Giáo trình môn Cấu tạo động cơ

Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên 
Khoa Cơ khí động lực
Bài giảng 
Cấu tạo động cơ 
Vũ Xuân Trường
Chương 1: HỆ THỐNG PHỐI KHÍ
1.1. Chức năng, yêu cầu và phân loại.
1.1.1. Chức năng
	Cơ cấu phân phối khí dùng thực hiện quá trình trao đổi khí, thải khí đã cháy (khí thải) ra khỏi xylanh và nạp hỗn hợp khí (động cơ xăng) hoặc không khí sạch (động cơ diesel) vào xylanh để động cơ làm việc liên tục.
1.1.2. Yêu cầu
- Đảm bảo chất lượng của quá trình trao đổi khí.
- Độ mở lớn.
- Đóng mở đúng thời điểm quy định.
- Đảm bảo đóng kín buồng cháy.
- Độ mòn của chi tiết ít nhất và tiếng kêu nhỏ nhất.
- Dễ điều chỉnh và sửa chữa.
- Giá thành thấp.
1.1.3. Phân loại:
- Cơ cấu phối khí dùng xuppáp.
+ Cơ cấu phân phối khí dùng xu páp đặt
+ Cơ cấu phân phối khí dùng xu páp treo
- Cơ cấu phối khí dùng van trượt.
- Cơ cấu phối khí dùng piston đóng mở cửa nạp và cửa thải.
- Cơ cấu phối khí hiện đại điều khiển điện tử : VVT-I
1.2. Pha phối khí động cơ đốt trong (động cơ xăng và diezel).
Khi giới thiệu về động cơ, chúng ta cho rằng thời điểm đóng mở các xuppáp khi piston lên đến ĐCT hoặc xuống ĐCD trên thực tế khi muốn xả sạch khi thải và nạp đầy khí mới vào xylanh để tăng công suất động cơ cần phải mở sớm, đóng muộn các xuppáp nạp, xuppáp xả. Xuppáp nạp cần mở sớm vào cuối quá trình xả khi piston còn đi lên để khi piston lên đến ĐCT bắt đầu đi xuống thì thực hiện quá trình hút thì xuppáp nạp đã được mở, tạo ra tiết diện lưu thông tương đối lớn giúp khí mới dễ dàng đi vào xylanh. Xuppáp nạp cũng cần đóng muộn sau khi piston tới ĐCD để tận dụng chênh áp và quán tính của dòng khí hút được nhiều khí mới vào xylanh. Giai đoạn từ lúc mở đến lúc đóng tính bằng góc quay của trục khuỷu được gọi là pha phối khí. Dưới đây giới thiệu về sơ đồ pha phối khí động cơ 4 kỳ.
Hình 1.1. Đồ thị công và sơ đồ pha phối khí của động cơ 4 kỳ.
1: Vị trí mở xuppáp nạp 4: Vị trí cuối quá trình cháy
2: VỊ trí đóng xuppáp nạp 5: Vị trí mở xuppáp thải
3’: Vị trí phun nhiê liệu; 6: Vị trí đóng xuppáp thải
3: Vị trí điểm chết trên 
Các góc φ thể hiện giá trị: φ1: Góc mở sớm xuppáp nạp, φ2: Góc đóng muộn xuppáp nạp, φ1-2: Toàn bộ góc mở của xuppáp nạp, φ3: Góc phun sớm, φ2-3: góc ứng với quá trình nén, φ3-4-5: Góc ứng với quá trình cháy và quá trình giãn nở, φ5: Góc mở sớm xuppáp thải, φ6: Góc đóng muộn xuppáp thải, φ5-6: Toàn bộ góc mở của xuppáp thải, φ1+ φ6: Góc trùng điệp của xuppáp thải và xuppáp nạp.
1.3. Kết cấu và hoạt động của hệ thống phối khí.
1.3.1. Cơ cấu phối khí cơ bản.
Kết cấu cơ cấu phân phối khí cơ bản gồm: Trục cam, xuppáp, đế xuppáp, lò xo xuppáp, con đội, đòn gánh..v.v.
1.3.1.1. Xuppáp.
Hình 1.2. Xuppáp
Theo kết cấu của xuppáp người ta chia xuppáp thành ba phần: Nấm xuppáp, thân xuppáp, và đuôi xuppáp.
a). Nấm xuppáp
Mặt làm việc quan trọng của nấm xuppáp là mặt côn, có góc độ α = 15÷ 45o. Góc α càng nhỏ tiết diện lưu thông càng lớn, tuy nhiên α càng nhỏ mặt nấm càng mỏng, độ cứng vững càng kém do đó dễ bị cong vênh, tiếp xúc không kín khít với đế xup páp.
Góc của mặt côn trên nấm xuppáp thường làm nhỏ hơn góc mặt côn trên đế xuppáp khoảng 0,5- 1o để xuppáp có thể tiếp xúc với đế theo vòng tròn ở mép ngoài của mặt côn (nếu mặt đế xuppáp nhỏ hơn mặt côn của xup páp). Làm như thế có thể bảo đảm tiếp xúc được kín khít dù bề mặt nấm có thể bị biến dạng nhỏ.
