Bơm cao áp là bộ phận quan trọng nhất của động cơ Diesel. Tổng hợp các loại bơm cao áp này được Bosch phát triển bao gồm các hệ thống sau:
Bơm cao áp xylanh đơn
Bơm cao áp xy lanh đơn được thiết kế sử dụng nhiều cho động cơ đơn sử dụng nhiên liệu Diesel. Bơm xylanh đơn (PF) phục vụ cho các ứng dụng khác nhau máy nông nghiệp và công nghiệp, động cơ máy phát điện. Áp suất cao áp khác nhau từ 400-1050 Bar, Công suất từ 3 đến 200 hp/xilanh động cơ diesel tương đương 2kW đến 2300 kW. Thiết kế nhỏ gọn, thích ứng dễ dàng hơn cho các loại động cơ khác nhau, dễ dàng bảo dưỡng.
Đặc điểm chính của bơm này sử dụng cụm piston-xilanh tạo áp cao. Điều khiển cụm này theo chu kỳ chuyển động của trục cam gồm hai chuyển động chính. Chuyển động đi lên do lực tác động từ vấu cam bố trí trên trục cam tác động lên thanh đẩy piston số 16, chuyển động đi xuống do lò xo hồi vị số 9. Áp lực do piston tạo ra được nén lại cho đến khi vượt ngưỡng giữ của lò xo số 13 và lực giữ lò xo tại kim phun.
Hình 2. Cum piston-xylanh
Bơm cao áp PE nhiều xilanh
Bơm PE bao gồm nhiều xylanh đơn bố trí tổng hợp nhiều xilanh đơn và được ứng dụng trên hơn 500 loại khác nhau, phục vụ cho các yêu cầu của 2 đến 12 xilanh động cơ với công suất 25 đến 400 hp, phạm vi tốc độ lên tới 4000 rpm. Bơm cao áp này được bổ sung các tính năng gồm:
• Quản lý lượng phun phụ thuộc vào áp suất của turbocharger
• Định lượng nhiên liệu phụ thuộc vào mô-men xoắn
• Định lượng thời gian phun để đảm bảo thời gian phun xăng chính xác trên động cơ, cho phép phun xớm.
• Tính năng mới để chống khói trắng
• Thời gian phun dầu được hiệu chỉnh thông qua các yếu tố bơm
• Bộ phận ngừng cấp liệu để dừng động cơ
Hình 3. Cấu tạo của một bơm PE có 6 phần tử bơm
Distributor Pumps (VE)
Hình 4. Bơm trực tiếp (IDI)Bơm trực tiếp (IDI) trên xe ô tô chở khách, máy bơm đã được áp dụng thành công và đang hoạt động trên toàn thế giới trên trên xe thương mại và xe có tốc cao. Nhà phân phối được biết đến với bơm nhỏ gọn và linh hoạt trên một số thiết bị Add-on, để làm việc cho tất cả các loại động cơ.
Quản lý điện tử trong động cơ đã đáp ứng các tiêu chuẩn phát thải nghiêm ngặt. Sự ra mắt của VP36/VP37 EDC (điện tử Diesel Control) hệ thống này hướng tới cải thiện điều khiển vòng khép kín.
Bơm cơ khí kết hợp với EDC đã được thiết kế để đáp ứng tiêu chuẩn khí thái Euro III.
Tính năng
Được thiết kế để đạt được lượng khí thải thấp hơn
Rất nhỏ gọn và nhẹ
Thiết kế mô-đun cho các thiết bị Add-on
Một số thiết bị bổ trợ để kiểm soát khí thải và tiện nghi lái xe
Tốc độ lên đến 5000 rpm
Tắt điện (Electrical shut off)
Các thiết bị Add-on bao gồm:
o Khởi động lạnh
o Chạy cầm chừng
o Phụ thuộc vào tải bắt đầu phun
Ưu điểm
• Tăng sự thoải mái lái xe
• Dễ thích ứng với nhiều yêu cầu động cơ khác nhau
• Có khả năng làm việc lên đến 950 Bar
• Gọn nhẹ
• Hiệu suất tốt hơn, phát thải tốt hơn
Distributor Type Injection Pump with electronically controlled injection timing (VE- EDC)
Hình 5. Bơm cao áp điều khiển điện tửTính năng
• Được trang bị với phun dầu điện tử
• ECU kiểm soát vòng khép kín thời gian phun bằng cảm biến
• Một van solenoid được cài đặt trên bơm.
