giảm khi tốc độ động cơ giảm do áp suất phun giảm. Điều khác biệt này được thể hiện rất rõ trên biểu đồ quan hệ áp suất phun và tốc độ động cơ (hình
áp suất phun
Không tải Tốc độ động cơ Định mức Hệ thống nhiên liệu HEUI
Hệ thống nhiên liệu thông thường
2-8).
Định dạng tốc độ phun: trong những điều kiện nhất định, nhiên liệu có xu hướng nổ nhiều hơn là cháy khi được khống chế trong
buồng đốt. Sự nổ này có thể nhận ra như tiếng gõ. Định dạng tốc độ phun và khốngchế lượng nhiên liệu trong thời gian cháy chậm, thời gian bất đầu phun, bắt đầu cháy và thời gian phun để cải thiện quá trình cháy. Trong thực tế hệ thống nhiên liệu HEUI phun một lượng nhiên liệu nhỏ để tạo thành ngọn lửa cháy rồi mới phun tiếp lượng nhiên liệu cần thiết. Việc phun nhiên liệu vào một ngọn lửa đang cháy làm cho sự cháy được
khống chế và tiếng nổ nhỏ.
Hơn nữa định dạng tốc độ phun làm giảm đáng kể lượng khí thải độc hại và nâng cao hiệu quả nhiên liệu. Các động cơ thông thường khi làm giảm khí thải phải làm chậm thời điểm phun, do đó làm giảm hiệu quả nhiên liệu.
Nhờ có ECM mà hệ thống nhiên liệu HEUI có đặc tính hoàn toàn mới:
tự động điều khiển cho phù hợp với
độ cao; tự động khống chế lọc khí cháy không tải cao để giảm mài mòn động cơ.
Khởi động tốt khi thời tiết lạnh. Làm giảm gia tốc khi khởi động. Chuẩn đoán trước những trục trặc kỹ thuật.
Tối ưu việc điều khiển các vòi phun để loại trừ sự thay đổi tốc độ của động cơ. Tỷ lệ nhiên liệu - không khí được điều khiển thông qua từng mức tải khác nhau. Kiểm soát được toàn bộ thời gian phun: trong hệ thống nhiên liệu thông thường thì thời gian phun là cố định hoặc giảm khi tốc độ động cơ giảm. Trong hệ thống này, thời gian phun giảm tỷ lệ với
tốc độ động cơ, nghĩa là thời gian phun càng ngắn thì thời gian cháy càng sạch và áp suất càng cao, nhưng cũng có thể khống chế được bằng cách điều chỉnh áp lực dầu cung cấp bằng điện tử. Việc
Động cơ mới
Không tải Tốc độ động cơ Định mức
Động cơ thường Thêi
gian phun
Hình 2-8.
Quan hệ áp suất phun-tốc độ động cơ
Thêi gian phun
Bắt đầu phun
Tốc độ phun Tạo sương trước khi phun
0 1 2 3 4
Hỡnh 2-9.
Quan hệ tốc độ động cơ - thời gian phun
HÌNH 2-10. QUAN HỆ TỐC ĐỘ
kiểm soát thời gian phun làm tăng hiệu suất của động cơ và làm giảm mức tiêu hao nhiên liệu. Biểu đồ quan hệ tốc độ phun và thời gian phun thể hiện trên hình 2-10.
Sử dụng hệ thống này có thể cho ta biết cụ thể tình trạng các vòi phu một cách chính xác. Do đó ngời điều khiển biết chắc tình trạng máy đã sẵn sàng hoạt động hay không.
Vòi phun là một bộ phận hết sức quan trọng của động cơ diezen. Nhìn vào kết cấu trên hình 2-11 cho ta biết sự tiến bộ của kết cấu mới so với vòi phun truyền thống:
Khi có thông số đã xử lý của ECM về định lượng nhiên liệu và áp suất cần phun, thời gian phun thì công tắc điện từ 6 sẽ tác động vào van trụ 1 trên mỗi cụm vòi phun để điều khiên lượng nhiên liệu phun, thời điểm bắt đầu và kết thúc phun.
