Hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel

(News.oto-hui.com) – Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây nên ô nhiễm môi trường. Động cơ diesel cho 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 ở mức cao và tiếng ồn lớn… Ngày nay, hầu hết các nước tiên tiến trên thế giới đã sử dụng hệ thống nhiên liệu (HTNL) Common Rail Diesel lắp cho các loại ô tô. Hệ thống này đã giải quyết được các nhược điểm nêu trên.

1. Lịch sử ra đời:

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 hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy.

  • Đến năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao áp (Bơm phun Bosch lắp cho động cơ diesel ôtô thương mại và ôtô khách vào năm 1936).

Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Các nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn các chất ô nhiễm. 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- không khí.
  • 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 để làm 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 bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ (năm 1986 Bosch đưa vào thị trường việc điều 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 tân tiến, áp suất phun được thực thi cho mỗi vòi phun một cách riêng lẽ, nguyên vật liệu áp suất cao được chứa trong hộp chứa ( Rail ) hay còn gọi là “ Ắc quy thủy lực ” và được phân phối đến từng vòi phun theo nhu yếu .
Lợi ích của vòi phun Common Rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nguyên vật liệu được phun ra ở áp suất rất cao nhờ phối hợp điều khiển và tinh chỉnh điện tử, trấn áp lượng phun, thời gian phun. Do đó làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế tài chính nguyên vật liệu cao hơn .
So với mạng lưới hệ thống cũ dẫn động bằng cam, mạng lưới hệ thống Common Rail Diesel khá linh động trong việc cung ứng thích nghi để tinh chỉnh và điều khiển phun nguyên vật 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 của hệ thống Common Rail Diesel:

Tương tự như HTNL diesel thường thì, trên hình 1 :

  • Nhiên liệu được bơm cung cấp đẩy đi từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bầu lọc (3) đến Bơm cao áp (2). Từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (7) (ắc quy thủy lực) và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để phun vào xy lanh động cơ.

Việc tạo áp suất và phun nguyên vật liệu trọn vẹn tách biệt với nhau trong mạng lưới hệ thống Common Rail. Áp suất phun được tạo ra độc lập với vận tốc và lượng nguyên vật liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ắc quy thủy lực. Lượng phun ra được quyết định hành động bởi tinh chỉnh và điều khiển bàn đạp ga, thời gian phun cũng như áp suất phun được giám sát bằng ECU dựa trên những biểu đồ tài liệu đã lưu trên nó .

  • Sau đó ECU và EDU sẽ điều khiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến (10) với áp suất phun có thể đến 1500bar.
  • Nhiên liệu thừa của vòi phun đi qua ắc quy thủy lực trở về bơm cao áp, van điều khiển áp suất tại bơm mở để nó trở về thùng nhiên liệu (1).
  • Trên ắc quy thủy lực có gắn cảm biến áp suất và đầu cuối có bố trí van an toàn (8), nếu áp suất tích trữ trong ắc quy thủy lực (7) lớn quá giới hạn van an toàn sẽ mở để nhiên liệu tháo về thùng chứa (hình 4).


Với giải pháp này áp suất phun lên đến 1500 bar hoàn toàn có thể triển khai ở mọi thời gian ngay cả động cơ lúc thấp tốc .
Trong mạng lưới hệ thống Common Rail quy trình phun được chia thành những cách phun :

  • Phun mồi (hay Phun sơ khởi- Pre-injection hoặc Pilot- injection)
  • Phun chính (Main injection)
  • Phun thứ cấp (Post-injection).

2.2. Một hệ thống Common Rail Diesel gồm có 4 thành phần căn bản:

  • 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 và nước làm mát, cảm biến áp suất Rail …)
  • Các cơ cấu chấp hành (Vòi phun điều khiển bằng van solenoid, bộ tăng áp, bộ hồi lưu khí xả, các đồng hồ đo áp suất…)
  • Bộ điều khiển điện tử (ECU, EDU) kiểm soát lượng phun chính xác, điều chỉnh áp suất và giám sát các điều kiện hoạt động của động cơ.

