Nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong - Chương 7 ppsx

Chöông 7 – Heä thoáng nhieân lieäu ñoäng cô Diesel

163













Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

164

Chương 7
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
I. NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG
I.1. Nhiệm vụ
Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel có các nhiệm vụ sau:
I.1.1. Dự trữ nhiên liệu
Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc trong một thời gian nhất đònh mà không cần nạp thêm
nhiên liệu; lọc sạch tạp chất cơ học, nước có lẫn trong nhiên liệu để nhiên liệu vận chuyển dễ dàng
trong hệ thống.
I.1.2. Cung cấp nhiên liệu cho động cơ
Khi cung cấp nhiên liệu cho động cơ hoạt động phải đảm bảo tốt các yêu cầu sau:

-

Lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với từng chế độ làm việc của
động cơ.
-

Phun nhiên liệu vào xylanh đúng thời điểm và đúng quy luật.
-

Đối với động cơ nhiều xylanh, lượng nhiên liệu phun vào các xylanh phải đồng đều trong
một chu trình công tác.
I.1.3. Phun nhiên liệu vào xylanh động cơ
Phải đảm bảo tính kết hợp tốt giữa số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia
phun với hình dạng buồng cháy. Ngoài ra còn phải kết hợp với cường độ và phương hướng chuyển
động của môi chất trong buồng cháy để hòa khí được hình thành nhanh và đều nhất.
I.2. Yêu cầu
Ngoài các nhiệm vụ cơ bản như trên, hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel còn phải thỏa mãn
các yêu cầu sau:
-

Hoạt động ổn đònh, có độ tin cậy và tuổi thọ cao.
-

Thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sữa chữa động cơ.
-

Dễ chế tạo và giá thành hợp lý.
II. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG
Điểm khác biệt lớn nhất của động cơ Diesel so với động cơ xăng là đòa điểm và thời gian hình
thành hòa khí. Trong động cơ xăng, hòa khí bắt đầu hình thành ngay từ khi xăng được hút khỏi vòi

phun vào đường ống nạp (động cơ dùng bộ chế hòa khí) hoặc được phun vào xylanh động cơ (động cơ
GDI – phun xăng trực tiếp), quá trình hình thành hỗn hợp còn tiếp diễn bên trong xylanh, suốt quá
trình nạp và quá trình nén cho đến khi được đốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa điện.
Trên động cơ Diesel, vào cuối quá trình nén, nhiên liệu mới được phun vào buồng cháy động
cơ để hình thành hòa khí sau đó hoà khí tự bốc cháy khi gặp điều kiện nhiệt độ và áp suất thích hợp.
Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel (hình 7.1) là bộ phận quan trọng nhất của động cơ để thực hiện
việc hình thành hòa khí kể trên.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

165

Bơm 3 hút nhiên liệu từ bình chứa1 qua lọc thô 2 vào bơm, được bơm qua bình lọc tinh 4, tới
bơm cao áp 5. Các bình lọc 2 và 4 có công dụng lọc sạch căïn bẩn, tạp chất cơ học có lẫn trong nhiên
liệu. Bơm cao áp cung cấp nhiên liệu vào đường cao áp 6, tới vòi phun để phun vào buồng cháy động
cơ. Lượng nhiên liệu thừa trong trong mỗi chu trình công tác của động cơ được đưa từ bơm cao áp qua
van tràn và đường dầu 8 bình chứa nhiên liệu.

Đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ Diesel, để hệ thống làm việc ổn đònh và
đảm bảo tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ. Điều quan trọng nhất là trong hệ thống không được
lẫn (không khí), bởi vì không khí nén được nên sẽ làm giảm áp suất nhiên liệu trên đường ống cao áp
và kim phun làm ảnh hưởng đến quá trình cháy, thậm chí không xảy ra được quá trình cháy trong
xylanh. Vì thế trên bơm cao áp và van kim đều có trang bò các vít để xả gió.
III. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC BỘ PHẬN CHÍNH
III.1. Bơm cao áp
Bơm cao áp có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho xylanh động cơ đảm bảo:
-

Nhiên liệu có áp suất cao, tạo được chênh áp lớn trước và sau lỗ phun.
-

Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm và đúng quy luật.
-

Cung cấp lượng nhiên liệu đồng đều cho các xylanh trong một chu trình công tác.
-

Dễ dàng thay đổi được lượng nhiên liệu trong một chu trình phù hợp với từng chế độ làm
việc của động cơ.
Hình
7
.1.
Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel có van an toàn lắp ở lọc thứ cấp.
1 – bình chứa; 2 – lọc sơ cấp; 3 – bơm tiếp vận; 4 – lọc thứ cấp; 5 – bơm cao áp;

6 – ống cao áp; 7 – đến kim phun; 8 – đường dầu về; 9 – van an toàn; 10 – bơm tay;

11 – lưới lọc và van một chiều; 12 – bộ điều tốc; 13 – vít xả gió.
4

5

6

7

8

9

10

12

13



1

2

3

11

Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

166

III.1.1. Bơm cao áp cá nhân – bơm thẳng hàng
a) Bơm cao áp cá nhân
Bơm cao áp cá nhân
(PF) có cấu tạo như hình 7.2.
Khi cam 19 quay sẽ nâng
con đội 17 và piston 10 đi
lên. Không gian bên trên
piston chứa đầy nhiên liệu
do thông với lỗ nạp a,b trên
xylanh 7 cho đến khi piston
đóng các lỗ nạp. Do nhiên
liện không nén được nên áp
suất trên đỉnh piston tăng
dần. Khi áp suất nhiên liệu
đủ lớn để thắng sức căng lò
xo van cao áp 4 thì van cao
áp 5 được nhấc lên, quá trình
cung cấp nhiên liệu được bắt
đầu. Nhiên liệu theo đường
ống cao áp đến vòi phun và
phun vào xylanh động cơ.
Piston tiếp tục đi lên
đến khi rãnh vát trên piston
thông với khoang nhiên liệu,
áp suất giảm, van cao áp 5

đóng lại và kết thúc quá
trình cấp nhiên liệu.
Sau khi đạt hành trình
cực đại, lò xo 14 thông qua
đóa chặn lò xo đẩy piston đi
xuống. Nhiên liệu lại được
nạp vào không gian trên
đỉnh piston thông qua các lỗ
nạp a,b để chuẩn bò cho chu
trình làm việc tiếp theo.
Để thay đổi được
lượng nhiên liệu cấp vào
trong mỗi chu trình, piston 8
được xoay nhờ dòch chuyển
thanh răng 1 để thay đổi vò
trí tương đối giữa rãnh vát
trên piston và lỗ a,b trên xylanh (thay đổi hành trình có ích của piston bơm cao áp).

Hình 7.2. Bơm cao áp cá nhân (PF).
1 – thanh răng; 2 – vành răng; 3 – đầu ống nối; 4 –
lò xo van cao áp;
5 – van cao áp; 6 – đế van cao áp; 7 – xylanh; 8 – gờ xả nhiên liệu;
9,11 – vít; 10 – piston; 12 – ống xoay; 13 – đóa trên của lò xo;
14 – lò xo bơm cao áp; 15 – đóa dưới của lò xo; 16 – bulông con đội;

17 – con đội; 18 – con lăn; 19 – cam.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

167

b) Bơm thẳng hàng
Bơm cao áp PE là một loại bơm gồm nhiều tổ bơm cá nhân (PF) ghép chung thành một khối,
có cốt cam điều khiển nằm trong thân bơm và điều khiển chung bởi một thanh răng. Cấu tạo của một
bơm cao áp BOSCH PE như hình 7.3 gồm:
Một thân bơm được
đúc bằng hợp kim nhôm
trên đó có các lỗ để bắt
ống dầu đến, ống dầu về,
ốc xả gió, lỗ xỏ thanh
răng, vít chận thanh răng,
vít kềm xylanh, Thân
bơm có thể chia làm ba
phần trong đó có chứa các
chi tiết sau:
Phần giữa, bên
trong chứa các cặp piston
xylanh tương ứng với số
xylanh của động cơ, các
vòng răng và thanh răng
điều khiển. Trên vòng
răng có vít điều chỉnh vò trí
tương đối của piston và
xylanh.
Phần dưới, bên
trong có chứa cốt bơm hai
đầu tựa lên hai ổ bi lắp ở
nắp đậy cốt bơm. Cốt bơm
có số cam bằng số xylanh
động cơ và có cam sai tâm
để điều khiển bơm tiếp

vận. Trên các cam là các
đệm đẩy có bánh răng, ở
đệm đẩy có vít điều chỉnh
và đai ốc chận. Dưới cốt
bơm là đáy bơm có các nắp đậy, bên trong chứa dầu bôi trơn. Cốt bơm có một đầu được lắp với trục
truyền động tự động (hoặc bộ phun sớm tự động). Đầu còn lại lắp quả tạ và chi tiết của bộ điều tốc cơ
năng (hoặc để trống, nếu bộ điều tốc áp thấp).
Phần trên là phòng chứa nhiên liệu thông giữa các xylanh với nhau. Các vít kềm xylanh chỏi ở
lỗ nhiên liệu ra của xylanh. Một van an toàn để điều chỉnh áp lực nhiên liệu vào các xylanh.
Trên xylanh là đế van cao áp, van cao áp, lò xo và trên cùng là đai ốc lục giác dẫn nhiên liệu
đến kim phun. Ngoài ra còn có một bơm tiếp vận loại piston lắp ở hông bơm được điều khiển bởi cam
sai tâm của cốt bơm và bộ tiết chế cơ năng hay áp thấp liên hệ với thanh răng để điều chỉnh tốc độ
động cơ.
Hình 7.3. Sơ đồ cấu tạo bơm cao áp PE.
1 – đầu nối ống cao áp; 2 – vít cố đònh xylanh; 3 – xylanh bơm;
4 – thanh răng; 5 – vòng răng; 6, 9 – chén chận lò xo; 7 – piston bơm;
8 – lò xo; 10 – con đội; 11 – con lăn; 12 – trục cam; 13 – cam.
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

