Tối ưu áp suất phun và thời điểm phun ủa hệ thống nhiên liệu ommon rail sử dụng trên động ơ avl 5402

Kết cấu đường nạp có thể tối ưu hoá để nạp đầy tối đa cho động cơ ở mọi chế độ hoạt động.- Ở hệ thống phun xăng hiện đại, ECU còn điểu khiển đồng thời cả hệ thống phun xăng và đánh lửa đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

HOÀNG QUANG TUỆ

CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội Năm 2014 -

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

HOÀNG QUANG TUỆ

CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

Hà Nội Năm 2014 -

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đ ề tà i nghiên cứu của tôi Các thông tin, số liệu trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng, cụ thể Kết quả nghiên cứu trong luận văn là đúng đắn, trung thực và chưa từng có ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

Hà Nội, ngày 25 tháng 3 năm 2014

Học viên thực hiện

Hoàng Quang Tuệ

LỜI CẢM ƠN

hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo ộ môn động cơ đố B t trong, Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Vi n ệ Cơ khí Động lự Viện Đào tạo au đại c, shọc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đ ạo điề ã t u ki n thu n l i và giúệ ậ ợ p đỡ em trong th i gian làm luờ ận văn

Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo phản biện v trong Hội đồà ng chấm luận văn đ đọã c, có nh ng ý kiữ ến quý báu để em ho n th nh luận văn một à àcách t t nh t và có ố ấ những định hướng trong tương lai

Em xin cảm ơn ban gi m hiệu Trường Đại học ư phạm ỹ thuật Hưng Yêná s k ,

Trường Cao đẳng nghề LICOGI cùng toàn thể các bạn đồng nghiệp và gia đình đã tạo điều kiện và giúp đỡ em hoàn thành bản luận văn này

Hà Nội, ngày 2 tháng 03 năm 2014.5

Học viên thực hiện

Hoàng Quang Tuệ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH M C CÁC KÝ HI Ụ Ệ U V À CH VI T T T Ữ Ế Ắ vi

DANH M C B NG Ụ Ả vi

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

M Ở ĐẦ U 1

Chương 1 TỔ NG QUAN V V Ề ẤN ĐỀ NGHIÊN C U 4 Ứ 1.1 Xu hướng phát tri n h thể ệ ống điều khiển điệ ửn t trên h th ng nhiên liệ ố ệu động cơ đốt trong 4

1.1.1 Quá trình hình thành và phát triể ủa hệ ống nhiên liêu điều khiển c th n 4

1.1.2 Các hệ ố th ng nhiên liệu điều khiển điện tử 5

1.1.3 H ng nhiên li u Common rail 17 ệthố ệ 1.2 Xu hướng s d ng h th ng nhiên li u Common railử ụ ệ ố ệ 26

1.2.1 Trên thế giới 26

1.2.2 Tại Việt Nam 27

1.3 Các tham s u khi n trong h th ng nhiên li u Common railố điề ể ệ ố ệ 28

1.3.1 Mức độ ảnh hưởng của các tham s trong h th ng nhiên li u diesel 28 ố ệ ố ệ 1.3.2 Đặc điểm c a h th ng nhiên li u Common rail 29 ủ ệ ố ệ Kết luận chương 1 31

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUY T XÁ Ế C ĐỊ NH ÁP SU T PHUN VÀ GÓC Ấ PHUN S M Ớ 32

2.1 Các yế ố ả h hưở đến đặc tu t n ng ính làm việc của động cơ. 32

2.1.1 Quá trình cháy trong động cơ diesel 32

2.1.2 Những nhân tố ảnh hưởng 34

2.2 Cơ sở lý thuyết tối ưu áp suất phun và góc phun sớm 36

2.2.1 Quá trình phun nhiên liệu 36

2.2.2 Điều khiển phun nhiên liệu của hệ thống nhiên liệu Common rail 37

2.2.3 Điều khiển phun trên động cơ AVL-5402 41

2.2.4 Cơ sở để xác định bài toán tối ưu góc phun sớm và áp su t phun 44 ấ 2.2.5 Bài toán xác định tối ưu góc phun sớm và áp su t phun 47 ấ 2.3 Cách th c th c hi n.ứ ự ệ 48

Kết luận chương 2 48

Chương 3 TH Ự C NGHIỆM X C ĐỊNH P SUẤT PHUN Á Á VÀ GÓ C PHUN S M Ớ 49

3.1 Mục đí và ch phạm vi th c nghi mự ệ 49

3.2 N i dung thộ ực nghiệm. 49

3.3 Đối tượng th c nghi m.ự ệ 49

3.4 Thiết bị thực nghiệm 50

3.4.1 Giới thiệu băng thử nghiệm động cơ 50

3.4.2 Các hệ thống đo và phụ trợ của băng thử 52

3.5 Các bước thực nghi mệ 56

K t luế ận chương 3 57

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 58

4.1 Xác định áp su t phun.ấ 58

4.1.1 Tại chế độ tải 25 % 58

4.1.2 T i cạ hế độ tải 50 % 59

4.1.3 T i cạ hế độ tải 75 % 61

4.2 Xác định góc phun s m.ớ 63

4.2.1 Tại chế độ tải 25 % 63

4.2.2 Tại chế độ tải 50 % 65 4.2.3 Tại chế độ tải 75 % 67

K t luế ận chương 4 68

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 B ng cả ác mốc thời gian phát triển của hệ thống nhiên liệu Common rail 27

Bảng 2.1. Bảng giải thích các thông số vào và ra điều khiển quá trình phun nhiên liệu của động cơ AVL-5402 43

Bảng 3.1 Bảng các thông số cơ bản của động cơ AVL-5402 50

Bảng 4.1 Bảng kết quả thí nghiệm x c định áp suất phun tại chế độ tải 25%á 59

Bảng 4.2. Bảng kết quả thí nghiệm x c định áp suất phun tại chế độ tải 50%á 61

Bảng 4.3. Bảng kết quả thí nghiệm x c định áp suất phun tại chế độ tải 75%á 63

Bảng 4.4. Bảng kết quả thí nghiệm x c định góc phun sớm tại chế độ tải 25%á 65

Bảng 4.5. Bảng kết quả thí nghiệm x c định góc phun sớm tại chế độ tải 50%á 66

Bảng 4.6. Bảng kết quả thí nghiệm xác định góc phun sớm tại chế độ tải 75% 68

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Bơm dãy PE điều khiển điện tử 8

Hình 1.2 Bơm cao áp VE hướng trục điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ 9

Hình 1.3 Hoạt động của van TCV ( àm sớm thời điểm phun)l 10

Hình 1.4 Cấu trúc bơm VE điều khiển điện tử bằng van xả áp máy bơm piston - hướng trục 11

Hình 1.5 Vị trí van SPV trên bơn VE điề khiển điện tửn 11

Hình 1.6 Cấu trúc bơm VE điều khiển điện tử bằng van xả áp máy bơm piston - hướng kính 12

H ình 1 7.Hoạt động của van TCV bơm VE điều khiển điện tử máy bơm hướng - kính 12