Hình 1.3. Kết cấu nấm xuppáp.
	a: Nấm bằng	 b: Nấm lõm	c: Nấm lồi	d: Nấm chứa natri
Kết cấu của nấm xuppáp thường có ba loại chính sau đây: 
- Nấm bằng: Ưu điểm là chế tạo đơn giản, có thể dùng cho cả xuppáp thải và xuppáp nạp. Vì vậy đa số động cơ thường dùng loại nấm này.
- Nấm lõm: Đặc điểm là bán kính góc lượn giữa phần thân xup páp và phần nấm rất lớn nhằm cải thiện tình trạng lưu thông của dòng khí nạp, tăng được độ cứng vững cho nấm xuppáp. Mặt dưới của nấm được khoét lõm sâu để giảm trọng lượng. Nhược điểm là chế tạo khó và mặt chịu nhiệt của xuppáp lớn, xuppáp dễ bị quá nóng.
- Nấm lồi: Cải thiện được tình trạng lưu động của dòng khí thải. Chính vì vậy xuppáp thải của tất cả các động cơ cường hóa đều làm theo dạng nấm lồi. Để giảm trọng lượng của nấm lồi, người ta thường khoét lõm phía trên phần nấm. Nhược điểm là khó chế tạo và bề mặt chịu nhiệt của nấm lớn.
b). Thân xuppáp.
Dùng để dẫn hướng xuppáp. Thân xuppáp có đường kính khoảng dt = ( 0,3 ÷ 0,4)dn. Trong đó dn là đường kính của nấm xuppáp. 
Chiều dài của xuppáp phụ thuộc vào cách bố trí xuppáp: 
 lt = (2,5 ÷ 3,5)dn .
Hình 1.4. Kết cấu thân xuppáp.
a: Thân xup páp.	b: Thân xuppáp chứa natri.
Để tránh xuppáp bị mắc kẹt trong ống dẫn hướng khi bị đốt nóng, đường kính của thân xup páp ở phần nối tiếp với nấm xuppáp thường làm nhỏ đi một ít hoặc khoét rộng lỗ của ống dẫn hướng xuppáp ở phần này.
c). Đuôi xuppáp
Đuôi xuppáp phải có kết cấu để lắp đĩa lò xo xuppáp. Thông thường đuôi xuppáp có mặt côn (như hình 1.5.a) hoặc rãnh vòng (như hình 1.5.b) để lắp móng hãm. Kết cấu đơn giản nhất để lắp đĩa lò xo là dùng chốt (hình 1.5.c) nhưng có nhược điểm là tạo ứng suất tập trung.
Hình 1.5. Kết cấu đuôi xuppáp
a: Đuôi xuppáp có mặt hình côn. c: Đuôi xuppáp có lỗ để lắp chốt.
b: Đuôi xuppáp có rãnh vòng. d: Đuôi xuppáp bằng thép ostenis 
Đuôi xuppáp phải có kết cấu để lắp đĩa lò xo xuppáp. Thông thường đuôi xuppáp có mặt côn (như hình 1.5.a) hoặc rãnh vòng (như hình 1.5.b) để lắp móng hãm. Kết cấu đơn giản nhất để lắp đĩa lò xo là dùng chốt (hình 1.5.c) nhưng có nhược điểm là tạo ứng suất tập trung.
Để tăng khả năng chịu mòn, bề mặt đuôi xuppáp ở một số động cơ được tráng lên một lớp thép hợp kim cứng (thép stenlit) hoặc chụp vào phần đuôi một nắp bằng thép hợp kim cứng (như hình 1.5.d).
1.3.1.2. Đế xuppáp.
Hình 1.6. Kết cấu đế xuppáp.
Kết cấu đế xuppáp chỉ là một vòng hình trụ rỗng trên có vát mặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nấm xuppáp. Một vài loại đế xuppáp thường dùng giới thiệu trên hình 
Mặt ngoài của đế xuppáp có thể là:
- Hình trụ trên có tiện rãnh đàn hồi.
- Có khi mặt ngoài có độ côn nhỏ (khoảng 12o).
- Một số loại đế được lắp ghép bằng ren.
Đế xuppáp thường được làm từ thép hợp kim hay gang hợp kim (gang trắng). Chiều dày của đế nằm trong khoảng (0,08 ÷ 0,15)do. Chiều cao của đế nằm trong khoảng (0,18 ÷ 0,25)do (do là đường kính họng đế).
Đế xuppáp bằng thép hợp kim thường được ép vào thân máy hoặc nắp xylanh với độ dôi 0,0015 ÷ 0,0035 đường kính ngoài của đế.
1.3.1.3 Ống dẫn hướng xuppáp.
Hình 1.7. Kết cấu ống dẫn hướng xuppáp.
 a: Ống dẫn hướng có mặt vát đầu.
b: Mặt ngoài của ống dẫn hướng có độ côn.
c: Mặt ngoài của ống dẫn hướng có vai và cữ.