13
3


12

Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

168

Khi động cơ hoạt động, cốt bơm điều khiển bơm tiếp vận hút nhiên liệu từ bình chứa qua hai
lưới lọc đến bơm ở tại phòng chứa nhiên liệu nơi thân bơm. Một phần nhiên liệu qua van an toàn trở
về bình chứa.
Lúc piston bơm ở vò trí thấp nhất, nhiên liệu vào xylanh bằng cả hai lỗ trên thân xylanh bơm.
Vào quá trình phun nhiên liệu, cốt bơm điều khiển piston đi lên, khi piston án hết hai lỗ dầu vào thì
nhiên liệu được nén trong xylanh bơm, piston tiếp tục đi lên và áp suất nhiên liệu trên đỉnh piston
bơm càng tăng. Đến khi áp lực nhiên liệu đủ lớn để thắng lực căng lò xo thì van cao áp được nhất lên
và nhiên liệu đưa đường ống cao áp và đến kim phun để phun vào xylanh động cơ. Piston lại tiếp tục
đi lên đến khi cạnh vạt xéo phía dưới piston vừa hé mở lỗ dầu về, dầu tràn ra khỏi xylanh và kết thúc
quá trình cấp nhiên liệu.

Nhờ có cốt bơm có thứ tự thì nén phù hợp với thứ tự công tác của động cơ nên nhiên liệu đưa
đến kim phun đúng lúc và đúng đúng thời điểm. Tất cả các xylanh bơm đều có một áp lực nhiên liệu
vào như nhau nhờ vào van an toàn và được điều khiển chung bởi một thanh răng nên nhiên liệu ở các
xylanh được tăng giảm đồng đều.
Muốn thay đổi tốc độ động cơ ta dòch chuyển thanh răng để làm xoay vành răng. Từ đó thay
đổi được vò trí tương đối giữa rãnh vát trên piston bơm và lỗ thoát nhiên liệu trên xylanh, do đó thay
đổi được hành trình có ích của piston bơm và thay đổi được lượng nhiên liệu cung cấp trong mỗi chu
trình công tác, giúp thay đổi tải và tốc độ của động cơ.








Hình 7.4. Sơ đồ nguyên lý làm việc bơm cao áp PE.

Piston

Xylanh

Van cao áp

Đế van cao áp

Nạp nhiên liệu

Phun nhiên liệu

Kết thúc phun

Rãnh
vát trên
piston
Hình
7
.
5
.
Dòch chuyển thanh răng để thay đổi tốc độ động cơ.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

169

Nguyên lý làm việc của bộ phun dầu sớm tự động trên bơm cao áp PE
Cũng như đánh lửa sớm tự động trên động cơ xăng. Trên động cơ Diesel khi tốc độ càng cao,
góc độ phun dầu phải càng sớm để nhiên liệu đủ thời gian hòa trộn và tự bốc cháy để phát ra công
suất lớn nhất. Do đó, trên hầu hết các động cơ Diesel đều có trang bò bộ phun dầu sớm tự động.
-

Với piston có lằn vạt xéo phía trên thì điểm khởi phun thay đổi và dứt phun cố đònh, với
piston có lằn vạt xéo cả trên lẫn dưới thì điểm khởi phun và dứt phun đều thay đổi. Do đó
đối với bơm cao áp có một trong hai loại piston này thì không cần phun dầu sớm tự động.
-

Đối với piston có lằn vạt xéo phía dưới thì điểm khởi phun cố đònh, điểm dứt phun thay
đổi. Thông thường các bơm cao áp PE đều có lằn vạt xéo phía dưới nên phải trang bò bộ
phun dầu sớm tự động.
Bộ phận này gồm: một mâm nối thụ động được bắt vào đầu cốt bơm cao áp, nhờ chốt then hoa
và đai ốc giữ. Một mâm nối chủ động có khớp nối để nhận truyền động từ động cơ. Chuyển động
quay của mâm chủ động truyền qua mâm thụ động qua hai quả tạ.
Trên mâm thụ động có ép hai trục thẳng góc với mâm, hai quả tạ quay trên hai trục này. Đầu
lồi còn lại của quả tạ tỳ chốt của mâm chủ động, hai quả tạ được kềm vào nhau nhờ hai lò xo tựa vào
trục, đầu còn lại tỳ vào chốt ở mâm chủ động và miếng chêm nằm trên lò xo để tăng lực lò xo theo
đònh mức. Một vỏ bao kết nối với mâm chủ động có nhiệm vụ bao bọc hai quả tạ và giới hạn tầm di
chuyển của chúng.
Khi động cơ làm việc nếu tốc độ của động cơ tăng thì dưới tác dụng lực ly tâm của hai quả tạ
làm mâm thụ động quay tương đối với mâm chủ động theo chiều chuyển động của cốt bơm, do đó
làm tăng góc phun sớm nhiên liệu. Khi tốc độ động cơ giảm thì lực ly tâm yếu đi, nên hai quả tạ xếp
vào, lò xo quay mâm thụ động cùng với trục cam đối với mâm chủ động về phía chiều ngược lại. Do
đó làm giảm góc độ phun sớm nhiên liệu.


Hình
7
.
6
.
Nguyên lý làm việc bộ phun dầu sớm tự động trên bơm cao áp PE.

Quả tạ

Góc phun dầu sớm

Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

170

III.1.2. Bơm cao áp VE
Hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ Diesel dùng bơm cao áp kiểu VE được thể hiện
trên (hình 7.7).













Nhiên liệu Diesel được lọc bởi lọc 3, sau đó được chuyển đến bơm cao áp nhờ bơm tiếp vận
kiểu cánh gạt. Nhiên liệu đi vào bơm cao áp để tạo áp suất cao, đồng thời nhiên liệu còn đóng vai trò
bôi trơn và làm mát cho các chi tiết trên đường đi của bơm.
Nhiên liệu có áp suất cao được đưa qua đường ống cao áp đến vòi phun để phun vào xylanh
động cơ. Phần nhiên liệu thừa sau mỗi lần phun trong một chu trình công tác được đưa về bình chứa

qua đường dầu 7.
Nếu áp suất đầu ra của bơm cao áp vượt quá giới hạn cho phép thì một lượng nhiên liệu cũng
được đưa về bình chứa nhằm ổn đònh áp suất nhiên liệu cung cấp cho hệ thống.
a) Kết cấu bơm cao áp VE
Khác với bơm thẳng hàng PE, bơm VE chỉ có một piston và một xylanh bơm cho dù trên động
cơ có nhiều xylanh. Nhiên liệu được cung cấp bởi piston và phân phối qua các rãnh tới các lỗ thông
ứng với số xylanh trên động cơ. Trên bơm cao áp VE (hình 7.8), về cơ bản có những bộ phận sau:
-

Bơm tiếp vận kiểu phiến gạt.
-

Bơm cao áp với đầu phân phối.
-

Bộ điều chỉnh tốc độ động cơ (bộ điều tốc).
-

Bộ cúp dầu (bằng cơ khí hoặc bằng điện).
-

Bộ phun dầu sớm bằng thuỷ lực.
Ngoài ra trên bơm còn trang bò các chức năng bổ sung khác để thích nghi trong sử dụng với
từng loại động cơ cụ thể.
1

2

3

4

5

6

7

8

Hình 7.7. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ Diesel dùng bơm VE.
1 – bình chứa nhiên liệu; 2 – ống dẫn; 3 – lọc; 4 – bơm cao áp VE;
5 – đường ống cao áp; 6 – vòi phun nhiên liệu; 7 – đường dầu về; 8 – bougie xông.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

