NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của NHIÊN LIỆU BIODIESEL(B5) TRONG hệ THỐNG COMMON RAIL

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC BẢNG BIỂU 4 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7 MỞ ĐẦU 8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ 10 1.1.Tổng quan hệ thống nhiên liệu diesel điện tử 10 1.2. Bơm VE điện tử điều khiển bằng van xả 10 1.2.1.Bơm VE điện tử một piston hướng trục 10 1.2.2. Bơm VE điện tử một piston hướng kính 11 1.2.3. Van điều khiển lượng phun SPV 12 1.2.4. Van điều khiển thời điểm phun TVC 14 1.3. Hệ thống nhiên liệu với bơm vòi phun kết hợp điều khiển điện tử ( EUI và HEUI) 16 1.3.1.Hệ thống nhiên liệu Diesel EUI 16 1.4. Hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI 20 1.4.1. Khái quát về hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI 20 1.4.2. Vòi phun HEUI 21 1.5.Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail 23 1.5.1.Sơ đồ cấu tạo chung 23 1.5.2.Nguyên lý hoạt động của hệ thống 23 1.5.3.Phân loại bơm cao áp của hệ thống 24 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL 28 2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common rail 28 2.1.1. Nguyên lý hoạt động 28 2.1.2. Cấu tạo 29 2.1.2.1. Bơm thấp áp 29 2.1.2.2 Bơm cao áp. 30 2.1.2.3.Ống phân phối Rail 32 2.1.2.4. Bộ hạn chế áp suất 33 2.1.2.5. Van xả áp (Bộ điều chỉnh áp suất) 34 2.1.2.6.Van điều khiển hút (SCV) 34 2.1.2.7. Vòi phun 35 2.1.2.8. Van điều khiển áp suất nhiên liệu Rail 39 2.1.3. Quy luật cháy trong động cơ Diesel 40 2.1.3.1. Diễn biến và các thông số đặc trưng 40 2.1.3.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy của động cơ diesel 42 2.1.3.3. Cấu trúc của các tia nhiên liệu, quy luật phun nhiên liệu và quy luật tạo HHC 43 2.1.3.4. Góc phun sớm nhiên liệu (φs) 43 2.1.3.6. Tải của động cơ 44 2.1.4. Quá trình phun và điều khiển phun nhiên liệu của hệ thống nhiên liệu Common Rail 44 2.1.4.1. Quá trình phun nhiên liệu 44 2.1.4.2.Quá trình điều khiển phun nhiên liệu của hệ thống nhiên liệu Common Rail 46 2.1.4.3. Phun mồi 49 2.1.4.4. Phun chính 51 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 53 3.1. Các khả năng của băng thử động cơ một xy lanh 53 3.2. Trang thiết bị băng thử 53 3.3. Động cơ thí nghiệm AVL5402 53 3.4. Phanh điện DYNO AMK 54 3.5. Thiết bị đo khối lượng nhiên liệu AVL 733S 55 3.6. Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415S 56 3.7. Thiết bị điều khiển tay ga Throttle actuator (THA100) 56 3.8. Thiết bị đo đa năng AVL 620 INDIESET 57 3.9. Thiết bị điều khiển nhiệt độ nước làm mát và dầu bôi trơn AVL577. 57 3.10. Thiết bị chụp ảnh buồng cháy VISIOSCOPE 513D 57 3.11. Tủ CEBII 58 3.12. Hệ thống PUMA và EMCON 59 3.13. Phần mềm INCA 60 3.14. Phương pháp thực hiện 61 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64 4.1 Kết quả thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng các thông số điều khiển tới tính năng công suất,tiêu thụ nhiên liệu và phát thải động cơ tại tốc độ 2000 vph 64 4.1.1. Ảnh hưởng áp suất phun tới tính năng công suất, tiêu thụ nhiên liệu và phát thải của động cơ tại tốc độ 2000 vp 64 4.1.2. Ảnh hưởng góc phun sớm tới tính năng công suất, tiêu thụ nhiên liệu và phát thải của động cơ tại tốc độ 2000 vph 70 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 75

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng Yên, ngày … tháng … năm 2013

Giáo viên hướng dẫn

Khổng Văn Nguyên

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng Yên, ngày … tháng … năm 2013

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN -i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN -ii

MỤC LỤC -iii

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ -viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU -viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ KIỆU -ix

LỜI MỞ ĐẦU -1

i Lý do chọn đề tài -1

+) Tính cấp thiết của đề tài: -1

Trong bối cảnh nền kinh tế thế giới đang bước vào toàn cầu hóa, mỗi một biến động trên thế giới đều ảnh hưởng tới các quốc gia, trong đó có Việt Nam Sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, khoa học công nghệ toàn cầu này kéo theo nhu cầu sử dụng dầu mỏ rất mạnh mẽ, thế giới đã và đang bị lệ thuộc quá nhiều vào dầu mỏ… trong khi đó nguồn năng lượng chính là dầu mỏ đang cạn kiệt, theo dự báo của các nhà khoa học, đến khoảng năm 2050-2060, nếu không tìm được những nguồn năng lượng mới thay thế, thế giới có thể lâm vào khủng hoảng năng lượng vô cùng nghiêm trọng… -1

Do vậy, đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu Biodiesel (B5) trong hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail” được thực hiện nhằm bổ sung thêm nguồn tài liệu tham khảo, giúp sinh viên hiểu được bức tranh tổng quát về hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail đồng thời mở ra một hướng đi mới nhằm giải quyết phần nào của bài toán năng lượng… -1

Thông qua thực nghiệm, có thể tìm ra được bộ thông số tối ưu để nhập vào ECU điều khiển, làm tài liệu tra cứu cho các đề tài nghiên cứu cùng lĩnh vự sau này. 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ -3

1.1 Tổng quan về hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử -3

ECU phát hiện tình trạng hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến Căn cứ vào các thông tin này, ECU sẽ điều khiển lượng phun nhiên liệu và thời điểm phun để đạt đến một mức tối ưu bằng cách dẫn động động cơ bằng cơ cấu chấp hành. -3