Hình 1.8 Sơ đồ điều khiển bơm VE điện tử loại dùng van xả áp 13

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI 13

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI 14

Hình 1.11 Sơ đồ ớgi i thiệu chung hệ thống nhiên liệu Common rail 15

Hình 1.12 So sánh lượng phun giữa phun một giai đoạn và phun hai giai đoạn 16

Hình 1.13 So sánh tiếng ồn giữa phun một giai đoạn và phun hai giai đoạn 17

Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common rail 17

Hình 1.15 Bình tích áp ( ng rail) 18 ố Hình 1.16 Bơm thấp áp 18

Hình 1.17 Bơm cao áp 19

Hình 1 18 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cao áp 19

Hình 1 19 Chu kỳ hoạt động của bơm cao áp 20

Hình 1 20 Vị trí lắp cảm biến tốc độ 21

Hình 1.21 Cảm biến áp suất ống rail 21

Hình 1.22 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 22

Hình 1.23 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 22

Hình 1.24 Van điều khiển áp suất ống rail 23

Hình 1.25 Van điều chỉnh áp suất nhiên liệu 23

Hình 1.26 Cấu tạo vòi phun 24

Hình 1.27 Ảnh hưởng của c c tham số điều chỉnh tới c c t nh năng kinh tế ỹá á í k

thu t cậ ủa động cơ 28

Hình 2.1 Quá trình cháy trong động cơ diesel 33

Hình 2.2 Đồ thị thể hiện áp suất phun khi có phun mồi 36

Hình 2.3 Sơ đồ điề u khi n quá trình phun 42 ể Hình 2.4 Ảnh hưởng c a ủ góc phun sớm đến Ne, Gnl, ge và n 45

Hình 2.5 Ảnh hưởng c áp su t phun n Nủa ấ đế e,Gnl, và ge 46

Hình 3.1 Mặt cắt ngang động cơ AVL-5402 49

Hình 3.2 Sơ đồ băng thử động cơ 1 xylanh SCTB 51

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý đo của AVL Fuel balance 733s 52

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý làm việc của AVL 577 53

Hình 3.5 Thiết bị điều chỉnh tay ga THA100 và hộp tín hiệu của nó 54

Hình 3.6 Thiết bị Dismoke 4000 55

Hình 3.7 Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415 55

Hình 4.1 Đồ thị x c địá nh áp suất phun tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tại chế độ tải 25% 58

Hình 4.2 Đồ thị x c địá nh áp suất phun tới CO, HC, CO2 tại chế độ tải 25% 58

Hình 4.3 Đồ thị x c định áp suất phun tới Ná Ox, Smoke tại chế độ tải 25% 59

Hình 4.4 Đồ thị x c định áp suất phun tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tại chế á độ tải 50% 60

Hình 4.5 Đồ thị x c định áp suất phun tới CO, HC, COá 2 tại chế độ tải 50% 60

Hình 4.6 Đồ thị x c định áp suất phun tới Ná Ox, Smoke tại chế độ tải 50% 61

Hình 4.7 Đồ thị x c định áp suất phun tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tại chế á độ tải 75% 62

Hình 4.8 Đồ thị x c định áp suất phun tới CO, HC, COá 2 tại chế độ tải 75% 62

Hình 4.9 Đồ thị x c địá nh áp suất phun tới NOx, Smoke tại chế độ tải 75% 63

Hình 4.10 Đồ thị x c định góc phun sớm tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tại á

chế độ tải 25% 64

Hình 4.11 Đồ thị x c định góc phun sớm tới nồng độ phát thải động cơ tại chế độ á

tải 25% 64 Hình 4.12 Đồ thị x c định góc phun sớm tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tại á

MỞ ĐẦU

I Lý do nghiên cứu đề tài

Động cơ đốt trong hi n nay là m t trong nh ng nguệ ộ ữ ồn động l c ch y u trong ự ủ ếngành công nghiệp, đặc biệt trong m y xây dựng v trong lĩnh vưc giao thông vậá à n

tải Một nhược điểm lớn củ ộng cơ đốa đ t trong l trong kh ảà í x có nhiều chất độc hại

đối v i s c khớ ứ ỏe con người v gây ô nhià ễm môi trường Để ạ h n ch ế nhược điểm

này, c c nước trên thế ới đ đưa ra tiêu chuẩn vềá gi ã khí th i, Viả ở ệt Nam áp dụng tiêu chu n vẩ ề khí thải trong thủ công nhận vào năm 2007 Muố đn áp ứng tiêu chuẩn

v khí ề thải cần có các biện pháp kỹ thuật xử lý ngay trong nội tại ngay trong động

cơ kế ợt h p c c biên ph p xá á ử lý khí th i áả [9] C c thông s kinh t k thu t c a đ ng ố ế ỹ ậ ủ ộ

cơ diesel phụ thu c nhi u v o quộ ề à á trình hình thành hỗn h p trong xy ợ lanh động cơ, trong đó quy lu t cung c p nhiên li u có ậ ấ ệ ảnh hưởng quyết định Nhằm nâng cao chất lượng động cơ đặc bi t chệ ất lượng khí x , h th ng nhiên li u ki u b nh tả ệ ố ệ ể ì ích áp Common rail điều khiển điệ ử ện nay đ đượn t hi ã c s d ng khá r ng r Hử ụ ộ ãi ệ thống nhiên li u Common rail cung c p nhiên liệ ấ ệu chính xác, điều ch nh áp su t phun, thỉ ấ ời điểm phun h p lý nhợ ất từng ch làm viế độ ệc của động cơ

Tuy nhiên để m đượ là c vi c này c n thi t ph i ti n hành th nghiệ ầ ế ả ế ử ệm động cơ AVL-5402 trên băng thử để tìm bộ thông số chu n, nẩ ạp v o bộ điều khiểà n, do ó đ đềtài nghiên cứ ‘‘Tối ưu áu p suất phun và thời điểm phun của hệ ống nhiên liệu thCommon rail s dử ụng trên động cơ AVL-5402 ’’ đ đượ ựã c l a ch n ọ

II Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài

2.1 Mục đích nghiên cứu

Đề tài nghiên c u và đưa ứ ra c ch c đ nh hai tham s là áp su t phun và góc á xá ị ố ấphun sớm hợp lý cho h th ng ệ ố nhiên li u Common rail i cệ , tạ ác chế độ làm việc của động cơ AVL-5402, có th để ểnâng cao tính năng công suất, su t tiêu hao nhiên li u ấ ệ

và gi m phát th i cả ả ủa động cơ

2.2 Đối tượng và p hạm vi nghiên cứ u

Động cơ AVL-5402 đư c l a ch n làợ ự ọ m đối tượng nghiên cứu Đây l động cơ à diesel sử ụng hệ ống nhiên liệ d th u Common rail Nghiên cứ ập trung vu t ào xác định

á up s ất phun và thời điểm phun của ệ ống nhiên ệ Common rail Toàn bộ các h th li u

AVL-5402 lắp trên băng thử tại PTN ĐCĐT Viện CKĐL Trường ĐHBK Hà Nội.- -

Do điều kiện thời gian có h n ạ nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu xác đ nh 2 ịtham số điều khi n l p su t phun vể à á ấ à góc phun s m cớ ủa hệ thống nhiên liệu Common rail s dử ụng trên động cơ AVL-5402

Đề tài sử dụng phương pháp tổng hợp các kết quả nghiên cứu, th nghi m ử ệ về

tối ưu áp suất phun và thời điểm phun của hệ ống nhiên liệu Com on rail th m trên động cơ mẫu 1 xylanh tại phòng thí nghiệm

Thực nghiệm được tiến hành trên băng thử động cơ tại PTN ĐCĐT - Viện

Quá trình thử hiệm để đánh giá ng và xác đ nh các thông số điều khiển tới tính ịnăng công suất, ấsu t tiêu hao nhiên liệu và phát thải của động cơ

IV Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Đề tài đưa ra giải pháp nhằm mục đích tối ưu áp suất phun và thời điểm phun

c h th ng nhiên li u ủa ệ ố ệ Common rail đảm bả ệ ố Common rail đạt được c c , o h th ng á

kết quả như mong muốn về p suất phun v á à th i ờ điểm phun cho động cơ

AVL-5402, giúp cho động cơ có th hoể ạt động trong điều ki n t t nh t và hi u qu ệ ố ấ ệ ả khi lắp trên xe, phù hợp với điều kiện thực tiễn kinh tế, kỹ thuật của Việt Nam

