Chương II: HỆ THỐNG PHUN CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL
2.1. Sơ lược về hệ thống
2.1.1. Đặc điểm của động cơ điêzen
Động cơ Diesel cũng là một loại động cơ đốt trong kiểu piston, trong quá trình cấp nhiên liệu hòa trộn hỗn hợp và cháy được thực hiện chủ yếu trong thể tích buồng cháy động cơ.
Hình 1.59 .Động cơ Diesel
+, Động cơ 4 kỳ - Kỳ thứ nhất ( kỳ nạp) Piston chuyển động từ ĐCT đến ĐCD.
Không khí có áp suất thấp Pk = 130 ÷ 390 kPa được máy nén cấp vào xylanh qua xupap nạp 1. Để đảm bảo lượng không khí nạp vào xylanh lớn nhất với tổn thất áp suất nhỏ xupap nạp được mở trước khi piston đến ĐCT với góc mở sớm xupap nạp φns và đóng muộn với góc đóng muộn sau ĐCD φnm. Góc toàn bộ ứng với xupap nạp ở trạng thái mở φn= 250÷2800 TK (góc quay trục khuỷu). Trên đồ thị hành trình nạp được ứng với đường r – a. Ở cuối hành trình nạp, không khí trong xylanh đạt trị số Pa= 130÷ 390 KPa, ta = 40÷ 1300C.
- Kỳ thứ hai ( kỳ nén)
Piston chuyển động từ ĐCD đến ĐCT, nén không khí trong xylanh. hành trình nén được tính toán sao cho các thông số khí nén được nén đến giá trị đảm bảo bốc cháy nhiên liệu. Áp suất và nhiệt độ không khí cuối hành trình nén tăng lên đến giá trị Pc= 4500÷ 8000 KPa, tc= 530÷ 7300C. Khi đó nhiệt độ của khí nén cao hơn nhiệt độ tự bốc cháy của nhiên liệu từ 160÷ 2000C. Hành trình nén được biểu thị bằng đường conga – c trên đồ thị chỉ thị.
- Kỳ thứ 3 ( kỳ cháy và giãn nở ).
Nhiên liệu được phun sớm vào xylanh trước khi piston đến ĐCT. Góc phun sớm được tính toán, lựa chọn để các phản ứng lý hóa của nhiên liệu được diễn ra sao cho hỗn hợp bốc cháy khi piston ở ĐCT. Đoạn đồ thị c – zứng với thời kỳ cháy nhiên liệu. Do cháy nhiên liệu tại ĐCT, áp suất môi chất tăng lên tới Pz= 6000÷
14000 KPa và nhiệt độ là tz= 1450÷ 17300C. Đường z’ – b trên đồ thị ứng với hành trình giãn nở. Cuối hành trình giãn nở ( điểm b, áp suất và nhiệt độ khí cháy giảm : Pb= 350÷ 800 KPa nhiệt độ là tb= 630÷ 9300C.
- Kỳ thứ 4 ( kỳ xả):
Piston dịch chuyển từ ĐCT đến ĐCD. Hành trình xả được bắt đầu từ thời điểm mở xupap xả 2. Xupap xả được mở trước khi piston đến ĐCD gọi là góc mở sớm φms nhờ vậy làm sạch sản vật cháy trong xylanh tốt hơn. Khí xả tiếp tục xả ra trong suốt quá trình xả và kết thúc khi đóng xupap xả sau ĐCT. Góc đóng muộn hơn so với điểm chết trên khoảng 40 ÷ 700TK. hành trình xả khí trong xylanh được ứng với đoạn b- r. Trên đồ thị khí xả được giãn nở, sinh công trong tuabin và năng lượng của chúng được sử dụng để dẫn động máy nén, nén không khí trước khi nạp vào xylanh.
Hình 1.60 : Sơ đồ chu trình công tác của động cơ 4 kỳ
a, hành trình nạp; b, hành trình nén; c, hành trình cháy và giãn nở; d, hành trình xả 1, xupap hút; 2, xupap xả
Hình 1.61 : Đồ thị chỉ thị mở (a) và đồ thị pha phối khí (b) của động cơ 4 kỳ. r’a’- quá trình nạp;a’c- quá trình nén; czz’b’- quá trình cháy và giãn nở; b’r”- quá trình xả;rr’- quá trình trùng điệp; hc’- góc phun sớm; cc’- góc bắt đầu cháy; hc- góc cháy trì hoãn; fx, fn- tiết diện lưu thông cửa xả và cửa nạp; ra- hành trình nạp;ac- hành trình nén; czz’b- hành trình cháy và giãn nở; br- hành trình xả.
Trên hình vẽ trình bày toàn bộ đồ thị chỉ thị hành trình làm việc của động cơ 4 kỳ có tăng áp gồm các hành trình: r – a ( nạp), a- c ( nén), c- b ( cháy nhiên liệu và giãn nở sản phẩm cháy),b- r ( xả sản vật cháy).
2.1.2. Lịch sử phát triển của hệ thống DIEZEN và DIEZEN điện tử
Ra đời sớm nhưng động cơ Diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ, các vấn đề được giải quyết và Diesel ngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn.
Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây ô nhiễm môi trường. Động cơ Diesel với tình hiệu quả kinh tế hơn là động cơ xăng, tuy nhiên vấn đề về tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong sử dụng động cơ Diesel.
Động cơ Diesel được phát minh vào năm 1892 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên lý tự cháy. Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy. Đến năm 1927 Robert Bosh mới phát triển bơm cao áp( bơm phun Bosh lắp cho động cơ Diesel trên ôtô thương mại và ô tô khách vào năm 1936).
Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp kỹ thuật tối ưu nhắm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Các nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm hạn chế các chất ô nhiễm. Các biện pháp chủ yếu tập chung vào giải quyết các vấn đề:
-Tăng tốc độ phun để giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu không khí.
- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp.
- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun để làm giảm HC.
- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả.
Hiện nay các nhược điểm đó đã được khắc phục bằng cách cải tiến một số bộ phận của hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử như:
- Bơm cao áp điều khiển điện tử.
- Vòi phun điện tử.
- Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao ( ống Rail).
Với các ứng dụng mạnh mẽ về điều khiển tự động trong hệ thống nhiên liệu Diesel nhờ sự phát triển về công nghệ . Năm 1986 Bosh đã đưa ra thị trường việc điều khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel. Cho đến ngày nay hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail Diesel đã được hoàn thiện. Trong động cơ Diesel hiện đại áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng rẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong èng chứa ( Rail) và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu. So với các hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thông thường thì Common Rail Diesel đã đáp ứng và giải quyết được những vấn đề:
- Giảm tối đa mức độ tiếng ồn.
- Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, áp suất phun có thể đạt tới 184 MPa. Thời gian phun cực ngắn và tốc độ phun cực nhanh (khoảng 1,1 ms).
- Có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm phun tùy theo chế độ làm việc của động cơ.
Do đó làm tăng hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu được nâng cao hơn.2.2 Phân loại và đặc điểm của hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử
2.2 1. Phân loại Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử.
2.2.2. Đặc điểm các Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử
2.2.2.1. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm dãy ( PE) điểu khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện- từ
- Điều chỉnh lượng nhiên liệu phun bằng điều khiển hành trình thanh răng nhờ cơ cấu điều ga điện từ.
- Điều chỉnh góc phun sớm hay muộn bằng bộ điều khiển phun sớm điện tử.
2.2..22 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm phân phối (VE) điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ
-Áp suất phun đạt xấp xỉ là 80 MPa.
Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử
Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với
Bơm cao áp
Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với Ống
phân phối – Common Rail System (CRS)
Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử BơmVòi phun kết hợp
BơmPE khiểnđiều điệntử cơ cấubằng
điềuga điện từ
BơmVE khiểnđiều điệntử cơ cấubằng
điềuga điệntừ
BơmVE khiểnđiều điệntử van xảbằng
áp
Loại 2
Piston Loại 3
Piston Loại 4
Piston Loại
EUI Loại
HEUI
Bơm VE nhiều Piston hướng kính Bơm VE
1 Piston hướng trục
- Điều chỉnh lượng phun nhiên liệu bằng cơ cấu điều ga điện- từ ( không dùng bộ điều tốc như bơm VE thông thường).
- Điều khiển góc phun sớm hay muộn bằng van điều khiển thời điểm phun.
2.2.2.3. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với Bơm VE điều khiển điện tử bằng van xả áp loại 1 Piston hướng trục
-Áp suất phun đạt xấp xỉ là 130 MPa.
- Vẫn phải có bơm sơ cấp, khớp chữ thập dẫn động cam đĩa, vành con lăn, cam đĩa, piston, van tắt máy, cơ cấu điều khiển phun sớm.
- Không có quả ga, piston không có lỗ ngang.
- Điều chỉnh lượng phun nhiên liệu bằng van xả áp .
- Điều khiển góc phun sớm hay muộn bằng van điều khiển thời điểm phun.
2.2.2.4. Đặc điểm Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với Bơm VE điều khiển điện tử bằng van xả áp loại nhiều Piston hướng kính
- Vẫn phải có một bơm sơ cấp để tạo ra áp suất sơ cấp nạp vào trong khoang bơm.-Áp suất cao hơn với loại piston hướng trục.
- Hệ thống tạo áp suất nhiên liệu và phân phối nhiên liệu khác so với loại hướng trục.
2.2.2.5. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với Ống phân phối – Common Rail System ( CRS)
-Áp suất phun rất cao ( 1300 2200 / kg cm2 ).
- Thời gian phun cực ngắn, tốc độ phun cực nhanh ( 1,1 ms = 1 lần phun mồi + 1 lần phun chính thức ).
- Các chi tiết trong hệ thống cao áp được chế tạo một cách rất chính xác ( khe hở giữa kim phun và xylanh phun là: 0,5ữ 2 àm ).
2.2.2.6. Hệ thống nhiên liệu Diesel EUI (Electronic Control Unit Injection ) Vòi phun với áp suất cao, tạo ra áp suất phun lên tới 207 MPa, ở tốc độ định mức nó phun tới 19 lần/s. Áp suất cao được tạo ra là do trục cam tác động vào vòi phun thông qua vấu cam hoặc có thêm cơ cấu đòn gánh.
Môdun điều khiển điện tử ECM xác định thời điểm và lượng nhiên liệu cần phun .
2.2.2.7. Hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI
HEUI ( Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector – Tác động thủy lực điều khiển điện tử ).
HEUI cũng được điều khiển bằng Môdun ECM. Phun nhiên liệu bằng áp suất dầu từ 800 đến 3000 Psi được bơm cao áp đưa vào vòi phun. Quá trình phun được điều khiển bằng van điện từ nhận tín hiệu điều khiển từ ECM.
Áp suất phun đối với hệ thống nhiên liệu HEUI không phụ thuộc vào tốc độ động cơ, mà được điều khiển bằng điện tử.
Hệ thống HEUI cho phép nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu các tổn thất cũng như tiếng ồn của động