Khi vạn tru 1 chuyển động sẽ đóng đường dầu hồi 5, dầu áp lực cao đi qua cửa 2, 3 tác động lên đỉnh pitông 8 và đẩy pít tông long giơ 10 làm tăng áp suất nhiên liệu trong khoang chứa 17 để mở van kim 14, nhiên liệu qua van một chiều 12 xuống đường dẫn nhiên liệu và quá trình ép kim phun nhiên liệu bắt đầu. Pittông 10 tiếp tục ép xuống cho đến khi công tắc 6 bị ngắt điện. Khi công tắc 6 bị ngắt, lò xo 4 đẩy van trụ trở về vị trí 2 ban đầu, đường hồi 5 mở ra, pittông long giơ cũng trở về vị trí cũ nhờ lò xo 9 và nhiên liệu lại được điền vào khoang 17 để có thể sẵn sàng thực hiện chu trình tiếp theo. Do đó ở đây chủ yếu điều khiển bằng điện thuỷ lực có kết hợp cơ khí nhẹ nhàng, chủ động, kiểm soát
được quá trình phun.
Hình 2-11. Vòi phun HEUI 1- Van trụ,
2, 3- Cửa và đường dầu cao áp, 4- Lò xo,
5- Đường dầu hồi, 6- Công tắc điện từ, 7- Thân trên vòi phun, 8- Pittông ,
9- Lò xo,
10- Pittông tông lông giơ,
11- Van ngăn dòng nhiên liệu ngược, 12- Van một chiều cấp nhiên liệu, 13- Lò xo, 14- Kim phun,
15- Thân dưới, 16- Dầu vào, 17- Khoang chứa nhiên liệu, 18- Dầu hồi.
Bơm cao áp hay bơm áp lực cao trong hệ thống nhiên liệu cũng được cải tiến. Ta hãy so sánh cấu tạo của bơm cao áp truyền thống (hình 2-12) với loại bơm mới hiện đại (hình 2-7 và 2-11):
Bơm truyền thống được điều khiển bằng cơ khí, đó là cơ cấu cam và cần điều khiển 6, do đó lượng nhiên liệu đưa vào vòi phun không chính xác. Hơn nữa cơ cấu cam được dẫn động bằng trục khuỷu nên độ thích ứng với trọng tải không cao. Bề mặt cam dễ bị mòn dẫn đến không đẩy pittông của bơm cao áp lên hết hành trình dẫn đến lượng nhiên liệu phun vào xi lanh thiếu, làm giảm công suất động cơ.
Bơm dầu cao áp của hệ thống nhiên liệu HEUI không có quan hệ cơ cấu cam, như vậy đặc tính phun hoàn toàn độc lập.
Hệ thống điều khiển phun là điện tử thuỷ lực có khả năng điều khiển và kiểm soát nhờ ECM.
Tuốc bin tăng áp (hình 2-13): trong hệ thống nhiên liệu có một bộ phân tuốc bin tăng áp được sử dụng đem lại hiệu quả cao cho quá trình vận hành động cơ. Tuốc bin tăng áp dùng để thổi không khí dưới áp suất cao vào trong buồng đốt của động cơ nhờ bánh bơm nén khí 5, lắp cùng trục tua bin, hút khí
4
3 2 5
1
9 10 8
6 7
Hình 2-13. Tuốc bin tăng áp 1- Pít tông 2- Ống nạp, 3- Cánh quạt, 4- Bầu lọc không khí, 5- Quạt nhồi (Bánh bơm), 6- Trục, 7- Bánh tuốc bin, 8- Cửa thoát khí xả, 9- Buồng khí xả, 10- Ống xả Hình 2-12. Bơm cao áp truyền thống: 1- Van một chiều, 2- Xi lanh, 3- Pít tông, 4- Lỗ dẫn nhiên liệu, 5- Cán pít tông, 6- Cần điều khiển.
a) Rãnh dọc, b) Rãnh vòng, c) Mặt vát nghiêng.
5 4 2
1
a 3
c
b 6
sạch qua bình lọc 4. Như vậy làm tăng lượng nhiên liệu cháy hoàn toàn do đó công suất động cơ tăng lên. Tuốc bin 7 làm việc nhờ năng lượng của khí xả đẩy ra theo đường ống xả 10 vào buồng 9 và sau đó khí theo ống 8 ra ngoài. Tuốc bin có độ nhạy điều khiên cao.