1.2 Bơm VE điện tử điều khiển bằng van xả -3

1.2.1 Bơm VE điện tử một piston hướng trục 3

1.2.2 Bơm VE điện tử một piston hướng kính 5

Van điều khiển thời điểm phun TCV 7

1.3 Hệ thống nhiên liệu với bơm - vòi phun kết hợp điều khiển điện tử (EUI

và HEUI) -8

1.3.1 Hệ thống nhiên liệu Diesel EUI 8

1.4 Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail -15

1.4.1 Sơ đồ cấu tạo chung 15

1.4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 16

1.4.3.Các cụm chi tiết trong hệ thống 16

c) Vòi phun 20

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL -23

2.1 Khái quát về Biodiesel -23

2.2 Ưu, nhược điểm và những lợi ích của Biodiesel -23

2.2.1 Ưu nhực điểm của Biodiesel so vớ Diesel khoáng 23

2.2.2.Những lợi ích của Biodiesel 26

Về môi trường -26

2.3 Ứng dụng Biodiesel tại Việt Nam -27

2.3.1 Chỉ tiêu chất lượng của Biodiesel 27

2.3.2 Các nguồn nguyên liệu sản xuất Biodiesl trong nước 29

2.3.3 Khó khăn trong việc phát triển NLSH ở Việt Nam 30

2.3.4 Phương pháp sử lý dầu thực vật và mỡ động vật 31

Phương pháp sấy nóng -31

Phương pháp pha loãng -31

Phương pháp nhũ tương hóa -31

Phương pháp cracking -31

2.4 Sản xuất Biodiesel từ Jatropha -32

2.4.1 Giới thiệu chung về cây Jatropha 32

2.4.2 Đặc điểm 33

2.4.3 Tình hình trồng Jatropha 33

2.4.4 Đánh giá tính nhiên liệu dầu Jatropha 34

CHƯƠNG III: BĂNG THỬ ĐỘNG CƠ 1 XYLANH AVL5402 -38

3.1 Các khả năng của băng thử động cơ một xy lanh -38

3.2 Trang thiết bị băng thử -38

3.3 Động cơ thí nghiệm AVL5402 -38

3.4 Phanh điện DYNO AMK -39

3.5 Thiết bị đo khối lượng nhiên liệu AVL 733S -40

Hình 1.9 Sơ đồ dẫn động hệ thống dẫn động phun của EUI 9

Hình 1.11 Các giai đoạn hoạt động của vòi phun 11

Hình 1.15 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu chung của động cơ

Common Rail

15

Hình 1.16 Cấu tạo động cơ Diesel điện tử với ống phân phối 15

Hình 1.18 Nguyên lý tạo áp suất trong bơm áp cao 2 pitton 17Hình 1.19 Bơm cấp liệu kiểu bánh răng lồng vào nhau 17

Hình 1.21 Nguyên lý tạo áp suất trong bơm áp cao 3 piston 18

Hình 1.24 Hoạt động của bộ điều chỉnh áp suất 20

Hình 3.3 Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415S 41

Đồ thị 4.1

Biểu diễn công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động

cơ khi sử dụng Diesel và khi sử dụng B5 tại 1400(v/p), 48

3.6 Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL415S -40

3.7 Thiết bị điều khiển tay ga Throttle actuator (THA100) -41

3.8 Thiết bị đo đa năng AVL 620 INDIESET -41

3.9 Thiết bị điều khiển nhiệt độ nước làm mát và dầu bôi trơn AVL577- -41 3.10 Thiết bị chụp ảnh buồng cháy VISIOSCOPE 513D -42

3.11 Tủ CEB-II -42

3.12 Hệ thống PUMA và EMCON -43

3.13 Phần mềm INCA -44

3.14 Chương trình thử nghiệm -45

Đối tượng thử nghiệm 45

Phương pháp thử nghiệm 46

Chương trình thử nghiệm 46

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN -47

4.1 Kết quả thử nghiệm tại tốc độ 1400(v/p) -47

4.1.1.Với mức tải 25% 47

4.1.2 Với mức tải 50% 51

Bảng 4.4 và Đồ thị: thể hiện kết quả đo công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng Diesel và B5 tại tốc độ 1400 (v/p), 50% tải và góc phun sớm thay đổi 80TK ÷ 160TK 52

4.1.3 Với mức tải 75% 56

4.2 Kết quả thử nghiệm tại tốc độ 2000(v/p) -61

4.2.1 Với mức tải 25% 61

Bảng 4.10: Kết quả đo công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng Diesel và khi sử dụng B5 tại 2000(v/p), 25% tải, góc phun sớm thay đổi 61

4.2.2 Với mức tải 50% 64

4.2.3 Với mức tải 75% 68

-72

Nhận xét chung: -73

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ -74

Hưng Yên, ngày tháng năm -74

TÀI LIỆU THAM KHẢO -75

Bảng 2.1 So sánh các chỉ tiêu của Biodiesel và Diesel khoáng 23

Bảng 2.3 Chỉ tiêu chất lượng Biodiesel (B100) 28

Bảng 2.4 So sánh chỉ tiêu của B100 (TCVN7717-07) và chỉ tiêu

của diesel (TCVN 5689-2002/ASTM D 975

48

Bảng 4.2

Kết quả về phát thải độc hại của động cơ khi sử dụngDiesel và khi sử dụng B5 tại 1400(v/p), 25% tải, gócphun sớm thay đổi

50

Bảng 4.3

Kết quả đo phát thải CO2 của động cơ khi sử dụngDiesel và khi sử dụng B5 tại 1400(v/p), 25% tải, gócphun sớm thay đổi

52

Bảng 4.4

Kết quả đo công suất và suất tiêu hao nhiên liệu củađộng cơ khi sử dụng Diesel và khi sử dụng B5 tại1400(v/p), 50% tải, góc phun sớm thay đổi

53

Bảng 4.5

Kết quả đo phát thải của động cơ khi sử dụng nhiên liệuDiesel và khi sử dụng B5 tại 1400(v/p), 50% tải, thayđổi góc phun sớm

55

Bảng 4.6

Kết quả đo phát thải CO2 của động cơ khi sử dụngDiesel và khi sử dụng B5 tại 1400(v/p), 50% tải, gócphun sớm thay đổi

57

Bảng 4.7

Kết quả đo công suất và suất tiêu hao nhiên liệu củađộng cơ khi sử dụng Diesel và khi sử dụng B5 tại1400(v/p),75% tải, góc phun sớm thay đổi