171

b) Nguyên lý làm việc
Trục truyền chính của bơm quay trên các ổ trượt vỏ bơm và dẫn động bơm tiếp vận. Phía trong
bơm, ở cuối trục truyền động được đặt một vòng lăn, nó không được nối với trục truyền động nhưng
được giữ trong vỏ bơm bằng cách dùng đóa cam cưỡi trên các con lăn của vòng lăn (đóa cam này được
dẫn động bởi trục truyền chính). Piston phân phối vừa xoay quanh trục của nó vừa chuyển động tònh
tiến lên xuống, piston di chuyển bên trong đầu phân phối. Đầu phân phối này được lắp trên thân bơm,
trong đầu phân phối được đặt một thiết bò ngắt nhiên liệu bằng điện từ. Nếu thiết bò ngắt nhiên liệu
bằng cơ khí (thay vì ngắt bằng điện) thì cơ cấu này được đặt ở vỏ bộ điều tốc.
Trục của bộ điều tốc được dẫn động từ truyền chính bằng một bánh răng nối, bộ điều tốc này
gồm các quả văng và một ống trượt. Cơ cấu bộ điều tốc bao gồm: cần điều khiển, cần khởi động và
cần lắc chuyển động trong ổ trượt ở trong thân bơm để điều khiển vò trí van đònh lượng trên piston. Ở
phía trên cùng của bộ điều tốc cơ khí là lò xo điều tốc, được nối với cần điều khiển bằng trục cần
điều khiển. Mặt khác, trục cần điều khiển chuyển động trong ổ trượt ở vỏ bộ điều tốc. Trên nắp bộ
điều tốc có những đai ốc điều chỉnh đầy tải, van dầu tràn và đai ốc điều chỉnh tốc độ của động cơ.
Phân phối nhiên liệu áp lực thấp
Hệ thống phun nhiên liệu VE của hãng BOSCH có một bơm tiếp vận kiểu cánh gạt, bơm này
hút nhiên liệu từ bình chứa và đưa tới khoang nhiên liệu của bơm cao áp.
Một phần nhiên liệu qua van điều áp trở về mạch nạp của bơm tiếp vận. Để làm mát và tự
Hình 7.8. Sơ đồ cấu tạo bơm cao áp VE.
1 – Bơm tiếp vận cánh gạt: bơm nhiên liệu từ thùng chứa tới khoang bơm.
2 – Bơm cao áp với đầu phân phối: tạo ra áp lực phun và phân phối nhiên liệu tới xylanh.

3 – Bộ điều tốc bằng cơ khí: thay đổi lượng nhiên liệu phân phối theo phạm vi điều khiển.

4 – Van cúp dầu bằng điện: ngưng cung cấp nhiên liệu khi động cơ ngừng hoạt động.
5 – Bộ phun sớm: điều khiển sự khởi phun theo tốc độ của động cơ.

1

2

3

4

5

Đến
vòi
phun

Nhiên
liệu
vào
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

172

thoát bọt khí của bơm phân phối, một ít nhiên liệu cũng chảy qua đai ốc giới hạn tràn trên vỏ bộ điều
tốc và trở về bình chứa.
Phân phối nhiên liệu áp lực cao
Sự phân phối nhiên liệu của bơm
cao áp là một quá trình động lực học.
Áp lực cần thiết cho quá trình phun vào
xylanh động cơ được tạo ra bởi piston
bơm. Chuyển động có tính chu kỳ của
piston sẽ đònh lượng nhiên liệu tới một
xylanh động cơ. Với động cơ 4 xylanh,
khi đóa cam quay 90
o

thì piston bơm di
chuyển lên xuống một lần, với động cơ
6 xylanh thì piston di chuyển lên xuống
một lần khi đóa cam quay một góc 60
o
.
a) Quá trình nạp nhiên liệu được
thực hiện khi piston di chuyển từ điểm
chết trên xuống điểm chết dưới, chuyển
động vừa quay vừa tònh tiến của nó làm
mở lỗ dầu vào ở đầu phân phối nhờ
rãnh nạp ở piston. Lúc này nhiên liệu
với áp lực ở khoang bơm sẽ đi vào trong
xylanh bơm.
b) Vào thời điểm khởi phun, khi
piston chuyển động ngược lại từ điểm
chết dưới lên điểm chết trên, lúc này lỗ
nạp bò đóng lại bởi piston. Piston tiếp
tục di chuyển lên điểm chết trên tạo ra
áp lực cao trên đỉnh piston và do chuyển
động quay của piston nên lỗ thoát trên
thân piston cũng trùng rãnh thoát ở đầu
phân phối. Áp lực nhiên liệu tạo ra ở
buồng cao áp và đi theo rãnh làm mở
van áp lực. Nhiên liệu bò đẩy tới đường
ống dẫn tới kim phun và phun vào buồng đốt.
c) Thời điểm kết thúc phun, bắt đầu khi lỗ khoan ngang của piston lên đến mép của van đònh
lượng (van đònh lượng 8 mở lỗ cúp dầu 9). Sau thời điểm này không có nhiên liệu được phân phối tới
kim phun và van áp lực cũng đóng lại. Nhiên liệu trên đỉnh piston trở về khoang bơm qua lỗ khoang
ngang, piston tiếp tục đi lên điểm chết trên và kết thúc quá trình phun nhiên liệu. Hành trình này của

piston gọi là khoảng chạy dư.
d) Khi piston trở về điểm chết dưới, lỗ khoan ngang của nó bò đóng đồng thời lỗ nạp mở và
nhiên liệu ở khoang bơm mở vào buồng cao áp và chu kỳ lặp lại cho xylanh kế tiếp.
Hình 7.9. Các giai đoạn cung cấp nhiên liệu cho một
chu trình của bơm VE.
1 – piston bơm; 2 – lỗ nạp nhiên liệu; 3 – rãnh đònh lượng;

4, 5 – buồng cao áp; 6 – rãnh phân phối; 7 – lỗ phân phối;

8 – van đònh lượng; 9 – lỗ cúp dầu.
3

4

5

6

7

a)

b)

ĐCD

8

9

ĐCD

ĐC
T

ĐCD

ĐC
T

c)

d)

1

2

ĐCD

Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

173

Phun dầu sớm tự động
Cũng tương tự như thời điểm đánh lửa trên động cơ xăng, thời điểm tạo ra tia lửa phải thay đổi
phù hợp với chế độ làm việc trên động cơ. Trên động cơ Diesel cũng trang bò cơ cấu phun dầu sớm để
bù trừ cho sự phun và cháy trễ khi thay đổi tải và tốc độ. Cơ cấu phun dầu sớm tự động có thể làm
thay đổi thời điểm phun của bơm phân phối tương ứng với vò trí cốt máy khi tốc độ động cơ thay đổi.
Khi tốc độ của động cơ càng cao, góc độ phun dầu sớm càng phải tăng thêm để nhiên liệu cháy hết,

bảo đảm công suất và hiệu suất của động cơ. Góc độ phun dầu sớm phải tỷ lệ với vận tốc trục khuỷu
và do cơ cấu phun dầu sớm tự động điều khiển.
Cơ cấu phun dầu sớm
bằng thủy lực được lắp ở
phía dưới của bơm phân phối
và thẳng góc với trục dọc
của bơm, piston phun sớm di
chuyển trong thân bơm. Hai
bên của vỏ bơm được bao
kín bởi các nắp đậy. Trên
một mặt của piston là một lỗ
nhiên liệu vào, mặt còn lại
lắp lò xo. Một chốt trượt và
một chốt dẫn động nối piston
với vòng lăn. Kết cấu của bộ
phun dầu sớm thể hiện trên
hình 7.10.
Piston phun sớm được
giữ ở vò trí ban đầu của nó
bởi tải trọng ban đầu của lò
xo. Trong thời gian hoạt động, áp lực nhiên liệu ở khoang bơm được điều chỉnh tương ứng với tốc độ
động cơ bởi van điều áp và van dầu tràn. Do đó, mặt piston 7 đối diện với lò xo 9 sẽ chòu một áp lực,
áp lực này tăng cùng với sự tăng tốc của động cơ.
Khi tốc độ động cơ lên đến xấp xỉ 300 vòng/phút, áp lực nhiên liệu cũng đạt đến giá trò đủ để
thắng tải trọng ban đầu của lò xo và di chuyển piston phun sớm về phía trái.
Chuyển động dọc trục của piston được truyền qua chốt trượt và chốt dẫn động tới vòng lăn làm
cho vòng lăn quay. Do đó, các con lăn và vòng lăn được xoay một góc độ cụ thể tương ứng với đóa
cam và piston phân phối. Sự chuyển động này làm cho chuyển động quay của đóa cam được nâng sớm
hơn một thời điểm nào đó.
Khi tốc độ động cơ tăng lên, áp lực dầu sẽ làm tăng lực tác dụng lên piston 7. Lực này lớn hơn

lực nén của lò xo ở mặt đối diện. Do đó, piston bộ phun dầu sớm sẽ di chuyển về phía trái làm cho
vòng lăn dòch chuyển ngược chiều quay của piston bơm cao áp và piston bò đội lên sớm hơn. Do đó
nhiên liệu sẽ phun sớm hơn.
Ngược lại khi tốc độ động cơ giảm, áp suất dầu ở trong khoang bơm giảm. Áp suất dầu ở phía
đầu 7 của piston bộ phun sớm cũng giảm. Lực nén của lò xo sẽ lớn hơn lực nén của dầu nên piston bộ
phun sớm sẽ di chuyển về phía phải làm cho vòng lăn dòch chuyển cùng chiều quay của piston bơm.
Kết quả là piston sẽ bò đội lên trễ hơn nên dầu sẽ được phun trễ hơn.
1

