Hệ thống common rail

1: Thùng chứa nhiên liệu2. Lọc thô3: Bơm tiếp vận4. Lọc tinh5. Đường nhiên liệu áp suất thấp 6.Bơm cao áp7. Đường nhiên liệu áp suất cao8.Ống trữ nhiên liệu áp suất cao9. Kim phun10. Đường dầu về11. ECU
c.Giai đoạn phun thứ cấp.
Theo quan điểm sử lý khí thải, phun thứ cấp có thể áp dụng để đốt cháy NOx. Nó diễn ra
ngay sau giai đoạn phun chính và được định để sảy ra trong quá trình cháy giãn nở hay ở kỳ
thải. Ngược lại với hai quá trình phun trước, lượng nhiên liệu được phun vào không được đốt
cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải ở ống pô. Trong suất kỳ thải, hỗn hợp khí
thải và nhiên liệu này được đẩy ra ngoài thông qua xupap thải. Tuy nhiên một phần nhiên liệu
được đưa lại vào buồng đốt thống qua hệ thống luân hồi khí thải EGR và có tác dụng tương tự
như giai đoạn phun sơ khởi. Khi bộ hóa khử được lắp để làm giảm lượng NOx, chúng tận dụng
nhiên liệu trong khí thải như là một nhân tố hóa học đề làm giảm nồng độ NOx trong khí thải.
2.3 . Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các chi tiết trên hệ thống Common Rail
2.3.1 Tổng quan về hệ thống nhiên liệu.
Hệ thống nhiên liệu trong hệ thống Common Rail bao gồm 2 vùng sau: vùng nhiên liệu áp
suất thấp và vùng nhiên liệu áp suất cao.
Hình 7.4 : Hệ thống nhiên liệu Common Rail
1.Nắp bầu lọc2. Đường dầu vào3. Phần giấy lọc4. Bọng chứa dầu sau lọc5. Phần chứa nước có lẫn trong dầu6. Thiết bị báo mực nước trong bầu lọc7. Đường dầu ra
2.3.2 Vùng áp suất thấp.
a. Bình chứa nhiên liệu.
Bình chứa nhiên liệu phải được làm từ vật liệu chống ăn mòn và không bị rò rỉ ở áp suất
cao. Van an toàn phải được lắp để nhiên liệu áp suất quá cao có thể lọt ra ngoài. Nhiên liệu
cũng không được rò rỉ ở cổ nối với bình lọc hay ở thiết bị bù áp suất khi xe bị rung xóc nhỏ,
cũng như xe và đường cua hay chạy trên dốc. Bình nhiên liệu và động cơ phải nằm cách xa
nhau, trong trường hợp bị tai nạn sảy ra xẽ không có nguy cơ bị cháy.
b. Đường nhiên liệu áp suất thấp.
Đường ống nhiên liệu mềm được bọc thép thay thế cho đường ống bằng thép và được dùng
trong ống áp suất thấp. Tất cả các ống đều được bảo vệ một lần nữa khỏi tác động của nhiệt
độ. Với xe bus, đường ống nhiên liệu không được đặt ở trong không gian của hành khách hay
trong cabin cũng như không thể phân phối bằng trọng lực.
c.Bơm tiếp vận.
Bơm tiếp vận bao gồm một bơm bằng điện với lọc nhiên liệu, hay một bơm bánh răng .
Bơm hút nhiên liệu từ bình chứa và tiếp tục đưa đủ lượng nhiên liệu đến bơm cao áp.
d.Lọc nhiên liệu.
Hình 7.5: Lọc nhiên liệu
Một bộ lọc nhiên liệu không thích hợp có thể dẫn đến hư hỏng cho các thành phần của
bơm, van phân phối và kim phun. Bộ lọc nhiên liệu làm sạch nhiên liệu trước khi đưa đến bơm
caoáp, do đó ngăn ngừa sự mài mòn nhanh của các chi tiết của bơm.
Nước lọt vào hệ thống có thể làm hư hỏng hệ thống ở dạng ăn mòn. Hệ thống Common
Rail có một bộ lọc nhiên liệu có chứa nước, từ đó nước xẽ được xả ra.
2.3.3 Vùng áp suất cao.
Vùng áp suất cao của hệ thống bao gồm:
-Bơm cao áp
-Đường ống nhiên liệu áp suất cao tức ống phân phối đóng vai trò của bộ tích áp suất
ca cùng với cảm biến áp suất nhiên liệu, van giới hạn áp suất , bộ giới hạn dòng chảy, kim phun
và đường ống dầu về.
Hình 7.6 : Vùng áp suất cao
1.Bơm cao áp
2.Van cắt nhiên liệu
3.Van điều khiển áp suất
4.Đường nhiên liệu áp suất cao
5.Ống trữ nhiên liệu áp suất
cao
6.Cảm biến áp suất trên ống
7.Van giới hạn áp suất
8.Lỗ tiết lưu
9.Kim phun
10.Đường dầu áp suất thấp
11 ECU
a.Bơm cao áp.