58

Bảng 4.8

Kết quả đo phát thải của động cơ khi sử dụng Diesel vàkhi sử dụng B5 tại 1400(v/p), 75% tải, góc phun sớmthay đổi

62

Bảng 4.11

Kết quả đo phát thải của động cơ khi sử dụng Diesel vàkhi sử dụng B5 tại 2000(v/p), 25% tải, góc phun sớmthay đổi

63

Bảng 4.12

Kết quả phát thải CO2 của động cơ khi sử dụng Diesel

và khi sử dụng B5 tại 2000(v/p), 25% tải, góc phun sớmthay đổi

64

Kết quả đo công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ KIỆU

3 SPV Van điều khiển lượng phun

4 TCV Van điều khiển thời điểm phun

5 EUI Hệ thống nhiên liệu Diesel EUI

6 HEUI Hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI

8 B100 Nhiên nhiên liệu bao gồm các este mono-alkyl của các axit

béo mạch dài được lấy từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật

9 B5 Là nhiên liệu chứa 5% B100 và 95% Diesel

10 B20 Là nhiên liệu chứa 20% B100 và 80% Diesel

11 NN&PTNT Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

12 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

15 0TK Góc quay trục khuỷu

LỜI MỞ ĐẦU

i Lý do chọn đề tài

+) Tính cấp thiết của đề tài:

Trong bối cảnh nền kinh tế thế giới đang bước vào toàn cầu hóa, mỗi một biếnđộng trên thế giới đều ảnh hưởng tới các quốc gia, trong đó có Việt Nam Sự phát triểnmạnh mẽ của nền kinh tế, khoa học công nghệ toàn cầu này kéo theo nhu cầu sử dụng

dầu mỏ rất mạnh mẽ, thế giới đã và đang bị lệ thuộc quá nhiều vào dầu mỏ… trong khi

đó nguồn năng lượng chính là dầu mỏ đang cạn kiệt, theo dự báo của các nhà khoahọc, đến khoảng năm 2050-2060, nếu không tìm được những nguồn năng lượng mới

thay thế, thế giới có thể lâm vào khủng hoảng năng lượng vô cùng nghiêm trọng…

Do vậy, đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu Biodiesel (B5) trong hệ

thống cung cấp nhiên liệu Common Rail” được thực hiện nhằm bổ sung thêm nguồn

tài liệu tham khảo, giúp sinh viên hiểu được bức tranh tổng quát về hệ thống cung cấpnhiên liệu Common Rail đồng thời mở ra một hướng đi mới nhằm giải quyết phần nàocủa bài toán năng lượng…

+) Ý ngĩa của đề tài:

Đề tài cho thấy sự ảnh hưởng nhiên liệu Biodiesel (B5) đến tính năng công suất,tiêu hao nhiên liệu và phát thải của động cơ

Thông qua thực nghiệm, có thể tìm ra được bộ thông số tối ưu để nhập vào ECUđiều khiển, làm tài liệu tra cứu cho các đề tài nghiên cứu cùng lĩnh vự sau này

Đề tài mở ra một hướng đi tích cực trong việc nghiên cứu, tìm kiếm nguồn nhiênliệu thay thế trong tương lai…

ii Mục tiêu của đề tài

Với yêu cầu nội dung của đề tài mục tiêu cần đạt được sau khi hoàn thành đề tàinhư sau:

• Đánh giá đúng tính chất, tình hình sử dụng trong và ngoài nước, ưu nhược điểm

và nguồn nguyên liệu sản suất và quá trình sản xuất Biodiesel cũng như triểnvọng phát triển của nó trong tương lai

• Đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu sinh học Biodiesel (B5) đến tính năng côngsuất, tiêu thụ nhiên liệu và phát thải của động cơ diesel

• Xác định được quy luật phun tối ưu của hệ thống Common rail sử dụng trênđộng cơ AVL 5402 khi sử dụng nhiên liệu sinh học Biodiesel nhằm: cải thiệnđặc tính động cơ, giảm lượng phát thải độc hại

iii Nội dung nghiên cứu

• Nghiên cứu hệ thống Common Rail

• Nghiên cứu nhiên liệu sinh học B5

• Nghiên cứu thực nghiệm, đánh giá mức độ ảnh hưởng của nhiên liệu sinh họcBiodiesel(B5) trong thống Common Rail ở các chế độ tải trọng 25; 50 và 75%

và ở từng dải tốc độ 1400 v/p; 2000v/p

• Xác định bộ số tối ưu hóa góc phun sớm để cải thiện đặc tính động cơ và lượngphát thải độc hại

iv Các nội dung chính trong bản thuyết minh đề tài

• Chương 1: Tổng quan hệ thống nhiên liệu diesel điện tử

• Chương 2: Nhiên liệu sinh học Biodiesel

• Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm

• Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

• Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ 1.1 Tổng quan về hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử

ECU phát hiện tình trạng hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu từ các cảmbiến Căn cứ vào các thông tin này, ECU sẽ điều khiển lượng phun nhiên liệu và thờiđiểm phun để đạt đến một mức tối ưu bằng cách dẫn động động cơ bằng cơ cấu chấphành

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quan của hệ thống

Hệ thống EFI – Diesel điều khiển lượng phun, thời điểm phun thông qua ECUđiều khiển đạt được những lợi ích tối ưu:

• Công suất động cơ cao

• Mức tiêu thụ nhiên liệu thấp

• Các khí thải thấp

• Tiếng ồn thấp

• Giảm lượng khí xả đen và trắng

1.2 Bơm VE điện tử điều khiển bằng van xả

1.2.1 Bơm VE điện tử một piston hướng trục

 Cấu tạo

Gồm có: bơm sơ cấp, khớp chữ thập dẫn động cam, vành con lăn, cơ cấu điềukhiển phun sớm, van xả áp SPV, van điều khiển phun sớm TCV, cảm biến tốc độ…Không có quả ga và piston không có lỗ ngang Vì vậy để điều chỉnh lượng nhiênliệu phun thì bơm sử dụng một van xả áp thông với khoang xylanh

