Nghiên ứu ảnh hưởng ủa á thông số điều khiển trong hệ thống nhiên liệu ommon rail đến tính năng ông suất, tiêu thụ nhiên liệu và phát thải ủa động ơ diesel

Nhiởn liệu từ bớnh tợch õp được cung cấp cho vúi phun đỷng thời điểm, tất cả đều được tợnh toõn một cõch chợnh xõc vỏ được điều khiển bằng ECU thừng qua cõc cảm biến để điều chỉnh lượng

Bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội

***

KKhổnghổnghổng V V Văn ăn ăn NguyêNguyênNguyênn

Nghiên cứu ảnh hởng của các thông

Nghiên cứu ảnh hởng của các thông

số điều khi

số điều khiển ển ển trong hệ thống nhiên l trong hệ thống nhiên l trong hệ thống nhiên liệu iệu Common Rail đến tính năng công suất, tiê

tiêu t u t u thụ hụ nhiê hụ nhiê nhiên n n liệ liệu liệ u u và và p và p phát t hát thả hát t hả hảiiiii của của của

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứ u c a riêng tôi Các ủ

s ố liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa

từ ng đư c ai công bố trong các công trình nào khác! ợ

LỜI CẢM ƠN

Với tư cách là tác giả ủa bản luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắ c c đến

TS Khổng Vũ Quả , người đã hướng dẫn tôi h t sng ế ức tận tình và chu đáo về ặ m t chuyên môn để tôi hoàn thành b n luả ận văn này

Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn đồng nghi p ệtrong Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí Động l c, Viự ện Đào tạo Sau đại học

đã giúp đỡ ạ t o đi u ki n v cơ s v t ch t trong su t th i gian tôi hề ệ ề ở ậ ấ ố ờ ọc tập và làm

luận văn

Đặc bi t, tôi xin g i l i cệ ử ờ ảm ơn đến các th y và các bầ ạn đồng nghi p trong B ệ ộmôn Động cơ đốt trong và Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong đã tạo điều kiện cả

v thề ời gian, vật chất lẫn tinh thần để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên và chia s v i tôi r t nhi u trong su t th i gian tôi tham gia hẻ ớ ấ ề ố ờ ọc

tập và làm luận văn

Tác giả

Khổng Văn Nguyên

DANH M C CÁC B NG BIỤ Ả ỂU 32T vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ TH viiiỊ

M Ở ĐẦ 1U32T 32T

i Lý do chọn đề tài 32T 132T 32T 32T

ii Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước32T 1

1.3 T nh hì ình ứng d ng hụ ệ ố th ng nhiên liệu nay t i Vi t Nam v Trên thạ ệ à ế ớ gi i32T 17

1.3.1 Trên thế ớ g i 17

1.3.2 T i Vi t Namạ ệ 1832T

PHUN NHIÊN LI U COMMONỆ RAIL32T 2032T

2.1 Lý thuyết quá trình cháy trong động cơ diesel 32T 20

2.1.1 Quá trình cháy trong động c diesel 20ơ

2.1.2 Nh ng nhân tữ ố ảnh hưởng 2232T

2.2 Quá trình phun và điều khi n phun nhiên liể ệu c a h th ng nhiên li u Common ủ ệ ố ệrail32T 24

2.2.1 Quá trình phun nhiên liệu 24

32T 32T2.2.2 Quá trình điều khi n phun nhiên li u cể ệ ủa hệ ố th ng nhiên liệu Common rail 2532T

CHƯƠNG NGHIÊN C3 ỨU THỰC NGHIỆM 32T 2932T

3.1 Giới thiệu băng ửth nghiệm động cơ32T 29

4.1.1 nh hẢ ưởng áp suất phun tới tính năng công suất, tiêu thụ nhiên liệu và phát

thải của đ ng cơộ 32T 4732T

4.1.3 Ảnh hưởng góc phun sớm φR s R tới tính năng công suất, tiêu thụ nhiên li u và ệphát th i cả ủa đ nộ g cơ.32T 5332T

4.1.4 Ảnh hưởng phun mồi tới tính năng công suất, tiêu th nhiên li u và phát ụ ệ

thải của đ ng cơộ 32T 5932T 32T

4.2.32TKết luậ 63n32T 32T

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ32T 64

TÀI LI U THAM KHỆ ẢO 65

PHỤ Ụ L C 66

gR e Suất tiêu hao nhiên li u (g/kW.h) ệ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các mốCommon rail c th i gian phát tri n c a hệờ ể ủ th ng nhiên liệu ố 18

Bảng 4.1 Bchế độ ảảng kết quả thí nghiệ ảnh hưởng củ áp suất phun tạ t i 25% m a i 47

Bảng 4.2 Bchế độ ảảng kết quả thí nghiệ ảnh hưởng của áp suất phun tại t i 50% m 49

Bảng 4.3 Bchế độ ảảng kết quả thí nghiệ ảnh hưởng của áp suất phun tại t i 75% m 51

Bảng 4.4 Bchế độ ảảng kết quả thí nghiệ ảnh hưởng của góc phun sớm tạ t i 25% m i 53

Bảng 4.5 Bchế độ ảảng kết quả thí nghiệ ảnh hưởng của góc phun s m t t i 50% m ớ ại 55

Bảng 4.6 Bchế độ ảảng kết quả thí nghiệ ảnh hưởng của góc phun s m t t i 25% m ớ ại 56

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

S ố hiệu Tên hình vẽ ồ , đ th ị Trang

Hình 3.10 Thiết bị Dismoke 4000 39

Hình 4.1 Đồ ị ảnh hưở th ng áp su t phun tấ ới công su t, suấ ất tiêu hao

MỞ ĐẦU

i. Lý do chọn đề tài

Động cơ đốt trong hi n nay là m t trong nhệ ộ ững nguồn động lực chủ ế y u trong các ngành công nghiệp đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông v n tậ ải Một nhược điểm l n c a đớ ủ ộng cơ đốt trong là trong khí x có ch a nhi u chả ứ ề ất độc hại đố ới v i

sức khoẻ ủa con người và gây ô nhiễm môi trường Để ạn chế nhượ c h c đi m này, ểcác nước trên th giế ới đã đưa ra các tiêu chuẩn về khí th i, ởả Vi t Nam áp d ng tiêu ệ ụchuẩn về khí thải trong th công nh n kiử ậ ểu vào năm 2007 Muốn đáp ứng được các tiêu chu n v khí th i cẩ ề ả ần có các biện pháp kỹ thuật x lý ngay trong các quá trình ử nội tại trong động cơ kế ợt h p v i các biện pháp x lý khí thớ ử ải Các thông số kinh tế

k thuỹ ật của động cơ diesel phụ thu c nhi u vào chộ ề ất lượng quá trình hình thành hỗn hợp trong xylanh động cơ trong đó quy luật cung c p nhiên liệu có ảnh hưởng ấquyết định Nhằm nâng cao chất lượng động cơ đặc bi t là chệ ất lượng khí xả, hệ thống nhiên liệu kiểu bình tích áp Common rail điều khiển đi n tử ện nay đã đượệ hi c

s dử ụng khá rộng rãi Hệ ống nhiên liệ Common rail cung cấp lượng nhiên liệu th u chính xác, điều ch nh áp su t phun, thỉ ấ ời điểm phun h p lý nh t t ng ch làm ợ ấ ừ ế độ

việc của động cơ Tuy nhiên đểlàm được việc này c n ti n hành thầ ế ử nghiệm động

cơ trên băng thử để tìm b thông s chu n n p vào b ộ ố ẩ ạ ộ điều khi n ể

Việc nghiên cứ ảnh hưởng của các thông số u điều khiển trong hệ th ng nhiên ố

li u ệ Common rail ới các thông số kinh tế ỹ t k thuật và nồng độ các chất độc hại trong khí th i cả ủa động cơ diesel là rất c n thiầ ết Đề tài “Nghiên cứu ả nh hư ng ở

của các thông số điều khiển trong h ệ th ng nhiên liệu ố Common rail đến tính

năng công suấ t, tiêu th nhiên li u và phát thả ủa độ ụ ệ i c ng cơ” nhằm th c hi n m c ự ệ ụđích trên Các kết qu nghiên c u có th ả ứ ể đượ ử ục s d ng trong vi c thi t l p các thông ệ ế ậ

s chuố ẩn cho bộ điều khiển điện tử ECU của động cơ

Trên thế ớ gi i động cơ Diesel sử ụ d ng h th ng nhiên li u ệ ố ệ Common rail là m t ộ

loại động cơ hiệu quả, và ngày càng được ứng dụng rộng rãi Với yêu cầu ngày

càng gắt gao về ấn đề môi trường, lượng nhiên liệu ng y c ng thiếu, hệ v à à th ng ố

nhiên liệu Common rail áp đ ứng t t vố ấn đề này ch nh ví ì vậy các nước trên thế ớ gi i không thể không lưu tâm tới loạ ội đ ng cơ s dử ụng hệ ố th ng nhiên li u nệ ày