Ống dẫn hướng xuppáp nhằm tránh sửa chữa và tránh hao mòn cho thân máy hoặc nắp xylanh ở chỗ lắp xuppáp.
- Xuppáp được lắp vào ống dẫn hướng theo chế độ lắp lỏng.
- Bôi trơn ống dẫn hướng và thân xuppáp có thể dùng phương pháp bôi trơn cưỡng bức bằng dầu nhờn do bơm dầu cung cấp dưới một áp suất nhất định, bôi trơn bằng cách nhỏ dầu vào ống dẫn hướng hoặc tiện rãnh hứng dầu để bôi trơn bằng dầu vung té.
- Để ngăn bớt dầu nhờn, đôi khi phải nắp mũ che dầu ở phần đuôi xuppáp. Kết cấu của các loại ống dẫn hướng thường dùng giới thiệu trên hình 1.15.
1.3.1.4. Lò xo xuppáp.
Hình 1.8. Lò xo xu páp
- Lò xo xuppáp để đóng kín xuppáp trên đế xuppáp.
- Đảm bảo xuppáp chuyển động đúng quy luật của cam phân phối khí.
- Đảm bảo quá trình mở, đóng xuppáp không có hiện tượng va đập trên mặt cam.
- Loại lò xo thường dùng nhất là lò xo xoắn ốc hình trụ, hai vòng ở hai đầu lo xo quấn xít nhau và mài phẳng để lắp ghép.
- Trong động cơ cường hóa và cao tốc, mỗi xuppáp thường lắp một đến ba lò xo lồng vào nhau. Các lò xo này có chiều xoắn ngược nhau để khi làm việc khỏi kẹt vào nhau.
1.3.1.5. Trục cam.
Trục cam thường bao gồm các phần cam nạp, cam xả và các cổ trục có thể còn có cam dẫn động bơm xăng, bơm cao áp và bánh răng dẫn động bơm dầu, bộ chia điện .v.v.
 Hình 1.9. Cam xuppáp.
1. Các cổ trục.	3. Bánh răng.	
2. Các vấu cam.	4. Bánh lệch tâm
	.
a). Cam thải và cam nạp:
Trong động cơ ô tô trục cam thường sử dụng các cam làm liền trục. Trong các động cơ tĩnh tại và tàu thủy, cam nạp và cam thải thường làm rời từng cái rồi lắp trên trục bằng then hoặc đai ốc.
Hình dạng và thứ tự của cam phối khí được quyết định bởi thứ tự làm việc, góc độ phân phối khí và số kỳ của động cơ, kích thước xy lanh.
Kích thước của cam chế tạo liền trục thường nhỏ hơn đường kính cổ trục. Ngược lại các cam lắp rời thường có kích thước lớn hơn cổ trục.
 Hình 1.10. Trục cam
1. Đầu trục cam.	 4. Cam lệch tâm bơm xăng	
2. Cổ trục cam. 5. Cam bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn.
3. Cam nạp và cam thải.
a). Cổ trục cam:
Trục cam của cơ cấu phân phối khí dẫn động gián tiếp thường lắp trong ổ trục trong thân máy, số cổ trục thường là:
 Z= +1 hoặc Z = i + 1;
 Với: i – số xy lanh.
- Để giữ cho trục cam không bị dịch chuyển theo chiều dọc trục làm ảnh hưởng đến pha phối khí. Người ta phải dùng ổ chắn dọc trục.
+ Trong trường hợp bánh răng dẫn động trục cam là bánh răng côn hoặc bánh răng nghiêng, ổ chắn phải bố trí ngay sau bánh răng dẫn động.
+ Trong trường hợp dùng bánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt tại bất kì vị trí nào trên trục cam vì trong trường hợp này trục cam không chịu lực dọc trục.
+ Ổ chắn dọc trục lợi dụng các mặt bên của của cổ trục cam tỳ lên các bích chắn bằng thép hoặc bằng đồng để khống chế khe hở dọc trục và chịu lực chiều trục.
+ Loại ổ chắn của động cơ xăng (hình 1.20a) là một kết cấu điểm hình của ổ chắn dọc trục cam của loại ô tô máy kéo. Ổ chắn gồm 2 mặt bích bằng thép cố định trên mặt đầu của thân máy bằng hai bu lông 3. Một mặt của mặt bích 2 tiếp xúc với mặt bên của cổ trục cam 5. Mặt kia cách mặt đầu của ổ bánh răng cam 1 khe hở khoảng 0,1- 0,2 mm. Trị số khe hở dọc trục này do chiều dày của vòng chắn 4 quyết định. Vòng chắn 4 lắp trên đầu trục cam và bị bánh răng cam ép sát vào mặt bên của cổ trục cam.
Hình 1.11. Cơ chế hạn chế dịch chuyển
dọc trục cam.
1. Cổ đỡ trước trục phân phối.
2. Mặt biên. 
3. Bạc của bánh răng phân phối.
4. Vòng hãm.
5. Mặt trước khối xylanh
1.3.1.6. Con đội
Là chi tiết truyền lực trung gian và thay thế xuppáp chịu lực nghiêng do cam phối khí gây ra.