2

3

4

5

6

7

8

9

Hình 7.10. Cấu tạo và hoạt động của bộ phun dầu sớm tự động.
1 – vỏ bơm; 2 – vòng lăn; 3 – các con lăn; 4 – chốt;
5 – lỗ trên piston phun sớm; 6 – nắp đậy; 7 – piston phun sớm;
8 – chốt trượt; 9 – lò xo.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

174

III.1.3. Kim bơm liên hợp (GM)
a) Giới thiệu
Hệ thống nhiên liệu sử dụng bộ kim bơm liên hợp GM được bố trí trên các loại động cơ hai thì
GM của Mỹ, loại hai thì 9A3 – 204 của Liên Xô, trên động cơ Murphy 4 thì của Mỹ. Ngoài ra còn sử
dụng trên các tàu thủy, máy phát điện tónh tại.
Bộ kim bơm liên hợp GM được lắp thẳng đứng trên nắp xylanh, phun dầu trực tiếp vào buồng
đốt thống nhất. Kim phun và bơm được ráp chung trong một cụm duy nhất. Mỗi xylanh động cơ được
trang bò một bộ kim bơm liên hợp và được điều khiển nhờ hệ thống cam, đệm đẩy, đũa đẩy và cò mổ.
Kim bơm liên hợp có công dụng là tạo áp suất nhiên liệu cao, đònh lượng và phun sương nhiên
liệu vào buồng đốt động cơ.
Ưu điểm của bộ kim bơm liên hợp
-

Bộ kim phun và bơm cao áp được thiết kế chung một cụm duy nhất.
-

Loại bỏ được các ống dẫn dầu cao áp từ bơm đến kim.
-

Gọn nhẹ dễ dàng thay thế và sửa chữa.
-

Không gây ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống vì mỗi bộ được lắp độc lập với nhau.
Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ Diesel dùng kim bơm
liên hợp GM được thể hiện trên (hình 7.11).
Khi động cơ làm việc, bơm
tiếp vận 3 hút nhiên liệu từ thùng

chứa 1, qua bầu lọc sơ cấp 2, đẩy
nhiên liệu dưới áp suất khoảng 1,4
kg/cm
2
đến bầu lọc thứ cấp 4. Sau đó
cung cấp cho các bộ kim bơm liên
hợp 7. Đến thì phun nhiên liệu, cơ
cấu điều khiển kim bơm đẩy piston
bơm xuống ép nhiên liệu với một áp
lực cao phun vào xylanh động cơ.
Lượng nhiên liệu được đưa vào
xylanh động cơ nhiều hay ít tùy
thuộc vào tốc độ làm việc và tải của
động cơ và được điều khiển chung
bằng một cần ga nối với các thanh
răng của kim bơm liên hợp với bộ
điều tốc. Nhiên liệu rò rỉ qua khe hở
giữa piston và xylanh bơm có tác
dụng làm mát bơm và theo ống dẫn
dầu 6 trở về thùng chứa.
Van một chiều (nếu có) được bố trí tại lỗ hút nơi bầu lọc sơ cấp, có công dụng chặn không cho
nhiên liệu trở về thùng chứa khi động cơ ngừng hoạt động. Nơi cuối đường ống dẫn dầu về có bố trí
một van an toàn, để duy trì áp suất nhiên liệu cần thiết cho bộ kim bơm liên hợp.
1

2

3

4

5

6

7

8

Hình 7.11. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng kim
bơm liên hợp GM.
1 – bình chứa nhiên liệu; 2 – lọc sơ cấp; 3 – bơm tiếp vận;
4 – lọc thứ cấp; 5 – ống dẫn dầu đến; 6 – ống dầu hồi;
7 – bơm kim liên hợp; 8 – ống dẫn dầu về bình chứa.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

175

b) Nguyên lý làm việc của kim bơm liên hợp
Khi làm việc, kim bơm liên hợp GM được chia làm ba giai đoạn sau (hình 7.12)
b.1) Giai đoạn nạp nhiên liệu vào xy lanh bơm
Khi cam chưa đội piston ở
vò trí cao nhất (ĐCT), nhiên liệu
đến kim bơm nhờ áp lực của bơm
tiếp vận theo đường dầu đến
xylanh bơm. Nhiên liệu nạp vào
xylanh bơm bằng cả hai lỗ bên
phải và bên trái, lượng nhiên liệu
thừa qua các khe hở rồi theo
đường dầu về trở về bình chứa.

Dầu lưu chuyển liên tục trong
bơm có tác dụng làm mát, bôi
trơn, sấy nóng và loại bỏ các bọt
khí giúp việc đònh lượng nhiên
liệu phun tốt hơn.
b.2) Giai đoạn khởi sự phun và phun nhiên liệu
Vào lúc phun nhiên liệu, cam tác dụng đẩy hệ thống con đội đũa đẩy, cò mổ rồi đẩy piston đi
xuống, một lượng nhỏ nhiên liệu thoát ra qua hai lỗ trên xylanh cho đến khi mặt ngang của đầu piston
bít kín lỗ bên phải và cạnh xiên của piston bít kín lỗ bên trái thì nhiên liệu bắt đầu bò nén trong
xylanh và ta gọi điểm này là điểm khởi sự phun.
Piston tiếp tục đi xuống đẩy nhiên liệu qua van kim và nhiên liệu được phun sương vào buồng
đốt động cơ.
b.3) Giai đọan kết thúc phun
Quá trình phun nhiên liệu kéo dài cho đến khi cạch ngang của piston bơm vừa hé mở lỗ dầu
về bên phải. Nhiên liệu theo lỗ xuyên tâm thoát ra khỏi xylanh (ta gọi điểm này là điểm dứt phun).
Piston vẫn tiếp tục đi xuống cho đến khi hết khoảng chạy, lỗ dầu bên phải mở hoàn toàn do đó
nhiên liệu tiếp tục ra buồng chứa xung quanh xylanh bơm nơi có vòng cản dầu và nhiên liệu được trả
về thùng chứa. Khi cam không còn đội nữa thì lò xo, đệm đẩy kéo piston đi lên điểm cao nhất, nhiên
liệu lại được nạp vào xylanh bơm để chuẩn bò cho chu kỳ làm việc kế tiếp.
Muốn tăng hay giảm lưu lượng nhiên liệu tùy theo yêu cầu làm việc của động cơ thì ta chỉ cần
điều khiển thanh răng để piston xoay qua lại tùy theo vò trí của cạnh xiên trên đóng lỗ dầu vào bên
trái sớm hay trễ. Nếu đóng sớm, thì hành trình có ích của piston dài nhiên liệu bơm đi nhiều. Nếu
đóng trễ thì khoảng chạy hữu ích của piston ngắn nhiên liệu bơm đi ít.
Khi piston xoay tới vò trí cúp nhiên liệu thì lưu lượng bằng không. Khi đó hai lỗ bên trái và bên
phải không bao giờ bò đóng kín, nhiên liệu không bò nén mặc dù piston vẫn chuyển động lên xuống.
Khi động cơ làm việc ở tộc độ cầm chừng thì nhiên liệu được cung cấp vừa đủ cho hoạt động
của động cơ chạy không tải. Khi piston ở vò trí cung cấp nhiên liệu tối đa thì nhiên liệu được cung cấp
nhiều nhất, giúp cho động cơ phát huy hết công suất, khi đó hành trình có ích của piston lớn nhất.
Nạp nhiên liệu

Khởi sự phun

Kết thúc phun

Hình
7
.1
2
.
Ba giai đoạn làm việc của kim bơm liên hợp GM.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

176

III.2. Bơm tiếp vận
Trong hệ thống nhiên liệu của đa số những động cơ Diesel trên ô tô đều sử dụng bơm tiếp vận
để cung cấp nhiên liệu đến bơm cao áp, bởi hầu hết chúng đều có bình chứa nhiên liệu đặt thấp hơn
bơm cao áp và các bầu lọc tạo nên sức cản khá lớn cho nhiên liệu khi đi trong hệ thống. Chính vì thế
nên cần phải trang bò bơm tiếp vận để giúp nhiên liệu vận chuyển dễ dàng trong hệ thống.
Hiện nay, hệ thống nhiên liệu trên động cơ Diesel sử dụng các dạng bơm sau:
III.2.1. Bơm màng
Bơm màng có cấu tạo và nguyên lý làm việc tương tự như bơm nhiên liệu của hệ thống cung
cấp nhiên liệu trên động cơ xăng dùng chế hoà khí (hình 6.4).
III.2.2. Bơm piston
Bơm piston có cấu tạo và nguyên lý làm việc được thể hiện trên (hình 7.13).