- Kết quả nghiên cứu l cơ sở để ực hiện x định c c tham sốà th ác á khác củ ệ thốa h ng nhiên liệu và có th ể tăng hiệu su t làm viấ ệc cũng như ả gi m phát th i cho ả động cơ

- Nghiên cứu ực nghiệm x c địth á nh áp suất phun và thời điểm phun của hệ

th ng nhiên li u Common rail s dố ệ ử ụng trên động cơ AVL-5402

V Các nội dung chính trong luận văn

Với yêu cầu đặt ra l nghiên cứu thực nghiệm x c địà á nh áp suất phun và thời

điểm phun c a h th ng nhiên li u Common rail s dủ ệ ố ệ ử ụng trên động cơ AVL-5402

B ng cáằ c giải ph p xửá lý và hiệu chỉnh, m không l m ảnh hưởà à ng đến t nh năng í

kinh tế ỹ k thu t cậ ủa động cơ, đả m bả ó th to c ể ối ưu được áp su t phun vấ à thời điểm

phun cho hệ thống Common rail sử ụ d ng trên động cơ AVL-5402 á, x c định được

các tham số khác của hệ ống nhiên liệ Common rail th u và có th ể tăng hiệu ất lsu àm

việc, tiết kiệm nhiên liệu cũng như giảm ph t thải cho động cơ T c giả đ thực hiện á á ã

các nghiên cứu được thể hiện cụ thể trong thuyết minh như sau:

- Chương 1 T ng quan v vổ ề ấn đề nghiên c u ứ

- Chương 2 Cơ sở lý thuy t xáế c định áp su t phun và góc ấ phun sớm

- Chương 3 Th c nghi m xáự ệ c định áp su t phun và góc phun s m ấ ớ

- Chương 4 Kết qu nghiên c u và th o lu n ả ứ ả ậ

- K t lu n chung và ế ậ hướng phát tri n cể ủa đề tài

- Tài liệu tham khảo

C hương 1 T NG QUAN V V Ổ Ề ẤN ĐỀ NGHIÊN C U Ứ 1.1 Xu hướ ng phát tri n h th ng đi u khi n đi n t trên h th ng nhiên li u ể ệ ố ề ể ệ ử ệ ố ệ động cơ đố t trong

1.1.1 Quá trình h nh th nh vì à à phát triển của hệ ống nhiên liêu điề khiển trên th u

động cơ xăng và diesel

Cùng với sự phát triển khoa học công nghệ, kéo theo việc c c công n ệ điềá gh u khiển điện tử đ ã và đang được ứng dụng rộng r i cho ệ ố cung cấ nhiên liệu ã h th ng p xăng và diesel

Đối với hệ ố cung cấ nhiên liệ cho động cơ xăng th th ng p u ì cá h th ng cung c ệ ố

c p ấ nhiên liệu điều khiể ằ điện tửn b ng phát triển m t c ch mộ á ạnh mẽ, điển hình là

các hệ ống phun xăng điện tử ực tiếp v th tr à gián tiếp Ngo i ra c ng với động cơ à ùxăng thì các công ngh hiệ ện đạ ũng đượi c c quan tâm nghiên c u và ng d ng r t ứ ứ ụ ấ

r ng rãộ i cho động cơ diesel

Đối với hệ ố cung cấ nhiên liệ cho động cơ diesel thì h th ng th ng p u ệ ố cung cấp nhiên liệu điều khiển điệ ử ũn t c ng r t phát tri n ấ ể

Từ những năm thập niên 80-90, Bo h đã đi sâu vào nghiên cứu cải tiến về hệ scthống nhiên liệu Cùng với sự phát triển của ngành điện tử điều khiển, h- ãng Bosch

đã cho ra đời hệ thống nhiên liệu Commo rail vào năm 1997 và đã ứng dụng trên n

xe khách, hệ thống này có áp suất lớn nhất 1350bar [1] Hệ thống này ra đời và đã cải thiện được những nhược điểm của hệ thống nhiên liệu cũ Lý do rong hệ thống tnày việc tạo áp suất và phun nhiên liệu là tách biệt nhau, một bơm cao áp riêng được đặt trong thân máy để tạo ra áp suất liên tục, áp suất này chuyển tới và được tích lại trong ố ng rail cung cấp tới các vòi phun Do đó không tồn tại sóng áp suất trong ống nhiên liệu 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 độ cũng như tải trọng nên thời điểm phun, áp suất phun và thời gian phun có thể lựa chọn trong một phạm vi rộng và được điều khiển chính xác Ngày nay h th ng nhiên ệ ố

liệu Common rail có th ể được coi l ệ ống c ưu điểm vượt trội hơn cả ởi và h th ó b ì có

áp suất phun lớn, thay đổi quy luật phun, g c phun ớm, v ậy có s ì v ó th ể tăng công

su t, gi m liêu hao nhiên li u và át thấ ả ệ ph ải, giảm ti ng ế ồn và rung

Với các ưu điểm nổi trội này hệ thống nhiên liệu Common rail ngày nay đã được sử dụng không chỉ cho động cơ xe t i c công suả ó ấ ớ như (tàu hỏa, tàu thủy, t l n

máy xây dựng…) mà còn ử ụ cho động cơ xe tải trung b nh v động cơ xe tảs d ng ì à i

cỡ nh ỏ

1.1.2 Các hệ ống nhiên liệu điều khiển điện tử th

1.1.2.1 Hệ thống phun xăng điện tử

a Khái quát chung về hệ thống phun xăng

* Các nhược điểm khi s dử ụng bộ chế hòa khí [2]

- Các mạch xăng đều được điểu khiển bằng cơ khí và thủy lực nên thường tạo

ra tỉ lệ ỗh n h p không hợ oàn chỉnh Nếu hỗn hợp giàu thì sản phẩm cháy tạo ra có rất nhiều khí độc hại HC, CO Ngược lại hỗn hợp nghèo thì sản phẩm cháy có khí độc hại NOx

- Các x lanh trên cùng một động cơ nhận được lượng khí hỗn hợp không y đồng nhất Các xy lanh ở g n ầ bộ chế hoà khí có hỗn hợp rất giàu, còn các xy lanh xa

bộ chế hoà khí lại nghèo

Để hạn chế các nhược điểm trên, các ôtô thế hệ mới sử dụng hệ thống phun xăng điện tử Việc định lượng lượng xăng phun ra do ECU quyết định

b Đặc điểm của hệ thống phun xăng

Cung cấp hỗn hợ đồng đều, tỉ lệ hỗn hợ chính xác đến từng x lanh của p p y động cơ đáp ứng kịp thời lượng xăng phun ra khi góc mở của bướm ga thay đổi,

Hiệu chỉnh hỗn hợp phù hợp với từng chế độ tải khác nhau, gi m ả nhiên liệu khi giảm tốc iệu suất nạp lớn., h

* Ưu điểm của hệ thống phun xăng [2]

- Giảm tiêu hao nhiên liệu của động cơ: Lượng xăng phun ra luôn được điều chỉnh sao cho tạo ra hỗn hợp tối ưu nhất So với việc sử dụng chế hoà khí thì tiết kiệm khoảng 11 ÷ 16 %

+ Tăng công suất động cơ

- Ở hệ thống phun xăng sức cản không khí trên đường nạp được giảm bớt do

bỏ bộ chế hoà khí Kết cấu đường nạp có thể tối ưu hoá để nạp đầy tối đa cho động

cơ ở mọi chế độ hoạt động

- Ở hệ thống phun xăng hiện đại, ECU còn điểu khiển đồng thời cả hệ thống phun xăng và đánh lửa để tăng hiệu suất cho động cơ

+ Giảm bớt các khí thải độc hại

hơn, phân phối đều hơn trong x lanh nên cháy tốt hơn.y

- Ở một số hệ thống phun xăng còn sử dụng cảm biến khí xả kết hợp với bộ xúc tác khí thải cho phép đạt được hỗn hợp chuẩn ở các chế độ làm việc và giảm đến mức cho phép các khí thải độc hại

Tuy vậy hệ thống phun xăng cũng có một số các nhược điểm ụ c thể như sau:

- Cấu tạo phức tạp, yêu cầu khắt khe về nhiên liệu và không khí

- Sửa chữa bảo dưỡng khó, đòi hỏi người thợ phải có trình độ chuyên môn cao

- Giá thành rất cao

c Các loại hệ thống phun xăng

* Phân loại theo số điểm phun

- Hệ thống phun xăng đơn điểm Việc chuẩn bị hỗn hợp nhiên liệu được tiến : hành ở vị trí tương tự như ở bộ chế hoà khí, sử dụng một hoặc hai vòi phun Xăng đượcphun vào đường nạp, trên bướm ga [2]

- Ưu điểm Có cấu tạo đơn giản nên giá thành không quá cao Được sử dụng : phổ biến ở các xe có công suất nhỏ.