Kết cấu con đội gồm hai phần: Phần dẫn hướng (thân con đội) và phần mặt tiếp xúc với cam phối khí. Thân con đội có dạng hình trụ, còn phần mặt tiếp xúc thường có nhiều dạng khác nhau.
Con đội có thể chia làm ba loại chính: Con đội hình nấm và hình trụ: con đội lăn; con đội thủy lực.
a). Con đội hình nấm và hình trụ
Khi dùng loại con đội này, loại cam phối khí phải dùng cam lồi. Đường kính của mặt nấm tiếp xúc với trục cam phải lớn để tránh hiện tượng kẹt.
Hình 1.12. Con đội hình nấm và con đội hình trụ.
Loại con đội hình nấm được sử dụng nhiều trong cơ cấu phân phối khí kiểu xuppáp đặt. thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở xup páp bắt trên phần đầu của thân.
Hình 1.13. Con đội con lăn.
b). Con đội lăn 
Con đội lăn có thể dùng cho tất cả các dạng cam, nhưng thường dùng với dạng cam tiếp tuyến và cam lõm. Ưu điểm là ma sát nhỏ và phản ánh chính xác quy luật chuyển động nâng hạ của cam tiếp tuyến và cam lõm. Nhược điểm là kết cấu phức tạp.
c). Con đội thủy lực 
Khi trục cam quay đến vị trí nâng cao con đội, thân con đội 7 và xylanh 8 được cam đẩy lên. Dầu nhờn được chứa trong khoang dưới của piston bị lén lại, Bi 5 của van một chiều đóng kín trên đế van của ống 4. Do đó piston 1 được đẩy lên mở xuppáp ra. Do lực của lò xo xuppáp tác dụng lên đầu piston 1 nên trong quá trình con đội đi lên dầu trong khoang chứa phía dưới piston 1 bị nén lại, một phần dầu sẽ rỉ ra qua khe hở giữa piston và xylanh 8 ra ngoài. Trong quá trình xuppáp đóng, con đội đi xuống, khi xuppáp đóng kín trên đế xuppáp con đội đi xuống vị trí thấp nhất. lúc này lỗ dầu 3 trên thân con đội trùng với lỗ dầu trên thân máy. Đồng thời lò xo 2 đẩy piston 1 đi lên cho tới khi đầu piston chạm vào đuôi xuppáp. Do đó trong cơ cấu phân phối khí không có khe hở nhiệt, khi piston 1 bị lò xo 2 đẩy lên, trong khoan chứa dầu phía piston có độ chân không. Dầu nhờn đi qua lỗ 3 và ống đế van 4 đầy bị 5 mở ra bổ xung vào Hình 1.14. Con đội thủy lực
 1: Piston
 2: Lòng dẫn hướng
 3: Lồ xo
 4: Van bi
 5: Thân con đội
 6: Đường dầu vào
 7: Lò xo van bi
 8: Xylanh
khoang chứa dầu này.
Loại con đội thủy lực dùng trong cơ cấu phân phối khí loại xuppáp treo giới thiệu trên hình 1.23b có nguyên lý làm việc tương tự.
 - Ưu điểm của con đội thủy lực là có thể thay đổi tự động trị số thời gian, tiết diện của cơ cấu phân phối khí rất có lợi trong quá trình nạp khi động cơ chạy ở tốc độ cao.
- Nhược điểm của con đội thủy lực là: Chất lượng quá trình làm việc của con đội thủy lực phụ thuộc vào chất lượng dầu nhờn. 
Hình 1.15. Đũa đẩy
a: Đầu đũa đẩy dạng lồi
b: Đầu đũa đẩy dạng lõm
1.3.1.7. Đũa đẩy: 
Đũa đẩy dùng trong cơ cấu phân phối khí xuppáp treo thường là một thanh dài, đặc hoặc rỗng dùng để truyền lực từ con đội đến đòn bẩy.
Để giảm nhẹ trọng lượng, đũa đẩy thường làm bằng ống thép rỗng hai đầu hàn gắn với các đầu tiếp xúc hình cầu (đầu tiếp xúc với con đội) hoặc mặt cầu lõm (đầu tiếp xúc với vít điều chỉnh như trên hình 1.15b).
1.3.1.8. Đòn bẩy
Hình 1.16. Kết cấu đòn gánh trong cơ cấu xuppáp treo.
Đòn bẩy là chi tiết truyền lực trung gian một đầu tiếp xúc với đũa đẩy một đầu tiếp xúc với đuôi xuppáp. Khi trục cam nâng con đội lên, đũa đẩy đẩy một đầu của đòn bẩy lên, đầu kia của đòn bẩy nén lò xo xuppáp xống và mở xuppáp. Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thường có vít điều chỉnh. Sau khi điều chỉnh khe hở nhiệt, vít này được hãm chặt bằng đai ốc. Đầu tiếp xúc với đuôi xuppáp thường có mặt tiếp xúc hình trụ được tôi cứng. Nhưng cũng có khi dùng vít để khi mòn thay thế được dễ dàng. Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên đòn bẩy được bôi trơn bằng dầu nhờn chứa trong phần rỗng của trục. Ngoài ra trên đòn bẩy người ta còn khoan lỗ để dẫn dầu đến bôi trơn mặt tiếp xúc với đuôi xuppáp và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh. Chiều dài của hai cánh tay đòn của đòn bẩy thường khác nhau, cánh tay đòn phía trên trục cam lc thường ngắn hơn phía bên xuppáp lxp tỷ số truyền :
lxp =1,2 ÷1,8lc
	 Sở dĩ làm như vậy để làm giảm hành trình của con đội, do đó có thể làm giảm gia tốc và lực quán tính của cơ cấu phối khí.