Hình 1.2: Cấu trúc của bơm VE loại hướng trục

 Hoạt động

Khi động cơ làm việc thì một bơm sơ cấp loại cánh gạt được bố trí trong bơm VE

sẽ hút dầu từ thùng dầu qua lọc và nén trong khoang bơm đến áp suất 2 ÷ 7 (kg/cm2)

và gọi là áp suất sơ cấp Sau đó dầu có áp suất này được đưa tới chờ sẵn tại cửa nạp vàkhi phần xẻ rãnh của piston trùng với cửa nạp thì dầu được nạp vào khoang xylanh.Khi piston quay lên thì phần không xẻ rãnh ở đầu piston sẽ che lấp cửa nạp, đồng thờilúc này phần lồi của cam đĩa sẽ trèo lên con lăn làm cho piston bị đẩy lên để nén dầutrong khoang xylanh Dầu trong khoang xylanh bị nén tới gần áp suất phun thì cửachia dầu trên piston trùng với một đường dẫn ra một vòi phun nào đó Do vậy, khi dầutrong khoang xylanh đạt tới áp suất phun thì van ngắt dầu mở, dầu theo đường cao áptới kim phun Nó sẽ mở kim phun và phun dầu vào buồng cháy động cơ Lượng dầuphun vào động cơ nhiều hay ít phụ thuộc vào thời điểm mở van xả áp Nếu vòi phunđang phun mà van xả áp mở ra thì dầu trong khoang xylanh sẽ thông qua van xả áp vềkhoang bơm làm mất áp suất phun

 SPV loại thông thường

 Cấu tạo

Hình 1.3: SPV loại thông thường

SPV loại thông thường bao gồm 2 van: Van chính và van điều khiển Ngoài

ra còn có thêm một cuộn dây, lò xa chính và lò xo điều khiển.

SPV áp dụng cho cả hai loại bơm khác nhau có cấu tạo và hoạt động khác nhau.Loại van xả áp thông thường áp dụng cho bơm một piston hướng trục có cấu tạo thànhhai phần: Van chính và van điều khiển Cuộn dây của van điều khiển được cấp dương

và điều khiển mát Nó điều khiển bằng điện áp nguồn cơ bản của xe Ở van chính cómột tiết lưu nhỏ để thông áp suất từ khoang xylanh lên mặt trên của khoang chính tạo

ra sự cân bằng lực tác động vào van chính Như vậy van điều khiển chỉ đóng vai trò xảphần áp suất phía trên của van chính, tạo điều điện cho áp suất ở khoang xylanh đảyvan chính lên mở đường xả áp suất về khoang bơm và kết thức phun

 Hoạt động

Khi khóa điện bật ON thì cuộn dây của van điều khiển cũng được cấp điện.

Để nút (bịt) đường dầu hồi phía trên van chính và như vậy quá trình phun dầu xảy ra bình thường Đến khi cần kết thúc phun thì ECU sẽ cắt điện ở cuộn dây van điều khiển, lò xo điều khiển sẽ đẩy lõi thép của van điều khiển và mở thông khoang trên của van chính với khoang xylanh.

1.2.2 Bơm VE điện tử một piston hướng kính

 Cấu tạo

Bơm VE loại này vẫn có một bơm sơ cấp để tạo ra áp suất sơ cấp nạp vào trong khoang bơm Trục bơm được nối với roto và ở roto bố trí 4 piston hướng kính chịu tác động của các con lăn thông qua đế con lăn, ở giữa là một lỗ

khoang dọc tâm, lỗ khoang này thông với cửa nạp dầu và cửa chia dầu Phía ngoài roto là một vành cam.

Hình 1.4: Cấu trúc bơm VE loại hướng kính

 Hoạt động

Khi động cơ làm việc thì dầu có áp suất sơ cấp sẽ chờ sẵn ở của nạp dầu và đếnkhi một lỗ xẻ rãnh ở trên roto trùng với cửa nạp thì dầu sẽ được nạp vào trong khoangxylanh, tiếp sau đó thì lỗ xẻ rãnh trên roto sẽ che lấp lỗ nạp dầu đồng thời các con lăn

sẽ trèo lên phần lồi của vành cam nên các piston có xu hướng chuyển động dập vàovới nhau để nén dầu trong khoang xylanh Và khi áp suất dầu gần đạt tới áp suất phunthì một lỗ xẻ rãnh khác trên roto lại trùng với cửa chia dầu ra một vòi phun nào đó.Nên khi dầu trong khoang xylanh đạt tới áp suất phun thì vòi phun sẽ phun dầu vàobuồng cháy động cơ, còn lượng phun nhiều hay ít thì phụ thuộc vào thời điểm mở van

xả áp

 SPV loại điều khiển trực tiếp

 Cấu tạo

Hình 1.5: SPV loại điều khiển trực tiếp

SPV loại trược tiếp gồm có: Một cuộn dây, một van điện từ và một lò xo

Trái ngược với SPV loại thông thường, lọa SPV hoạt động trực tiếp thích hợpdùng cho máy bơm có áp suất cao, với các đực điểm là mức độ thích ứng và lưu lượngphun cao

Hơn nữa, các tín hiệu từ ECU được khuyếch đại bằng EDU để vận hành van ởmức điện áp cao khoảng 160 ÷ 190 (V) khi van đóng Sau đó, van vẫn ở trạng tháiđóng khi điện áp giảm thấp xuống

 Hoạt động

Khi khóa điện được bật ON thì EDU sẽ cấp cho cuộn dây của van điện một điện

áp khoảng 160 ÷190 (V) và ngay sau đó nó duy trì điện áp trên cuộn dây khoảng 60 ÷80(V) Khi đó, lõi thép của van sẽ bị từ trường của cuộn dây hút mạnh và làm cho vanđóng chặt cửa hồi dầu Đảm bảo quá trình phun nhiên liệu xảy ra bình thường Khimuốn kết thúc phun thì tín hiệu từ ECU thông qua EDU điều khiển cắt điện ở cuộndây van xả áp, lò xo sẽ đẩy lõi thép đi lên, đồng thời áp lực dầu ở khoang xylanh đẩyphần van để mở đường dầu xả về khoang bơm làm mất áp suất phun

 Van điều khiển thời điểm phun TCV

 Cấu tạo

Cấu tạo chính của TCV gồm: Lõi Stator, lò xo hồi vị và lõi chuyển động Điệntrở cuộn dây ở 200C là 10 ÷ 14