- Nhược điểm: Không khắc phục nhược điểm cố hữu của bộ chế hoà khí là hỗn

hợp tạo ra không đồng đều giữa các xy lanh

- Hệ thống phun xăng đa điểm Mỗi xy lanh động cơ được cung cấp nhiên liệu : bởi một vòi phun riêng biệt Xăng được phun vào đường ống nạp vị trí gần xupáp nạp [2]

- Ưu điểm Hỗn hợp tạo ra đồng đều giữa các: xy lanh

- Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, giá thành cao.

* Phân loại theo nguyên tắc làm việc của hệ thống

- Hệ thống phun xăng cơ khí : Ở hệ thống này việc dẫn động, điều khiển, điều chỉnh hỗn hợp nhiên liệu được thực hiện theo một số nguyên lý cơ bản của động học, động lực học Hệ thống phun xăng này bộc lộ rất nhiều các nhược điểm Đó là lượng xăng phun ra không điều chỉnh chính xác, không đáp ứng kịp thời sự thay đổi của dòng khí nạp, kết cấu của các chi tiết phức tạp [2]

- Hệ thống phun xăng điện tử Trong hệ thống phun xăng loại này, bộ điều : khiển trung tâm sẽ thu thập các thông số làm viêc của động cơ (thông qua hệ thống các cảm biến), sau đó xử lý các thông tin này, so sánh với chương trình chuẩn đã được lập trình Từ đó xác định lượng xăng cần cung cấp cho động cơ và điều khi n ể

sự hoạt động của các vòi phun (thời điểm phun và thời gian phun)

- Ưu điểm: Lượng xăng phun ra được điểu chỉnh kịp thời, chính xác theo sự

thay đổi của lượng khí nạp Công suất động cơ tăng Độ tin cậy cao (tức là trong thời gian sử dụng ít xảy ra sự cố) Đảm bảo nồng độ các chất độc hại dưới quy định cho phép

- Nhược điểm: Kết cấu phức tạp Đòi hỏi cao về chất lượng của hỗn hợp Giá thành cao, khi bảo dưỡng, sửa chữa đòi hỏi người thợ có trình độ cao

1.1.2.2 H th ng nhiên li u dệ ố ệ iesel điều khiển điệ ửn t

Ra đời ấr t sớm nhưng động cơ diesel không phát triển như động cơ xăng do gây

ra nhiều tiếng ồn, khí thải động cơ diesel cũng là một trong những thủ phạm chính gây ra ô nhiễm môi trường Mặc dù động cơ diesel với t nh hiệu quả kinh tế hơn là íđộng cơ xăng, nhưng vấn đề về tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong sử dụng động cơ diesel Tuy nhiên cùng với sự phát triển của khoa h c ọ công nghệ và

kỹ thuật ệ thống nhiên liệu diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp kỹ , hthuật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà n xu sả ấ động cơ diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật t phun và tổ chức quá trình cháy nhằm hạn chế các chất ô nhiễm ải ra môi trườ th ng, các vấn đề nà ã y đ được ảc i thiện và động cơ diesel ngày càng trở lên phổ biến và thân thiện hơn Dưới đây là ộm t số công nghệ điển hình liên quan đế ệ ốn h th ng cung c p nhiên li u diesel n t [6] ấ ệ điệ ử

a Hệ thống nhiên liệu diesel điện tử loại bơm dãy PE điều khiển bằng cơ cấu điều

ga điện từ

+ Cấu tạo

Những cơ cấu chính của bơm PE thông thường chỉ khác ở các điểm như thể

hi n c th ệ ụ ể như trên Hình 1.1

Hình 1.1: Bơm dãy PE điều khiển điện tử [6]

1 Thanh răng 2 Cơ cấu điều ga (loại ; điện t ) ừ ; 3 Trục cam

4 Cảm biến tốc độ động cơ; 5 ECU

Bộ điều tốc ly tâm ở phía cuối trục cam được thay bằng cảm biến tốc độ động

cơ Cơ cấu điều khiển thanh răng loại cơ khí hoặc loại chân không được thay bằng

cơ cấu điều khiển ga điện từ nhận xung điều khiển tử ECU động cơ

+ Hoạt động

Hoạt động c aủ Bơm dãy PE điều khiển điện tử theo trình t c th ự ụ ể như sau: Điều khiển lượng nhiên liệu phun bằng cách di chuyển thanh răng nhờ cơ cấu điều ga điện từ Cơ cấu điều khi n ể ga điện từ tạo ra một từ trường kéo thanh răng Lực từ trường Fø = Var (biến thiên) Gnl = ƒ(nđ/c, mức tải, tođ/c, tokk, loại nhiên liệu,

áp suất đường nạp nhiên liệu )

Điều khiển thời điểm phun bằng cách xoay trục cam và được thực hiện qua hai

cơ cấu:

- Cơ cấu ly tâm

- Cơ cấu khớp dầu điều khiển qua ECU

b Hệ thống nhiên liệu diesel điện tử loại bơm chia VE điều khiển điện tử

Bơm cao á VE g m hai lo i kháp ồ ạ c nhau

- Lo i th ạ ứnhất: Bơm cao VE điều khiển điện tửáp bằng cơ cấu điều ga điện từ[6] + Cấu tạo

Hình 1.2 thể ệ ấ ạ hi n c u t o các b ph n và cơ c u chính cộ ậ ấ ủa bơm VE cụ ể như sau: th

Hình 1.2 Bơm cao áp VE hướng trục điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ

1 Cảm biến mức ga; 2 Van điện từ cắt nhiên liệu;

3 Bộ điều khiển phun sớm (Van TCV); 4 Xy lanh bơm; 5 Piston

6 Cơ cấu điều ga điện từ; 7 Van triệt hồi; 8 Cam đĩa; 9 Vành con lăn;

10 Bơm sơ cấp 11 Thân bơm 12 Trục bơm; ; ;13 Lò xo;14 Trống lớn;

15 Cuộn điều khiển;16 Piston;17 Quả ga 18 Trống nhỏ;

Những cơ cấu chính ủc a bơm cao áp VE hướng trục điều khiển điện tử bằng cơ

cấu điều ga điện từ giống như của bơm VE cơ khí Điểm khác biệt là thay bộ điều

tốc cơ khí loại ly tâm và hệ đòn dẫn ga bằng cơ cấu điều ga điện từ Cơ cấu này sẽ

thực hiện việc dịch chỉnh quả ga trên piston để thay đổi lượng phun

+ Hoạt động

B ơm cao áp VE hướng trục điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ

hoạt động như sau:

Quá trình tạo ra dầu áp suất cao, phun dầu cơ bản giống như loại bơm thông

thường, điều khiển lượng phun thông qua cơ cấu điều ga điện từ ơ cấu điều ga , c

điện từ điều khiển công suất động cơ và kiểm soát tốc độ tối đa của động cơ để ,

ngăn động cơ không chạy quá tốc độ và giữ ổn định tốc độ chạy không tải

Điều khiển thời điểm phun thông qua van TCV như trên Hình 1.3. Van này

được điều khiển bằng tỷ lệ hiệu dụng (tỷ lệ theo chu kỳ làm việc) thời gian tắt và

bật của dòng điện chạy qua cuộn dây hi điện bật, độ dài thời gian mở van sẽ điều , k

khiển áp suất nhiên liệu trong piston của bộ định thời

Hình 1.3 Hoạt động của van TCV ( àm sớm thời điểm phun)l

- Loại thứ hai: Bơm chia VE điều khiển điện tử bằng van xả áp - máy bơm piston

hướng trục[6]

+ Cấu tạo

Bơm VE điện tử kiểu

mới một piston hướng trục ( )

do không có quả ga nên để

điều khiển lượng nhiên liệu

phun (tức là muốn thay đổi

tốc độ động cơ, công suất

của động cơ) thì bơm sử

dụng một khoang xả áp

thông với khoang xy lanh

như thể ệ hi n trên Hình 1.4.