Cùng v i s phát triớ ự ển của thế ớ gi i, ở Việt Nam hệ ố th ng nhiên liệu Common rail cũng đã bắt đầu du nhập vào Việt Nam, được sử ụng nhiều trên xe du lịch, xe dkhách, t u thủy, xe tả … Đã có khá nhiều nghiên cà i ứu v h th ng ề ệ ố Common rail đã được công b ố

Một số công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài:

+) Trong nước:

- Đề tài luận văn thạc sỹ ủ tác giả Lê Danh Quang (2004), tác giả đã nghiên c a

c u ứ ảnh hưởng của góc phun sớm tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, nhưng chưa nghiên cứ ớ ồng độu t i n phát th i c a đ ng cơ [7] ả ủ ộ

- Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường (T2005 29), tác gi- ả đã nghiên cứu quy

luật phun nhiên liệu trên động cơ diesel có sử ụng hệ d thống nhiên liệu Common rail, nhưng tác giả ớ ậ m i t p trung nghiên c u t i m t ch t i c a đứ ạ ộ ế độ ả ủ ộng cơ

- Cải thiện đặc tính của động cơ

- Giảm lượng phát thải độc hại

*) Đối tượng và ph m vi nghiên cạ ứu

Đề tài s dử ụng phương pháp tổng h p các k t qu nghiên c u v nh ợ ế ả ứ ề ả hưởng c a ủcác thông số điều khi n trên ể động cơ mẫu 1 xylanh sử ụ d ng hệ thống nhiên liệu Common rail tại phòng thí nghiệm

Thực nghiệm được tiến hành trên băng thử động cơ ại Phòng thí nghiệm Độ t ng

cơ đốt trong - Viện Cơ khí động l c - Trường Đại học Bách khoa Hà n i Quá trình ự ộ

thực nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng của các thông số điều khiển tớ tính năng i công su t, tiêu th nhiên li u và phát th i cấ ụ ệ ả ủa động cơ Ngoài ra, cũng thông qua

thực nghiệm, có thể tìm ra được bộ thông số ối ưu để t nhập vào ECU điều k ểhi n

iv. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu các thông số điều khiể trên động cơ Diesel sẽn góp ph n c i thiầ ả ện tính năng kinh tế ỹ, k thuật và giảm phát thải độc hạ ủi c a động cơ Diesel

Cũng thông qua thực nghiệm, có thể tìm ra được bộ thông số ối ưu để t nh p vào ậECU điều khi nể

Thuyết minh của đề tài được trình bày theo các phần như sau:

 M u ở đầ

 Chương 1 Gi i thi u h th ng nhiên li u Common rail ớ ệ ệ ố ệ

 Chương 2 Cơ s lý thuy t vở ế ề quá trình phun và điều khi n phun nhiênể li u ệ Common rail

 Chương 3 Nghiên c u th c nghi m ứ ự ệ

 Chương 4 ế K t qu và th o lu n ả ả ậ

 Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài

CHƯƠNG 1 GIỚI THI U H TH NG NHIÊN LI U Ệ Ệ Ố Ệ COMMON RAIL

1.1 Lịch sử hình thành

Năm 1897, chiếc Diesel đầu tiên do Rudelf Diesel phát minh ra đời Từ đó, động cơ Diesel đã trải qua r t nhiấ ều thay đổi mang tính quyế ịnh Đặt đ c biệt, trong vòng chục năm gần đây, động cơ Diesel ngày càng có nhiều ưu thếdo tính tiết kiệm nhiên li u nh vào tính c i thi n trong hệ ờ ả ệ ệ ố th ng nhiên liệu

Những động cơ tĩnh tại đầu tiên do Rudelf Diesel chế ạ t o sử dụng máy nén khí

để ạ t o áp su t cao phun nhiên li u Tuy nhiên, máy nén khí vừa nấ ệ ặng, vừa cồng

kềnh lại rất tốn kém Vì vậy, lúc trước, động cơ Diesel chưa được lưu hành rộng rãi Vào đầu th k ế ỷ 20, Robert Bosch đã phát minh ra bơm cao áp đến năm 1927, bơm cao áp cho động cơ Diesel được s n xu t hàng loạt Năm 1936 bơm cao áp cho xe ả ấ

du lịch được sản xuất Nhưng hệ ống bơm cao áp không đáp ứng đượ th c yêu cầu về

độ ung độ r ng, tiếng n và giảm lượồ ng nhiên liệu tiêu thụ cũng như khí thả ội đ c hại

Lý do: các hệ ố th ng nhiên li u này sệ ử ụ d ng hai thông số đó là tốc đ ộ động cơ và tải

trọng để quyết định áp suất phun Điều này cũng đồng nghĩa với việc, khi ở ạ tr ng thái s vòng quay th p thì áp su t phun giố ấ ấ ảm xuống nhanh chóng, k t quế ả là nhiên

liệu bị phun rớt, làm x ất hiện giọu t nhiên li u trong buệ ồng cháy động cơ, sinh ra

muội than

T nhừ ững năm thập niên 80 90, Bocsh đã đi sâu vào nghiên cứ- u c i ti n v h ả ế ề ệ

thống nhiên liệu Cùng với sự phát triển của ngành điệ ử điền t - u khi n, hãng Bosch ể

đã cho ra đờ ệi h thống nhiên liệu Common rail vào năm 1997 và đã ứng d ng trên ụ

xe khách, hệ ố th ng này có áp suất lớn nh t 1350bar Hấ ệ ống này ra đời và đã cả th i thiện được những nhược điểm của hệ th ng ố nhiên liệu cũ Lý do: Trong hệ th ng ốnày việc tạo áp su t và phun nhiên li u là tách bi t nhau, mấ ệ ệ ột bơm cao áp riêng được đặt trong thân máy để ạ t o ra áp su t liên t c, áp su t này chuy n tấ ụ ấ ể ới và được tích l i trong ạ Rail cung cấp tới các vòi phun và theo thứ ự t làm việc của các xylanh

Do đó không tồn t i sóng áp su t trong ng nhiên li u chung ạ ấ ố ệ rail Vì vậy mà dù ở

tốc độ thấp thì áp suất phun luôn ổn định nên tránh được hiện tượng phun rớt Do áp

suất phun không phụ thuộc vào tốc đ cũng như tải trọng nên t ờộ h i đi m phun, áp ểsuất phun và thời gian phun có thể ự l a chọn trong m t pham vi rộ ộng và được đi u ềkhiển chính xác

Với các yêu điểm nổi trội này hệ thống nhiên liệu Common rail ngày nay đã được s d ng không ch cho xe du lịch mà còn dùng cho động cơ xe tảử ụ ỉ i, động cơ cỡ

lớn (tàu hỏa, tàu thủy…)

1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common rail

1.2.1 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động:

Nhiên liệu từ thùng chứa được bơm chuyển nhiên liệu thấp áp 17 chuyển vào trong màng cung cấp và được bơm nhiên liệu kiểu con lăn 15 chuyển từ thùng chứa tới bơm bánh răng Mắc song song với bơm nhiên liệu 15 là van điện từ 16 có chức năng hoạt động tương tự như van an toàn Nếu áp suất bơm sau bơm 15 vượt quá giá trị cho phép thì nhiên liệu sẽ qua van trở về thùng chứa Sau khi qua bầu lọc,