Hình 1.6: Cấu tạo van TCV

 Hoạt động

Van TCV được điều khiển bằng tỷ lệ hiệu dụng (tỷ lệ theo chu kỳ làm việc) thờigian tắt/ bật của dòng điện chạy qua cuộn dây Khi điện bật, độ dài thời gian mở van sẽđiều khiển áp suất nhiên liệu trong piston của bộ định thời

Hình 1.7: Nguyên lý hoạt động TCV

Khi ECU cấp điện cho cuộn dây, dưới tác dụng của lực từ lõi bị hút về bên phải

mở đường dầu thông giữa hai buồng áp lực của bộ định thời Khi ECU ngừng cungcấp điện, dưới tác dụng của lực lò xo lõi dịch chuyển về bên trái đóng đường dầuthông giữa hai buồng áp lực

1.3 Hệ thống nhiên liệu với bơm - vòi phun kết hợp điều khiển điện tử (EUI

và HEUI)

1.3.1 Hệ thống nhiên liệu Diesel EUI

 Khái quát

Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI 1- Thùng dầu; 2- Bầu lọc thô; 3- Bơm chuyển nhiên liệu 4- Bầu lọc tinh; 5- Các vòi phun; 6- ECM; 7- Các cảm biến.

Mặc dù được giới thiệu vào cuối những năm 80, nhưng hệ thống nhiên liệu EUI

đã đạt được những thành tựu nhất định về mặt cấu tạo, nâng cao tính năng làm việc và

độ tin cậy EUI còn là tiền đề cho hệ thống nhiên liệu HEUI sau này

 Hệ thống nhiên liệu EUI có 5 bộ phận cấu thành

Các vòi phun EUI: 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: Cung cấp nhiên liệu cho các vòi phun bằng cách hút

nhiên liệu từ thùng chứa và tạo ra một áp suất từ 60-125 psi;

Mô-đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Module): Là một máy vi tính công suất lớn điều khiển các hoạt động chính của động cơ;

Các cảm biến: Là những thiết bị điện tử kiểm soát các thông số của các động cơ:

như nhiệt độ, áp suất, tốc độ… và cung cấp các thông tin cho ECM bằng một điện thếtín hiệu

Các thiết bị tác động: Là những thiết bị điện tử sử dụng các cường độ dòng điện

từ ECM để làm việc hoặc thay đổi hoạt động của động cơ Ví dụ thiết bị tác động vòiphun là công tắc điện từ

 Hệ thống dẫn động phun

Hình 1.9: Sơ đồ dẫn động hệ thống dẫn động phun của EUI 1- Êcu điều chỉnh; 2- Cụm cò mổ; 3- Vòi phun;

4- Đũa đẩy; 5- Trục cam.

Vòi phun tạo ra áp suất nhiên liệu Lượng nhiên liệu thích hợp được phun vào xilanh ở những thời điểm chính xác Môdun điều khiển điện tử ECM xác định thời điểmphun và lượng nhiên liệu cần phun Vòi phun được dẫn động bởi vấu cam và cơ cấuđòn gánh Trục cam có ba vấu cam cho mỗi xi lanh Hai vấu dẫn động van nạp và van

xả, còn một vấu dẫn động cơ cấu vòi phun Lực được truyền từ vấu cam dẫn động vòiphun trên trục cam qua con đội đến đũa đẩy Lực của đũa đẩy được truyền qua cơ cấucụm cò mổ và tới đỉnh vòi phun ECU điều chỉnh cho phép điều chỉnh vòi phun

 Hoạt động của vòi phun

Hoạt động của vòi phun điện tử EUI bao gồm 4 giai đoạn sau: trước khi phun,phun, kết thúc phun và nạp nhiên liệu Các vòi phun dùng Piston bơm và xi lanh đểbơm nhiên liệu áp suất cao vào buồng đốt Các bộ phận của vòi phun bao gồm côngtắc điện từ, xi lanh ép, Piston bơm, xi lanh và cụm đầu vòi phun Các chi tiết của cụmđầu phun gồm lò xo, kim phun và một đầu phun Van ống bao gồm các bộ phận: Côngtắc điện từ, phần ứng, van đĩa và lò xo van đĩa

Trước khi phun:

Việc tạo sương mù trước khi phun bắt đầu với Piston bơm và xi lanh ép của vòiphun ở trên đỉnh của hành trình phun nhiên liệu Khi rãnh của Piston bơm đầy nhiênliệu, van trụ và van kim ở vị trí mở Nhiên liệu ra khỏi rãnh của Piston bơm khi cơ cấuđòn gánh đẩy xi lanh ép và Piston bơm đi xuống Dòng nhiên liệu bị van kim đóngchặn lại sẽ chảy qua van trụ mở về đường cấp nhiên liệu trong mặt quy lát Nếu côngtắc điện từ có điện, van trụ tiếp tục mở và nhiên liệu từ pít tông lông giơ tiếp tục chảyvào đường cấp nhiên liệu

Nạp nhiên liệu Phun nhiên liệu Hình 1.11: Các giai đoạn hoạt động của vòi phun

Giai đoạn phun:

Để bắt đầu phun, ECM gửi một dòng điện tới công tắc điện từ trên van ống Côngtắc điện từ tạo ra từ trường để hút phần ứng Khi công tắc điện từ hoạt động, bộ phầnứng sẽ nâng van trụ do đó van trụ tiếp xúc với đế van Đây là vị trí đóng Ngay khi vantrụ đóng, đường dẫn nhiên liệu đi vào trong rãnh Piston bơmbị đóng Piston bơm tiếptục nén nhiên liệu từ rãnh Piston bơm và làm áp suất nhiên liệu tăng lên Khi áp suấtnhiên liệu đạt khoảng 34.500kPa (5000 psi), lực của nhiên liệu áp suất cao thắng được

lực căng của lò xo Lực căng này giữ vòi phun ở vị trí đóng Kim phun di chuyển cùng

đế van lên trên và nhiên liệu được phun ra ngoài Đây là sự bắt đầu phun

Kết thúc phun:

Sự phun vẫn tiếp tục khi Piston bơmdi chuyển xuống dưới và van trụ ở vị đóng.Khi áp suất không đạt tới mức quy định, ECM dừng dòng điện tới công tắc điện từ khidòng điện tới công tắc điện từ bị ngắt, van trụ mở Van trụ được mở bởi lò xo và ápsuất nhiên liệu Khi đó, nhiên liệu áp suất cao có thể chảy qua van trụ mở và trở lạinguồn cung cấp nhiên liệu Đó là kết quả sự giảm nhanh chóng áp suất trong vòi phun.Khi áp suất vòi phun giảm tới khoảng 24.000 kPa (3500 pis), vòi phun đóng và sựphun dừng lại

Nạp nhiên liệu:

Khi Piston bơm đi xuống tới dưới của xi lanh, nhiên liệu không bị ép từ rãnh Píttông long-giơ nữa Piston bơmbị đẩy bởi bộ phận truyền động và lò xo hồi vị Sự dịchchuyển lên phía trên của Piston bơm là do áp suất trong rãnh Piston bơm hạ thấp hơn

áp suất nguồn cung cấp nhiên liệu Nhiên liệu chảy từ nguồn cung cấp nhiên liệu quavan trụ mở và đi vào rãnh Piston bơmvà làm Piston bơmdi chuyển lên trên Khi Pistonbơm đi đến đỉnh của hành trình, khoang Piston bơm chứa đầy nhiên liệu và nhiên liệuchảy vào khoang Piston bơm dừng lại Đây là quá trình bắt đầu chuẩn bị phun

1.3.2 Hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI

a) Khái quát về hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI

Hình 1.12: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI1- Bơm cao áp; 2- Lọc dầu bôi trơn; 3- Van điều khiển áp suất tác động phun; 4- Bơm dầu bôi trơn; 5- Đường dầu cao áp; 6- Vòi phun; 7- Thùng nhiên liệu; 8- Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu; 9- ECM; 10-

Thiết bị tách nước; 11- Lọc thô; 12- Lọc tinh

Hệ thống nhiên liệu HEUI là một trong những cải tiến lớn của động cơ diesel Sự

ra đời của HEUI đã thiết lập những tiêu chuẩn mới đối với động cơ về tiêu hao nhiênliệu, độ bền cũng như các tiêu chuẩn về khí thải

Công nghệ phun nhiên liệu HEUI đang thay đổi cách nghĩ của cả nhà kỹ thuật lẫnngười vận hành về hiệu suất của động cơ diesel Vượt trội hơn hẳn công nghệ phunnhiên liệu truyền thống trước đây, HEUI cho phép điều chỉnh chính xác nhiên liệuphun vào buồng cháy cả về thời gian, áp suất và lượng nhiên liệu phun mang lại hiệusuất cao cho động cơ

Công nghệ phun nhiên liệu truyền thống trước đây phụ thuộc vào tốc độ động cơ,khi tốc độ động cơ tăng thì áp suất phun cũng tăng lên, gây ảnh hưởng đến độ bền củađộng cơ và làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Áp suất phun đối với hệthống nhiên liệu HEUI không phụ thuộc vào tốc độ động cơ, mà được điều khiển bằngđiện Vì vậy, động cơ trang bị hệ thống HEUI sẽ tiết kiệm nhiên liệu hơn và khí xảsạch hơn.Như vậy ứng dụng hệ thống nhiên liệu HEUI vào động cơ cho phép nâng caohiệu suất làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiện liệu và giảm thiểu các tổn thất cũngnhư tiếng ồn của động cơ

Tuy nhiên, các thiết bị trong hệ thống nhiêu liệu HEUI có độ chính xác rất cao,nhiên liệu bẩn có thể gây mòn, thậm chí phá hỏng các chi tiết trong hệ thống Hạt bẩn

có đường kính chỉ bằng 1/5 đường kính sợi tóc đã có thể gây nguy hiểm cho hệ thống.Chính vì vậy bộ lọc giữ một vai trò rất lớn trong việc nâng cao độ bền của hệ thống

b) Vòi phun HEUI

 Cấu tạo

Hình 1.13: Cấu tạo vòi phun HEUI

Vòi phun là một thiết bị độc lập được điều khiển trực tiếp bởi mô dun điều khiểnđiện tử ECM Dầu có áp suất từ 800 đến 3000 psi được bơm cao áp chuyển đến vòiphun Bộ phận pít tông lông-giơ trong vòi phun hoạt động tương tự như xi lanh thuỷlực có tác dụng nâng áp suất dầu vào vòi phun lên đến áp suất phun Van điện từ ởphía trên vòi phun nhận tín hiệu điều khiển từ ECM, qua đó điều khiển dầu bôi trơn tácđộng tác động vào pít tông lông-giơ để điều khiển thời điểm và lượng nhiên liệu phun.

Hình1.14: Quá trình phun của vòi phun HEUI

 Nguyên lý làm việc

Bơm áp cao của hệ thống cấp một lượng dầu thủy lực tới van điện từ của vòiphun HEUI Tại đây van điện từ sẽ được điều khiển mở cho dầu có áp suất cao nàyvào trong khoang phía dưới van hình nấm để tác động phun

Một bơm cấp liệu (bơm dầu Diesel) nằm trong bơm áp cao đồng thời cấp mộtlượng nhiên liệu có áp suất nhất định vào đường biên của cụm kim phun Tại đâynhiên liệucó áp suất nhất định sẽ chờ sẵn ở khoang của cụm phun nằm phía dưới cầnđẩy Một phần nhiên liệu cũng được đưa xuống cụm piston tăng cường áp suất

Khi van điện từ mở, dầu áp cao sẽ được đưa vào trong khoang của van hình nấmtạo nên một áp suất đẩy cần đẩy đi xuống Cần đẩy đi xuống sẽ đồng thời tạo ra một ápsuất thắng được sức căng của lò xo trong cụm tăng cường áp suất, đẩy nhiên liệu chờsẵn dưới khoang cảu cần đẩy ra ngoài buồng đốt của động cơ Khi van điện từ đónglại, dầu cao áp ngừng cấp vào khoang van hình nấm, áp suất trên khoang van bị mất,đồng thời áp suất khoang bên dưới cần đẩy cũng giảm đột ngột, áp suất khoang phíadưới cần đẩy ko đủ để thắng sức căng của lò xo cụm tăng áp nữa, ngắt quá trình phunnhiên liệu