Ở hành trình cam không đội (hình 7.13a): piston dòch chuyển xuống van nạp mở ra, van nén
đóng lại nhiên liệu được nạp vào bơm tiếp vận từ bình chứa vào đường A, đồng thời được nén trong
không gian bên dưới đỉnh piston và thoát ra đường B đến bầu lọc rồi đến bơm cao áp.
Ở hành trình cam đội (hình 7.13b): piston dòch chuyển lên van nạp đóng lại, van nén mở ra
nhiên liệu từ trong bơm tiếp vận được nạp vào không gian bên dưới của piston để chuẩn bò cho chu
trình cung cấp nhiên liệu tiếp theo.
III.2.3. Bơm bánh răng
Bơm bánh răng có cấu tạo và nguyên lý làm việc tương tự như bơm bánh răng ăn khớp ngoài
của hệ thống bôi trơn (hình 4.6).
III.2.4. Bơm cánh gạt
Bơm tiếp vận kiểu cánh gạt được dùng khá phổ biến, có cấu tạo như (hình 7.14). Trục bơm
được lắp với trục truyền chính, rôto của nó được lắp đồng tâm với trục và được truyền động qua mối
Cam

Piston
bơm
A

B

Van nạp
Van nén

Hình 7.13.
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm piston.
a) Hành trình cam không đội: nhiên liệu nạp vào bơm từ A và thoát ra B.
b) Hành trình cam đội: nhiên liệu được nạp vào không gian bên dưới piston.
a) b)
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

177

lắp then. Rôto xoay bên trong vòng lệch tâm cố đònh trên vỏ bơm, bốn cánh gạt của rôto được đẩy ra
ngoài bởi lực ly tâm và áp lực nhiên liệu ở phía dưới các cánh gạt và rôto.
Khi rôto quay, nhiên liệu di chuyển qua lỗ nhỏ ở khoang bơm cao áp vào khoảng không gian
hình quả thận được tạo ra bởi rôto, cánh gạt và vòng lệch tâm. Sự chuyển động xoay tròn làm nhiên
liệu giữa các cánh gạt kế tiếp nhau được đẩy lên trên không gian hình quả thận và xuyên qua một lỗ
nhỏ vào khoang bơm. Đồng thời một phần nhiên liệu chảy xuyên qua lỗ thứ hai đến van điều áp.










III.3. Vòi phun
III.3.1. Nhiệm vụ và phân loại vòi phun
Vòi phun nhiên liệu thường được lắp trên nắp xylanh, dùng để phun tơi nhiên liệu thành những
hạt có kích thước rất nhỏ vào buồng cháy, giúp hỗn hợp được hình thành nhanh chóng và kòp thời;
Tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình cháy xảy ra, nâng cao tính năng kinh tế và kỹ thuật của động cơ.

Vòi phun nhiên liệu có nhiều loại khác nhau, tuy nhiên căn cứ vào sự khác biệt của đót kim
(đầu kim) và lỗ tia ta có thể chia kim phun làm những loại sau:
-

Vòi phun hở.
-

Vòi phun kín có kim.
-

Vòi phun kín có chốt.
III.3.2. Nguyên lý làm việc và kết cấu của vòi phun
a) Vòi phun hở
Vòi phun hở là vòi phun không có van ngăn dòng chảy
ngược của nhiên liệu trong quá trình phun, nó có một hoặc
vài lỗ phun lắp ở cuối đường nhiên liệu cao áp. Số lượng,
đường kính và vò trí đặt lỗ phun phải phù hợp với dạng buồng
cháy và tính lưu động của môi chất trong buồng cháy để
nhiên liệu khi phun vào phân bố đều nhất. Tạo điều kiện tốt
nhất cho sự hình thành hỗn hợp. Vòi phun hở có kết cấu như
(hình 7.15).
Vòi phun này tuy có kết cấu đơn giản, thuận tiện trong quá trình gia công và chế tạo nhưng có
khá nhiều nhược điểm:
Cánh gạt

Nhiên liệu vào,
áp lực thấp
Nhiên liệu đến
khoang bơm
Hình

7
.
14
.
Bơm tiếp vận cánh gạt.

Rôto

Hình
7
.
1
5
.
Kết cấu vòi phun hở.
Thân

Lỗ phun

Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

178

-

Thời gian đầu và cuối mỗi lần phun, áp suất nhiên liệu thường thấp nên khó phun tơi. Khi
kết thúc phun, một ít nhiên liệu bò đọng lại ở miệng vòi phun nên rất dễ kết muội than và
làm nghẹt lỗ phun.
-

Do không có van ngăn dòng nhiên liệu chảy ngược nên một phần nhiên liệu có thể chèn
khỏi lỗ phun và nhường chỗ cho dòng khí từ xylanh vào, làm cản trở cho hành trình cung
cấp nhiên liệu kế tiếp.
Những nhược điểm trên làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng phun tơi nhiên liệu, làm giảm công
suất và hiệu suất động cơ. Chính vì vậy, loại vòi phun này hiện nay ít sử dụng và thay vào đó là loại
vòi phun kín.
b) Vòi phun kín có kim
Vòi phun kín có kim là loại vòi phun
có kim đóng kín ở đầu đót kim (hình 7.16).
Vòi phun cấu tạo gồm một thân kim và
trên đó có các lỗ để bắt đường ống dầu từ
bơm cao áp đến và đường dầu trở về thùng
chứa. Trong kim phun có khoan một lỗ nhỏ để
dẫn dầu cao áp đến đót kim, bên trong thân
kim chứa thanh đẩy lò xo, phía trên lò xo là
vít để điều chỉnh sức nén của lò xo, trên cùng
là chụp đậy. Đót kim nối với thân kim nhờ
một khâu nối, bên trong đót kim có đường dầu
cao áp đến buồng chứa dầu cao áp. Dưới cùng
là lỗ tia phun nhiên liệu, được đóng mở nhờ
van kim.
Khi động cơ làm việc, nhiên liệu từ
bơm cao áp theo đường ống cao áp và vòi
phun xuống đót kim nằm tại buồng chứa dầu
cao áp. Bình thường lò xo luôn luôn tác dụng
làm van kim đóng các lỗ tia. Vào lúc cấp
nhiên liệu, nhờ áp suất nhiên liệu tác dụng
vào mặt côn lớn của kim, nhấc kim lên mở
các lỗ tia phun nhiên liệu vào buồng đốt.
Đến khi dứt phun, áp suất nhiên liệu

giảm, nhỏ hơn lực ép của lò xo. Kim đóng kín
các lỗ tia trên bệ đót, ngăn không cho nhiên
liệu phun ra. Độ nâng của kim thường từ 0,3
÷ 0,5 mm và được giới hạn bởi mặt lắp ghép
giữa đót kim và thân kim.
Một phần nhỏ nhiên liệu sẽ bò rò rỉ qua
khe hở giữa van kim và đót kim lên trên theo
đường ống dầu trở về thùng chứa, lượng dầu
này rất cần thiết để làm trơn và làm mát kim
khi chuyển động trong đót.
Đót kim

Van
kim

Mặt côn

Bọng dầu

Đầu đót kim

Hình
7
.
1
7
.
Đót kim lỗ tia kín.
Đườ
ng dầu vào

Thân bơm

Lỗ dẫn dầu

Đóa nối

Nắp chụp

Đót kim

Chốt đònh vò

Thanh đẩy

Lò xo cao áp

Đệm chỉnh
lực căng lò xo

Lỗ dầu về

Đầu nối
ống cao áp

Hình
7
.
1
6

.
Kết cấu của vòi phun
kín
có kim.