1.3.2. Cơ cấu điều khiển pha phối khí (hệ thống điều khiển thời điểm phối khí VVT-I).
Thông thường thời điểm phối khí được cố định nhưng hệ thống VVT-I dùng áp suất dầu thủy lực làm soay trục cam dẫn đến thay đổi thời điểm phối khí. Làm tăng công suất và giảm ô nhiễm.
	Hình 1.17. Hệ thống VVT-I.
a). Hoạt động của hệ thống VVT-I
- Khi ở nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp và tải nhẹ, khi tải nhẹ: Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trễ lại và độ trùng lặp xuppáp được làm giảm đi để làm giảm lượng khí xả chạy ngược lại phía nạp.
- Khi tải trung bình hay ở tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng: Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xuppáp tăng lên, thời điểm đóng xuppáp nạp cũng được làm sớm lên. 
- Khi chạy ở tốc độ cao và tải nặng: Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp tăng lên, thời điểm đóng xuppáp nạp cũng được đẩy sớm lên.
b). Cấu tạo
Hình 1.18. Cấu tạo hệ thống VVT-I.
- Bộ điều khiển VVT-I: Bao gồm một bộ vỏ được dẫn động bằng xích cam và các cánh gạt được cố định trên trục cam. Áp suất dầu được gửi từ phía làm sớm hay làm muộn làm quay các cánh gạt điều khiển trục cam thay đổi liên tục thời điểm phố ... hông thường để xả áp suất trong trường hợp áp suất trong ống phân phối lên cao mức không bình thường.
b). Van xả áp (bộ điều chỉnh áp suất)
Trong trường hợp hệ thống bị trục trặc áp suất nhiên liệu của ống phân phối cao hơn áp suất phun mong muốn thì van xả áp suất nhận được một tín hiệu từ ECU của động cơ để mở van và hồi nhiên liệu về bình nhiên liệu, do đó áp suất nhiên liệu trở về áp suất phun mong muốn.
Hình 4.34. Van xả áp
4). Vòi phun
Hình 4.35. Cấu tạo vòi phun 
1 - Lò xo vòi phun
2 - Van định lượng
3 - Lỗ tiết lưu đường dầu về
4 - Lõi của van điện từ
5 - Đường dầu hồi về
6 - Giắc nối
7 - Van điện từ
8 - Dầu có áp suất cao từ ống rail
9 - Van bi
 10 - Lỗ tiết lưu cung cấp
 11 - Van piston
 12 - Đường dẫn nhiên liệu
 13 - Khoang chứa nhiên liệu
 14 - Kim phun
Vòi phun của Commonrail khác với vòi phun của hệ thống nhiên liệu Diesel thong thường ở chỗ gồm 2 phần: 
- Phần trên là một van điện từ được điều khiển bởi EDU hoặc ECU.
- Phần dưới là phần vòi phun cũng khác với vòi phun thông thường, đó là có lò xo rất cứng mà ở vòi phun thông thường là một chốt tỳ khá dài.
Khi nhiên liệu được phân chia từ ống phân phối đến từng vòi phun thì nhiên liệu được dẫn từ ống dẫn sẽ đi đến van định lượng 2 thông qua lỗ cung cấp 10. Buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xả được mở bởi van xả 3.
Khi lỗ đóng, áp lực của dầu đặt lên đỉnh piston 11 cao hơn áp lực dầu tại thân ty kim. Kết quả là kim bị đẩy xuống dưới và làm kín lỗ phun với buồng đốt.
Khi van điện từ 7 đóng có dòng điện, lỗ xả 6 được mở ra. Điều này làm cho áp suất ở buồng điều khiển giảm xuống, kết quả là áp lực tác dụng lên piston cũng giảm theo. Khi áp lực dầu trên piston giảm xuống thấp áp lực tác dụng lên ty kim, thì ty kim mở ra và nhiên liệu được phun vào buồng đốt qua các lỗ phun. Kiểu điều khiển này dùng một hệ thống khuếch đại thủy lực vì lực cần thiết để mở kim thật nhanh không thể trực tiếp tạo ra nhờ van xả. Hoạt động của kim phun có thể chia làm 4 giai đoạn chính như sau:
- Khi kim phun đóng.
- Khi kim phun mở.
- Khi kim phun mở hoàn toàn.
- Khi kim phun đóng.
