Trong thời đại ô tô hiện đại, hệ thống Common Rail đã trở thành một phần không thể thiếu đối với các động cơ diesel, mang lại sự linh hoạt và hiệu suất đáng kinh ngạc. Trong hệ thống này, bơm cao áp đóng vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ chuyển đổi nhiên liệu từ bình chứa sang các béc phun với áp suất chính xác. Đề tài này sẽ đi sâu vào giới thiệu về Bơm Cao Áp trong Hệ Thống Common Rail
1. Trục dẫn động 2. Đĩa cam lệch tâm 3. Thành phần bơm với piston bơm 4. Buồng chưá 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
Bơm cao áp tạo áp lực cho nhiên liệu đến một áp suất lên đến 1350 bar. Nhiên liệu được tăng áp này sau đó 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 lắp đặt tốt nhất ngay trên động cơ như ở hệ thống nhiên liệu của bơm phân phối loại cũ. Nó được dẫn động bằng động cơ (tốc độ quay bằng ½ tốc độ động cơ, nhưng tối đa là 3000 vòng/phút) thông qua khớp nối (coupling), bánh răng xích, xích hay dây đai có răng và được bôi trơn bằng chính nhiên liệu nó bơm.
Tùy thuộc vào không gian sẵn có, van điều khiển áp suất được lắp trực tiếp trên bơm hay lắp xa bơm. Bên trong bơm cao áp (hình 7.7), nhiên liệu đựơc nén bằng 3 piston bơm được bố trí hướng kính và các piston cách nhau 120o. 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. Điều này có nghĩa là hệ thống Common Rail đặt ít tải trọng lên hệ thống truyền động hơn so với hệ thống cũ. Công suất yêu cầu để dẫn động bơm rất nhỏ và tỉ lệ với áp suất trong ống phân phối và tốc độ bơm. Đối với động cơ thể tích 2 lít đang quay ở tốc độ cao, thì áp suất trong ống phân phối đạt khoảng 1350 bar, bơm cao áp tiêu thụ 3.8kW.
1. Trục dẫn động
2. Đĩa cam lệch tâm
3. Piston bơm
4. Van hút
5. Van thoát Cửa vào
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 bơm lên xuống tuỳ theo hình dạng các mấu cam.
Ngay khi áp suất phân phối vượt quá mức thì van an toàn sẽ xả bớt áp suất (0.5-1,5 bar), 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 tử điểm hạ và từ đó nó cho phép nhiên liệu trong buồng bơm thoát ra ngoài với áp suất phân phối. Áp suất tăng lên cao sẽ mở van 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 đến tử điểm 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 suất cao sẽ thừa trong giai đoạn chạy cầm chừng và tải trung bình. Lượng nhiên liệu thừa này được đưa trở về thùng chứa thông qua van điều khiển áp suất. Nhiên liệu bị nén sẽ nằm trong thùng và gây ra tổn thất năng lượng. Hơn nữa lượng nhiệt tăng lên của nhiên liệu cũng làm giảm đi hiệu quả chung. Ở mức độ nào đó thì tổn thất này có thể được bù bằng cách ngắt bớt một hoặc hai xylanh bơm.
Khi một trong 3 xylanh bơm bị loại ra 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 sẽ 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 tỉ 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 mà nó cung cấp không quá lớn, mặt khác, các yêu cầu về nhiên liệu vẫn còn đáp ứng trong suốt chế độ hoạt động. Tùy theo tốc độ trục khuỷu mà tỉ số truyền hợp lý là 1:2 hoặc 1:3.
Tầm quan trọng của bơm cao áp không chỉ giới hạn trong việc cung cấp nhiên liệu, mà còn nằm ở khả năng ứng phó với những yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt về tiêu chuẩn khí thải và hiệu suất xe ô tô. Đồng thời, với sự phức tạp ngày càng cao của các động cơ và hệ thống điều khiển, việc nghiên cứu và phát triển bơm cao áp trở thành một lĩnh vực quan trọng để đáp ứng những thách thức này.