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common Rail

1 Thùng nhiên liệu; 2 Van an toàn; 3 Vòi phun; 4 Bình tích áp; 5 Van điều chỉnh nhiên liệu áp suất cao; 6 Mạch điều khiển nhiên liệu áp suất cao; 7 Cảm biến áp suất nhiên liệu; 8 Bơm cao áp; 9 Van định lượng nhiên liệu; 10 Bơm bánh răng; 11 Lọc nhiên liệu; 12 Bộ phận làm mát bằng nước; 13 Cặp van lưỡng kim sấy nóng nhiên liệu bằng Bimetal; 14 Bộ làm mát nhiên liệu bằng không khí; 15 Bơm nhiên liệu kiểu con lăn; 16 Van tràn điều khiển điện từ; 17 Bơm nhiên liệu thấp áp

nhiên liệu được bơm bánh răng chuyển tới bơm cao áp và từ đây nhiên liệu được cung cấp cho bình tích áp với áp suất cao Nếu áp suất trong bình tích áp vượt quá

áp suất cho phép thì nhiên liệu sẽ theo đường dầu hồi trở về trước bơm bánh răng Nhiên liệu từ bình tích áp được cung cấp cho vòi phun đúng thời điểm, tất cả đều được tính toán một cách chính xác và được điều khiển bằng ECU thông qua các cảm biến để điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cũng như áp suất phù hợp cho từng chế độ làm việc của động cơ Lượng nhiên liệu thừa ở vòi phun sẽ theo đường dầu hồi trở về thùng nhiên liệu Trên đường dầu hồi về thùng được làm mát bằng thiết bị làm mát bằng nước Sau đó, đường dầu được chia thành hai đường Nếu nhiệt độ dầu còn cao dầu tiếp tục được làm mát bởi không khí trước khi trở về thùng, còn nếu nhiệt độ thích hợp dầu được đưa trở lại đường dầu trước bơm bánh răng

Quy luật phun được xác định bởi thời điểm phun và thời gian phun, các thông

số này được điều khiển điện tử

Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common rail:

- Áp suất phun không phụ thuộc vào tốc độ cũng như tải trọng nên việc thời điểm phun, áp suất phun và thời gian phun có thể lựa chọn trong một phạm vi rộng

- Lượng phát thải các chất độc hại như NOR x R, CO, P-M thấp, đáp ứng được các tiêu chuẩn toàn cầu về lượng phát thải

1.2.2 Cấu tạo

1.2.2.1 Bình tích áp

Bình tích áp có k t cế ấu đơn gi n, dạả ng hình ống ho c hình c u và có thặ ầ ể tích phù h p Bình có thợ ể chịu áp suất cao đ n 2000 bế ar Bình có nhi m vệ ụ tích trữnhiên li u v i áp suệ ớ ất cao đ ểsãn sàng cung c p cho vòi phun ấ

Hình 1.2 Bình tích áp

1.2.2.2 Bơm thấp áp

Hình 1.3. Bơm thấp ápBơm thấp áp có nhi m vệ ụ bơm chuyển nhiên li u tệ ừ thùng chứa, chuyển qua bộ lọc và cung cấp nhiên liệu thấp áp cho bơm cao áp

1.2.2.3 Bơm cao áp

Hình 1.4 Bơm cao áp đời CP1Bơm cao áp được d n đ ng t tr c cam bẫ ộ ừ ụ ằng dây đai răng, bơm cao áp làm nhiệm vụ cung cấp và nén nhiên li u vào trong thâệ n rail Áp suất cực đại có thể đạ t

350 bar, số vòng quay từ 75÷3000 v/ph

nhau 120 độ Bơm đươc dẫn đ ng b i cam lệch tâm có 3 đỉnh Ưu việ ủộ ở t c a bơm là trong m t vòng quay cộ ả 3 bơm piston đề u hoạt động và mỗi bơm piston u thực đềhiện 3 lần cấp nhiên liệu Như vậy lư ng nhiên li u cung c p là l n và nó sợ ệ ấ ớ ẽ làm

giảm tiêu hao công cho dẫn động bơm

Phát minh ra bơm cao áp là một trong nh ng phát minh quan tr ng, b i h ữ ọ ở ệ

thống nhiên liệ Common rail không thể làm việc được nếu thiếu bơm cao áp, kết u

hợp với điện, điện tử cho ta một hệ ống cung cấp nhiên liệu có điề th u khi n r t hi u ể ấ ệ

qu ả và như mong muốn

Dưới đây giới thi u m t chu trình hoệ ộ ạt động của bơm cao áp ứng v i 1 vòng ớquay của cam l ch tâm.ệ

Hình 1.5 Chu kỳ hoạt động của bơm cao áp

Hình 1.6 Sơ đồnguyên lý hoạt động của bơm cao áp

Nguyên lý hoạt động:

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cao áp được bi u di n trên hình 1 6 Cam ể ễ lệch tâm dẫn động piston lên xuống dạng sóng hình sin Bơm bánh răng chuyển nhiên li u vào mi ng khoang cệ ệ ủa bơm cao áp đồng thời đưa dầu đi bôi trơn và làm mát vòng tu n hoàn cầ ủa bơm cao áp thông qua lỗ ết lưu nhờ van điệ ti n từ Nếu áp suất do bơm bánh răng cung cấp vư t quá áp su t mợ ấ ở ủ c a van nạp từ 0,5 ÷1,5 bar thì van này sẽ mở, bơm bánh răng sẽ đẩy nhiên liệu đi qua van nạp và làm cho piston đi xuống cho đến khi vượt quá điểm chết dưới thì van nạp sẽ đóng làm cho

-áp suất không tăng nữa, nhiên liệu trong thân bơm bị nén l i do piston chuyạ ển động lên điểm chết trên và vượt xa áp xuất của bơm bánh răng Áp suất giờ đây tăng lên làm cho van cấp mở và làm cho áp su t hiấ ện có trong Rail tăng, bơm cung cấp nhiên liệu cho đến khi đến điểm chết trên

Khi nhiên li u vào trong ng qua van tiệ ố ết lưu một ph n sầ ẽ ua van định lượ q ng N290 còn m t ph n s qua bộ ầ ẽ ộ ph n hạậ n ch hành trình cế ủa piston để điều chỉnh độ

m cở ủa van cung cấp cho bơm Van định lượng nhiên li u N290 có nhi m v ệ ệ ụ điều chỉnh nhiên li u cung cệ ấp cho bơm cao áp ngoài ra để ả gi m b t kh ớ ả năng tiêu thụcông của bơm cao áp và tránh việc làm nóng nhiên liệu một cánh không cần thiết nhiên liệu được hồi trở ạ l i qua vòng làm mát tuần hoàn bởi van điệ ừn t N290

1.2.2.4 Cảm biến tốc độ động cơ

Hình 1 7 gi i thi u v trí l p c m bi n t- ớ ệ ị ắ ả ế ốc đ ộ động cơ, đây là loại c m bi n hoả ế ạt

động theo ki u c m ể ả ứng điện nó cho bi t t c đ ế ố ộ động cơ hiện t i Tín hi u t c đ ạ ệ ố ộđộng cơ được g i v ử ề ECU Đây là một thông s quan trố ọng để ự th c hiên hi u chệ ỉnh, điều khi n quá trình c p nhiên liể ấ ệu phù hợp, ngoài ra còn nhi u thông sề ố khác cũng

cần hiệu chỉnh theo tốc đ động cơ Đối với quá trình phun nhiên li u cộ ệ ủa hệ ố th ng Common rail, phun mồi chỉ được thực hiện ở ộ m t khoảng tốc đ nh t độ ấ ịnh Chính

vì vậy đây là một tín hiệu không thể thiếu khi điều khi n hoể ạt động của động cơ

