Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử dùng bơm – vòi phun kết hợp HEUI

Hệ thống nhiên liệu HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector – Tác động thủy lực, điều khiển điện tử) là một trong những cải tiến lớn của động cơ Diesel.

1. Khái quát về hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI

   Hệ thống nhiên liệu HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector – Tác động thủy lực, điều khiển điện tử ) là một trong những cải tiến lớn của động cơ Diesel. Nó cũng là một bộ phận trong công nghệ ACERT 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.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 phụ 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.

   

    

2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI

   

   Bơm cao áp 1 là bơm piston hướng trục thay đổi lưu lượng. Dầu từ thùng dầu 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 càu và bơm đến vòi phun HEUI. Bơm cao áp 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 dòng dầu cao áp này vào khoang ép của xylanh ép trong vòi phun để tác động phun.

   Mô- đun điều khiển điện tử ECM 9 ( 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 phầm mềm đã cài đặt trong bộ nhớ và đưa tín hiệu điều khiển đến van điện từ của 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 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 gởi về.

   Van điều khiển áp suất tác động phun 3: 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.

   

   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 vòi phun. Bộ phận piston trong 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 vòi phun nhận tín hiệu điều khiển từ ECM, qua đó điều khiển dầu bôi trơn tác đông vào piston để điều khiển thời điểm và lượng nhiên liệu phun.

3. Nguyên lý làm việc

   Bơm cao áp của hệ thống cấp một lượng dầu thủy lực tới van điện từ của 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 cao áp 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 ti bơm đi xuống. Ti bơm đi xuống sẽ đồng thời tạo ra một áp suất thắng được sức căng của lò xo trong cụm piston tăng cường áp suất, đẩy nhiên liệu chờ sẵn dưới khoang của cần đẩy ra ngoài 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 cần đẩy cũng giảm đột ngột, áp suất khoang phía dưới ti bơm không đủ để thắng sức căng lò xo cụm piston tăng áp nữa, ngắt quá trình phun nhiên liệu. Ở vòi phun HEUI thì 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 trò rất quan trọng trong việc nâng cao độ bền của hệ thống.