Áp Suất Phun Nhiên Liệu Cao Sẽ Tán Nhiên Liệu Thành Hạt Nhỏ, Cho Phép Cháy Hoàn

Công nghệ này là sự kết hợp của những tiến bộ về phun nhiên liệu, điều khiển điện tử và những cải tiến của hệ thống phối khí.) của hãng Carterpillar. Sự ra của đời của HEUI đã thiết lập những tiêu chuẩn mới đối với động cơ về tiêu hao nhiên liệu, độ bền cũng như các tiêu chuẩn về khí thải.

Công nghệ nhiên liệu HEUI đang thay đổi cách nghĩ của nhà kỹ thuật lẫn người vận hành về hiệu suất động cơ Diesel. Vượt trội hơn hẳn công nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước đây, HEUI cho phép điều chỉnh chính xác nhiên liệu phun vào buồng cháy cả về thời gian, áp suất và lượng nhiên liệu phun, mang lại hiệu suất cao cho động cơ.

HEUI có các ưu điểm sau:

- Áp suất phun nhiên liệu độc lập với tôc độ động cơ

Công nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước đây phụ thuộc vào tốc độ động cơ, khi tốc độ động cơ tăng thì áp suất phun cũng tăng lên, gây ảnh hưởng đến độ bền của động cơ và làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu. áp suất phun đối với hệ thống nhiên liệu HEUI không phụ thuộc vào tốc độ động cơ mà được điều khiển bằng điện. Vì vậy, động cơ trang bị hệ thống HEUI sẽ tiết kiệm nhiên liệu hơn và khí xả sạch hơn.

Hình 2-78. Áp suất phun nhiên liệu cao sẽ tán nhiên liệu thành hạt nhỏ, cho phép cháy hoàn toàn và giảm phát xạ ô nhiễm

- Áp suất phun nhiên liệu rất cao: 22.000÷33.000 Psi

+ Tán nhiễn nhiên liệu

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 137 trang tài liệu này.

+ Cải thiện sự tạo thành và phân phối hòa khí trong buồng cháy

+ Giảm giai đoạn cháy trễ và thời gian cháy

+ Tạo điều kiện tốt hơn cho hệ thống tái tuần hoàn khí xả

- Có giai đọan phun trước góp phần cải thiện quá trình cháy, giảm tiến ồn, giảm

ô nhiếm và tăng công suất động cơ.

Hình 2-79. Hai giai đoạn phun nhiên liệu của HEUI

2.7.2. Cấu tạo hệ thống nhiên liệu HEUI

Hình 2-80. Hệ thống nhiên liệu HEUI

Bộ bơm thủy lực 8 là bơm piston hướng trục thay đổi lưu lượng. Nhiên liệu diesel từ thùng chứa được hút qua các thiết bị lọc vào bơm, hoạt động của bơm sẽ làm cho áp suất dầu tăng lên đến áp suất yêu cầu và bơm đến bộ bơm vòi phun HEUI. Bộ bơm thủy lực ở hệ thống HEUI còn có nhiệm vụ tạo ra áp suất cao cho dầu thủy lực (chính là dầu bôi trơn) tác động phun để đấy xylanh ép. ECM sẽ điều khiển dầu cao áp này vào khoang ép của xylanh ép trong bơm vòi phun để tác động phun.

Môđun điều khiển điện tử ECM 15 (Electronic Control Module ) hoạt động như một máy tính điều khiển toàn bộ động cơ. ECM nhận tín hiệu điều khiển từ các cảm biến và công tắc khác nhau, phân tích xử lý nhờ phần mềm đã cài đặt trong bộ nhớ và đưa tín hiệu điều khiển đến van điện từ của bơm vòi phun để điều khiển thời điểm và lượng nhiên liệu phun. Đồng thời ECM cũng gửi tín hiệu đến van điều khiển áp suất tác động phun để điều khiển áp suất dầu chuyển đến bơm vòi phun. Do đó áp suất này tỷ lệ với áp suất phun, nên qua đó ECM sẽ điều khiển được áp suất phun. Như vậy ECM sẽ điều khiển được toàn bộ quá trình phun nhiên liệu phù hợp với các tín hiệu do các cảm biến gửi về.

