CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống nhiên liệu bơm cao áp PF 1.1 Khái niệm Hệ thống nhiên liệu PF sử dụng trên các loại động cơ Diesel cỡ nhỏ 1 xy lanh như YANMAR, KUBOTA, BÔNG SEN hoặc trên các động cơ nhiều xy lanh cỡ lớn như máy phát điện, máy tàu thủy và sử dụng rộng rãi trên các động cơ ô tô cũ [5, 6, 7]. Công dụng Bơm cao áp dung trên động cơ diesel có nhiều loại hình dáng, nguyên tắc làm việc khác nhau tùy theo hệ thống nhiên liệu nhưng có các công dụng chung [5, 6, 7]: - Tiếp nhận nhiên liệu đã lọc sạch từ thùng chứa đưa đến - Định lượng lượng nhiên liệu đưa đến vòi phun, phun vào động cơ - Tạo nhiên liệu áp lực cao đưa đến vòi phun - Đưa nhiên liệu đến vòi phun đúng thời điểm để phun vào lòng xy lanh 1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu bơm cao áp PF 1. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống nhiên liệu bơm cao áp PF Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu PF [5] 12 Luan van Sơ đồ hệ thống nhiên liệu gồm: thùng chứa, khóa, lọc sơ cấp và chén lọc cặn, lọc thứ cấp, bơm cao áp PF, ống dẫn cao áp, vòi phun, ống dẫn dầu từ kim về thùng chứa.
Khi động cơ làm việc nhiên liệu từ thùng chứa qua hai lọc sơ cấp và thứ cấp rồi đến bơm cao áp nhờ thế năng do thùng chứa đặt cao hơn bơm cao áp. Đến kỳ phun nhiên liệu, bơm cao áp ép nhiên liệu lên áp lực cao đảy đến vòi phun rồi phun vào buồng đốt, nhiên liệu dư ở kim theo ống dầu dư dẫn về thùng chứa [5, 6, 7]. Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu bơm cao áp PF Khi động cơ làm việc nhiên liệu từ thùng chứa, qua lọc rồi đến bơm cao áp, nhờ bằng trọng lực vì đối với loại bơm này thùng chứa, thường đặt cao hơn bơm cao áp. Đến thời điểm phun, nhiên liệu được phun vào buồng đốt.
Nhiên liệu dư ở vòi phun theo ống dầu dư dẫn về thùng. Lượng dầu dư này vừa để bôi trơn van kim vừa có công dụng làm mát vòi phun. Ngoài ra trên hệ thống nhiên liệu bơm cao áp PF còn được bố trí thêm một bộ điều tốc gắn với bơm để giữ được ổn định lượng phun nhiên liệu khi xe di chuyển ở các chế độ lái khác nhau giảm sự thất thoát nhiên liệu không cần thiết. tiết kiệm được chi phí và giữ công suất được ổn định hơn [5, 6, 7].
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm cao áp PF 1. Cấu tạo gồm các bộ phận: Vỏ bơm được đúc bằng thép hay hợp kim nhôm, Trên có dự trù bệ lắp bơm (lắp đứng hay lắp bên hông). Xung quanh mặt ngoài của bơm có dự trù các lỗ bắt ống dầu vào, dầu về, vít xả gió, vít chặn xi lanh, lỗ xỏ thanh răng, cửa sổ thân bơm [5, 6, 7]. Bên trong bơm có chứa bộ phận xi lanh, piston là bộ phận chính của bơm cao áp.
Piston xy lanh ép và định phân nhiên liệu. Ngoài piston là một khâu răng (vành răng) để điều khiển piston xoay nhờ một thanh răng. Piston bơm luôn được đấy xuống dưới nhờ lò xo hồi vị. Hai đầu lò xo có chén chặn, tất cả được đậy lại nhờ đệm đẩy và khóa lại bên trong vỏ bơm nhờ một khoen chặn [5, 6, 7].
Ống dầu đến, 3. Chụp đệm đẩy, 11. Lỗ xem dấu cân bơm, 12. Ốc lục giác, 15.2 Cấu tạo của bơm nhiên liệu PF [5] Phía trên xi lanh là bệ van cao áp, van cao áp và lò xo.