Hoạt động vòi phun:
*). Khi kim mở: Van điện từ được cấp dòng điện kích từ lớn để bảo đảm nó mở nhanh. Lực tác dụng bởi van điện từ lớn hơn lò xo lỗ xả và làm mở lỗ xả. Gần như tức thời dòng điện cao áp giảm xuống thành dòng nhỏ hơn chỉ đủ để tạo ra lực từ để giữ ty kim. Khi lỗ xả mở ra, nhiên liệu có thể chảy vào buồng điều khiển tràn vào khoang bên trên nó và từ đó trở lại thùng dầu qua đường dầu hồi. Lỗ xả làm mất cân bằng áp suất nên áp suất trong buồng điều khiển van giảm xuống, làm cho áp suất trong buồng điều khiển can thấp hơn áp suất trong buồng chứa của ty kim (vẫn còn bằng với áp suất của ống). Áp suất giảm đi trong buồng điều khiển van làm giảm lực tác dụng lên piston điều khiển nên kim mở ra và nhiên liệu bắt đầu phun.
Tốc độ mở kim phun được quyết định bởi sự khác biệt tốc độ dòng chảy giữa lỗ nạp và lỗ xả. Piston điều khiển tiến đến vị trí dừng phía trên nơi mà nó còn chịu tác dụng của đệm dầu được tạo bởi dòng chảy của nhiên liệu giữa lỗ nạp và lỗ xả. Kim phun giờ đây đã mở hoàn toàn và nhiên liệu được phun vào buồng đốt ở áp suất gần bằng với áp suất trong ống. Lực phân phối trong kim thì tương tự với giai đoạn mở kim.
 a b
Hình 4.36. Quá trình thực hiện phun
a: Khi kim phun mở b: Khi kim phun đóng
*). Khi kim phun đóng: Khi dòng qua van điện từ 7 bị ngắt, lò xo đẩy viên bi đóng kín lỗ xả lại. Lỗ xả đóng đã làm cho áp suất trong buồng điều khiển van tăng lên thông qua lỗ nạp. Áp suất này tương đương với áp suất trong ống van làm tăng lực tác dụng lên đỉnh piston điều khiển. Lực này cùng với lực của lò xo bây giờ cao hơn lực tác dụng của buồng chứa và ty kim đóng lại. Tốc độ đóng của ty kim phụ thuộc vào dòng chảy nhiên liệu qua lỗ nạp. 	
4.2.5. Hệ thống cung cấp nhiên liệu với bơm – vòi phun kết hợp điều khiển điện tử ( EUI và HEUI ).
4.2.5.1. Hệ thống nhiên liệu Diesel EUI.
a). Khái quát.
Hình 4.37. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI
1: Thùng dầu 
 5: Các vòi phun
2: Bầu lọc thô
 6: ECM
3: Bơm chuyển nhiên liệu
 7: Các cảm biến
4: Bầu lọc tinh
Mặc dù được giới thiệu vào cuối những năm 80, nhưng hệ thống nhiên liệu EUI đã đạt được những thành tựu nhất định về mặt cấu tạo, nâng cao tính năng làm việc và độ tin cậy. EUI còn là tiền đề cho hệ thống nhiên liệu HEUI – Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector (tác động thủy lực, điều khiển điện tử) sau này.
Hệ thống nhiên liệu EUI có 5 bộ phận cấu thành: 
- Các vòi phun EUI: Tạo ra áp suất phun từ 10.000 - 30.000 psi và ở tốc độ định mức nó phun tới 19 lần/s.
- Bơm chuyển nhiên liệu: Cung cấp nhiên liệu cho các vòi phun bằng cách hút nhiên liệu từ thùng chứa và tạo ra một áp suất từ 60-125 psi.
- Mô - đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Module): Là một máy vi tính công suất lớn điều khiển các hoạt động chính của động cơ.
- Các cảm biến: Là những thiết bị điện tử kiểm soát các thông số của các động cơ: Như nhiệt độ, áp suất,  và cung cấp các thông tin cho ECM bằng một điện thế tín hiệu.
- Các thiết bị tác động: Là những thiết bị điện tử sử dụng các cường độ dòng điện từ ECM để làm việc hoặc thay đổi hoạt động của động cơ. Ví dụ thiết bị tác động vòi phun là công tắc điện từ.
b). Hệ thống nhiên liệu áp suất thấp
Cung cấp nhiên liệu từ thùng đến các vòi phun. Hệ thống nhiên liệu này có ba chức năng chính: Cung cấp nhiên liệu đến vòi phun EUI để đốt cháy, cấp một lượng thích hợp làm mát vòi phun và cấp một lượng để xả khí trong hệ thống.
Các bộ phận cấu thành chính trong hệ thống nhiên liệu áp suất thấp: Thùng nhiên liệu, các đường dẫn nhiên liệu, bầu lọc thô nhiên liệu hoặc bộ tách nước, bơm tiếp nhiên liệu, bầu lọc tinh nhiên liệu và bơm tay và van bộ điều chỉnh áp suất. Giữa các loại động cơ và ứng dụng khác nhau thì từ thùng nhiên liệu đến bơm tiếp thì có sự khác nhau giữa thành phần cấu tạo ví dụ như: Đối với hầu hết các loại động cơ xe tải đường kính bầu lọc thô thường là 15 - 20 μm để loại bỏ cặn ở thùng nhiên liệu, tuy vậy có một số nhà sản suất xe tải chỉ sử dụng bầu lọc tinh chứ không dùng bầu lọc thô.