Bơm cao áp tạo áp lực cho nhiên liệu đến một áp suất tới 1350 bar. Nhiên liệu được tăng
áp này di chuyển đến đường ống áp suất cao và được đưa vào bộ tích nhiên liệu áp suất cao có
hình ống.
Bơm cao áp được dẫn động từ động cơ ( tốc độ quay bằng ½ hoặc 1/3 động cơ, nhưng
tối đa là 3000v/p), và được bôi trơn bằng chính nhiên liệu nó bơm.
Tùy thuộc vào không gian có sẵn, van điều khiển áp suất được lắp trực tiếp trên bơm
hay lắp xa bơm.
Bên trong bơm cao áp, nhiên liệu được nén bằng 3 piston bơm được bố trí hướng kính và các
piston cách nhau 120
o
. Do 3 piston bơm hoạt động luân phiên trong 1 vòng quay nên chỉ làm
tăng nhẹ lực cản của bơm. Do đó, ứng suất trên hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ, giảm ít tải
trọng lên hệ thống truyền động hơn so với hệ thống kiểu cũ.
Hình 7.7: Cơ cấu bơm cao áp
1.Trục dẫn động 2. Đĩa cam lệch tâm 3. Piston bơm
4. Van hút 5. Van thoát 6. Cửa vào
Hình 7.8: Mặt cắt của bơm thấp áp
1.Trục đĩa dẫn động 2. Đĩa cam lệch tâm 3. Thành phần bơm với piston bơm
4. Buồng chứa của thành phần bơm 5.Van hút 6. Van ngắt 7. Van xả
8. Tấm nêm 9. Nhiên liệu áp suất cao đến ống trữ 10. Van điều khiển áp suất cao
11.Van bi 12.Đường dầu về 13.Đường nhiên liệu từ bơm tiếp vận
14. Van an toàn 15. Đường nhiên liệu áp suất thấp đưa đến bơm
Thông qua một bộ lọc có cơ cấu tách nước, bơm tiếp vận cung cấp nhiên liệu từ bình
chứa đến đường dầu vào của bơm cao áp và van an toàn. Nó đẩy nhiên liệu qua lỗ khoan của
van an toàn vào mạch dầu bôi trơn và làm mát bơm cao áp. Trục của bơm cao áp có các cam
lệch tâm làm di chuyển 3 piston lên xuống tùy theo hình dạng các mấu cam.
Ngay khi áp suất phân phối vượt quá mức quy định thì van an toàn xẽ xả bớt áp suất đi,
bơm tiếp vận đẩy nhiên liệu đến bơm cao áp thông qua van hút vào buồng bơm, nơi mà piston
chuyển động hướng xuống. Van nạp đóng lại khi piston đi ngang qua điểm tử hạ và từ đó cho
phép nhiên liệu trong buồng bơm thoát ra ngoài với áp suất phân phối. Áp suất tăng lên cao sẽ
mở van an thoát khi áp suất trên ống phân phối đủ lớn. Nhiên liệu được nén đi vào mạch dầu
áp suất cao.
Piston bơm tiếp tục phân phối nhiên liệu cho đến khi nó lên điểm tử thượng, sau đó, do
áp suất bị giảm xuống nên van thoát đóng lại. Nhiên liệu còn lại nằm trong buồng bơm và chờ
đến khi piston đi xuống lần nữa
Khi áp suất trong buồng bơm của thành phần bơm giảm xuống thì van nạp mở ra và quá
trình lặp lại lần nữa.
Do bơm cao áp được thiết kế để có thể phân phối lượng nhiên liệu lớn nên lượng nhiên
liệu có áp suât cao sẽ thừa trong giai đoạn chạy cầm chừng và tải trung bình. Lượng nhiên liệu
thừa này được đưa về thùng chứa thông qua van điều khiển áp suất. Nhiên liệu bị nén sẽ nằm
trong thùng chứa và gây ra tổn thất năng lượng. Hơn nữa lượng nhiệt tăng lên của nhiên liệu
cũng giảm làm giảm đi hiệu quả chung. Ở mức độ nào đó thì tổn thất này có thể được bù đắp
lại bằng cách ngắt bớt đi một hoặc 2 xylanh bơm.
Khi 1 trong 3 bơm bị loại sẽ dẫn đến việc giảm lượng nhiên liệu bơm đến ống phân
phối. Việc ngắt bỏ được thực hiện bằng cách giữ cho van hút ở trạng thái mở liên tục.
Khi van solenoid dùng để ngắt thành phần bơm được kích hoạt, một chốt gắn với phần
ứng giữ van hút sẽ mở ra. Kết quả là nhiên liệu hút vào xylanh này của bơm không thể bị nén
được nên nó bị đẩy trở lại mạch áp suất thấp. Với một xylanh bơm bị loại bỏ khi không cần
công suất cao thì bơm cao áp không còn cung cấp nhiên liệu liên tục mà cung cấp gián đoạn.