Tất cả được giữ trong ốc lục giác. Đầu ốc lục giác phía trên ráp với ống cao áp dẫn đầu đến vòi phun. Xy lanh bơm có một hay hai lỗ dầu, lỗ dầu ra ở phía vít chận xy lanh, vít chận ngoài có nhiệm vụ định vị, xy lanh còn lại có nhiệm vụ chịu sức tác dụng của áp lực dầu về để tránh xói mòn vỏ bơm [5, 6, 7]. Piston bơm thường có lằn vạt xéo phía trên hay phía dưới để phân lượng nhiên liệu đuôi piston có hai tai để ăn khớp với hai rãnh khoét trên khâu răng.
Ở rãnh khoét trên khâu răng và tại đuôi piston đều có dấu khi ráp phải để chúng trùng nhau [5, 6, 7]. 14 Luan van Hình 1.3 Piston bơm và van cao áp 1. Nguyên lý hoạt động của bơm cao áp PF Khi động cơ làm việc, lúc piston bơm xuống thấp nhất nhiên liệu ở xung quanh xy lanh vào xy lanh bơm bằng cả hai lỗ dầu vào và dầu ra. Tùy thiết kế có thể có một lỗ dầu hoặc hai lỗ dầu vào và ra.
Đến thì phun dầu, cốt cam gắn ở động cơ điều khiển piston bơm đi lên ép nhiên liệu trong xy lanh. Lúc piston đi lên, khi nào piston bịt hết hai lỗ dầu ở xylanh thì nhiên liệu bắt đầu ép (điểm khởi phun). Khi áp lực dầu ép tang lên mạnh hơn áp lực lò xo, van cao áp mở đưa nhiên liệu tới vòi phun và vào xy lanh động cơ [5, 6, 7]. Ép dầu khởi phun C.4 Chu trình làm việc của bơm theo từng giai đoạn [6] 15 Luan van Piston tiếp tục đi lên ép nhiên liệu đến khi lằn vạt xéo ở piston hé mở lỗ dầu về, dầu tràn ra ngoài xylanh thì phun chấm dứt (điểm dứt phun), piston tiếp tục đi lên cho hết khoảng chạy của nó.
Muốn thay đổi tốc độ động cơ ta điều khiển thanh răng xoay piston để thay đổi thời gian phun, bộ điều tốc được gắn với thanh răng để điều khiển. Thời gian phun càng lâu lượng dầu càng nhiều động cơ chạy càng nhanh, thời gian phun dầu có sự cung cấp nhiên liệu mặc dù piston vẫn lên xuống, nhiên liệu không được ép, không phun động cơ ngừng hoạt động (vị trí cúp dầu). Lằn vạt xéo trên thân piston có 3 loại: lằn vạt xéo trên, lằn vạt xéo dưới hoặc lằn vạt xéo cả trên và dưới [5, 6, 7]: + Lằn vạt xéo trên: Khởi phun thay đổi dứt phun cố định + Lằn vạt xéo dưới: Khởi phun cố định dứt phun thay đổi + Lằn vạt xéo trên và dưới: Khởi phun và dứt phun đều thay đổi Hình 1.5 Các loại lằn vạt xéo thiết kế trên thân piston [6] 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ điều tốc Tùy từng hãng và từng thiết kế khác nhau nên bộ điều tốc có nhiều loại, dưới đây là phân tích về bộ điều tốc dạng cơ khí trên ô tô, máy kéo.
Chiều tăng ga 2. Chiều giảm ga 3. Khâu trượt 4. Cần liên kết 9.
Lò xo điều tốc 10. Bánh răng trục khuỷu Hình 1.6 Cấu tạo các bộ phận của cơ cấu bộ điều tốc cơ khí [5] - Quả tạ: được điều khiển bởi bơm cao áp - Lò xo điều tốc: đối chọi với lực li tâm của hai quả tạ - Vít điều chỉnh lò xo: dùng để điều chỉnh sức căng của lò xo Khi ô tô, máy kéo làm việc tải trọng lên động cơ luôn luôn thay đổi. Nếu thanh răng của bơm cao áp hoặc cánh bơm tiết lưu giữ nguyên vị trí thì khi tải trọng tăng, số vòng quay của động cơ sẽ giảm xuống. Khi tải trọng giảm, số vòng quay của động cơ lại tăng lên.