Hình 1.7 V ị trí lắp cảm biến tố c đ ộ

1.2.2.5 Cảm biến áp suất rail

Hình 1.8 C ảm biến áp suất rail

1 Dây nối điện; 2 Vòng áp điện; 3 Màng ngăn;

4 Đường d u cao áp; 5 Ren vầ ặn để ố n i với rail Nguyên lý hoạt động c a c m biủ ả ến như sau:

Đây là loạ ải c m bi n hoế ạt động theo ki u áp đi n Khi áp su t t ể ệ ấ ừ đường cao áp

s ố 4 vào thay đổi làm độ lún của màng số 3 thay đổi dẫn đ n áp lựế c tác đ ng lên ộ

tấm số 2 thay đổi, làm điện áp lấy ra thay đổi Thông qua sự thay đổi điện áp này ta đánh giá được áp su t nhiên li u tấ ệ rên rail

Việc kiểm soát được áp suất nhiên liệu trên rail là một điều rất quan trọng, nó cho ta bi t áp su t trên ế ấ rail trong quá trình làm việc của động cơ để ừ đó có biệ t n pháp kh c phắ ục kịp th i khi có sờ ự thay đổi đột ngột như: Áp suất rail quá th p hoấ ặc quá cao, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình phun nhiên li u, dệ ẫn đến nh ng h u quữ ậ ả

x u ấ

1.2.2.6 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Hình 1.9 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu đư c đ t ở đường nhiên liệu hồi về ừ các vòi ợ ặ t phun Nhiệt độ nhiên liệ ảnh hưởng đến lượu ng nhiên li u phun vì khi nhiệ ệt độ nhiên liệu tăng thì cùng một áp su t phun, cùng thấ ời gian phun lượng nhiên liệu phun vào xylanh sẽ ả gi m, ảnh hưởng xấu đến quá trình cháy

1.2.2.7 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 1.10 Cảm bi n nhiế ệt độ nước làm mát

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát cho ta biết về nhiệt độ nước làm mát động cơ khi làm việc Đây là một thông s quan trố ọng v hoề ạt động của động cơ, nó còn là thông số để ta ti n hành các hi u ch nh khi làm thí nghi m chế ệ ỉ ệ ạ độy ng cơ

1.2.2.8 Van điều khiển áp suất nhiên liệu Rail

Hình 1.11 Van điều khi n áp suể ất Rail

Đây là sơ đồ điều ch nh áp su t nhiên li u: ỉ ấ ệ

Hình 1.12 Van điều ch nh áp su t nhiên liỉ ấ ệu

Van điều ch nh áp su t nhiên liỉ ấ ệu được đ t ởặ cu i ng rail ố ố và là van điện từ Nó được điều khi n t tín hi u xung từ ECU Tần sể ừ ệ ố ủ c a tín hi u luôn n m trong ệ ằkhoảng 1000Hz Độ ở van thay đổi phụ m thuộc độ rộng xung và tùy thu c vào áp ộ

suất đường ống tại mỗi đi m làm việc ECU nhận tín hi u áp suể ệ ất từ ả c m biến lắp trên đường ng rail ố và tính toán ra độ ộng xung Khi động cơ chưa làm việ r c, nhiên

liệu từ bơm cao áp được cấp vào ống rail và được nén lại Lực lò xo đóng van kim,

áp su t nhiên liấ ệu không đủ thắng l c lò xo và ti p tự ế ục tăng lên (gần 10 bar) Khi động cơ làm việc, áp su t nhiên liấ ệu tăng lên đến gi i h n, cuớ ạ ộn dây điệ ừn t sinh ra

t ừ trường hút van kim, van kim mở lúc này nhiên liệu hoặc hồi về bơm cao áp hoặc

hồi về thùng dầu Như vậy, áp suất nhiên liệu được giới hạn trước tùy theo áp suất rail thiết lập Mặt khác, do van kim đóng mở tiết lưu lượng dầu nên lưu lượng giảm kéo theo áp su t nhiên li u trong ấ ệ rail được dập tắt

1.2.2.9 Vòi phun

Cấu tạo vòi phun:

Hình 1.13 Cấ ạu t o vòi phun

1 Lò xo vòi phun; 2 Van định lượng; 3 Tiết lưu dầu h i v ; 4 Lõi c a van ồ ề ủ điện từ;

5 Đường d u h i vầ ồ ề; 6 Đầu nối điện của van điệ ừ; 7.Van điệ ừn t n t ; 8 Nhiên li u ệ

áp suất cao được cung cấp từ rail; 9 Van bi; 10 Tiết lưu cung cấp; 11 Van piston;

12 Đường d n nhiên li u; 13 Bu ng ch a; 14 Kim phunẫ ệ ồ ứ

Vòi phun được thiết kế để phun nhiên li u vào trong buệ ồng cháy động cơ Lượng nhiên li u phun vào thệ ời điểm phun được tính toán b i ECU và tín hi u đi u ở ệ ềkhiển được gửi tới cuộn dây điện từ trong vòi phun Thời điểm mở và đóng vòi phun được điều khi n b i cuể ở ộn dây điện từ Ban đầu là phun mồi sau đó là phun chính khi van trong vòi phun bị đóng đột ngột Việc phun sớm m t lư ng nhiên li u ộ ợ ệvào trong xylanh đã làm cho động cơ chạy êm hơn Phun mồi một lượng nhiên li u ệchính là giai đoạn chu n b ẩ ị cho quá trình đốt cháy trong động cơ Lượng nhiên li u ệphun chính được phun vào trong bu ng cháy ngay sau khi k t thúc quá trình phun ồ ế

mồi Trong giai đoạn này nhiên liệu sẽ cháy nhanh và kiệt

Hình 1.14 Các thông số ủ c a kim phun

vào trong xylanh dưới áp su t b ng v i áp su t trong rail Khi phun v i mấ ằ ớ ấ ở ớ ột lượng nhiên liệu ít thì van điệ ừn t ch m ỉ ởtrong một thời gian ng n kim phun không mắ ở ớ

v ị trí xa nhất mà chỉ nâng lên một khoảng nhỏ Khi không còn tín hiệu đ ện tác i

dụng, lực lò xo van điện từ tác động đóng van bi bịt kín đường xả ủa vòi phun Lúc cnày hiện tượng chênh áp giữa hai đầu van kim không còn dẫn đ n việế c lò xo kim phun tác động m t lộ ực làm kim phun đóng lạ ếi k t thúc quá trình phun nhiên li u vào ệtrong xylanh

Lượng nhiên liệu được phun vào trong xylanh được xác đ nh b i: ị ở

- Thời gian hoạt động của van điện từ

- Độ nâng cao của kim phun

- Tốc đ dòng chảy trong đườộ ng ống tới miệng vòi phun

- Áp suất trong ống rail

1.3 Tình h nh ứng ụng hệ ống nhiên liệu này tại Việt Nam v Trên thế giớiì d th à

1.3.1 Trên thế gới

Vào năm 1991, chỉ ớ m i 15% các lo i xe mạ ới đăng ký trong phía tây Âu là xe diesel Hi n nay con sệ ố đã lên đến g n 40% Sự gia tăng nhanh chóng này là do giá ầcác loại xe r ẻ hơn và tiêu thụ nhiên li u thệ ấp hơn Ngày nay xe Diesel là loại xe thông d ng trên thụ ế giới Chúng được trang bị ạ ộng cơ hiệ lo i đ n đại, công su t cao ấcùng v i hớ ệ ố th ng phun nhiên liệu hiệu quả Điều đó giúp chúng càng trở nên thân thiện với môi trường Từ khi Bosch bán hệ ố th ng Common rail trên th ị trường năm

1997, nhi u nhà máy s n xu t ôtô lề ả ấ ớn đã tiếp nhận hệ ố th ng phun nhiên li u cao ệ áp

vô cùng hi u quệ ả này Tính đến thời điểm này, số lượng mà hãng Bosh đã phân

phối hệ ống phun nhiên liệ Common rail trên thị trường lên đến 10 triệu chiếc th u Đây là bằng ch ng kh ng đ nh rứ ẳ ị ằng động cơ Diesel sử ụ d ng h th ng nhiên liệu ệ ố