Bơm cao áp phân phối lượng nhiên liệu tỷ lệ với tốc độ quay của nó. Và do đó, nó là
một hàm của tốc độ động cơ. Trong suốt quá trình phun, tỷ số truyền được tính sao cho một
mặt thì lượng nhiên liệu cung cấp không quá lớn, mặt khác, các yêu cầu về nhiên liệu vẫn còn
đáp ứng trong suốt chế độ hoạt động. Tùy thuộc vào tốc độ trục khuỷu mà tỷ số truyền hợp lí là
1:2 hoặc 1:3.
b. Van điều khiển áp suất.
Van điều khiển áp suất giữ cho nhiên liệu trong ống phân phối có áp suất thích hợp tùy
theo tải trọng của động cơ, và duy trì ở mức này.
Nếu áp suất trong ống quá cao thì van điều khiển áp suất sẽ mở ra và một phần nhiên
liệu sẽ trở về bình chứa thông qua đường ống dầu về.
Nếu áp suất trong ống quá thấp thì van điều khiển áp suât sẽ đóng lại và ngăn khu vực áp suất
cao với khu vực áp suất thấp.
Khi nhiên liệu đạt áp suất mong muốn Khi áp suất nhiên liệu đạt quá mức cho phép
Hình 7.9 : Cấu tạo van điều áp.
Van điều khiển áp suất được gá lên bơm cao áp hay ống phân phối. Để ngăn cách khu
vực áp suất cao với khu vực áp suất thấp, một lõi thép đẩy van bi vào vị trí đóng kín. Có 2 lực
tác dụng lên lõi thép: lực đẩy xuống dưới bởi lò xo và lực điện từ. Nhằm bôi trơn và giải nhiệt,
lõi thép được nhiên liệu bao quanh.
Van điều khiển áp suất được điều khiển theo hai vòng:
-Vòng điều khiển đáp ứng chậm bằng điện dùng để điều khiển áp suất trung bình trong
ống.
-Vòng điều khiển đáp ứng nhanh bằng cơ dùng để bù cho sự dao động lớn của áp suất.
Khi van điều khiển áp suất chưa được cung cấp điện, áp suất cao của ống hay tại của
bơm được đặt lên van điều khiển áp suất một áp suất cao. Khi chưa có lực điện từ, lực của
nhiên liệu áp suất cao tác dụng lên lò xo làm cho van mở và duy trì độ mở tùy thuộc vào lượng
nhiên liệu phân phối. Lò xo được thiết kế chịu được áp suất khoảng 100 bar.
Khi van điều khiển áp suất được cấp điện: nếu áp suất trong mạch áp suất cao tăng lên,
lực điện từ xẽ được tạo ra để cộng thêm vào lực tác dụng của lò xo. Khi đó van xẽ đóng lại và
được giữ ở trạng thái đóng cho đến khi lực do áp suất dầu ở một phía cân bằng với lực lò xo và
lực điện từ ở phía còn lại. Sau đó, van sẽ ở trạng thái mở và duy trì một áp suất không đổi. Khi
bơm thay đổi lượng nhiên liệu phân phối hay nhiên liệu bị mất đi trong mạch áp suất cao thì
được bù lại bằng cách điều chỉnh van đến một độ mở khác. Lực điện từ tỷ lệ với dòng điện
cung cấp trung bình được điều chỉnh bằng cách thay đổi độ rộng xung.
1.Đường dầu đến kim phun2.Van hạn chế áp suất3.Cảm biến áp suất nhiên liệu
c. Ống trữ nhiên liệu áp suất cao.
Ngay cả khi kim phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun thì áp suất trong ống vẫn
phải không đổi. Điều này được thực hiện bằng việc điền đầy nhiên liệu có áp suất từ bơm cao
áp. Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun ra thì áp suất thực tế trong bộ tích trữ nhiên liệu áp suất
cao vẫn được duy trì không đổi, sụ thay đổi áp suất là do bơm cao áp thay đổi lượng nhiên liệu
cung cấp để bù vào phần nhiên liệu vừa phun.
Ống tích trữ nhiên liệu dùng để tích trữ và cung cấp nhiên liệu áp suất cao cho tất cả các
xylanh.
Hình 7.10: Ống trữ nhiên liệu áp suất cao
Để phù hợp với các điều kiện lắp khác nhau trên động cơ, ống phải được thiết kế nhiều kiểu để
phù hợp với bọ hạn chế dòng chảy và chỗ lắp các cảm biến, van điều khiển áp suất, van hạn
chế áp suất.
d. Kim phun.
Thời điểm phun và lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh bằng cách cho dòng điện qua
các kim phun. Các kim phun này thay thế các kim phun cơ khí.
Một kim phun có thể chia làm các phần theo chức năng sau:
- Lỗ kim phun.
- Hệ thống dẫn dầu phụ.
- Van điện.
Ta thấy nhiên liệu đi từ đường dầu đến kim, và theo đướng ống dẫn sẽ đi đến buồng điều
khiển 8 thông qua lỗ nạp 7. Buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xả 6
được mở bởi van solenoid.

Xem chi tiết: Hệ thống common rail