• Dựa vào các chương trình để điều chỉnh hoạt động theo các thông số
• Các biến tải động cơ và tốc độ, nhiệt độ làm mát và khối lượng của khí nạp
• Tự giám sát và chẩn đoán trên xe
• Áp lực phun đến 1200 Bar tại đầu kim phun
Ưu điểm
• Cải thiện hiệu suất, trong khi giảm lượng khí thải
• Tuần hoàn khí thải (EGR) giảm khí thái độc hại
• Nhanh chóng và hiệu quả khởi động tốt, êm dịu
• tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải.
• Đám ứng tiêu chuẩn BS III
Các thành phần quan trọng khác trên hệ thống nhiên liệu Diesel
Hình 6. Hệ thống Common Rail phun dầu điện tử Trong khi các hệ thống phun dầu diesel tạo ra áp suất nhiên liệu cho từng lần kim phun riêng biệt, Hệ thống Đường ray chung tạo áp suất tới các kim phun như nhau. Nhiên liệu luôn có sẵn ở áp suất cần thiết để phun.
Hệ thống Common Rail System có thiết kế mô-đun. Sự kết hợp của bơm cao áp, kim phun, đường ray và bộ điều khiển điện tử cho tất cả các loại động cơ. Hệ thống phun thông thường có thể được thay thế bằng Hệ thống Common Rail System với ít thay đổi. Kim phun có thể được lắp vào đầu xi lanh giống như giá đỡ vòi phun và bơm cao áp thay thế cho kim phun được sử dụng trước đây.
Tính năng
• Được thiết kế cho áp suất phun lên đến 1350 bar
• Một máy bơm có đồng hồ đo đầu vào
Ưu điểm
• Bơm nhiên liệu sạch và hiệu quả cao nhờ khoảng cách phun cực ngắn và phun nhiều lần
• Hiệu suất động cơ cao và chạy êm với mức tiêu thụ nhiên liệu thấp và ít khí thải
• Hệ thống phù hợp với tất cả các loại động cơ nhờ thiết kế mô-đun
• Tiêu chuẩn khí thải BS IV
• Thích hợp để lắp đặt trong xe khách và xe thương mại
Hình 7. Hệ thống điều khiển kim phunHệ thống Unit Injector System (UIS) đã có mặt trên thị trường từ năm 1994. Hệ thống này kết hợp kim phun và bơm cao áp trong một cụm. Một đầu phun như vậy được lắp vào đầu của mỗi xi lanh động cơ. Áp suất cao tạo ra bằng cách kích hoạt pít-tông bơm bằng trục cam động cơ thông qua một cánh tay đòn hoặc tay quay.
Ưu điểm của Hệ thống là không có đường dẫn cao áp giữa bơm cao áp và kim phun. Nghĩa là UIS có thể tạo áp suất phun cực cao: 1.600 bar ở thế hệ đầu và hiện tại là 2.200 bar. Điều này không chỉ dẫn đến lượng khí thải thấp mà còn tăng năng suất động cơ.
Kim phun làm việc với van điện từ chuyển đổi nhanh được kích hoạt bằng điện tử. Làm giảm tiếng ồn động cơ.
Hệ thống UIS chủ yếu được sử dụng trong các xe thương mại hạng nặng và trung bình với hiệu suất lên tới 80 mã lực trên mỗi xi-lanh. Bộ điều khiển điện tử có thể kích hoạt một hệ thống bao gồm tối đa tám xi lanh. Bộ điều khiển thứ hai cho phép hệ thống lên tới 16 xilanh.