Nhiên liệu được hút từ thùng chảy đến bầu lọc thô liệu hoặc bộ tách nước ở đó bầu lọc thô sẽ loại bỏ cặn lớn trước khi nhiên liệu đi vào bơm tiếp nhiên liệu, đây là loại bơm bánh răng điển hình và có van giảm áp, áp suất nhiên liệu bị giới hạn từ 60-125 psi, lượng nhiên liệu thừa chảy từ van giảm áp bên ngoài qua các đường dẫn bên trong để vào bơm. Nhiên liệu chảy từ cổng ra của bơm đến bầu lọc tinh nhiên liệu, trước đây bầu lọc tinh nhiên liệu thường có dày là 10-15 μm, phần lớn các máy sử dụng động cơ sản xuất trước năm 1999 và động cơ mới thì có bầu lọc 2 μm bầu lọc 2 μm này có thể loại bỏ được những loại cặn rất nhỏ, cặn này làm mòn vòi phun. Bơm tay được lắp ở bệ bầu lọc nhiên liệu. Bơm tay có nhiện vụ làm đầy vào hệ thống và loại bỏ khí trong hệ thống nhiên liệu áp suất thấp sau khí nạp nhiên liệu hoặc thay thế vòi phun. Nhiên liệu từ thùng qua bơm tiếp đến bầu lọc và đẩy nhiên liệu vào đường dầu cấp vào nắp máy và quay trở về thùng. Nhiên liệu chảy từ bầu lọc tinh nhiên liệu đến đường đầu cấp ở nắp máy.
Trên động cơ 3406E đường cấp nhiên liệu là một lỗ khoan thông từ trước đến sau của nắp máy. Trên máy có động cơ C10C12 cụm ống dẫn ở bên sườn động cơ sẽ cấp nhiên liệu đến từng vòi phun và dòng nhiên liệu thừa sẽ quay trở về thùng, dòng nhiên liệu thừa chảy đến bộ điều chỉnh áp suất. Bộ điều chỉnh áp suất có van một chiều có gắn lò xo van giảm áp sẽ mở ở áp suất 60 psi và điều chỉnh áp suất trong khoảng 60-125 psi. Khi động cơ tắt và nhiên liệu không có, van nhiên liệu có gắn lò xo sẽ đóng để cắt nhiên liệu không chảy ngược về thùng. Một lượng nhiên liệu phải được giữ lại ở trong lắp máy để cấp cho vòi phun khi khởi động lại động cơ.
c). Hệ thống dẫn động phun
Trục cam có ba vấu cho mỗi xylanh, hai vấu dẫn động cho cam nạp và cam xả, còn vấu còn lại thì dẫn động bơm vòi phun. Lực được truyền từ vấu cam dẫn động vòi phun trên trục cam qua con đội đến đũa đẩy, thông qua cụm cò mổ tác động làm vòi phun đi xuống nén nhiên liệu tạo áp suất cao. Dầu có áp suất cao này được cấp đến vòi phun. Vòi phun tạo ra áp suất nhiên liệu. Lượng nhiên liệu thích hợp được phun vào xy lanh ở những thời điểm chính xác. Mô đun điều khiển ECM có nhiệm vụ xác định thời điểm và lượng nhiên liệu cần phun.
Hình 4.38. Sơ đồ hệ thống dẫn động phun của EUI
 1: Êcu điều chỉnh 4: Đũa đẩy
 2: Cụm cò mổ 5: Trục cam
 3: Vòi phun
d). Vòi phun
	Cấu tạo: Vòi phun EUI là một vòi phun cơ khí chính xác điều khiển bằng điện tử, có cấu tạo gồm 2 phần:
- Cơ cấu sinh áp suất cao: Cam à đĩa tì àđũa đẩy à cò mổ àcon đội à thanh đẩy à piston plunger à thân xy lanh à cụm vòi phun.
- Cơ cấu điều khiển phun.
Hình 4.39. Cấu tạo vòi phun
1: Cụm van điều khiển phun 4: Khoang xylanh
2: Chốt đẩy piston 5: Phân kim phun
3: Piston bơm
*). Hoạt động của vòi phun: Cụm van điều khiển phun được điều khiển bởi ECM kết hợp với cam được dẫn động bởi động cơ của vòi phun EUI.
 Nạp nhiên liệu Phun nhiên liệu Kết thúc phun
Hình 4.40. Các giai đoạn hoạt động của vòi phun
Hoạt động của vòi phun EUI gồm giai đoạn sau:
- Giai đoạn nạp nhiên liệu: ECM điều khiển mở cụm van điều khiển phun, đồng thời lúc này cam không tác động vào đũa đẩy, thanh đẩy plunger được lò xo đẩy lên, thể tích khoang than xy lanh tăng lên và dầu được hút vào xylanh.