Hình 1.4 Cấu trúc bơm VE điều khiển điện tử bằng

van xả áp máy bơm piston hướng trục-

Hình 1.5 Vị trí van SPV trên bơm VE điề khiển điện tửu

+ Hoạt động

Bơm chia VE điều khiển điện tử bằng van xả áp máy bơm piston hướng trục - ,

hoạt động như sau:

Điều khiển lượng phun thông qua hoạt động của van xả áp SPV ở, hành trình nạp SPV đóng lại, piston chuyển động sang trái Khi đó nhiên liệu được hút vào buồng bơm Khi phun SPV đóng lại Piston chuyển động sang phải, áp suất nhiên liệu tăng lên và nhiên liệu được bơm đi

Kết thúc phun SPV mở ra, do nhiên liệu giảm nên áp suất cũng giảm xuống, ,

như vậy l uá trình phun đ kết thúc Khi các điều kh ể ngắt nhiên liệu được thực à q ã i n

hiện, áp suất không tăng lên do SPV vẫn đang trong trạng thái mở Vi c đệ iều khiển thời điểm phun thông qua van TCV gi ng bơm ố cao áp VE hướng trục điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ như thể ệ hi n trên Hình 1.3

- Loại thứ : Bơm chia VE điều khiển ba bằng van xả áp máy bơm piston hướng - kính [6]

+ Cấu tạo

Trục bơm được nối với rôto chia

và ở rôto chia bố trí 4 piston hướng

kính, ở giữa là một lỗ khoan dọc tâm,

lỗ khoan này thông với cửa nạp dầu

và cửa chia dầu Phía ngoài rôto chia

là một vành có các con lăn và toàn bộ

cụm này được đặt trong một vành

cam, như thể ệ hi n trên Hình 1.6.

Hình 1.6 Cấu trúc bơm VE điều khiển điện tử

bằng van xả áp máy bơm piston hướng kính -

+ Hoạt động

Hình 1.7 ể bi u diễn hoạt động điều khiển lượng phun thông qua van TCV, thời điểm phun thông qua van TCV tương tự như máy bơ piston hướng trục ở trên.m

Hình 1.7 Hoạt động của van TCV bơm VE điều khiển

điện tử máy bơm hướng kính-

Khi độ dài thời gian mở van rút ngắn lại ( ỷ lệ của dòng điện đang được sử tdụng thấp), thì lượng nhiên liệu đi tắt giảm xuống Do đó, piston của bộ điều khi n ểchuyển động sang trái làm quay vành con lăn theo chiều làm sớm thời điểm phun Khi độ dài thời gian mở van dài (tỷ lệ của dòng điện đang được sử dụng cao), thì lượng nhiên liệu đi tắt tăng lên Do đó piston của bộ ềđi u khi n ể chuyển sang phải

do lực của lò xo làm quay vành con lăn theo chiều làm muộn thời điểm phun

Toàn bộ quá trình điều khiển c c loại bơm VE được thể ện thông qua sơ đồá hi

Hình 1.8.

Hình 1.8 Sơ đồ điều khiển bơm VE điện tử loại dùng van xả áp

c Hệ thống nhiên liệu iesel điện tử EUI (Electronic Unit Injection)d

Hệ thống nhiên liệu EUI có 5 bộ phận chính cấu thành như thể ệ hi n trên hình

Hình 1.9 [6]

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI [6]

1 Thùng dầu 2 Bầu lọc thô 3 Bơm chuyển nhiên liệu; ; ;

4 Bầu lọc tinh; 5 Các vòi phun 6 ; ECU; 7 Các cảm biến

Các vòi phun (5) tạo ra áp suất phun tới 207000 kPa (30.000 psi) và ở tốc độ định mức nó phun tới 19 lần/s Bơm chuyển nhiên liệu (3) cung cấp nhiên liệu cho các vòi phun bằng cách hút nhiên liệu từ thùng ầd u (1) và tạo ra một áp suất từ 60 ÷

125 psi ECU (6)điều khiển điện tử à một máy vi tính công suất lớn điều khiển các lhoạt động chính của động cơ Các cảm biến (7) là những thiết bị điện tử kiểm soát các thông số của các động cơ như: hiệt độ, áp suất, tốc độ và cung cấp các thông Ntin cho ECU bằng một điện thế tín hiệu Các thiết bị tác động à những thiết bị điện l

tử sử dụng các cường độ dòng điện từ EC để làm việc hoặc thay đổi hoạt động của U động cơ Ví dụ thiết bị tác động vòi phun là công tắc điện từ Điều khiển lượng

d Hệ thống nhiên liệu diesel điện tử HEUI (Hydraulically Actuated Electronically

Controlled Unit Injector)

Các bộ phận cấu thành hệ thống nhiên liệu HEUI tương tự như hệ thống nhiên liệu EUI như quan sát th y trên ấ Hình 1.10 [6]

Điều khiển lượng phun và thời điểm phun thông qua một xung từ ECU Áp suất đầu vòi phun lên đến 21000 psi

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI [6]

1 Bơm áp cao; 2 Van điều khiển áp suất;

3 Cụm vòi phun; 4 Các cảm biến; 5 ECU

* Ưu Nhược điểm của hệ thống - cung c p nhiên li u dấ ệ iesel điện tử sử dụng các loại bơm cao áp

- Ưu điểm: Là một cụm kết cấu gọn, được cải tiến từ bơm cao áp cơ khí truyền thống và có thêm phần điều khiển điện tử Dễ lắp đặt, sửa chữa

- Nhược điểm Tạo ra quá trình cháy kích nổ, dẫn tới sinh ra tiếng gõ động cơ: Điều khiển bằng hai cơ cấu (điều khiển lượng phun, điều khiển thời điểm phun) nên quá trình điều khiển phức tạp Đa số là cơ cấu cơ điện nên dễ bị mòn, sinh ra sự cố Do cháy kích nổ nên làm tăng lượng NOx trong khí xả Áp suất phun thấp dẫn tới phun không tơi làm ảnh hưởng tới quá trình cháy (áp suất phun Pphun =

115 175 bar) ÷ Từ những nhược điểm trên các nhà nghiên c u ch t o ã ứ ế ạ đ cho ra đời

một hệ ống cung cấp nhiên liệu ho n chỉnh hơn đ th à ó là hệ thống nhiên liệu Common rail

e Hệ thống nhiên liệu Common rail

Hình 1.11 th hiể ện sơ đồ chung của hệ thống nhiên liệu Common rail

Hình 1.11 Sơ đồ ới thiệgi u chung hệ thống nhiên liệu Common rail [7]

Khối cấp dầu thấp áp bao gồm: Thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫn dầu và đường dầu hồi