Common rail là một loại động cơ hiệu quả, và ngày càng đượ ức ng d ng r ng rãi ụ ộtrên thế ớ gi i Với yêu cầu ngày càng gắt gao về ấ v n đ ề môi trường, lượng nhiên liệu ngày c ng thiếu, hệ ống nhiên lià th ệu Common rail áp đ ứng t t vố ấn đề này

Bảng 1 : Các m.1 ốc thời gian phát tri n c a h th ng nhiên li u ể ủ ệ ố ệ Common rail

1997 H thệ ống CR đầu tiên trên thế giới

cho ôtô khách

Mercedes-Benz

2001 Th h th ế ệ ứ 2 của CR ra đời cho xe

khách tạo cho động cơ tiết kiệm

hơn, sạch hơn, êm dịu hơn và mạnh

cho xe ô tô (L i thợ ế: Giảm t i 20% ớ

khí th i phát ra ,ả tăng 5% công suất

và gi m 3% suả ất tiêu hao nhiên

liệu, giảm tới 3 dB(A) tiếng n) ồ

1.3.2 Tại Việt Nam

Cùng v i s phát triớ ự ển của thế ớ gi i, ở Việt Nam hệ ố th ng nhiên liệu Common rail cũng đã bắt đầu du nhập vào Việt Nam, được sử ụng nh ều trên xe du lịch, xe d ikhách, t u thủy, xe tải Nhu cầu đi lại và à vận tải trong nước ng y một tăng k o theo à é

một loạt vấn đề ần phải quan tâm đ c ó là vấn đề ô nhiễm môi trường, lượng nhiên

liệu h a thạch ng y c ng khan hiếó à à m, giá xăng dầu ng y một tăng v không được ổn à à định Trong khi đó h th ng nhiên li u Common rail ra đời đã hơn 15 năm đệ ố ệ áp ng ứđược nhi u yêu c u v khí th i và ti t ki m nhiên li u, b i v y mà ề ầ ề ả ế ệ ệ ở ậ động cơ sử ụ d ng

h thệ ống nhên liệ Common rail đang c su hướu ó ng ph t triá ển r t m nh th ấ ạ ở ị trường

Việt Nam, nhiều h ng xe lớn như TOYOTA, FORD, HONDA, MERCEDESã BENZ, TRANSIT…đã trang bị ạ ộng cơ c lo i đ ó s d ng h th ng nhiên li u này và ử ụ ệ ố ệ

-đã tung ra thị trường

Một số hãng ô tô trong nước cũng đang bắt đầu đưa hệ ống nhiên liệu n y v o th à à

Đức cũng trang b h th ng nhiên li u này Tuy h th ng nhiên li u n y giị ệ ố ệ ệ ố ệ à á thành có

đắt xong lại đáp ứng được nhi u yêu c u c p thiề ầ ấ ết như tình h nh hi n nay và trong ì ệ

một tương lai gần với một thị trường năng động v đang ph t triển mạnh như Việt à áNam thì h thệ ống nhiên li u n y sệ à ẽ phát tri n r t m nh v nhanh ch ng thay thể ấ ạ à ó ế các

h thệ ống nhiên liệu dầu diesel kiểu cũ

CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH PHUN VÀ ĐIỀU 2

KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU COMMON RAIL

2.1 Lý thuyết quá trình cháy trong động cơ diesel

2.1.1 Quá trình cháy trong động cơ diesel

Quá trình cháy là quá trình ô xy hoá nhiên li u, gi- ệ ải phóng hoá năng thành nhiệt năng

Yêu cầu đối với quá trình cháy là nhiên liệu cháy đúng lúc, cháy kiệt để đạt tính

hiệu quả và tính kinh tế cao, đồng thời tốc đ tăng áp suấộ t

ϕ

∆

∆pkhông quá lớn để

động cơ làm việc ít rung gi t và h n ch t i trậ ạ ế ả ọng động tác d ng lên các chi ti t c a ụ ế ủ

cơ cấu tr c khu u- thanh truy n Ngoài ra, các thành phụ ỷ ề ần độc hại trong khí th i ả

phải nằm trong giới hạn cho phép theo qui định về ảo vệ môi trườ b ng

Một số thông số đặc trưng của quá trình cháy là:

- Tốc đ cháy w: biểu thị ộ lượng hỗn hợp tham gia phả ứng trong một đơn vị n

thời gian (kg/s hay kmol/s) Tốc đ cháy w quyộ ết định tốc đ to nhi t ộ ả ệ

ϕd

3

P)

- Tốc đ lan tràn màng lửa u (m/s): quyết định thời gian cháy hỗn hợộ p

Trên hình 2.1 thể ệ hi n áp su t và nhiấ ệt độ trong xy lanh Ngoài ra còn thể ệ hi n qui luật phun thông qua đại lượng σ là tỷ ệ (%) lượ l ng nhiên liệu đã phun so với lượng nhiên li u chu trình gệ R ct R, qui lu t cháy x (%) và tậ ốc đ to nhiộ ả ệt dx/dϕ Động

cơ diesel là động cơ có quá trình hình thành hỗn h p bên trong xy lanh Từ đặợ c điểm này có th ể chia quá trình cháy thành 4 giai đoạn

Giai đoạn I: cháy tr , ễ tính từ khi vòi phun phun nhiên liệu tại điểm 1 đến khi đường cháy tách khỏi đường nén 2 Trong giai đoạn này x y ra các quá trình tả ạo thành h n h p và chu n bỗ ợ ẩ ị cháy như xé nhỏ nhiên liệu, bay hơi và hoà trộn nhiên

liệu, phả ứng sơ bộ hình thành những trung tâm tự cháy đầu tiên và bướn c đ u phát ầtriển những trung tâm này

Các thông số đặc trưng của giai đoạn cháy tr à th i gian cháy trễ l ờ ễ τR i R (s) hay góc cháy trễ ϕR i R (P o

PTK), phụ thuộc trước hết vào thành ph n và tính ch t c a nhiên ầ ấ ủ

liệu như số xe-tan Xe, độ nhớt… Ngoài ra, thời gian cháy trễ còn chị ảnh hưởu ng

của các yếu tố khác như nhiệt độ và áp suất trong xy lanh tại t ời điểm phun, độhphun tơi, mức đ chuyộ ển động r i c a môi ch t… ố ủ ấ

Giai đoạn II: cháy nhanh, diễn ra từ điểm 2 đến điểm 3 Phần hỗn hợp đã được chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ ốc cháy rất nhanh làm cho áp su t và nhi b ấ ệt đ ộtrong xy lanh tăng vọt T c đ to nhi t r t l n trong khi th ố ộ ả ệ ấ ớ ể tích xy lanh thay đổi ít nên giai đoạn cháy nhanh g n v i quá trình c p nhiầ ớ ấ ệt đẳng tích

Thông số đặc trưng của giai đoạn cháy nhanh là tốc đ ộ tăng áp suất

Giai đoạn III: cháy chính, diễn ra từ điểm 3 đến điểm 4 Hỗn hợp vừa chuẩn bị

vừa cháy nên quá trình cháy diễn ra từ ừ ới tố t v c đ cháy giảm dần Vì vậy quá ộtrình cháy diễn ra êm dịu hơn Có thể coi giai đoạn cháy chính gần với quá trình cấp

Hình 2.1 Quá trình cháy trong động cơ diesel

dx/dϕ0

ϕ

σ, x=100%

55'

4'3'

2'1'

43

21ĐCT

nhiệt đẳng áp và toàn bộ quá trình cháy trong động cơ diesel gần v i chu trình c p ớ ấnhiệt hỗn hợp Tốc đ cháy được quyết định bởi tốộ c đ hoà trộn giữa nhiên liệu và ộkhông khí hay tốc đ chuộ ẩn bị ỗ h n h p M t khác, tợ ặ ốc đ ộcháy gi m còn do nả ồng độ ô-xy giảm dần Do đó, tuy động cơ làm việc êm nhưng hiệu quả biến đổi nhiệt thành công gi m (tính kinh tả ế giảm) và tăng khả năng cháy rớ ở giai đoạt n sau Trong thực tế khoảng 40 ÷ 50% lượng nhiên liệu chu trình cháy trong giai đoạn III