Ưu điểm
• Khí thải thấp
• Tiêu thụ nhiên liệu thấp và sản lượng CO2 ít hơn
• Mô-men xoắn cao ngay cả ở tốc độ động cơ thấp
Hình 8. Hệ thống điều khiển bơmHệ thống Unit Pump System (UPS) là một hệ thống phun nhiên liệu áp suất cao được thiết kế đặc biệt cho xe thương mại. Việc sản xuất hàng loạt tại Bosch bắt đầu vào năm 1995.
Hệ thống UPS , mỗi xi lanh động cơ có một bơm xi lanh đơn với van điện từ tích hợp. Điều này là sự kết hợp thông thường thông qua một đường cao áp ngắn. Cấu trúc này cho phép áp suất phun nhiên liệu lên tới 2.200 bar.
Bơm cao áp được dẫn động trực tiếp bởi trục cam động cơ. Tốc độ phân phối cao Bơm đảm bảo áp suất tăng liên tục trong thời gian hoạt động.
Các kim phun nhiên liệu với van điện từ tốc độ cao. Chúng được kích hoạt bởi các đơn vị điều khiển động cơ điện tử. Khi bắt đầu khởi động chế độ phun thay đổi, thời gian phun thay đổi, khả năng lớn trong việc thích ứng với điều kiện vận hành của động cơ cũng như khả năng hiệu chỉnh từng xy lanh, UPS góp phần hướng tới hoạt động của động cơ tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường.
Hệ thống bơm đơn vị được sử dụng cho động cơ xe thương mại với hiệu suất lên tới 80 mã lực trên mỗi xi-lanh và lên đến 8 xi-lanh trên động cơ. Bộ điều khiển điện tử có thể kích hoạt một hệ thống bao gồm tối đa tám xi lanh. Một bộ điều khiển thứ hai cho phép hệ thống được mở rộng đến 16 xi lanh.
Ưu điểm
• Khí thải thấp
• Tiêu thụ nhiên liệu ít
• Dễ dàng chuyển đổi từ hệ thống phun nhiên liệu với bơm in-line hoặc distributor (không cần thiết kế lại đầu xi lanh)
• Bảo dưỡng đơn giản và nhanh chóng vì máy bơm có thể được tháo lắp dễ dàng
Bơm cao áp xylanh đơn
Bơm cao áp xy lanh đơn được thiết kế sử dụng nhiều cho động cơ đơn sử dụng nhiên liệu Diesel. Bơm xylanh đơn (PF) phục vụ cho các ứng dụng khác nhau máy nông nghiệp và công nghiệp, động cơ máy phát điện. Áp suất cao áp khác nhau từ 400-1050 Bar, Công suất từ 3 đến 200 hp/xilanh động cơ diesel tương đương 2kW đến 2300 kW. Thiết kế nhỏ gọn, thích ứng dễ dàng hơn cho các loại động cơ khác nhau, dễ dàng bảo dưỡng.
Đặc điểm chính của bơm này sử dụng cụm piston-xilanh tạo áp cao. Điều khiển cụm này theo chu kỳ chuyển động của trục cam gồm hai chuyển động chính. Chuyển động đi lên do lực tác động từ vấu cam bố trí trên trục cam tác động lên thanh đẩy piston số 16, chuyển động đi xuống do lò xo hồi vị số 9. Áp lực do piston tạo ra được nén lại cho đến khi vượt ngưỡng giữ của lò xo số 13 và lực giữ lò xo tại kim phun.