Khối cấp dầu cao áp ồ g m: Bơm áp cao, ống phân phối dầu cao áp đến các vòi phun (ống ail), các tuy ô cao áp, van an toàn và van xả áp, vòi phun Khối cơ điện r -

tử ồ g m có: Cảm biến và tín hiệu, ECU và EDU (nếu có), vòi phun, các van điều

khiển nạp còn gọi là van điều khiển áp suất ống rail Điều khiển lượng phun và thời điểm phun bằng một xung duy nhất từ ECU dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến và công tắc Áp suất phun rất cao: 1300 ÷ 1900 bar

f Tính ưu việt của hệ thống nhiên liệu Common rail

Hệ thống phun nhiên liệu Common rail có nhiều ưu việt hơn hẳn hệ thống phun nhiên liệu truyền thống và hệ thống phun nhiên liệu iesel điện tử thông dthường Trước hết phải nói về cấu trúc: Hệ thống phun nhiên liệu Common rail cho phép đơn giản bớt đáng kể kết cấu cơ khí của bơm cao áp, chẳng hạn như các rãnh cắt nhiên liệu, bộ điều tốc, cơ cấu kiểm soát thời điểm phun Do vậy chức năng của bơm áp cao chỉ thực hiện tạo nên áp suất nhiên liệu cao, cho phép tối ưu kết cấu theo hướng tạo nên áp suất cao, thực hiện phun tơi nhiên liệu và tăng tuổi thọ của bơm Tiếp theo, khả năng điều chỉnh được thực hiện theo nhiều tín hiệu cấp cho ECU, do vậy tính chất tinh chỉnh sẽ cao hơn, đáp ứng chính xác nhiều chế độ làm việc của động cơ Có thể nói gọn là thực hiện thoả mãn nhu cầu làm việc của động

cơ trong nhiều trạng thái làm việc mà không gây nên hiện tượng thừa, thiếu nhiên liệu, công suất phát huy hoàn hảo và chất lượng khí xả tốt

Về quá tr h cháy của hỗn hợp công tác: Đối với hệ thống điều khiển điện tử, ìn

áp suất phun cao hơn và tỉ số nén của động cơ có thể cao hơn, quá trình phun có thể diễn ra gồm nhiều giai đoạn như thể ệ hi n trên Hình 1.12

Hình 1.12 So sánh lượng phun giữa phun

một giai đoạn và phun hai giai đoạn

Do đó quá trình cháy diễn ra với áp suất đỉnh nhỏ hơn nên động cơ làm việc

êm hơn, ít phát sinh tiếng ồn như thể ệ hi n trên Hình1.13

Hình 1.13 So sánh tiếng ồn giữa phun một giai đoạn và phun hai giai đoạn

Thời gian cháy rớt ngắn hơn, ít gây tổn thất công suất và ô nhiễm Với áp suất đỉnh thấp hơn nên động cơ không đòi hỏi kết cấu, vật liệu chịu bền cao như hệ thống điều khiển cơ khí, nhiệt độ cháy đỉnh cũng bé hơn, nhất là dùng vòi phun hai giai đoạn nên tổn thất nhiệt cũng ít hơn, các chi tiết chịu nhiệt độ thấp hơn nên sẽ bền hơn

1.1.3 H ệ thống nhiên liệu Common rail

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

a Cấu tạo

Cấu tạ ệ thốo h ng nhiên li u Common rail ệ như trình bày trên Hình 1.14.

Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common rail [1]

1 Th ùng ch a nhiên li u 2 Van an toàn 3 Vò phun 4 Bình tíứ ệ ; ; i ; ch áp( ng rail 5 Van ố );

điều ch nh nhiên li u áp su t cao; 6 Mỉ ệ ấ ạch điều khi n nhiên li u áp su t cao; 7 C m bi n ể ệ ấ ả ế

áp su t nhiên li uấ ệ ; 8 Bơm cao ; 9 Van định lượáp ng nhiên li uệ ; 10 Bơm b nh răngá ;11

L c nhiên li u 12 B làọ ệ ; ộ m mát bằng nướ ; c 13 Cặp van lưỡng kim sấy nóng nhiên li u; ệ

14 B làộ m m t NL bằng không kh ; 15 Bơm NL kiểu con lăn;á í 16 Van àtr n điều khiển điện

+ Bình tích áp ( ng rail) ố

Bình tích áp có kết cấu đơn giản, dạng hình ố ng, hoặc hình cầu và có thể tích phù hợp Bình có thể chịu áp suất cao đến 2000 bar có nhiệm vụ tích trữ nhiên liệu , với áp suất cao để sẵn sàng cung cấp cho vòi phun như quan sát th y trên ấ Hình 1.15

Hình 1.15 Bình tích áp ( ng rail) [10] ố

+ Bơm thấp áp

Bơm thấp áp có nhiệm vụ bơm chuyển nhiên liệu từ thùng chứa, chuyển qua

bộ lọc và cung cấp nhiên liệu thấp áp cho bơm cao áp như thể ệ hi n trên Hình 1.16

Hình 1.16 Bơm thấp áp

+ Bơm cao áp

Qua quan sát Hình 1.17 có y thể thấ bơm cao áp được dẫn động từ trục cam bằng dây đai răng, bơm cao áp làm nhiệm vụ cung cấp và nén nhiên liệu vào trong ống rail Áp suất cực đại có thể đạt 350bar, số vòng quay từ 75÷3000 v/phút Bơm cao

áp gồm 3 bơm piston có chuyển động hướng kính và đươc bố trí cách nhau 120 độ Bơm đượ dẫn động bởi cam lệch tâm có 3 đỉnh.c

Hình 1.17 Bơm cao áp

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cao áp được ểth n trên hiệ Hình 1.18

H ình 1 18.Sơ đồ nguyên lý của bơm cao áp

Cam lệch tâm dẫn động piston lên xuống dạng sóng hình sin Bơm bánh răng chuyển nhiên liệu vào miệng khoang của bơm cao áp đồng thời đưa dầu đi bôi trơn

và làm mát vòng tuần hoàn của bơm cao áp thông qua lỗ tiết lưu nhờ van điện từ Nếu áp suất do bơm bánh răng cung cấp vượt quá áp suất mở của 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 lại do piston chuyển động lên điểm chết trên và vượt xa áp uất của bơm bánh răng Áp suất giờ đây tăng slên làm cho van cấp mở và làm cho áp suất hiện có trong ố ng rail tăng, bơm cung cấp nhiên liệu cho đến khi đến điểm chết trên Khi nhiên liệu vào trong ống qua van

hành trình của piston để điều chỉnh độ mở của van cung cấp cho bơm Van định lượng nhiên liệu N290 có nhiệm vụ điều chỉnh nhiên liệu cung cấp cho bơm cao ápngoài ra để giảm bớt khả năng tiêu thụ công của bơm cao áp và tránh việc làm nóng nhiên liệu một cánh không cần thiết nhiên liệu được hồi trở lại qua vòng làm mát tuần hoàn bởi van điện từ N290.