Giai đoạn IV: cháy r t, ớ cũng như ở động cơ xăng trong giai đoạn cháy rớt sẽcháy n t nh ng ph n h n h p còn l i (l p sát vách hay khe kố ữ ầ ỗ ợ ạ ớ ở ẽ ủ c a bu ng cháy…) ồ

Hiệu quả sinh công thấp, nhiệt sinh ra chủ ế làm nóng các chi tiết Giai đoạn cháy y u

rớt được coi là kết thúc (hay toàn bộ quá trình cháy kết thúc) khi cháy hết 95÷97% lượng nhiên liệu chu trình Để ạ h n ch cháy rớế t có th áp d ng các biện pháp như ể ụchọn góc phun s m ớ ϕR s R, cường độ ậ v n đ ng r i c a môi ch t thích h p… ộ ố ủ ấ ợ

Góc phun sớm ϕR s R lớn quá thì điều kiện cho quá trình chuẩn bị không thuận lợi

do nhiệt độ và áp suất tại thời điểm phun nhiên li u còn nhệ ỏ Do đó thời gian cháy

tr ễτR i R dài, lượng h n h p chu n b nhi u nên ỗ ợ ẩ ị ề

ϕ

∆p lớn, động cơ làm việc không êm

Ngoài ra, ϕR s R lớn làm tăng công nén làm giảm hi u qu ệ ảsinh công và máy nóng.Góc phun sớm ϕR s R nhỏ quá làm cho quá trình cháy kéo dài trên đường giãn nở cũng dẫ ớn t i gi m tính kinh t và tính hi u qu củả ế ệ ả a động cơ

Vì v y, lậ ựa chọn góc phun s m tớ ối ưu là một trong những nhi m vệ ụ đầu tiên

của người thiết kế Góc phun sớ mϕR s R tối ưu phụ thu c vào chế độộ làm vi c (t c đ ệ ố ộ

vòng quay, tải trọng…) tỷ ố s nén, kết cấu buồng cháy… và thường được lựa chọn

bằng thực nghiệm

d Chất lượng và qui lu t phun nhiên liậ ệu

Nếu nhiên liệu phun tơi (ví ụ do áp suất phun lớn, xoáy lốc của không khí d trong quá trình nén đủ ạ m nh) tạo điều ki n thu n l i cho quá trình chu n b h n h p ệ ậ ợ ẩ ị ỗ ợthì th i gian cháy trờ ễ τR i R và tốc đ ộ tăng áp suất

ϕ

∆p nhỏ ộng cơ làm việ, đ c êm

Nếu rút ngắn thời gian phun tức là tăng cường độ phun (bằng cách thay đổi

dạng cam của bơm cao áp đ i với hệ ống nhiên liệu thông thường hay thay đổi qui ố th

luật điều khiển phun nhiên liệu trong hệ ống nhiên liệu điện tử) sẽ làm cho lượ th ng nhiên li u chu n bệ ẩ ị trong giai đoạn cháy trễ tăng lên dẫn tới tăng

e Xoáy l c không khí trong bu ng cháyố ồ

Xoáy lốc làm tăng k ả năng hoà trộh n nhiên li u v i không khí, gi m th i gian ệ ớ ả ờcháy trễ τR i R và giảm cháy r t Tóm l i, xoáy l c là mộớ ạ ố t bi n pháp r t hi u qu nh m ệ ấ ệ ả ằhoàn thi n quá trình cháy Tuy nhiên, xoáy lệ ốc với cường độ quá l n sớ ẽ ố t n nhiều năng lượng, làm tăng tổn th t cơ giớấ i và có th d n t i gi m tính kinh t và tính hi u ể ẫ ớ ả ế ệ

qu cả ủa động cơ

f T i tr ng và hả ọ ệ ố dư lượ s ng không khí λ

Hỗn hợp nhiên liệu không khí trong động cơ diesel có giới h n cháy r t r ng ạ ấ ộtrong kho ng 1,2 10 (xem mả ÷ ục đặc tính điều chỉnh λ, chương VIII Đặc tính động cơ) Vì vậy người ta dùng phương pháp điều ch nh ch t tỉ ấ ức là điều ch nh chính ỉ λthông qua điều chỉnh lượng nhiên li u chu trình gệ R ct R để điều chỉnh tải

Khi gi m t i, gả ả R ct R gi m, ả λ tăng, thời gian phun giảm do đó quá trình cháy cũng được rút ng n Vì v y ph i gi m góc phun s m ắ ậ ả ả ớ ϕR s R Đây chính là nguyên tắc điều chỉnh góc phun s m theo t i trọng đố ớ ộng cơ diesel ớ ả i v i đ

g Tố c đ ộvòng quay n

Khi tăng tốc đ vòng quay, th i gian c a quá trình cháy (tính theo s) b rút ng n ộ ờ ủ ị ắ(ảnh hưởng xấu) nhưng cườ g độ xoáy lốc tăng và nhiên liệu phun tơi hơn (ản nh hưởng tốt đến quá trình cháy) T ng h p lổ ợ ại, góc dành cho hai giai đoạn cháy ch ủ

y u ế ϕR 2-4 R thay đổi ít nhưng góc cháy trễ ϕR i R tăng lên, do đó phải tăng góc phun sớm

ϕR s R Đây chính là nguyên tắc đi u ch nh góc phun s m theo tề ỉ ớ ốc đ ộvòng quay trong động cơ diesel

2.2 Quá trình phun và điều khiển phun nhiên liệu của hệ thống nhiên liệu

Common rail

2.2.1 Quá trình phun nhiên liệu

Hình 2.2 Đồ ị ể ệ th th hi n áp su t phun khi có phun mấ ồi

Qúa trình phun nhiên liệu của hệ ống nhiên liệu Comon th Rail được điều khiển phun bằng điện tử nên có th t chể ổ ức phun thành ba giai đoạn, bao g m: Phun mồ ồi, phun chính và phun sau

Phun m i t o ra nhồ ạ ững ph n tầ ử hoạt tính là các trung tâm cháy sau này Sau đó, quá trình hình thành và tích tụ các ph n tửầ hoạt tính tiếp tục xảy ra một cách tự nhiên thông qua các phả ứn ng dây chuy n phân nhánh Phun mề ồi trước khi phun chính làm gi m tả ốc đ ộ tăng áp suất khi cháy do h n chạ ế lượng nhiên li u tham gia ệchẩn b ị trong giai đoạn cháy tr nên ễ động cơ làm việc êm hơn, tiếng gõ đặc thù c a ủđộng cơ diesel giảm

Phun chính có lượng phun nhiều hơn, quá trình cháy của động cơ chỉ th c s ự ự

diễn ra sau khi quá trình phun chính được thực hiện Công suất đầu ra của động cơ

xuất phát từ giai đoạn phun chính tiếp theo giai đoạn phun sơ khởi Điều này có

nghĩa là giai đoạn phun chính giúp tăng lực kéo của động cơ Áp suất phun v n giữ ẫkhông đổi trong su t quá trình phun ố

Phun sau có tác d ng gia nhi t trong quá trình giãn nụ ệ ở để tăng cườ ng phản ứng oxy hóa các chất độc hại trong khí thải như CO, CmHn và muội than Phun sau không có tác d ng sinh công lụ ớn mà chủ ế y u đ tể ận d ng nhiụ ệt trên đường dãn n ở

Cũng như chương trình tính toán lượng nhiên liệu phun vào động cơ việc tính toán xác định thời điểm c a đủ ộng cơ quy về tính góc phun s m theo góc quay c a ớ ủtrục khuỷu so với điểm chết trên Sau khi tính toán và hiệu chỉnh băng thử, góc phun tối ưu sẽ được nạp vào ROM của ECU thiết kế Dựa trên số liệu về ố s vòng quay của động cơ, lưu lượng khí n p Qạ k hoặc đ chênh lệch áp xuất trên đường nạp ộ

và các thông số làm việc khác như: Nhiệt đ động cơ, nhiệộ t đ khí n p, b s lý ộ ạ ộ ửtrong ECU s tính toán theẽ o chương trình được nạp vào để đưa ra góc phun sớm tối

