CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU DIESEL PHUN DẦU TRÊN Ô TÔ. Lịch sử hình thành và phát triển về hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel trên ô tô. Động cơ Diesel được phát minh vào năm 1892 nhờ kỹ sư người Đức 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 Bosch mới phát triển bơm cao áp( bơm phun Bosch lắp cho động cơ Diesel trên ôtô thương mại và ôtô khách vào năm 1936). 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 động cơ 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 có tính hiệu quả và kinh tế hơn động cơ xăng, tuy nhiên vấn đề tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong sử dụng động cơ Diesel. Hệ thống nhiên liệu diesel liên tục được cải tiến với các giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm giảm mức độ ô nhiễm và tiêu hao nhiên liệu. Các chuyên gia nghiên cứu động cơ diesel đã đề xuất nhiều biện pháp khác nhau nhằm hạn chế chất gây ô nhiễm trong công nghệ phun và kiểm soát quá trình cháy.
Các biện pháp chủ yếu tập trung giải quyết các vấn đề sau Tăng tốc độ phun làm giảm nồng độ bồ hóng bằng cách tăng tốc độ trộn giữa nhiên liệu và không khí. Các phương pháp nhằm khác phục các vấn đề: Tăng áp suất phun, đặc biệt ở động cơ phun trực tiếp. Điều chỉnh quy định phun để kết thúc nhanh quá trình phunBiện pháp hoàn trả một phần khí thải. Hiện nay, những tồn tại này đã được khắc phục bằng việc cải tiến một số bộ phận của hệ thống diesel điều khiển điện tử như: Bơm cao áp điều khiển điện tử.
Vòi phun điện tử. Ống chứa nhiên liệu cao áp (ống phân phối). Năm 1986, Bosch giới thiệu hệ thống điều khiển điện tử cung cấp nhiên liệu diesel ra thị trường.( Hệ thống Common rail nguyên mẫu được phát triển vào cuối những năm 1960 bởi Robert Huber người Thụy Sĩ và công nghệ tiếp tục phát triển bởi sĩ Marco Ganser tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ tại Zurich , sau đó của Ganser-Hydromag AG (est.1995) tại Oberägeri. Sử dụng thành công đầu tiên trên một chiếc xe sản xuất tại Nhật Bản vào giữa những năm 1990.
Tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki của Tổng công ty Denso , nhà sản xuất phụ tùng ô tô Nhật Bản, phát triển hệ thống Common rail 9 thông dụng cho xe tải nặng và biến nó vào sử dụng thực tế trên hệ thống common- rail ECD-U2 được gắn trên xe tải Hino Ranger Rising và bán để sử dụng rộng rãi vào năm 1995. Denso tuyên bố đầu tiên về hệ thống áp suất cao Common rail thương mại vào năm 1995.) Đến thời điểm này, hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail đã hoàn thành. Trong động cơ diesel hiện đại, áp suất phun được áp dụng riêng cho từng kim phun và nhiên liệu áp suất cao được chứa trong đường ray nhiên liệu và phân phối đến từng kim phun khi cần thiết. So với hệ thống cung cấp dầu động cơ diesel truyền thống, động cơ diesel đường ray thông thường gặp phải và giải quyết các vấn đề sau: Giảm thiểu tiếng ồn.
Sử dụng điều khiển điện tử, áp suất phun nhiên liệu rất cao, áp suất phun có thể đạt tới 184 MPa. Thời gian phun cực ngắn và tốc độ phun cực nhanh (khoảng 1,1m/s). Áp suất phun và thời điểm phun có thể thay đổi tùy theo chế độ vận hành của động cơ Tiết kiệm năng lượng. Giảm mức độ ô nhiễm môi trường.
Phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel phun dầu. Hệ thống nhiên liệu diesel dùng bơm PE (bơm thẳng hàng). Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel dùng bơm cao áp tập trung PE được gồm có các bộ phận sau: Thùng chứa nhiên liệu. Bơm thấp áp lắp bên hông bơm cao áp, được dẫn động do cam lệch tâm lắp trên trục cam bơm, dùng để hút nhên liệu từ thùng chứa qua bầu lọc thô đưa lên bầu lọc tinh.
Bầu lọc thô có nhiệm vụ lắng nước và lọc cặn bẩn có kích thước tương đối lớn. Bầu lọc tinh lọc sạch các cặn bẩn rất bé trước khi nạp nhiên liệu vào bơm cao áp. Bơm cao áp và vòi phun. Các ống dẫn nhiên liệu thấp áp dẫn dầu lưu thông trong hệ thống.
Các ống dẫn cao áp dẫn dầu từ bơm cao áp đến vòi phun.1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel dùng bơm cao áp tập trung PE. Nguyên lý hoạt đông. Khi trục khuỷu động cơ quay nó dẫn động bơm cấp nhiên liệu, nhiên liệu được hút từ thùng dầu, theo các ống dầu qua bầu lọc dầu thô, tới bơm cấp dầu và được đưa lên bầu lọc tinh, sau khi dầu được lọc sạch rồi tới ngăn chứa của bơm cao áp, ở đây dầu được nén đến áp suất cao đi qua ống dầu cao áp đến vòi phun và phun vào buồng đốt của động cơ theo đúng thứ tự làm việc. Dầu phun vào buồng đố hòa trộn với oxi ở cuối quá trình nén có áp suất và nhiệt độ cao, dầu tự bốc cháy, giãn nở và sinh công.
Sau đó khí thải theo ống xả và bình tiêu âm ra ngoài môi trường. Dầu thừa ở bơm cao áp, bầu lọc tinh và vòi phun sẽ được hồi về thùng dầu theo đường dầu hồi. Cấu tạo Bơm cao áp PE thường sử dụng cho các dòng xe thương mại cỡ lớn, xe ô tô tải, xe chuyên dụng hạng nặng… Ngoài cái tên PE, còn có tên gọi khác là bơm cao áp tập trung, bơm cao áp hướng trục hay bơm cao áp nhiều xy lanh.2: Kết cấu bơm PE. Cấu tạo của một chi tiết bơm PE.