Ở vòi phun HEUI thì quá trình phun có cả phun mồi

Vòi phun là một thiết bị độc lập được điều khiển trực tiếp bởi mô dun điều khiểnđiện tử ECM Dầu có áp suất từ 800 đến 3000 psi được bơm cao áp chuyển đến vòiphun Bộ phận pít tông lông-giơ trong vòi phun hoạt động tương tự như xi lanh thuỷ

lực có tác dụng nâng áp suất dầu vào vòi phun lên đến áp suất phun (từ 3000 đến

21000 psi) Van điện từ ở phía trên vòi phun nhận tín hiệu điều khiển từ ECM, qua đóđiều khiển dầu bôi trơn tác động tác động vào pít tông lông-giơ để điều khiển thờiđiểm và lượng nhiên liệu phun

Là bơm pít tông hướng trục thay đổi lưu lượng Dầu từ thùng dầu được hút quacác thiết bị lọc vào bơm, hoạt động của bơm sẽ làm cho áp suất dầu tăng lên đến ápsuất yêu cầu và bơm dầu đến vòi phun HEUI

Bơm cao áp ở hệ thống HEUI có nhiệm vụ tạo ra áp suất cao cho dầu thủy lực(chính là dầu bôi trơn) tác động phun để đẩy xilanh ép ECM sẽ điều khiển dòng dầucao áp này vào khoang ép của xilanh ép trong vòi phun

d) Van điều khiển áp suất tác động phun

Thông thường, áp suất do bơm cao áp tạo ra sẽ cao hơn áp suất phun, van điềukhiển áp suất tác động phun sẽ xả một phần dầu trở về thùng để ổn định áp suất dầubằng áp suất yêu cầu do tín hiệu ECM qui định Nhiên liệu được nạp bởi bơm cấp liệu

sẽ di chuyển qua SCV và van một chiều, và được nén bởi pítttông và được bơm quavan phân phối đến ống phân phối

1.4 Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail

1.4.1 Sơ đồ cấu tạo chung

Khối cấp dầu thấp áp: Thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫn dầu và

đường dầu hồi

Khối cấp dầu cao áp: Bơm áp cao, Ống phân phối dầu cao áp đến các vòi phun

(ống rail, ống chia chung) các tyo cao áp, van an toàn và van xả áp, vòi phun

Khối cơ – điện tử: các 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 rail)

Hình 1.15: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu chung của động cơ

Common Rail

Hình 1.16: Cấu tạo động cơ Diesel điện tử với ống phân phối

1.4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Nhiên liệu được dẫn lên từ bơm tiếp dầu đặt trong bơm áp cao được nén tới ápsuất cần thiết Pittong trong bơm áp cao tạo ra áp suất phun cần thiết , áp suất này thayđổi theo tốc độ động cơ và điều kiện tải từ 20 Mpa ở chế độ không tải đến 135 Mpa ởchế độ tải cao và tốc độ vận hành cao ( trong các hệ thống Diesel điện tử thông thườngthì áp suất này từ 10 đến 80 Mpa

ECU điều khiển SCV (van điều khiển nạp) để điều chỉnh áp suất nhiên liệu, điềuchỉnh lượng nhiên liệu đi vào bơm áp cao

ECU luôn theo dõi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối bằng cảm biến áp suấtnhiên liệu và thực hiện điều khiển phản hồi

1.4.3.Các cụm chi tiết trong hệ thống

a) Bơm áp cao

 Bơm áp cao (HP3) loại 2 piston

 Cấu tạo

Hình 1.17: Cấu tạo bơm áp cao loại 2 pitton 1- Van hút; 2- Piston; 3- Cam không đồng trục 4- SCV (Van điều khiển nạp); 5- Van phân phối; 6- Bơm cấp liệu.

 Nguyên lý vận hành

Píttông B dẫn nhiên liệu vào trong khi pittông A bơm nhiên liệu ra Do đó,píttông A và B lần lượt hút nhiên liệu từ bơm cấp liệu vào khoang cao áp và bơmnhiên liệu ra ống phân phối

Việc quay của cam lệch tâm làm cho cam vòng quay với một trục lệch Camvòng quay và đẩy một trong hai piston đi lên trong khi đẩy piston kia đi xuống hoặcngược lại đối với hướng đi xuống

Piston B bị đẩy xuống để nén nhiên liệu và chuyển nó vào ống phân phối khipíttông A bị kéo xuống để hút nhiên liệu vào Ngược lại, khi pittông A được đẩy lên đểnén nhiên liệu và dẫn nó đến ống phân phối thì pittông B được kéo lên để hút nhiênliệu lên

Hình 1.18: Nguyên lý tạo áp suất trong bơm áp cao 2 pitton

 Bơm cấp liệu cho bơm cao áp loại 2 piston

Hình 1.19: Bơm cấp liệu kiểu bánh răng lồng vào nhau

1- Roto ngoài; 2- Roto trong; 3- Bộ phận hút 4- Bộ phận xả; 5- Dầu từ thùng dầu vào; 6- Dầu đến bơm cao áp.

 Bơm áp cao loại 3 piston

 Cấu tạo

Hình 1.20: Cấu tạo bơm áp cao loại 3 pitton 1- Trục lệch tâm; 2- Cam lệch tâm; 3- Piston bơm; 4- Van nạp; 5- Lò xo hồi vị; 6- Bơm cấp liệu; 7- PCV – Van điều khiển nạp; 8- Đường dầu hồi;

9- Dầu hồi về từ ống Rail; 10- Đường dầu đến ống Rail.

 Nguyên lý vận hành

Nguyên lý của bơm cao áp dùng có ba píttông như được mô tả và gửi nhiên liệuvào ống phân phối bằng cách lần lượt hút vào và bơm ra

Bơm áp cao điều khiển lượng nhiên liệu dẫn vào pittông bằng PCV (van namchâm tỉ lệ), nó có các chức năng giống như của SCV (van điều khiển hút).