ưu Góc phun sớm s ẽ thay đổi theo yêu c u phù h p v i quá trình hoầ ợ ớ ạt động thay

đổ ủi c a động cơ, ở các ch làm vi c chuy n tiế độ ệ ể ếp động cơ phải làm vi c êm d u, ệ ị

đạt công xu t yêu c u và ph i h n ch thành ph n khí xấ ầ ả ạ ế ầ ả độ c hại

+) Tính góc phun s m cớ ủa đ ng cơ ộ

Góc phun sớm cơ bản xác định th c t ự ế trên băng thử theo hai thông s là m c ố ứ

tải và số vòng quay của động cơ

Trên thực tế hoạt động của động cơ, đểquá trình điều chỉnh lý tưởng theo các chế độ ho t ng c a đạ độ ủ ộng cơ, góc phun sớm cơ b n l i đư c chỉả ạ ợ nh ti p đ phù h p ế ể ợvới góc phun sớm thực tế Góc phun sớm thực t ế được hi u ch nh theo nhi t đ ệ ỉ ệ ộđộng cơ, nhiệt độ khí n p và áp xu t khí nạp Trong quá trình động cơ hoạ ộạ ấ t đ ng, góc phun sớm luôn được tính toán và tự động điều ch nh sao cho phù h p t c thỉ ợ ứ ời

với các chế độ làm việc củ a động cơ, không để hiện tượng phun quá sớm làm giảm công xu t cấ ủa động cơ, gây ra tiếng gõ máy và động cơ làm việc không ổn định Cũng không nên điều ch nh phun s m quá trễ vì quá trình cháy s lui vỉ ớ ẽ ề sau điểm

chết trên, nhiên li u có th không cháy h t mà cháy rệ ể ế ớt trên đường xả Trong trường hợp này động cơ nóng, làm cho nhiệ ột đ truyền qua nước làm mát tăng lên và giảm công xu t cấ ủa động cơ Thời điểm phun sớm được đặc trưng bởi góc phun s m và ớđược tính theo góc quay c a tr c khu u c a ủ ụ ỷ ủ động cơ kể ừ t khi có tia nhiên liệu được phun ra t vòi phun cho từ ới khi piston lên đến điểm ch t trên Thế ời điểm phun sớm

có ảnh hưởng trực tiếp đ n công xuất và lượng tiêu thế ụ ủ c a động cơ Theophân tích thì ta có, công xu t cấ ực đại và m c tiêu hao nhiên li u nhứ ệ ỏ nhất ch có thỉ ể nhận thấy

ở ộ m t góc phun s m h p lý nhớ ợ ất (đố ớ ừi v i t ng loại động cơ) Nó được xác đ nh theo ị

thời gian hỗn hợp cháy hết và tốc đ cháy hỗn hợp, thời gian cháy hỗn hợp phụộthuộc vào số vòng quay trục khu u, còn tỷ ốc đ ộ cháy được xác định nh vào thành ờ

phần hỗn hợp và tỷ ố nén của từng loại động cơ Khi giả s m góc phun s m ớ ϕs, quá trình cháy lùi v sau, nhiề ệt độ ự c c đại c a quá trình cháy giủ ảm nhưng nhiệ độ tăng t Ngoài ra do nhiệt độ ủ c a khí th i cao nên thả ời gian hâm nóng máy gi m Tuy nhiên, ả

do cháy quá mu n nên hiộ ệu quả sinh công thấp làm gi m tính kinh tả ế của động cơ, tức là làm tăng ge Chỉ dùng biện pháp giảm ϕs giđể ảm độc hại ở ải trọng nhỏ t

ho c ặ ở chế độ kéo vì khi đó thành phần C mHn lớn Việc phun nhiên liệu của hệ

thống nhiên liệ Common rail đượu c đi u khiển thông qua ECU và được chia nhiên ềliệu ra thành ba giai đoạn phun khác nhau, phun mồi, phun chính và phun sau Việc chia lượng phun thành nhi u phề ần và được phun nhiều điểm nhằm đạt được quá trình cung c p nhiên li u tấ ệ ối ưu để có được công xu t t t nh t, gi m tiấ ố ấ ả ếng ồn và

giảm nồng độ độc hại của khí thải

Qúa trình điều khiển góc phun sớm sẽ tuân theo các quy tắc sau:

Ở ch ế độ không t i thả ời điểm phun sớm được ưu tiên cho các yêu cầu giảm

mức đ độc hại trong thành phần khí xả ủa động cơ, tối ưu hóa quá trình chạộ c y v i ớ

s ố vòng quay không tải nhỏ nhất và tiêu hao nhiên liệu nhỏ nh t ấ Ở chế độ ải trọ t ng

b phộ ận động cơ làm việc ổn định ưu tiên giảm mức đ phát thải thành ph n khí xộ ầ ả

độc hại Khi động cơ toàn tải, góc phun sớm lúc này ưu tiên cho quá trình tạo công

xuất lớn

Động cơ AVL 5402 có sử ụ d ng quá trình phun nhiên liệu thành ba l n, l n th ầ ầ ứ

nhất là phun mồi, lần thứ hai là phun chính và l n thầ ứ ba là phun sau Ưu điểm c a ủcách phun này là quá trình cháy di n ra êm và ễ ổn định, khở ội đ ng chắc chắn và đốt cháy được h n h p nghèo ỗ ợ

+) Phun mồi

Việc tính toán phun mồi được thực hiện thành 4 phần sử lý sau:

- Tính toán lượng nhiên liệu cần thiết để phun mồi:

Tính toán lượng nhiên li u cho quá trình phun mệ ồi được thực hi n d a trên ệ ựđiểm làm vi c c a đệ ủ ộng cơ gồm: T c đ ố ộ động cơ, mômen và s d ng biử ụ ểu đồ có s n ẵ

của động cơ Những giá tr ịcơ sở này được hiệu chỉnh chính xác d a trên nhiự ệ ột đ nước làm mát, nhi t đ không khí, áp xu t khí quyệ ộ ấ ển Ta có lượng nhiên li u phun ệ

mồi hiệu chỉ Sau đó ta xác định lượng nhiên liệu phun m i ginh ồ ới hạn bởi đi m ểlàm vi c, giá trệ ị này lấy từ ểu đồ có sẵn giới hạn phun mồi lớn nhất Chọn giá trị bi

nh nhỏ ất trong hai giá trị trên (lượng phun ồi hiệu chỉnh và lượng phun mồi giớ m i

hạn) Ta chọn lư ng phun mồi sau tính toán Qua đồ ị ớ ầợ th v i đ u vào là áp xuất rail

ta xác định được lượng phun m i nh nh t Ch n giá tr lớồ ỏ ấ ọ ị n nh t trong hai giá trị ấphun mồi sau tính toán (theo lượng) và lượng phun m i nhồ ỏ nhất (theo áp xuất rail)

ta được lượng phun m i yêu c u ồ ầ

- Tính toán cho thời đi m phun mồể i

Thời điểm bắt đầu phun mồi có liên quan rất mật thiết với thời điểm phun chính

và được tính toán dựa vào trên điểm làm vi c c a đệ ủ ộng cơ Hiệu ch nh thỉ ời điểm phun d a vào nhiự ệt độ nước làm mát, nhiệt độ không khí n p và áp xuạ ất môi trường

Kết quả thu được bị giới hạn trong miền sử ụng max min, phụ d - thuộc vào tốc độđộng cơ, điện áp c quy và th i gian phun Thắ ờ ời điểm phun m i l y mồ ấ ốc là điểm chết trên, và được tính toán d a trên thự ời điểm phun chính Ngoài ra phun mồi phải