Van điều khiển áp suất tác động phun (đầu nối 7): Thông thường, áp suất do bơm cao áp tạo ra sẽ cao hơn áp suất phun, van điều khiển áp suất tác động phun sẽ xả một phần dầu trở về thùng để ổn định áp suất dầu bằng áp suất yêu cầu do tín hiệu ECM quy định.

Bơm vòi phun HEUI là một thiết bị độc lập được điều khiển trực tiếp bởi ECM. Dầu Diesel có áp suất từ 800 đến 3000 psi được bơm cấp chuyển đến bơm vòi phun. Bộ phận piston trong bơm vòi phun hoạt động tương tự như xylanh thủy lực có tác dụng nâng áp suất dầu vào phun lên đến áp suất phun (từ 3000 đến 21000 psi). Van điện từ ở phía trên bơm vòi phun nhận tín hiệu điều khiển từ ECM, qua đó điều khiển dầu bôi trơn tác động vào piston để điều khiển thời điểm và lượng nhiên liệu phun.

2.7.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Bơm thủy lực của hệ thống cấp một lượng dầu thủy lực tới van điện từ của bơm vòi phun HEUI. Tại đây van điện từ sẽ được điều khiển mở cho dầu có áp suất cao này vào trong khoang phía dưới van hình nấm để tác động phun.

Một bơm cấp nhiên liệu (bơm dầu Diesel) nằm trong bơm thủy lực đồng thời cấp một lượng dầu nhất định vào đường biên của cụm kim phun. Tại đây nhiên liệu có áp suất nhất định sẽ chờ sẵn ở khoang của cụm kim phun nằm phía dưới ti bơm. Một phần nhiên liệu cũng được đưa xuống cụm piston tăng cường áp suất

Khi van điện từ mở, dầu cao áp sẽ được đưa vào trong khoang của van hình nấm, tạo nên một áp suất đẩy piston bơm đi xuống. Piston bơm đi xuống sẽ đồng thời tạo ra một áp suất nhiên liệu thắng được sức căng của lò xo trong cụm kim phun, đẩy nhiên liệu chờ sẵn dưới khoang của kim phun vào buồng đốt của động cơ.

Khi van điện từ đóng lại, dầu cao áp ngừng cấp vào khoang van hình nấm, áp suất trên khoang van bị mất, đồng thời áp suất khoang bên dưới piston cũng giảm đột ngột, áp suất khoang phía dưới kim phun không đủ để thắng sức căng lò xo nữa, ngắt quá trình phun nhiên liệu. ở bơm vòi phun HEUI, quá trình phun có cả phun mồi.(Pilot Injection).

Như vậy, ứng dụng hệ thống nhiên liệu HEUI vào động cơ cho phép nâng cao hiệu suất làm việc, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu các tổn thất cũng như tiếng ồn của động cơ.

Tuy nhiên, các thiết bị trong hệ thống HEUI có độ chính xác rất cao, nhiên liệu bẩn có thể gây mòn, thậm chí phá hỏng các chi tiết trong hệ thống. Hạt bẩn có đường kính chỉ bằng 1/5 đường kính sợi tóc đã có thể gây nguy hiểm cho hệ thống. Chính vì vậy bộ lọc giữ vai trị rất quan trọng trong việc nâng cao độ bền của hệ thống.

2.7.4. Các thành phần cơ bản của hệ thống nhiên liệu HEUI

Hệ thống nhiên liệu HEUI gồm 4 thành phần cơ bản: bộ bơm vòi phun điện- thủy lực; ECM; Bơm thủy lực cao áp; Bơm chuyển nhiên liệu

1. Bộ bơm vòi phun điện-thủy lực

Tất cả các hệ thống nhiên liệu diesel đều sử dụng cặp piston-xi lanh bơm cao áp để bơm dầu diesel vào buống cháy động cơ. Trong hệ thống HEUI, dầu bôi trơn động cơ được tạo áp suất cao làm nguồn lực cho piston bơm cao áp.

Hình 2-81. Các kiểu bơm vòi phun HEUI

HEUI sử dụng áp suất dầu bôi trơn từ 6÷28 Mpa để bơm nhiên liệu từ bộ bơm vòi phun. áp suất cao của dầu bôi trơn được gọi là áp suất tác động phun. HEUI hoạt

động giống như một xi lanh thủy lực cường hóa lực dầu áp suất cao (Diện tích mặt tiếp xúc với dầu bôi trơn lớn hơn mặt tiếp xúc với nhiên liệu diesel của piston bơm cao áp khoảng 6÷7 lần). áp suất tác động phun do dầu bôi trơn tạo ra tác động vào piston bơm cao áp sinh ra áp suất phun nhưng áp suất phun này được khuếch đại nên lớn gấp 6÷7 lần áp suất tác dụng phun.