Điều đó làm thay đổi tốc độ động cơ, động cơ buộc phải làm việc trong tình trạng không có lợi, Như vậy cần thiết phải giữ cho tốc độ động cơ không thay đổi. Khi tải trọng tác dụng lên động cơ tăng thì tăng nhiên liệu cấp vào cho xylanh động cơ và ngược lại khi giảm tải. Khi luôn luôn có sự thay đổi tải trọng tác dụng lên động cơ phải có một thiết bị đặc biệt trên bơm cao áp gọi là bộ điều chỉnh tốc độ vòng quay hay là bộ điều tốc để điều khiển lượng nhiên liệu cấp vào cho xylanh [5, 6, 7]. 17 Luan van Bộ điều tốc được phân ra làm nhiều loại tùy từng cách sử dụng nhưng bất kì bộ điều tốc nào cũng đều có nhiệm vụ Điều hòa tốc độ động cơ dù cho có tải hay không tải.
Có nghĩa là dủ có tải hay không có tải phải tự thêm hoặc bớt dầu để giữ nguyên tốc độ động cơ trong lúc can ga đứng yên. Đáp ứng mọi tốc độ theo yêu cầu của động cơ. Chẳng hạn lúc chạy cầm chừng động cơ quay 500 vòng/ phút khi lên ga tối đa 5000 vòng/ phút dù có tải hay không có tải [5, 6, 7]. + Phải giới hạn mức tải để tránh gây hư hỏng máy.
+ Phải tự động cúp dầu khi giới hạn vượt quá qui định + Bộ điều tốc trên động cơ diesel chỉ làm việc khi chân ga được giữ tại một vị trí cố định, không có tác dụng của người điều khiển. Khi động cơ hoạt động ổn định, hai quả tạ thẳng đứng, khi tải tăng (máy phát điện làm việc, xe lên dốc …) số vòng quay động cơ giảm, hai quả tạ bị xếp vào các cần liên kết dịch chuyển, nhiên liệu được tăng để cũng cấp cho động cơ phục hồi số vòng quay ban đầu. Khi giảm tải (xe xuống dốc, máy phát điện sử dụng ít điện.) số vòng quay động cơ tăng, hai quả tạ bung ra, cần liên hệ dịch chuyển, nhiên liệu cung cấp cho động cơ được bớt đi, phục hồi số vòng quay ban đầu. Khi tăng ga cần liên kết dịch chuyển để tăng lưu lượng nhiên liệu cho động cơ, lúc này hai quả tạ vẫn ở vị trí cân bằng với sức căng của lò xo [5, 6, 7].
Nguyên lý thay đổi lưu lượng nhiên liệu 1. Lằn vạt xéo 5. Thanh răng [7] Hình 1.7 Nguyên lý thay đổi lưu lượng nhiên liệu 18 Luan van Bộ điều tốc sẽ điều chỉnh vị trí của thanh răng theo tải động cơ, và vì vậy điều chỉnh được lượng nhiên liệu đến các vòi phun từ bơm cao áp. Lượng nhiên liệu được điều chỉnh như sau [5, 6, 7]: + Lượng phun bằng không: ở hình A, thanh răng ở vị trí tận cùng trước khi đỉnh của lỗ piston đạt tới cạnh trên của lỗ cấp liệu, cạnh trên của rãnh điều khiển piston đã trùng với cạnh dưới của lỗ cấp liệu.
Vì vậy nhiên liệu không được bơm ngay cả khi piston chuyển động tịnh tiến lên trên và xuống dưới. + Một nửa lượng phun: tại hình B, thanh răng chuyển động theo hướng mũi tên ½ hành trình của nó, vì vậy nó xoay piston ngược chiều kim đồng hồ (nhìn từ phía dưới) tạo ra một hành trình hiệu dụng của piston, nhiên liệu được phun từ thời điểm piston bắt đầu bơm nhiên liệu đến khi cạnh trên của rãnh điều khiển trùng với cạnh dưới của lỗ cấp liệu.