Hình 1. Cụm bơm cao áp xy lanh đơn
Để điều khiển chính xác lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng đốt theo vị trí bàn đạp ga bằng cách thay đổi hành trình nén của piston khi dịch chuyển đi lên. Trên thân piston bơm cao áp được được phay các rãnh có biên dạng thay đổi để ngắt tình trạng nén nhiên liệu, trên vỏ xi lanh có bố trí cửa nạp liệu và cửa thoát liệu. Trạng thái nén dầu diễn ra khi hai cửa này được bịt kín, khi cửa xả thông với các rãnh quá trình nén sẽ kết thúc.Hình 2. Cum piston-xylanh
Bơm cao áp PE nhiều xilanh
Bơm PE bao gồm nhiều xylanh đơn bố trí tổng hợp nhiều xilanh đơn và được ứng dụng trên hơn 500 loại khác nhau, phục vụ cho các yêu cầu của 2 đến 12 xilanh động cơ với công suất 25 đến 400 hp, phạm vi tốc độ lên tới 4000 rpm. Bơm cao áp này được bổ sung các tính năng gồm:
• Quản lý lượng phun phụ thuộc vào áp suất của turbocharger
• Định lượng nhiên liệu phụ thuộc vào mô-men xoắn
• Định lượng thời gian phun để đảm bảo thời gian phun xăng chính xác trên động cơ, cho phép phun xớm.
• Tính năng mới để chống khói trắng
• Thời gian phun dầu được hiệu chỉnh thông qua các yếu tố bơm
• Bộ phận ngừng cấp liệu để dừng động cơ
Hình 3. Cấu tạo của một bơm PE có 6 phần tử bơm
Distributor Pumps (VE)
Hình 4. Bơm trực tiếp (IDI)
Quản lý điện tử trong động cơ đã đáp ứng các tiêu chuẩn phát thải nghiêm ngặt. Sự ra mắt của VP36/VP37 EDC (điện tử Diesel Control) hệ thống này hướng tới cải thiện điều khiển vòng khép kín.
Bơm cơ khí kết hợp với EDC đã được thiết kế để đáp ứng tiêu chuẩn khí thái Euro III.
Tính năng
Được thiết kế để đạt được lượng khí thải thấp hơn
Rất nhỏ gọn và nhẹ
Thiết kế mô-đun cho các thiết bị Add-on
Một số thiết bị bổ trợ để kiểm soát khí thải và tiện nghi lái xe
Tốc độ lên đến 5000 rpm
Tắt điện (Electrical shut off)
Các thiết bị Add-on bao gồm:
o Khởi động lạnh
o Chạy cầm chừng
o Phụ thuộc vào tải bắt đầu phun
Ưu điểm
• Tăng sự thoải mái lái xe
• Dễ thích ứng với nhiều yêu cầu động cơ khác nhau
• Có khả năng làm việc lên đến 950 Bar
• Gọn nhẹ
• Hiệu suất tốt hơn, phát thải tốt hơn
Distributor Type Injection Pump with electronically controlled injection timing (VE- EDC)
Hình 5. Bơm cao áp điều khiển điện tử
• Được trang bị với phun dầu điện tử
• ECU kiểm soát vòng khép kín thời gian phun bằng cảm biến
• Một van solenoid được cài đặt trên bơm.
• Dựa vào các chương trình để điều chỉnh hoạt động theo các thông số
• Các biến tải động cơ và tốc độ, nhiệt độ làm mát và khối lượng của khí nạp
• Tự giám sát và chẩn đoán trên xe
• Áp lực phun đến 1200 Bar tại đầu kim phun
Ưu điểm
• Cải thiện hiệu suất, trong khi giảm lượng khí thải
• Tuần hoàn khí thải (EGR) giảm khí thái độc hại
• Nhanh chóng và hiệu quả khởi động tốt, êm dịu
• tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải.
• Đám ứng tiêu chuẩn BS III
Các thành phần quan trọng khác trên hệ thống nhiên liệu Diesel
Hình 6. Hệ thống Common Rail phun dầu điện tử
Hệ thống Common Rail System có thiết kế mô-đun. Sự kết hợp của bơm cao áp, kim phun, đường ray và bộ điều khiển điện tử cho tất cả các loại động cơ. Hệ thống phun thông thường có thể được thay thế bằng Hệ thống Common Rail System với ít thay đổi. Kim phun có thể được lắp vào đầu xi lanh giống như giá đỡ vòi phun và bơm cao áp thay thế cho kim phun được sử dụng trước đây.