2.3. Các chức năng của Hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel:

Với Common Rail, người ta phải phân biệt giữa ba nhóm chức năng khác nhau:

  • Mạch áp suất thấp
  • Mạch áp suất cao
  • ECU và các cảm biến

Chức năng chính : Là điều khiển và tinh chỉnh phun nguyên vật liệu đúng thời gian, đúng lượng, đúng áp suất tương thích từng chính sách thao tác của động cơ .
Chức năng phụ : Là điều khiển và tinh chỉnh vòng kín và vòng hở như điều khiển và tinh chỉnh mạng lưới hệ thống hồi lưu khí thải, tăng áp, ga tự động hóa, … làm giảm mức tiêu thụ nguyên vật liệu và khí thải ô nhiễm .

3. Ưu điểm:

Qua nghiên cứu và phân tích trên ta hoàn toàn có thể Tóm lại Hệ thống nguyên vật liệu Common Rail Diesel có 5 ưu điểm sau :

  • Tiêu hao nhiên liệu thấp.
  • Phát thải ô nhiễm thấp.
  • Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn.
  • Cải thiện tính năng động cơ.
  • Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng .

Động cơ Diesel thế hệ “ cũ ”, trong quy trình thao tác mạng lưới hệ thống cung ứng nguyên vật liệu tạo ra tiếng ồn khá lớn. Khi khởi động và tăng cường bất ngờ đột ngột lượng khói đen thải lớn. Vì vậy làm tiêu tốn nguyên vật liệu và ô nhiễm cao. Ở Hệ thống nguyên vật liệu Common Rail áp suất phun lên đến 1500 bar, hoàn toàn có thể phun ở mọi thời gian. Mọi chính sách thao tác và ngay cả động cơ lúc thấp tốc mà áp suất phun vẫn không biến hóa. Với áp suất cao, nguyên vật liệu được phun càng tơi nên quy trình cháy càng sạch hơn .
Động cơ thao tác êm dịu là nhờ nâng cấp cải tiến Bơm cao áp ( hình 6 ). Với kiểu bơm pittông sắp xếp hình sao lệch nhau 120 độ. Hoạt động nhẹ nhàng, linh động và hiệu suất cao, giảm được tải trọng động trên động cơ .

Các quá trình phun sơ khởi làm giảm thời hạn cháy trể và phun thứ cấp tạo cho quy trình cháy hoàn thành xong .
Ngoài ra, mạng lưới hệ thống còn ứng dụng điều khiển và tinh chỉnh điện tử cho động cơ, lắp thêm bộ hồi lưu khí xả ( EGR ) và tăng áp góp thêm phần cải tổ tính năng động cơ. Trong đó phải kể đến vòi phun Common Rail, nó triển khai phun và lưu ở áp suất cao .

  • Vòi phun có van trợ lực điện từ: Nó là một thành phần chính xác cao, được chế tạo chịu được độ kín khít cực cao. Các van, kim phun và cuộn điện từ được định vị trên thân vòi phun. Dòng nhiên liệu từ giắc nối mạch áp suất cao đi qua van tiết lưu đi vào buồng chứa van điều khiển. Có áp suất bên trong vòi phun bằng áp suất trong ắcquy thủy lực, như vậy ta thấy rằng vòi phun được thiết kế làm việc ở áp suất rất cao do đó các chi tiết lò xo, van bi, kim phun và van điện từ làm việc phải chính xác. (hình7).



​ Một ưu điểm nữa của Hệ thống nguyên vật liệu Common Rail của hãng Bosch là trong quy trình phong cách thiết kế nhằm mục đích mục tiêu hoàn toàn có thể thay thế sửa chữa được cho Hệ thống nguyên vật liệu Diesel cũ, tức việc sắp xếp những thành phần và lắp ráp chúng trên động cơ tương thích với những động cơ đang sống sót .
Tuy nhiên, Hệ thống nguyên vật liệu Common Rail còn những sống sót là :

  • Thiết kế và chế tạo phức tạp đòi hỏi có ngành công nghệ cao.
  • Khó xác định và lắp đặt các chi tiết Common Rail trên động cơ cũ.

4. Kết luận:

Hệ thống Common Rail Diesel ra đời góp phần cải thiện nhiều cho tính năng động cơ và tính kinh tế nhiên liệu mà lâu nay người sử dụng cũng như các nhà bảo vệ môi trường mong đợi. Nó tạo nên hướng nghiên cứu mới cho các ngành Cơ khí Động lực, Giao thông,… trong nước. Hiện nay, bạn đọc có thể tìm hiểu hệ thống này trên các dòng xe như Transit, Sprinter,…

Tổng hợp
Bài viết tương quan :
Advertisement

Rate this post
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments