Tìm Hiểu Hệ thống nhiên liệu COMMON RAIL DIESEL

Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây nên ô nhiễm môi trường. Động cơ diesel hiệu quả kinh tế hơn động cơ xăng, tuy nhiên nó vẫn còn những hạn chế trong quá trình sử dụng như: Thải khói đen khá lớn khi tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu còn cao và tiếng ồn lớn…
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tìm Hiểu Hệ thống nhiên liệu COMMON RAIL DIESEL Hệ thống nhiên liệu COMMON RAIL DIESELKhí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây nên ô nhiễm môi trường.Động cơ diesel hiệu quả kinh tế hơn động cơ xăng, tuy nhiên nó vẫn còn những hạnchế trong quá trình sử dụng như: Thải khói đen khá lớn khi tăng tốc, tiêu hao nhiênliệu còn cao và tiếng ồn lớn… Ngày nay, hầu hết các nước tiên tiến trên thế giới đã sửdụng hệ thống nhiên liệu (HTNL) Common Rail Diesel lắp cho các loại ô tô. Hệ thốngnày đã giải quyết được các nhược điểm nêu trên. Bài viết này nhằm giới thiệu HTNLCommon Rail Diesel của hãng Bosch lắp trên các ô tô lắp động cơ diesel hiện đại ngàynay.1. Đặt vấn đề:Động cơ Diesel phát triển vào năm 1897 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên lý Tự–cháy. Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ để hìnhthành hòa khí rồi tự bốc cháy. Đến năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao áp (Bơmphun Bosch lắp cho động cơ diesel ôtô thương mại và ôtô khách vào năm 1936).HTNL Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mứcđộ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Các nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiềubiện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn các chất ônhiễm. Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề:- Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu- khôngkhí.- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp.- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun đểlàm giảm HC.- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả (ERG: Exhaust Gas Recirculation).Hiện nay, các nhược điểm của HTNL Diesel đã được khắc phục bằng cải tiến các bộphận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điềukhiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ (năm 1986 Bosch đưa vào thị trường việcđiều khiển điện tử cho động cơ diesel ). Đó là HTNL Common Rail Diesel.2. Giới thiệu hệ thống Common Rail Diesel:Trong động cơ Diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cáchriêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong hộp chứa (Rail) hay còn gọi là “Ắcquythủy lực”và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu. Lợi ích của vòi phunCommon Rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra ở áp suất rất cao nhờkết hợp điều khiển điện tử, kiểm soát lượng phun, thời điểm phun. Do đó làm hiệu suấtđộng cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn.So với hệ thống cũ dẫn động bằng cam, hệ thống Common Rail khá linh hoạt trong việcđáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động cơ diesel như:- Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách,tải nhẹ, tải nặng, xe lửa và tàu thủy).- Áp suất phun đạt đến 1500 bar.- Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ.- Có thể thay đổi thời điểm phun.- Phun chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và phun kết thúc.2.1. Nguyên lý hoạt động:Tương tự như HTNL diesel thông thường, trên hình 1 nhiên liệu được bơm cung cấp đẩyđi từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bầu lọc (3) đến Bơm cao áp (2), từ đâynhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (7) hay còngọi ắc quy thủy lực- và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để phun vàoxy lanh động cơ. Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau tronghệ thống Common Rail. Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ và lượng nhiên liệuphun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ắc quy thủy lực. Lượng phun ra đượcquyết định bởi điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như áp suất phun được tínhtoán bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó. Sau đó ECU và EDU sẽ điềukhiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu nhờthông tin từ các cảm biến (10) với áp suất phun có thể đến 1500bar. Nhiên liệu thừa củavòi phun đi qua ắcquy thủy lực trở về bơm cao áp, van điều khiển áp suất tại bơm mở đểnó trở về thùng nhiên liệu (1). Trên ắcquy thủy lực có gắn cảm biến áp suất và đầu cuốicó bố trí van an toàn (8), nếu áp suất tích trữ trong ắc quy thủy lực (7) lớn quá giới hạnvan an toàn sẽ mở để nhiên liệu tháo về thùng chứa (hình 4). Hình 1.Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail1. Thùng nhiên liệu; 2. Bơm cao áp Common rail; 3. Lọc nhiên liệu; 4. Đường cấp nhiênliệu cao áp; 5. Đường nối cảm biến áp suất đến ECU ; 6. Cảm biến áp suất; 7. CommonRail tích trữ &điều áp nhiên liệu (hay còn gọi ắcquy thuỷ lực) ; 8. Van an toàn (giới hạn áp suất); 9. Vòi phun; 10. Các cảm biến nối đến ECU và Bộ điều khiển thiết bị (EDU);11.Đường về nhiên liệu (thấp áp) ; EDU: (Electronic Driver Unit) và ECU : (Electronic Control Unit).Với phương pháp này áp suất phun lên đến 1500 bar có thể thực hiện ở mọi thời điểmngay cả động cơ lúc thấp tốc. Trong hệ thống Common Rail quá trình phun được chiathành các cách phun: Phun mồi (hay Phun sơ khởi- Pre-injection hoặc Pilot- injection),Phun chính (Main injection) và phun thứ cấp (Post-injection).Một hệ thống Common Rail Diesel gồm có 4 thành phần căn bản : Hình 2. Mạch áp suấtthấp- Bơm áp suất cao với van điều chỉnh áp suất và van đo lường.- Các cảm biến ( tốc độ quay trục khuỷu, trục cam, bàn đạp ra, lưu lượng không khí vànước làm mát, cảm biến áp suất Rail …)- Các cơ cấu chấp hành (Vòi phun điều khiển bằng van solenoid, bộ tăng áp, bộ hồi lưukhí xả, các đồng hồ đo áp suất…) hình 5. Hình 3. Mạch áp suấtcao- Bộ điều khiển điện tử (ECU, EDU) kiểm soát lượng phun chính xác, điều chỉnh áp suấtvà giám sát các điều kiện hoạt động của động cơ.Mạch dầu hồi: ...