Van kim

Lỗ tia

Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

179

Áp suất phun của nhiên liệu có thể điều chỉnh được bằng vít điều chỉnh trên lò xo hoặc thay
đổi miếng chêm (nếu không có vít điều chỉnh), khi tăng lực nén lò xo sẽ tăng áp suất phun và ngược
lại. Lực căng lò xo tăng thì tia nhiên liệu càng dài và càng sương nhưng không thể tăng áp suất lớn, vì
giá trò áp suất này phụ thuộc vào tình trạng bơm cao áp và dạng buồng đốt. Vòi phun kín có kim được
sử dụng rất rộng rãi trong các động cơ Diesel buồng cháy thống nhất.
c) Vòi phun kín có chốt
Vòi phun kín có chốt có van kim hình trụ, một đầu tựa vào thanh đẩy nơi thân kim, đầu còn lại
có hai mặt côn, mặt côn lớn là nơi tác dụng của dầu cao áp để nâng kim lên, mặt côn nhỏ để đậy kín
van. Thân kim phun có một lỗ phun lớn, đường kính từ 0,8 ÷ 2mm.
Khi không làm việc van kim luôn đậy kín lỗ tia và nhô ra ngoài lỗ khoảng 0,4 ÷ 0,5 mm (hình
7.17). Lỗ tia được đậy kín nên ít bò nghẹt do kết muội than và nhiên liệu phun ra khỏi lỗ tia dưới dạng
hình côn rỗng, với đỉnh côn đặt ở miệng ra của lỗ phun. Góc côn của tia nhiên liệu phụ thuộc vào góc
côn của đầu kim (từ 10
o
đến 60
o
). Độ nâng kim nằm trong giới hạn từ 0,3 ÷ 0,5 mm.

Các loại kim phun này thường dùng đầu kim hình chóp cụt và nhô ra ngoài nên không bò kết
muội than ở vòi phun. Do dòng nhiên liệu qua vòi phun có mức độ chảy rối tốt nên nhiên liệu được
xé tơi với áp suất phun không lớn (áp suất nâng kim khoảng 8 ÷ 13 MPa).
Vòi phun kín có chốt được sử dụng rộng rãi trong các loại động cơ Diesel có buồng cháy ngăn
cách (buồng cháy dự bò và buồng cháy xoáy lốc).
III.4. Lọc nhiên liệu
Trong hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel thường có hai bình lọc nối tiếp nhau gồm bình
lọc thô và bình lọc tinh, các chi tiết của lọc được chế tạo với độ chính xác rất cao. Lọc nhiên liệu có
tác dụng loại bỏ tạp chất cơ học, nước có lẫn trong nhiên liệu để bảo vệ cho bơm cao áp và vòi phun.
Bụi bẩn và nước phải được loại bỏ khỏi nhiên liệu để tránh cho bơm cao áp khỏi bò kẹt hoặc bò
gỉ (oxy hoá), do các chi tiết của bơm được bôi trơn bằng chính nhiên liệu Diesel.













Nhiên liệu đến
từ bình chứa
Nhiên liệu đến
bơm cao áp
Bơm xả

Lọc nhiên liệu

Bộ lắng nước

Hình 7.18.
Cấu tạo của lọc nhiên liệu.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

180

III.5. Giới thiệu thiết bò sấy nóng khí nạp
Khi khởi động động cơ hoặc động cơ làm việc trong vùng có nhiệt độ thấp, nhiệt độ sinh ra
vào cuối quá trình nén không đủ để đốt cháy hỗn hợp trong xylanh. Hệ thống sấy sơ bộ sẽ sấy nóng
không khí nạp để nâng cao khả năng bốc cháy của nhiên liệu. Hệ thống này dùng năng lượng của
accu để sấy nóng không khí nạp vào động cơ.
Có hai loại hệ thống sấy nóng sơ bộ khí nạp (hình 7.19):
-

Loại bougie sấy: sấy nóng buồng cháy.
-

Loại sấy nóng khí nạp: sấy nóng không khí nạp.

IV. CƠ CẤU ĐIỀU TỐC
IV.1. Tính cần thiết phải lắp bộ điều tốc trên động cơ Diesel
Khi động cơ làm việc ở chế độ không tải, áp suất chỉ thò trung bình P
i
bằng áp suất tổn hao cơ
khí, để giảm tiêu hao nhiên liệu và những tác hại không tốt cho động cơ cần cho động cơ làm việc ở
chế độ tốc độ ổn đònh nhỏ nhất. Vì vậy cơ cấu cung cấp nhiên liệu (thanh răng bơm cao áp hoặc
bướm ga) phải ở vò trí cung cấp nhiên liệu ít nhất.
Đối với động cơ xăng, khi làm việc ở chế độ không tải (đóng nhỏ bướm ga) thì hệ số nạp

v
và
hiệu suất cơ giới

m
sẽ giảm rất nhanh, nhờ vào đó P
i
cũng giảm nhanh theo mức độ tăng của tốc độ
động cơ n (hình 7.20a). Do đó động cơ xăng chạy rất ổn đònh ở chế độ cân bằng. Bất kỳ tác dụng
nhiễu nào của P
m
đều làm cho động cơ chạy ổn đònh lại chế độ cân bằng cũ.
Trên động cơ Diesel, khi làm việc ở chế độ không tải, áp suất chỉ thò trung bình P
i
tăng nhanh

hơn so với áp suất tổn hao cơ khí P
m
khi tăng tốc độ n (hình 7.20b). Vì đặc điểm biến thiên của P
i
lúc
này phụ thuộc vào đặc tính tốc độ của bơm cao áp tại vò trí thanh răng nhỏ nhất. Hầu hết các loại bơm
cao áp đều tăng lượng nhiên liệu trong chu trình g
ct
khi tăng tốc độ động cơ. Chính vì vậy với chế độ
dừng, chỉ cần có nhiễu nhỏ về P
m
sẽ làm cho tốc độ động cơ mất ổn đònh. Để khắc phục hiện tượng
trên, cần lắp bộ điều tốc để động cơ Diesel có thể làm việc ổn đònh ở chế độ không tải.
Hình 7.19. Hệ thống sấy nóng sơ bộ khí nạp.
a)

Loại bougie sấy: sấy nóng buồng cháy.
b)

Loại sấy nóng khí nạp: sấy nóng không khí nạp.
a)

b
)

Cuộn dây sấy
Bougie sấy

Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

181

Sau khi lắp bộ điều tốc, đặc tính không tải về P
i
của động cơ từ đường liền chuyển sang đường
nét đứt như (hình 7.20b). Lúc đó, nếu tốc độ động cơ tăng bộ điều tốc sẽ cắt bớt nhiên liệu, nếu tốc
độ động cơ giảm thì bộ điều tốc sẽ cấp thêm nhiên liệu nhờ đó đường P
i
sẽ giảm nhanh khi tăng tốc
độ động cơ n, giúp động cơ làm việc ổn đònh.










Trên động cơ Diesel có nhiều loại bộ điều tốc khác nhau, nhưng bất kỳ bộ điều tốc loại nào
cũng phải thực hiện tốt các nhiệm vụ sau:
-

Điều hoà tốc độ động cơ dù có tải trọng hay không có tải (giữ vững một tốc độ hay trong
một phạm vi cho phép tuỳ theo loại), khi cố đònh vò trí cơ cấu cung cấp nhiên liệu đều phải
giữ được tốc độ làm việc ổn đònh cho động cơ.
-

Đáp ứng được mọi vận tốc theo yêu cầu của động cơ. Ví dụ: lúc chạy cầm chừng động cơ

quay 500 vòng/phút, khi lên ga tối đa 2.000 vòng/phút dầu có tải hay không tải.
-

Phải giới hạn được mức tải để tránh gây hư hỏng máy.
-

Phải tự động cúp dầu để tắt máy khi: số vòng quay vượt quá mức ấn đònh.
IV.2. Phân loại bộ điều tốc
Hiện nay có rất nhiều loại điều tốc. Trên động cơ sử dụng loại điều tốc nào là tuỳ thuộc vào
loại động cơ, vào đặc điểm của máy công tác và yêu cầu của toàn bộ thiết bò. Khi phân loại bộ điều
tốc dựa theo nguyên tắc tác dụng của các phần tử cảm biến, ta chia thành 3 loại cơ bản:
-

Bộ điều tốc cơ khí.
-

Bộ điều tốc chân không.
-

Bộ điều tốc thuỷ lực.
IV.2.1. Bộ điều tốc cơ khí
Hầu hết các loại điều tốc cơ khí đều có 4 bộ phận chính, cùng phối hợp với nhau làm việc.
1) Bộ phận động lực
Trục của bộ điều tốc thường được lắp với trục của bơm cao áp. Cốt bơm truyền mômen trực
tiếp qua các quả văng. Hai quả văng dang ra do tác dụng của lực ly tâm (hình 7.21).

n, (vg/ph)

P
i

P
m

P
i

P
m

n, (vg/ph)

P
i

P
m

P
i

P
m

Hình 7.20. Chế độ làm việc không tải của động cơ xăng (a) và động cơ Diesel (b).

Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

182

2) Cần liên lạc
Là một hệ thống tay đòn đẫn động, thanh kéo, trục tay đòn, liên lạc với bộ phận động lực và
thanh răng điều khiển lưu lượng nhiên liệu.
3) Thanh răng điều khiển
Thanh răng điều khiển
để đưa lượng nhiên liệu vào
nhiều hay ít đến kim phun và
điều khiển phun vào xylanh tùy
theo vò trí.
4) Các lò xo tốc độ
Các lò xo được đặt ở vò
trí chống lại lực ly tâm của hai
quả tạ và đẩy thanh răng về
chiều tăng nhiên liệu khi động
cơ chưa làm việc. Đồng thời có
các vít điều chỉnh, khâu trượt.
Tất cả các cơ phận trên đều
được bố trí trong bộ điều tốc.
Nguyên lý làm việc
Khi động cơ khởi động ta kéo ga theo chiều tăng lượng nhiên liệu cung cấp. Qua trung gian lò
xo tốc độ, tay đòn, cần liên hệ kéo thanh răng dòch chuyển làm xoay vành răng theo chiều tăng nhiên
liệu, động cơ phát hành dễ dàng. Khi động cơ đã vận hành, cốt bơm quay và lực ly tâm của hai quả tạ
bung ra đẩy khâu trượt tỳ lên tay đòn, điều khiển thanh răng về chiều giảm nhiên liệu cung cấp, tốc
độ giảm xuống. Khi lực ly tâm cân bằng với lò xo, ống trượt sẽ không di chuyển nữa.
Khi động cơ đang làm việc ở chế độ ổn đònh. Ví dụ tải tăng khi xe đang lên dốc, vì tải tăng
nên tốc độ động cơ giảm, nên lực ly tâm của hai quả tạ giảm theo, hai quả tạ xếp lại, lò xo điều tốc
thắng lực ly tâm nên đẩy khâu trượt đi ra, qua trung gian tay đòn và cần điều khiển kéo thanh răng về
chiều tăng nhiên liệu, hai quả tạ lại bung ra cân bằng với lực lò xo điều tốc.
Nếu ta giảm tải như xe xuống dốc, tốc độ động cơ có khuynh hướng tăng lên, lực ly tâm hai
quả tạ tăng theo, hai quả tạ giang ra thắng sức căng lò xo điều tốc, qua cần liên lạc kéo thanh răng về

chiều giảm dầu để tốc độ giảm lại về vò trí ban đầu, đến khi ổn đònh hai quả tạ ở vò trí thẳng đứng,
cân bằng với sức căng lò xo điều tốc. Ví dụ vì lý do nào đó tốc độ động cơ vượt quá tốc độ giới hạn,
lúc này lực ly tâm quả tạ lớn, hai quả tạ bung ra hết hành trình để đẩy khâu trượt ra xa nhất, qua tay
đòn và cần liên hệ đẩy thanh răng về chiều cúp dầu, động cơ ngừng làm việc.
Giới thiệu bộ điều tốc cơ khí nhiều chế độ (hình 7.22)
Bộ điều tốc nhiều chế độ điều khiển tất cả các chế độ làm việc của động cơ từ giá trò tốc độ
khởi động cho tới giá trò tốc độ cực đại. Ngoài ra cũng có loại bộ điều tốc điều khiển tốc đốc độ động
cơ ở tốc độ cầm chừng và cực đại, điều này cần thiết đối với những trường hợp cá biệt khi những hệ
thống phụ trợ như: kéo tời, bơm nước chữa cháy, cần trục, được truyền động bởi xe hoặc những
động cơ tónh lại. Nhưng những bộ điều tốc này cũng được sử dụng ở những xe khách và những xe
nông nghiệp như máy kéo hoặc máy gặt.
Trục của
bộ điều tốc

Quả văng

Tay đòn dẫn động

Thanh răng bơm cao áp

2

1

3

Hình
7
.
21

.
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều tốc cơ khí.
1 – vò trí tắt máy; 2 – chế độ cầm chừng; 3 – chế độ đầy tải.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

183












Khi động cơ không hoạt động, các quả văng và ống trượt đều ở vò trí ban đầu của chúng. Cần
khởi động được di chuyển tới vò trí khởi động bởi lò xo khởi động và xoay quanh chốt, đồng thời van
đònh lượng ở piston phân phối được giữ ở vò trí khởi động, lúc này lượng nhiên liệu cung cấp là tối đa
(hành trình có ích của piston là lớn nhất). Ngay sau khi khởi động các quả văng bung ra làm ống trượt
di chuyển sang phải, cần khởi động ép lò xo khởi động lại tì lên cần lắc. Cần khởi động một lần nữa
xoay quanh chốt làm giảm lượng nhiên liệu phân phối một cách tự động tới tốc độ cầm chừng.
Khi động cơ hoạt động bàn đạp ga được nhả ra, cần điều khiển tốc độ động cơ trở về vò trí cầm
chừng và tựa vào đai ốc điểu chỉnh tốc độ cầm chừng. Tốc độ cầm chừng được chọn sao cho động cơ
chạy không tải không bò tắt máy. Nhờ lò xo cầm chừng mà tốc độ cầm chừng được giữ ổn đònh, khi
tốc độ cầm chừng tăng lên, lò xo cầm chừng bò ép lại van đònh lượng di chuyển sang trái làm giảm
dầu và ngược lại. Khi tốc độ cầm chừng giảm, van đònh lượng di chuyển sang phải làm tăng nhiên
liệu cung cấp. Khi tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ cầm chừng lò xo cầm chừng bò nén lại một khoảng

và lúc này lò xo cầm chừng sẽ hết tác dụng.
Trong trường hợp tải tăng đến mức van đònh lượng ở vò trí đầy tải nhưng tốc độ động cơ vẫn
tiếp tục giảm (tức tải tiếp tục tăng) ví dụ như xe đang lên dốc, lực ly tâm của các quả văng sẽ giảm.
Nhưng vì van đònh lượng đã ở vò trí tối đa nên việc cung cấp nhiên liệu không thể tăng được nữa.
Trong trường hợp này động cơ bò quá tải và người tài xế phải giảm ga hoặc phải trả số.
Khi xuống dốc động cơ bò kéo bởi thân xe và tốc độ động cơ có xu hướng gia tăng, các quả
văng bung ra đẩy ống trượt ép cần khởi động và cần lắc làm cho van đònh lượng trở về vò trí giảm
dầu. Nếùu hiện tượng này vẫn tiếp tục lượng nhiên liệu cung cấp ngày càng giảm dần để thích hợp với
điều kiện tải mới. Thậm chí lượng nhiên liệu có thể giảm xuống đến không.
IV.2.2. Bộ điều tốc chân không
Bộ điều tốc áp thấp là loại điều tốc nhiều chế độ, thường được áp dụng trên động cơ Diesel
vận tải, nó hoạt động theo quy luật biến thiên của áp thấp trong đường ống hút theo số vòng quay của
động cơ.
Ưu điểm của bộ điều tốc này là cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, lực dùng để điều khiển
tốc độ động cơ tương đối nhỏ. Không có các chi tiết mài mòn. Người ta lắp bộ điều tốc áp thấp trên
các động cơ vận tải cao tốc hoạt động trong phạm vi tương đối rộng.
Quả văng

Ống trượt

Cần khởi
động
Chốt đứng

Lò xo
khởi động

Van đònh
lượng

Lỗ cúp dầu

piston

Hình
7
.
22
.
Bộ điều tốc cơ khí nhiều chế độ.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

184

Trong phạm vi thay đổi tốc độ lớn bộ điều tốc chân không có thể bảo đảm dễ dàng, độ đồng
đều như nhau, trong khi đó đối với bộ điều tốc cơ khí nhiều chế độ thì rất khó thực hiện thêm vào đó
là nặng nề, kềnh càng. Vì những lý do trên, người ta thay thế bộ điều tốc cơ khí (lực ly tâm của quả
văng) bằng bộ điều tốc áp thấp (sức hút do áp thấp).
1) Cấu tạo
Bộ điều tốc áp thấp thường dùng trên xe Toyota và một ít xe ISUZU gồm hai phần riêng biệt
-

Ống khuếch tán có cánh bướm.
-

Hệ thống màng.
Ống khuếch tán nằm giữa bình lọc gió và ống góp hút tại tiết diện nhỏ nhất của ống lắp một
cánh bướm ga được điều khiển bằng bàn đạp ga.
Bộ điều tốc được phân làm hai ngăn bằng một màng da. Phòng chân không thông với họng
khuếch tán nhờ một đường ống. Màng bộ điều tốc nối với thanh răng bơm cao áp và mặt đối diện tựa

vào mặt lò xo điều tốc. Phía bên ngăn áp thấp còn có một lò xo nhỏ và chốt tỳ có tác dụng làm tăng
tốc độ ổn đònh của bộ điều tốc khi động cơ chạy cầm chừng. Một vít dùng để điều chỉnh lực nén của
lò xo nhỏ. Một nút kéo nối liền với một thanh ở phòng không khí liên lạc với thanh răng để tắt máy.
















2) Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc cơ bản của bộ điều tốc dựa trên tốc độ không khí trong ống khuếch tán
thay đổi, làm áp thấp phát sinh ngay tại họng (tại ngăn áp thấp) thay đổi, dẫn đến sự di chuyển của
màng da và thanh răng làm tăng giảm nhiên liệu. Khi cánh bướm gió ở vò trí nhất đònh, nếu thay đổi
số vòng quay của động cơ thì tốc độ không khí đi qua họng sẽ thay đổi theo từ đó làm thay đổi áp suất
ở họng.
1

2

3

4

5

6

7

8

Hình 7.23. Cấu tạo của bộ điều tốc áp thấp (điều tốc chân không).
1 – ống khuếch tán; 2 – bướm gió; 3 – màng; 4 – ống thông khí trời; 5 – tay đòn;

6 – chốt tỳ; 7 – buồng chân không; 8 – bulông điều chỉnh.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

185

Càng tăng số vòng quay động cơ thì áp thấp trong ngăn áp thấp càng tăng. Khi áp thấp tăng,
áp suất bên ngăn khí trời lớn hơn, nên gây ra áp lực đẩy màng, ép lò xo điều tốc, kéo thanh răng sang
phải về phía giảm nhiên liệu. Nếu giảm tốc độ động cơ xuống thì áp thấp sẽ giảm theo, lò xo điều tốc
sẽ đẩy màng và thanh răng sang trái về phía tăng nhiên liệu.
Với tốc độ động cơ không thay đổi, nếu thay đổi vò trí cánh bướm gió sẽ dẫn đến thay đổi tốc
độ không khí tại họng và làm áp thấp thay đổi. Cánh bướm gió đóng càng nhỏ thì áp thấp càng lớn
kéo màng bộ điều tốc và thanh răng về trái giảm nhiên liệu. Mỗi vò trí cánh bướm gió do bàn đạp ga
điều khiển sẽ tương ứng với một tốc độ động cơ, càng mở rộng cánh bướm gió thì tốc độ động cơ
càng lớn.
Chế độ khởi động
Lúc động cơ ngừng, cả hai ngăn đều thông với khí trời, lò xo điều tốc sẽ đẩy màng và thanh

răng sang phía tăng nhiên liệu, làm giàu nhiên liệu lúc khởi động, giúp động cơ khởi động dễ dàng.
Ngay khi động làm việc áp suất phát sinh tại ngăn áp thấp kéo màng và thanh răng về phía giảm
nhiên liệu tương ứng với vò trí cánh bướm gió.
Chế độ cầm chừng
Ở chế độ này cánh bướm gió đóng gần kín họng khuếch tán, chỉ chừa một đường ống lùa gió
nhỏ không cho không khí đi qua và tạo áp thấp lớn tại phía sau bướm ga. Lực hút chân không trong
buồng chân không sẽ tăng lên hút màng da về phía trái, ép lò xo, kéo thanh răng về phía ít nhiên liệu
tương ứng với tốc độ cầm chừng của động cơ, vào lúc này màng da bộ điều tốc vừa vặn tiếp xúc với
chốt tỳ để giảm bớt sự rung động của màng, tăng độ ổn đònh của bộ điều tốc.
Chế độ tốc độ cực đại
Cánh bướm gió mở lớn, áp thấp sinh ra tại ống dẫn mềm trong ống khuếch tán sẽ yếu, lực hút
chân không trong buồng chân không yếu, lò xo điều tốc đẩy màng và thanh răng sang trái, về phía
tăng nhiên liệu đến vò trí đạt tốc độ tối đa ấn đònh của bộ điều tốc.
Chế độ quá tải
Với vò trí cần ga tối đa, động cơ làm việc ở chế độ đầy tải, tiếp tục tăng tải thì tốc độ động cơ
giảm. Do đó, áp thấp sinh ra sẽ yếu hơn (so với lúc đầy tải), lò xo điều tốc đẩy màng về phía tăng
nhiên liệu để đáp ứng cho mức tăng quá tải.
Tốc độ vượt quá giới hạn
Khi tốc độ động cơ vượt quá mức giới hạn yêu cầu, độ chân không sinh ra đủ lớn để kéo thanh
răng về đến vò trí cúp dầu.
Ngừng động cơ
Khi tắt máy, nạng đẩy màng thanh răng về chiều tắt máy, ép lò xo tốc độ lại ngưng cung cấp
nhiên liệu.
IV.2.3. Bộ điều tốc thủy lực
Bộ điều tốc thuỷ lực có sơ đồ nguyên lý làm việc như hình 7.24. Dầu nhờn từ bơm 4, do trục
khuỷu dẫn động tạo áp suất trong xylanh 3, và qua van tiết lưu 5 trở về bể chứa 6.
Khi tăng tốc độ của động cơ, áp suất dầu trong xylanh 3 sẽ tăng ép lò xo điều tốc 1 đẩy piston
và cán 7 về phía giảm nhiên liệu làm cho tốc độ động cơ giảm xuống.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

186

Ngược lại khi tốc độ động cơ giảm, áp suất dầu trong xylanh 3 giảm, không đủ sức để thắng
lực căng lò xo và làm cho piston 2 dòch chuyển về phía trái, theo chiều hướng làm tăng lượng nhiên
liệu cung cấp làm cho tốc độ động cơ tăng lên.













V. SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG EDC
Hệ thống điều khiển động cơ Diesel bằng điện tử (EDC) ra đời từng bước thay thế cho các hệ
thống trước đây. Việc cung cấp nhiên liệu vào trong xylanh được đònh lượng bằng điện tử, nhiên liệu
được phun một cách hoàn chỉnh bởi các dữ liệu xử lý linh hoạt cũng như việc tác động đóng mở các
van điện điều khiển với các bộ tác động bằng điện tử. Như vậy, điều khiển động cơ Diesel bằng điện
tử đã cải tiến được những chức năng điều khiển so với bộ điều tốc cơ khí trước đây.
Trên động cơ Diesel, sự hoạt động và quá trình cháy của động cơ phụ thuộc vào:
-

Lượng nhiên liệu phun vào động cơ.
-

Thời điểm phun nhiên liệu.
-

Áp suất khí thải, áp suất nạp.
-

Lượng luân hồi khí thải.
Để hoàn thiện quá trình hoạt động của động cơ Diesel thì tất cả các chỉ tiêu trên cần phải
hoàn thiện. Để đạt được mục đích này, EDC được cung cấp những thông số chính để tự động đóng mở
các van điều khiển.
Về mặt nguyên lý thì hệ thống điều khiển bằng điện tử trên động cơ Diesel (EDC) có thể điều
khiển tất cả các loại hệ thống nhiên liệu (PF, PE, VE, GM, ROOSA-MASTER, ). Tuy nhiên, trên
thực tế, hệ thống điều khiển bằng điện tử có thể phân ra 4 loại cơ bản: PE, VE, GM, HEUI. Dưới đây
ta chỉ xét về mặt nguyên lý chung của hệ thống điều khiển.
V.1. Sơ đồ hệ thống EDC
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống EDC được thể hiện trên (hình 7.25), gồm có ba cụm hệ thống:
3

4

1

2

5

6

7

Hình
7
.
24
.
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều tốc thuỷ lực.
1 – lò xo điều tốc; 2 – piston; 3 – xylanh; 4 – bơm dầu;
5 – van tiết lưu; 6 – bể chứa; 7 – thanh nối với thanh răng bơm cao áp.
Chương 7 – Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

187

1) Tín hiệu đầu vào
Tín hiệu đầu vào là các cảm biến dùng để xác đònh các chế độ làm việc trên động cơ. Các tín
hiệu nhận được từ cảm biến sẽ được chuyển thành tín hiệu điện để đưa về bộ điều khiển.
2) Bộ điều khiển điện tử (ECU – Electronic Control Unit)
ECU nhận các tín hiệu vào, qua bộ vi xử lý để tính toán và xuất các tín hiệu đầu ra.

3) Tín hiệu ra
Các tín hiệu điều khiển từ ECU được đưa đến các bộ phận chấp hành để trực tiếp điều khiển
các chế độ làm việc trên động cơ.
Khi động cơ làm việc, chế độ của nó được các tín hiệu đầu vào (các cảm biến) tiếp nhận và
chuyển tín hiệu này đến bộ điều khiển. ECU tiếp nhận và xử lý tín hiệu. Sau đó các tín hiệu đầu ra
được nhận lệnh điều khiển từ ECU đưa đến các cơ cấu chấp hành. Các cơ cấu này sẽ điều khiển và
can thiệp trực tiếp vào quá trình làm việc của động cơ.
Sơ đồ khối điển hình của hệ thống điều khiển điện tử (EDC) được thể hiện trên (hình 7.26).
Hình
7
.
25
.
Hệ thống điều khiển điện tử động cơ Diesel (EDC).
1 – cảm biến lưu lượng gió; 2 – ECU; 3 – bơm nhiên liệu;
4 – ống trữ chính; 5 – kim phun; 6 – cảm biến tốc độ động cơ;
8 – lọc nhiên liệu ; 9 – cảm biến bàn đạp ga.
4

2

3

5

6

7

8

9

1