Nguyên lý làm việc: Piston bơm PE chuyển động tịnh tiến trong xy lanh nhờ cam lệch tâm nằm trên trục cam bơm dẫn động. Nếu để thanh răng ở một vị trí thì piston chỉ tịnh tiến lên xuống trong xy lanh mà không tự xoay được. Nguyên lý hoạt động của bơm PE chia làm ba giai đoạn: Nạp nhiên liệu vào bơm, bắt đầu bơm và kết thúc bơm. a) Nạp dầu (hình a) Khi trục cam chưa ép, lò xo kéo piston bơm xuống vị trí thấp nhất.
Lỗ nạp N và lỗ thoát T mở ra dầu tràn vào xy lanh qua hai lỗ nạp và thoát. 12 b) Bắt đầu bơm (hình b) Khi cam tác dụng, đẩy piston đi lên đến lúc đỉnh pít tông đóng kín hai cửa N, T là thời điểm bắt đầu bơm áp suất trong xy lanh bơm tăng lên đẩy van thoát dầu cao áp mở ra, piston tiếp tục đi lên để dầu đến vòi phun. c) Kết thúc bơm (hình c) Hình 1. Nguyên tắc hoạt động của bơm cao áp PE Piston đi lên cho đến khi rãnh xiên trên piston làm mở lỗ thoát T.
Thời điểm này dầu ở vị trí cao nhất thông qua rãnh thẳng đứng, qua rãnh xiên, đến rãnh ngang thoát về trên bơm cao áp. Áp suất trong xy lanh bơm giảm nhanh và van thoát cao áp lập tức đóng lại, bơm cao áp sẽ ngừng cung cấp dầu, vòi phun ngừng hoạt động, piston bơm vẫn tiếp tục đi lên vị trí cao nhất. Phương pháp làm thay đổi lưu lượng dầu của bơm PE. Muốn thay đổi lượng dầu cung cấp, người ta xoay piston trong xy lanh bơm.
Bằng cách di chuyển thanh răng để xoay piston bơm cho rãnh xiên mở sớm hay mở muộn lỗ thoát dầu T. Dùng cần ga chỉnh thanh răng và vành răng để xoay piston bơm qua trái, rãnh xiên trên đầu piston bơm mở lỗ thoát dầu T muộn dầu bơm đi nhiều, tốc độ trục khuỷu tăng lên. Khi xoay piston bơm qua phải rãnh xiên mở lỗ thoát T sớm dầu bơm ít, tốc độ trục khuỷu giảm. Có nghĩa là khi giảm ga kết thúc bơm sớm hơn khi tăng ga.
Khi tiếp tục xoay piston bơm về tận cùng bên phải của rãnh đứng ở trên piston bơm đối diện với lỗ thoát dầu T, lượng dầu bơm đi bằng 0, động cơ ngừng hoạt động. Thời điểm bắt đầu bơm cố định với tất cả vận tốc trục khuỷu, thời điểm kết thúc bơm thay đổi, lượng dầu cung cấp của bơm chỉ phụ thuộc vào thời điểm kết thúc bơm. Hệ thống nhiên liệu diesel dùng bơm VE (bơm phân phối). Cấu tạo của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel dùng bơm cao áp phân phối VE gồm có thùng dầu, lọc dầu, bơm cao áp, vòi phun, các ống dẫn dầu.
Nguyên lý hoạt động. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu bơm cao áp phân phối trang bị bộ điều tốc cơ khí. Khi động cơ hoạt động bơm tiếp vận lắp trong bơm cao áp VE hút nhiên liệu từ thùng theo ống dẫn đến bầu lọc đi vào bơm tiếp vận, bơm tiếp vận đẩy nhiên liệu vào phòng chứa nhiên liệu của bơm cao áp. Nhiên liệu qua cửa nạp vào xy lanh bơm.
Bơm cao áp nén nhiên liệu đến áp suất cao và phân phối nhiên liệu đến các vòi phun, vòi phun phun nhiên liệu vào buồng cháy của động cơ theo đúng thứ tự làm việc. Nhiên liệu phun vào buồng cháy hòa trộn với không khí ở cuối quá trình nén có áp suất và nhiệt độ cao, nhiên liệu tự bốc cháy, giãn nở và sinh công. Sau đó khí cháy theo ống xả và bình tiêu âm thải ra ngoài khí trời. Dầu thừa ở bơm cao áp và vòi phun theo ống dẫn dầu hồi trở về thùng chứa.
Bơm cao áp phân phối (bơm VE) chỉ có một cặp piston - xy lanh cấp dầu cho tất cả các xy lanh của động cơ, không quan tâm động cơ diesel đó có bao nhiêu xy lanh. 14 Piston bơm vừa tịnh tiến lên xuống vừa xoay tròn để nạp dầu, bơm và phân phối dầu tới các xy lanh động cơ. Trong một vòng, số lần piston bơm đi lên xuống để nạp dầu bằng số xy lanh của động cơ. Hình dưới giới thiệu kết cấu của một bơm cao áp phân phối của động cơ bốn xy lanh gồm có các bộ phận chính sau: Hình 1.
Kết cấu bơm cao áp phân phối VE a) Bơm tiếp vận Được bố trí bên trong bơm cao áp và cùng với van điều khiển hút, đưa dầu từ thùng chứa tới các xy lanh bơm cao áp. Đồng thời tạo ra áp suất liên tục tác động các bộ phận hoạt động của bơm cao áp.