- Ưu việt của bơm là trong một vòng quay cả 3 bơm piston đều hoạt động và mỗi bơm piston đều thực hiện 3 lần cấp nhiên liệu Như vậy lượng nhiên liệu cung cấp là lớn và nó sẻ làm giảm tiêu hao công cho dẫn động bơm

- Phát minh ra bơm cao áp là một trong những phát minh quan trọng, bởi hệ thống nhiên liệu Common ail không thể làm việc được nếu thiếu bơm cao áp Như rtrên đã nói việc phát minh ra bơm cao áp đã làm thay đổi hẳn bộ mặt của hệ thống cung cấp nhiên liệu Kết hợp với điện, điện tử cho ta một hệ thống cung cấp nhiên liệu có điều khiển rất hiệu quả và như mong muốn

Hình 1.19 dưới đây giới thiệu một chu trình hoạt động của bơm cao áp ứng với

1 vòng quay của cam lệch tâm

Hình 1.19 Chu kỳ hoạt động của bơm cao áp[1]

+ Cảm biến tốc độ động cơ

Hình 1.20 giới thiệu vị trí lắp cảm biến tốc độ động cơ, đây là loại cảm biến hoạt động theo kiểu cảm ứng điện

nó cho biết tốc độ động cơ hiện tại

Tín hiệu tốc độ động cơ được gửi

về ECU Đây là một thông số quan

trọng để thực hiên hiệu chỉnh, điều

khiển quá trình cấp nhiên liệu phù

hợp, ngoài ra còn nhiều thông số

khác cũng cần hiệu chỉnh theo tốc

độ động cơ Đối với quá trình phun

nhiên liệu của hệ thống Common

rail, phun mồi chỉ được thực hiện ở

Chính vì vậy đây là một tín hiệu

không thể thiếu khi điều khiển hoạt

động của động cơ Hình 1.20 Vị trí lắp cảm biến tốc độ[1]

+ Cảm biến áp suất ống rail

Hình 1.21 th hiể ện vị trí l p c m bi n áp su t ng rail ắ ả ế ấ ố

Hình 1.21. Cảm biến áp suất ống rail

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

4 Đường dầu cao áp; 5 Ren vặn để nối với ống rail

Đây là loại cảm biến hoạt động theo kiểu áp điện Khi áp suất từ đường cao áp

số 4 vào thay đổi làm độ lún của màng số 3 thay đổi dần đến áp lực tác động lên 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 suất nhiên liệu trên ống rail

Việc kiểm soát được áp suất nhiên liệu trên ống rail là một điều rất quan trọng,

nó cho ta biết áp suất trên ống rail trong quá trình làm việc của động cơ để từ đó có biện pháp khắc phục kịp thời khi có sự thay đổi đột ngột như: Áp suất ống rail quá thấp hoặc quá cao, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình phun nhiên liệu, dẫn đến những hậu quả xấu

+ Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Hình 1.22 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Hình 1.22 ể th hiên vị trí cảm biến nhiệt độ nhiên liệu được đặt ở đường nhiên liệu hồi về từ các vòi phun Nhiệt độ nhiên liệu ảnh hưởng đến lượng nhiên liệu phun vì khi nhiệt độ nhiên liệu tăng thì cùng một áp suất phun, cùng thời gian phun lượng nhiên liệu phun vào xylanh sẽ giảm, ảnh hưởng xấu đến quá trình cháy

+ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 1.23 th hiể ện vị trí l p c m bi n nhiắ ả ế ệt độ nước làm mát

Hình 1.23 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát cho ta biết về nhiệt độ nước làm mát động cơ khi làm viêc Đây là một thông số quan trọng về hoạt động của động cơ, nó còn là thông số để ta tiến hành các hiệu chỉnh khi làm thí nghiệm chạy động cơ.

Van + điều khiển áp suất nhiên liệu ống rail

Hình 1.24 và 1.25 th hiể ện vị trí lắp đặt van điều khiển, sơ đồ điều chỉnh áp suất ống rail

Hình 1.24.Van điều khiển áp suất ống rail

Hình 1.25 Van điều chỉnh áp suất nhiên liệu

Van điều chỉnh áp suất nhiên liệu được đặt ở cuối ống ail và là van điện từ r

Nó được điều khiển từ tín hiệu xung từ ECU Tần số của tín hiệu luôn nằm trong khoảng 1000Hz Độ mở van thay đổi phụ thuộc độ rộng xung và tùy thuộc vào áp suất đường ống tại mỗi điểm làm việc ECU nhận tín hiệu áp suất từ cảm biến lắp trên đường ống ail và tính toán ra độ rộng xung Khi động cơ chưa làm việc, nhiên rliệu từ bơm cao áp được cấp vào ống ail và được nén lại Lực lò xo đóng van kim, r

áp suất nhiên liệu không đủ thắng lực lò xo và tiếp tục tăng lên (gần 10 bar) Khi động cơ làm việc, áp suất nhiên liệu tăng lên đến giới hạn, cuộn dây điện từ sinh ra

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

ống rail thiết lập Mặt khác, do van kim đóng mở tiết lưu lượng dầu nên lưu lượng giảm kéo theo áp suất nhiên liệu trong ống rail được dập tắt.

Vò+ i phun

Hình 1.26 ể ệ th hi n cấu tạo và hoạt động của vòi phun: Vòi phun được thiết kế

để phun nhiên liệu vào trong buồng cháy động cơ Lượng nhiên liệu phun vào thời điểm phun được tính toán bời ECU và tín hiệu điều khiển được gửi tới cuộn dâyđiện từ trong vòi phun Thời điểm mở và đóng vòi phun được điều khiển bởi cuộn 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 một lượng nhiên liệu vào trong xy lanh đã làm cho động cơ chạy êm hơn Phun mồi một lượng nhiên liệu chính là giai đoạn chuẩn bị cho quá trình đốt cháy trong động cơ Lượng nhiên liệu phun chính được phun vào trong buồng cháy ngay sau khi kết thúc quá trình phun mồi Trong giai đoạn này nhiên liệu sẽ cháy nhanh và kiệt

1 Lò xo vòi phun

2 Van định lượng

3 Tiết lưu dầu hồi về

4 Lõi của van điện từ

5 Đường dầu hồi về

6 Đầu nối điện của van điện từ

Quá trình l m việc của v i phun diễn ra như sau: Tín hiệu điều khiển vòi phun à òlàm cho nam châm điện hút van bi mở đường xả của vòi phun Lúc này hiện tượng chênh áp giữa 2 đầu kim phun xuất hiện dẫn đến mở kim phun và nhiên liệu được phun vào xilanh Phụ thuộc vào số tín hiệu và thời gian tác dụng của tín hiệu mà số lần phun nhiên liệu có thể một hoặc nhiều lần trong một chu trình công tác của động

cơ Nếu dòng điện tồn tại trong van điện từ trong một thời gian dài thì piston của van và kim phun sẽ được nâng lên tới vị trí cao nhất của piston Khi đó miệng vòi phun sẽ được mở ra lớn nhất, nhiên liệu được phun vào trong xy lanh dưới áp suất bằng với áp suất ở trong ống rail Khi phun với một lượng nhiên liệu ít thì van điện

từ chỉ mở trong một thời gian ngắn kim phun không mở tới vị trí xa nhất mà chỉ nâng lên một khoảng nhỏ Khi không còn tín hiệu điện tác dụng, lực lò xo van điện

từ tác động đóng van bi bịt kín đường xả của vòi phun Lúc này hiện tượng chênh

áp giữa hai đầu van kim không còn dẫn đến việc lò xo kim phun tác động một lực làm kim phun đóng lại kết thúc quá trình phun nhiên liệu vào trong xylanh

Lượng nhiên liệu được phun vào trong xylanh được xác định bởi:

- Thời gian hoạt động của van điện từ

- Vận tốc đóng mở kim phun

- Độ nâng cao của kim phun

- Tốc độ dòng chảy trong đường ống tới miệng vòi phun

- Áp suất trong ống rail

b Nguyên lý hoạt động

Trên H nh 1.14 thể ện hoạt động của hệ ố nhiên liệì hi th ng u Common rail, nhiên liệu từ thùng chứa (1) 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 (10) Mắc song song với bơm con lăn (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 (16) trở về thùng chứa Sau khi qua

đây nhiên liệu được cung cấp cho bình tích áp ố( ng rail) (4) với áp suất cao Nếu áp suất trong bình tích áp (4) vượt quá áp suất cho phép thì nhiên liệu sẽ theo đường dầu hồi trở về trước bơm bánh răng (10) Nhiên liệu từ bình tích áp (4) được cung cấp cho vòi phun (3) 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 (12) Sau đó, đường dầu được chia thành hai đường Nếu nhiệt độ dầu còn cao dầu tiếp tục được làm mát bởi không khí (14) 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 ằ b ng 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 NOx, CO, PM thấp, đáp ứng được các tiêu chuẩn toàn cầu về lượng phát thải