Áp suất phun của nhiên liệu tỉ lệ với áp suất tác động phun của dầu bôi trơn.

Khi áp suất tác động phun lớn thì áp suất phun cũng lớn và ngược lại.

(3)

(4)

(2)

(1)

(5)

Hình 2-82. Vị trí các bộ phận của hệ thống nhiên liệu HEUI

1.Bộ bơm vòi phun; 2. Ống dầu cao áp; 3. Bơm dầu áp suất cao; 4. Bình chứa dầu; 5. Ống nhiên liệu

(1)

(2)

(3)

(5)

(4)

Hình 2-83. Vị trí lắp ghép của bơm vòi phun HEUI trên nắp máy

1. Ống lắp bộ bơm vòi phun; 2. Nắp xy lanh; 3. Đường cấp dầu áp suất cao; 4. Đường cấp dầu áp suất thấp; 5. Đệm chữ 0 bộ bơm vòi phun.

a) Cấu tạo chung

Hình 2-84. Cấu tạo bơm vòi phun HEUI

Bộ bơm vòi phun HEUI gồm các bộ phận chính sau:

- Bộ điện từ điều khiền van dầu bôi trơn

- Van dầu bôi trơn

- Lò xo hồi vị van dầu bôi trơn

- Piston bơm cao áp cường hóa

- Lò xo hồi vị piston bơm cao áp cường hóa

- Bộ kim phun nhiên liệu

- Các đường dầu bôi trơn vào và ra

- Các đường nhiên liệu diesel vào và ra

- Vỏ bộ bơm vòi phun.

b) Nguyên lý hoạt động

Khi bộ bơm vòi phun HEUI chưa làm việc

Mặt (đế) van bên dưới ở trạng thái đóng, mặt (đế) van bên trên mở, dầu bôi trơn có áp suất cao bị chặn ở đường vào còn dầu bôi trơn ở không gian phía trên của piston cường hóa nối thông với đường dầu hồi nên có áp suất bằng áp suất khí quyển. Nhờ lực lò xo, piston bơm cao áp nằm ở vị trí trên.

Phía bên dưới ở phần vòi phun, nhiên liệu diesel qua lỗ vào điền đầy không gian phía dưới piston cường hóa

(1)

(2)

(3)

Hình 2-85. Trạng thái các van khi ECU chưa cấp điện

1. Van trên mở; 2. Lò xo van; 3. Van dưới đóng

 Khi Bơm vòi phun HEUI được cấp điện

Van điện từ bị hút lên trên, mặt van bên trên đóng, mặt van bên dưới mở nên chặn đường thông của dầu bôi trơn với đường dầu về đồng thời mở đường thông giữa không gian bên trên của piston cường hóa với đường dầu bôi trơn có áp suất cao. Dầu bôi trơn có áp suất cao chảy vào không gian phía trên của piston cường hóa, ép nó đi xưống dưới.

(1)

(2)

(3)

Hình 2-86. Trạng thái các van khi được ECU cấp điện

1. Van trên đóng; 2. Lò xo van; 3. Van dưới mở

Phun trước:

Khi mặt dưới của pisston cường hóa che kín lỗ nhiên liệu vào thì nhiên liệu diesel bị nén và tăng áp suất. Khi áp suất nhiên liệu thắng sức căng lò xo kim van, đẩy nó lên, mở lỗ phun và nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ, thực hiện giai đoạn phun trước. Quá trình phun trước sẽ kết thúc khi lỗ dầu ở phần đầu piston cường hóa nối thông với lỗ nhiên liệu vào trên nắp máy.

Piston cường hóa

Xy lanh

Mặt dưới tác dụng lên nhiên liệu

Mặt trên có dầu thủy lực tác dụng

Hình 2-87. Vị trí của piston cường hóa khi phun trước

Phun chính:

Piston cường hóa tiếp tục đi xuống dưới, áp suất nhiên liệu lại tăng và quá trình phun chính bắt đầu khi kim phun được nâng lên khỏi đế.

Hình 2-88. Vị trí của piston cường hóa khi phun trước và phun chính