Tính năng
• Được thiết kế cho áp suất phun lên đến 1350 bar
• Một máy bơm có đồng hồ đo đầu vào
Ưu điểm
• Bơm nhiên liệu sạch và hiệu quả cao nhờ khoảng cách phun cực ngắn và phun nhiều lần
• Hiệu suất động cơ cao và chạy êm với mức tiêu thụ nhiên liệu thấp và ít khí thải
• Hệ thống phù hợp với tất cả các loại động cơ nhờ thiết kế mô-đun
• Tiêu chuẩn khí thải BS IV
• Thích hợp để lắp đặt trong xe khách và xe thương mại
Hình 7. Hệ thống điều khiển kim phun
Ưu điểm của Hệ thống là không có đường dẫn cao áp giữa bơm cao áp và kim phun. Nghĩa là UIS có thể tạo áp suất phun cực cao: 1.600 bar ở thế hệ đầu và hiện tại là 2.200 bar. Điều này không chỉ dẫn đến lượng khí thải thấp mà còn tăng năng suất động cơ.
Kim phun làm việc với van điện từ chuyển đổi nhanh được kích hoạt bằng điện tử. Làm giảm tiếng ồn động cơ.
Hệ thống UIS chủ yếu được sử dụng trong các xe thương mại hạng nặng và trung bình với hiệu suất lên tới 80 mã lực trên mỗi xi-lanh. Bộ điều khiển điện tử có thể kích hoạt một hệ thống bao gồm tối đa tám xi lanh. Bộ điều khiển thứ hai cho phép hệ thống lên tới 16 xilanh.
Ưu điểm
• Khí thải thấp
• Tiêu thụ nhiên liệu thấp và sản lượng CO2 ít hơn
• Mô-men xoắn cao ngay cả ở tốc độ động cơ thấp
Hình 8. Hệ thống điều khiển bơm
Hệ thống UPS , mỗi xi lanh động cơ có một bơm xi lanh đơn với van điện từ tích hợp. Điều này là sự kết hợp thông thường thông qua một đường cao áp ngắn. Cấu trúc này cho phép áp suất phun nhiên liệu lên tới 2.200 bar.
Bơm cao áp được dẫn động trực tiếp bởi trục cam động cơ. Tốc độ phân phối cao Bơm đảm bảo áp suất tăng liên tục trong thời gian hoạt động.
Các kim phun nhiên liệu với van điện từ tốc độ cao. Chúng được kích hoạt bởi các đơn vị điều khiển động cơ điện tử. Khi bắt đầu khởi động chế độ phun thay đổi, thời gian phun thay đổi, khả năng lớn trong việc thích ứng với điều kiện vận hành của động cơ cũng như khả năng hiệu chỉnh từng xy lanh, UPS góp phần hướng tới hoạt động của động cơ tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường.
Hệ thống bơm đơn vị được sử dụng cho động cơ xe thương mại với hiệu suất lên tới 80 mã lực trên mỗi xi-lanh và lên đến 8 xi-lanh trên động cơ. Bộ điều khiển điện tử có thể kích hoạt một hệ thống bao gồm tối đa tám xi lanh. Một bộ điều khiển thứ hai cho phép hệ thống được mở rộng đến 16 xi lanh.
Ưu điểm
• Khí thải thấp
• Tiêu thụ nhiên liệu ít
• Dễ dàng chuyển đổi từ hệ thống phun nhiên liệu với bơm in-line hoặc distributor (không cần thiết kế lại đầu xi lanh)
• Bảo dưỡng đơn giản và nhanh chóng vì máy bơm có thể được tháo lắp dễ dàng