1.2 Xu hướ ng sử ụ d ng h th ệ ố ng nhiên liệu Comm on rail

1.2.1 Trên thế giới

Vào năm 1991, chỉ mới 15% các loại xe mới đăng ký trong phía tây Âu là xediesel Hiện nay con số đã lên đến gần 40% Sự gia tăng nhanh chóng này là do giá các loại xe rẻ hơn và tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn Ngày nay xe iesel là loại xe dthông dụng trên thế giới Chúng được trang bị loại động cơ hiện đại, công suất cao cùng với hệ thống phun nhiên liệu hiệu quả Điều đó giúp chúng càng trở nên thân thiện với môi trường Từ khi Bosch bán hệ thống Common rail trên thị trường năm

1997 , [1] nhiều nhà máy sản xuất ôtô lớn đã tiếp nhận hệ thống phun nhiên liệu cao

áp ở cùng hiệu quả này Tính đến thời điểm này, số lượng mà hãng Bo h đã phân scphối hệ thống phun nhiên liệu Common rail trên thị trường lên đến 10 triệu chiếc Thông qua Bảng 1.1 có th th y âể ấ đ y là bằng chứng khẳng định rằng động cơ diesel sử dụng hệ thống nhiên liệu Common rail là một loại động cơ hiệu quả, và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới Với yêu cầu ngày càng gắt gao về vấn đề môi trường, lượng nhiên liệu ngày càng thiếu, hệ thống nhiên liệu Common rail đáp ứng tốt vấn đề này.

Bảng 1.1 B ng c ả ác mốc thời gian phát triển của hệ thống nhiên liệu Common rail[5]

Áp suất phun max

Sản phầm dùng đầu tiên

1997 Hệ thống CR đầu tiên trên thế giới

cho ôtô khách

Mercedes- nz Be

2001 Thế hệ thứ 2 của CR ra đời cho xe

khách tạo cho động cơ tiết kiệm hơn,

sạch hơn, êm dịu hơn và mạnh mẽ

hơn

BMW

ra khí thải thấp, cải thiện tiêu thụ

nhiên liệu và công uất mạnh hơns

xe ô tô (lợi thế: Giảm tới 20% khí

thải phát ra Tăng 5% công suất và

giảm 3% suất tiêu hao nhiên liệu,

giảm tới 3 d (A) tiếng ồn)B

1.2.2 Tại Việt Nam

Cùng với sự phát triển của thế giới, ở Việt Nam hệ thống nhiên liệu Common

rail cũng đã bắt đầu du nhập vào Việt Nam, được sử dụng nhiều trên xe du lịch, xe

khách, tàu thủy, xe tải [1]

Nhu cầu đi lại và vận tải trong nước ngày một tăng kéo theo một loạt vấn đề

cần phải quan tâm đó là vấn đề ô nhiễm môi trường, lượng nhiên liệu hóa thạch

ngày càng khan hiếm, giá xăng dầu ngày một tăng và không được ổn đị nh Trong

khi đó hệ thống nhiên liệu Common rail ra đời đã hơn 15 năm đáp ứng yêu cầu về

khí thải và tiết kiệm nhiên liệu, bởi vậy mà động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu

Common rail đang có xu hướng phát triển rất mạnh ở thị trường Việt Nam với nhiều

trang bị loại động cơ có sử dụng hệ thống nhiên liệu này và đã tung ra thị trường M t ộ

số hãng ô tô trong nước cũng đã và đang bắt đầu đưa hệ thống nhiên liệu này vào

các loại xe như xe tải, xe du lịch như hãng ô tô TRƯỜNG HẢI Một số hãng xe

chuyên dụng như xây dựng, giao thông như hãng DYNAPAC của Đức cũng trang

bị hệ thống nhiên liệu này Tuy hệ thống nhiên liệu này giá thành có đắt xong lại

đáp ứng được nhiều yêu cầu cấp thiết như tình hình hiện nay và trong một tương lai

gần với một thị trường năng động và đang phát triển mạnh như Vi t Nam ệ thì hệ

thống nhiên liệu này sẽ phát triển rất mạnh và nhanh chóng thay thế các hệ thống

nhiên liệu diesel kiểu cũ

1.3 Các tham số ề đi u khi n trong h th ng nhiên li u Common rail ể ệ ố ệ

1.3.1 Mức độ ả nh hư ởng c a các tham s trong h thủ ố ệ ống nhiên liệu diesel

Qua Hình 1.27 có y h th ng nhiên thể thấ ệ ố

liệu Common rail đã thực sự mang l i cuạ ộc cách

m ng trong công ngh ạ ệ động cơ diesel, nó ã làm đ

thay đổ ẳ qua điểi h n m của ngườ ử ụi s d ng luôn

cho rằng động cơ diesel b n, n và m ch ẩ ồ chậ ạp

Hình 1.27. Ả hưởnh ng c a các tham s đi u ch nh t i ủ ố ề ỉ ớ

cá tíc nh năng kinh tế ỹ k thuật của động cơ[5]

Common rail có th ể thay đổi được c c nhược điểm n y l do được trang bị ộ điềá à à b u khiển điện tử ECU có th ể điều chỉnh ch nh x c c c tham số điều chỉnh như p suất í á á áphun, g c phun só ớm cũng như quy luật cung c p nhiên liấ ệu Ảnh hưởn ủa các g ctham số điề u chỉnh này đế á ín c c t nh năng kinh tế ỹ, k thuậ ủt c a động cơ được thể

hi n trên ệ Hình 1.27 [5]

Qua quan sát Hình 1.27 c ng ũ cho th y viấ ệc tăng áp su t phun cấ ó th cể ải thiện công su t, gi m tiêu th nhiên l u vấ ả ụ iệ à phá ải trong động cơ Trong khi đ ốt th ó t i ưu

góc phun sớm không chỉ ải thiện c c t nh năng n y m c á í à à nó có kh ẳ năng giúp giảm

ồn cho động cơ Bằng cách thay đổi quy lu t cung c p nhiên liậ ấ ệu như tăng số ầ l n phun trong m t chu trình có th giúp gi m phát th i và n ộ ể ả ả ồ

1.3.2 Đặc điểm c a h thủ ệ ống nhiên liệu Common rail

Đặc điểm của hệ thống cung c p ấ nhiên liệu Common r ail được th hi n thông ể ệqua các giá tr c th ị ụ ể như sau:

- Áp suất phun: xấp xỉ 1834 Kg/cm2

- Khe hở piston: Khe hở của piston từ 0,5 đến 2 μm

- Tốc độ và lưu lượng phun: Tốc độ phun của lần phun sơ khởi (phun thí điểm)

và phun chính cực kỳ nhanh, cả hai giai đoạn xấp xỉ 1,1 msec

Lưu lượng phun: Phun thí điểm 2 mm3, phun chính 74 mm3

a Áp su t phun l n ấ ớ

Chất lượng phun ảnh hưởng lớn đến tạo thành hỗ ợn h p và áy Nch ếu nhiên

liệu phun tơi tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuẩn bị ỗn hợ h p thì thời gian cháy trễ τi và tốc độ tăng áp suất

ϕ

∆

∆p nhỏ, động cơ làm việc êm Chính v ậ p ì v y á

suất phun trong động cơ diesel hiện đại có xu hướng ng y c ng cao Trong hệ ốà à th ng nhiên li u Common rail, p su t phun cệ á ấ ó th ểlên t i 2000 bar nên nhiên li u phun ớ ệ

rất tơi, hạt rất nh và u ỏ đề

b Thay đổi theo các chế độ