đủ ớm để đả s m b o th i gian cho phun chính Thả ờ ời điểm phun m i s b gi i h n ồ ẽ ị ớ ạ

trong thời gian lớn nhất có thể

- Tính toán thời gian cho quá trình phun mồi

Thời gian phun của quá trình phun mồi được tính toán dựa trên giá trị áp xuất Rail, nhiên liệu hiện thời và sự hiệu chỉnh bổ sung của nhiệt độ nhiên liệu Qúa trình phun m i chồ ỉ được th c hi n n u th i gian phun lự ệ ế ờ ớn hơn ngưỡng th i gian mờ ở vòi phun

- Điều chỉnh phun mồi

Lượng phun m i bao gồ ồm lượng phun m i cơ s ồ ở và lượng nhiên li u phun mệ ồi

dụng lệnh này để thay đổi lượng phun mồi

+) Phun chính

Qúa trình cháy của đ ng cơ ch thộ ỉ ực sự diễn ra sau khi quá trình phun chính được th c hi n ự ệ Qúa trình phun chính được chia làm 3 phần tính toán: tính toán thời điểm phun, tính toán lượng nhiên li u phun, tính toán thệ ời gian phun, kiểm tra đểquyết định phun hay không phun (trường hợp có lỗi từ các cảm biến)

- Tính toán thờ điểm phuni

Tính toán thời điểm phun chính thực chất là xác định th i điờ ểm phun theo điểm

chết trên S bự ắt đầu c a quá trình phun ph thuủ ụ ộc vào điểm làm vi c của động cơ ệECU th c hiự ện tính lượng nhiên liệu phun chính theo hai trường hợp, trường h p có ợphun mồi và trường hợp không có phun mồi Nếu có thực hiện phun mồi thì lượng nhiên liệu phun chính cơ sở được tính theo bảng map Sau đó giá t ị cơ sơ này đượr c

hiệu chỉnh theo góc phun, hiệu chỉnh theo độ chênh lệch áp xuất thiết lập, hiệu chỉnh theo bu ng cháy, thêm vào đó là sự hiệu chỉnh phụ thuồ ộc vào động cơ, nhiệt

độ và áp xu t không khí Tiấ ếp đó, quá trình phun bị gi i hạớ n bởi một điểm giữa điểm v n hành ph thu c vào phun s m nhậ ụ ộ ớ ất và điểm v n hành ph thu c phun ậ ụ ộ

phun mu n quá ộ ảnh hưởng đến quá trình cháy sau Do đó, hoàn thiện quá trình phun

để đạ t công su t và hi u su t tấ ệ ấ ối đa

- Tính toán lượng nhiên liệu phun

Để th c hiự ện tính toán lượng nhiên li u phun chính, nh t thi t ph i biệ ấ ế ả ết được phun mồi có được th c hiự ện hay không Qúa trình tính toán lượng phun nhiên liệu chính như sau: đầu tiên lượng phun nhiên liệu chính t i thiố ểu được xác định theo áp

su t railấ Nếu quá trình phun mồi được thực hiện, lượng phun sẽ ấy trên đồ ị l th 1Nếu không phun mồi thì lượng phun sẽ ấ l y trên đ th 2 Lưồ ị ợng phun chính không chỉ ph thu c vào áp su t rail mà phụ ộ ấ ải đảm b o mômen yêu cả ầu, do đó lượng phun chính cơ sở ần đượ c c so sánh v i lư ng nhiên liớ ợ ệu để ấ l y giá tr lị ớn hơn

- Tính toán thời gan phun

Thời gian phun nhiên liệu của quá trình phun chính được tính đến lượng phun chính đã được điều ch nh và áp su t Rail nhiên li u hi n t i Th i gian phun ỉ ấ ệ ệ hờ ờthường s d ng phép n i suy, phử ụ ộ ụ thuộc vào quá trình phun mồi đã hoạt động Nếu không phun m i thì map 1 ồ được sử ụng để d tính th i gian phun cho quá trình phun ờchính Nếu đã phun mồi thì map 2 được sử ụng để d tính th i gian phun cho quờ á trình phun chính Qúa trình phun chính chỉ được thực hiện nếu tất cả các điều ki n ệđược th a mãn ỏ

CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3

3.1.1. Cấu tạo băng thử

BµN §IÒU KHIÓN K57

IN

OUT

IN OUT

TÝN HIÖU ALPHA

TÝN HIÖU TèC §é

TÝN HIÖU M¤MEN

C¶M BIÕN

NHIÖT §é

C¶M BIÕN

¸P SUÊT NHIÖT §é

CABIN C¤NG SUÊT §IÒU KHIÓN DYNO HéP KÕT NèI

OPACIMETER

FUEL BALANCE

ECU

THA 100

§IÒU KHIÓN ALPHA

THIÕT BÞ §IÒU HOµ NHIÖT §é N¦íC LµM M¸T Vµ DÇU B¤I TR¥N D577

DYNO - AMK

§éNG C¥ 1 XYLANH

Hình 3.1 Sơ đồ băng thử động cơ 1 xylanh SCTB

Băng thử độ ng cơ m t xylanh là m t c m các hệ ốộ ộ ụ th ng riêng bi t k t h p l i ệ ế ợ ạ

với nhau tạo thành một hệ thống thử nghiệm và nghiên cứu về động cơ đốt trong

như: Băng thử điện Dyno-AMK, động cơ nghiên cứu 1 xylanh 5402, h th ng làm ệ ốmát dầu bôi trơn và nước làm mát AVL577, thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu Fuel Balance 733s, thi t bế ị điều khiển tay ga THA100, hệ ống điề th u khi n và giám sát ểbăng thử PUMA, h thệ ống điều khi n ECU cung c p nhiên liể ấ ệu cho động cơ INCA, thiết bị đo diễn biến áp su t trong xylanh INDICATING, thi t bấ ế ị xác định nồng đ ộkhí th i CEB II, thi t bả - ế ị xác định độ mờ khói Opacimeter 439, Smoke meter, và m t ộ

s thiố ết bị ph tr khác ụ ợ

Băng thử động cơ một xylanh Dyno AMK là - cụm phanh điện có chức năng như máy phát điện, trong đó từ trường tương hỗ ữ gi a Roto và Stato t o ra mô men ạcản với Roto và cân b ng v i mô men dằ ớ ẫn động từ Roto (Roto của cụm phanh được

nối với trục dẫn động từ động cơ) Cường độ ừ trường tương hỗ ữa Roto và Stato t giđược điều chỉnh để tăng hoặc gi m mô men c n trên trả ả ục dẫn động từ động cơ K ảh năng thay đổi mô men phanh thích h p cho viợ ệc điều ki n t ng các ch th ể ự độ ở ế độ ử

của động cơ Cụm phanh có chức năng là làm việc ở chế độ máy phát (phanh đối

với động cơ) và chế độ động cơ (kéo động cơ quay) Khi băng thử làm vi c ch ệ ở ế

độ máy phát thì điện năng sinh ra sẽ qua b bi n tộ ế ần để đưa ra và hòa vào lưới đi n ệBăng thử có th th nghiể ử ệm động cơ có mô men lớn nh t là 105 Nm, công su t l n ấ ấ ớ

nhất là 45 kW và tốc độ của băng thay đổi từ 0 đến 8000 vòng/phút

3.1.2. Động cơ thử nghiệm Động cơ 1 xy lanh 5402 -

Động cơ 5402 là động cơ một xylanh sử dụng 4 xupap (2 nạp, 2 thải), sử dụng buồng cháy thống nhất dạng ω tận dụng xoáy lốc hình thành hỗn hợp thể tích màng

kế để tia phun tiếp tuyến với thành buồng cháy Quá trình điều khiển hệ thống cung

như thay đổi áp suất phun, góc phun sớm, thời gian phun,

Động cơ được trang bị cho băng thử với mục đích chủ yếu của động cơ là nghiên cứu quá trình cháy, nghiên cứu các loại nhiên liệu thay thế, nghiên cứu diễn biến áp suất trong xylanh, nghiên cứu tối ưu góc phun sớm, số lần phun thông qua các hệ thống Inca, Indicating