- Giai đoạn phun: ECM điều khiển đóng cụm van điều khiển phun, đường dầu vào bị bịt kín trong thân xylanh, lúc này cam tác động vào đũa đẩy, thông qua đũa đẩy cò mổ nén thanh đẩy plunger xuống. Áp suất dầu trong xy lanh và khoang kim phun tăng lên thắng lực lò xo đẩy kim phun đi lên và nhiên liệu được phun ra.
- Giai đoạn kết thúc phun: ECM điều khiển mở cụm van điều khiển, dầu có áp suất cao trong thân xy lanh hồi về đường dầu trong nắp máy, kết thúc phun 
4.2.5.2. Hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI.
a). Khái quát
Hình 4.41. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI
1. Bơm áp cao
4. Các cảm biến
2. Van điều khiển áp suất
5. ECM
3. Cụm vòi phun
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 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 phun nhiên liệu HEUI đang thay đổi cách nghĩ của cả nhà kỹ thuật lẫn người vận hành về hiệu suất của 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 của động cơ. Áp suất phun đối với hệ thống nhiên liệu HEUI không phụ thuộc vào tốc độ động cơ, mà 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. Như vậy ứng dụng hệ thống nhiên liệu HEUI vào động cơ cho phép nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiện liệu và giảm thiểu các tổn thất cũng như tiếng ồn của động cơ.
Tuy nhiên, các thiết bị trong hệ thống nhiêu liệu 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 một vai trò rất lớn trong việc nâng cao độ bền của hệ thống.
b). Vòi phun HEUI
*). Cấu tạo
Hình 4.42: Cấu tạo vòi phun HEUI
	1: Van điều khiển điện từ 4: Van kiểm tra
	2: Cụm piston tăng áp suất 5: Cụm kim phun
	3: Đường dầu vào 6: Van tác động phun
Vòi phun là một thiết bị độc lập được điều khiển trực tiếp bởi mô đun điều khiển điện tử ECM (2). Dầu có áp suất từ 800 đến 3000 psi được bơm cao áp (3) chuyển đến vòi phun. Bộ phận  piston lông-giơ trong vòi phun hoạt động tương tự như xylanh thuỷ lực có tác dụng nâng áp suất dầu vào vòi phun lên đến áp suất phun. Van điện từ ở phía trên vòi phun nhận tín hiệu điều khiển từ ECM, qua đó điều khiển dầu bôi trơn tác động tác động vào piston lông-giơ để điều khiển thời điểm và lượng nhiên liệu phun
Hình 4.43: Quá trình phun của vòi phun HEUI
*). Nguyên lý làm việc
	Bơm áp cao 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 áp cao đồng thời cấp một lượng nhiên liệu có áp suất 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 phun nằm phía dưới cần đẩy. Một phần nhiên liệu cũng được đưa xuống cụm piston tăng cường áp suất
	Khi van điện từ mở, dầu áp cao sẽ được đưa vào trong khoang của van hình nấm, tạo nên một áp suất đẩy cần đẩy đi xuống. Cần đẩy (Plunger) đi xuống sẽ đồng thời tạo ra một áp suất thắng được sức căng của lò xo trong cụm 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 cần đẩy ko đủ để thắng sức căng của lò xo cụm tăng áp nữa, ngắt quá trình phun nhiên liệu.
	Ở vòi phun HEUI thì quá trình phun có cả phun mồi (Pilot Injection).
c). Mô đun điều khiển điển tử (ECM)
	Hoạt động như một máy tính điều khiển toàn bộ động cơ. ECM nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, phân tích xử lý nhờ phần mềm đã cài đặt trong bộ nhớ của ECM và đưa tín hiệu điều khiển đến van điện từ của vòi phun (1) 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 (4) để điều khiển áp suất dầu chuyển đến vòi phun. Do áp suất này tỉ 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 tín hiệu do các cảm biến gửi về.
d). Bơm cao áp
	Là bơm piston hướng trục thay đổi lưu lượng. Dầu từ thùng được hút qua các thiết bị như: Lọc dầu rồi vào bơm, hoạt động của bơm sẽ làm cho áp suất dầu tăng lên đến áp suất yêu cầu và bơm dầu đến vòi phun HEUI.
e). Van điều khiển áp suất tác động phun
Thông thường áp suất do bơm cao áp tạo ra sẽ cao hơn áp suất phun, van điều khiển áp suất tác động sẽ xả một phần dầu trở về thùng để ổn định áp suất dầu bằng áp suất yêu cầu do tín hiệu ECM qui định
Như vậy ứng dụng hệ thống nhiên liệu HEUI vào động cơ cho phép nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu các tổn thất cũng như tiếng ồn động cơ. Tuy nhiên các thiết bị trong hệ thống nhiên liệu HEUI có độ chính xác rất cao, nhiên liệu của động cơ, nhiên liệu bẩn có thể gây mòn, thậm chí phá hỏng các chi tiết trong hệ thống. Hạt bẩn có đường kính bằng 1/5 đường kính sợi tóc cũng có thể gây nguy hiểm cho hệ thống. Chính vì vậy bộ lọc giữ vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ bền của hệ thống.
s