Hình 1.21: Nguyên lý tạo áp suất trong bơm áp cao 3 piston

Hình 1.22: Cấu tạo ống phân phối

 Bộ hạn chế áp suất

Bộ hạn chế áp suất không hoạt động Bộ hạn chế áp suất hoạt động

Hình 1.23: Hoạt động của bộ hạn chế áp suất

Bộ hạn chế áp suất được vận hành cơ khí thông thường để xả áp suất trongtrường hợp áp suất trong ống phân phối lên cao tới mức không bình thường

 Van xả áp (Bộ điều chỉnh áp suất)

Khi áp suất nhiên liệu của ống phân phối cao hơn áp suất phun mong muốn thìvan xả áp suất nhận được một tín hiện từ ECU động cơ để mở van và hồi nhiên liệungược về bình nhiên liệu để cho áp suất nhiên liệu có thể trở lại áp suất phun mongmuốn

Hình 1.24: Hoạt động của bộ điều chỉnh áp suất

 Cấu tạo

Hình1.25: Cấu tạo vòi phun

 Hoạt động

Hình 1.26: Khi vòi phun đóng

Nhiên liệu với áp suất cao từ ống Rail thông qua các tuy ô cao áp, đến vòi phun.Dầu có áp suất cao luôn luôn được đưa đến chờ sẵn ở vòi phun và tại đây nhiên liệuđược chia ra làm hai đường:

1 Lò xo vòi phun.

2 Van định lượng.

3 Lỗ tiết lưu dầu hồi về.

4 Lõi của van điện từ.

5 Đường dầu hồi về.

6 Đầu nối điện của van điện từ.

7 Van điện từ.

8 Đường nhiên liệu áp suất cao được cung cấp từ Rail.

9 Van bi.

Đường thứ nhất: Nhiên liệu được đưa tới khoang chứa dầu áp suất cao ở kim

phun và đẩy kim phun lên

Đường thứ hai: Nhiên liệu được đưa tới khoang áp suất cao phía trên chốt tỳ Khi

van xả áp đóng áp suất ở buồng phía trên chứa phía trên của chốt tỳ tạo ra một lực lớnhơn lực đẩy kim phun ở khoang áp suất phía dưới giữ kim phun ở vị trí đóng

Hình 1.27: Khi vòi phun mở

Khi ECU gửi tín hiệu đến vòi phun, van xả áp bị hút lên nén lò xo lại dầu ởkhoang chứa áp suất cao phía trên chốt tỳ đi qua van xả áp ra đường dầu hồi làm cho

áp suất ở đây giảm xuống lúc này áp suất khoang phía dưới kim phun được giữnguyên, thắng sức căng của lò xo 1 đẩy kim phun đi lên và phun nhiên liệu với áp suấtcao vào trong buồng cháy của động cơ

Kết thúc qua trình phun:

Khi ECU ngắt tín hiệu điều khiển vòi phun van xả áp đóng lại lúc này áp suất ởkhoang phía trên của chốt tỳ lại tạo ra một lực tác động lên chốt tỳ đẩy kim phun đónglại, kết thúc quá trình phun

Lượng nhiên liệu 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

• Áp suất trong Rail

1,1 ms 0,35 ms

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL 2.1 Khái quát về Biodiesel

Biodiesel hay diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương vớinhiên liệu dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà được sản xuất từdầu thực vật hay mỡ động vật Diesel sinh học nói riêng, hay nhiên liệu sinh học nóichung, là một loại năng lượng tái tạo Nhìn theo phương diện hóa học thì diesel sinhhọc là methyl este của những axit béo

Diesel sinh học gốc (B100), theo quy chuẩn của Việt Nam được định nghĩa là:

“Nhiên liệu bao gồm các este mono-alkyl của các axit béo mạch dài được lấy từ dầuthực vật hoặc mỡ động vật”

Trên Thế giới cũng như ở Việt Nam chưa sử dụng B100 như là một nhiên liệu sửdụng cho Động cơ Diesel mà thường là pha B100 này với Diesel thông thường theo tỷ

lệ nhất định để có được nhiên liệu sinh học Các tỷ lệ thông thường được pha là 5%,10%, 20%, 30% Ứng với các tỷ lệ pha B100 vào Diesel ta sẽ được các loại nhiênliệu Biodiesel là B5, B10, B5, B30…

2.2 Ưu, nhược điểm và những lợi ích của Biodiesel

2.2.1 Ưu nhực điểm của Biodiesel so vớ Diesel khoáng

Biodiesel có các chỉ tiêu về vật lý rất giống với dầu Diesel Bảng 2.1 so sánh cácchỉ tiêu về vật lý của Biodiesel và Diesel, các chỉ tiêu bao gồm: tỷ trọng, độ nhớt, trị sốcetan, nhiệt trị…

Bảng 2.1: So sánh các chỉ tiêu của Biodiesel và Diesel khoáng

Hàm lượng lưu huỳnh

Hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu là thành phần cần được giới hạn bởi nó lànguyên nhân sinh ra thành phần SOx rất có hại cho Động cơ, sức khỏe con người vàmôi trường Biodiesel có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp, khoảng 0,001% Chính vì vậy

mà Biodiesel làm nhiên liệu rất tốt Các tiêu chuẩn về nhiên liệu hiện nay đều có giớihạn về hàm lượng lưu huỳnh thấp, càng ngày hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệucàng thấp khi mà các nước áp dụng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng cao Đây là lợithế rất lớn của nhiên liệu sinh học Biodiesel

Quá trình cháy

Quá trình cháy của nhiên liệu trong phụ thuộc rất lớn vào quá trình hòa khí, đặcbiệt là hàm lượng oxy có trong hòa khí đó Do nhiên liệu Biodiesel chứa khoảng 11%oxy nên quá trình cháy của nhiên liệu xẩy ra tốt hơn so với nhiên liệu Diesel thôngthường Vì vậy với những động cơ sử dụng nhiên liệu Biodiesel thì sự tạo muội, đóngcặn trong động cơ giảm đáng kể Cũng như là các thành phần phát thải khí độc hảigiảm đáng kể

Khả năng bôi trơn

Khả năng bôi trơn của nhiên liệu phụ thuộc vào độ nhớt của nhiên liệu Biodiesel

có chỉ số độ nhớt 3,7÷5,8 trong khi của Diesel là 1,9÷4,1 vì vậy Biodiesel có khả năngbôi trơn tốt hơn Diesel Biodiesel còn như là một phụ gia rất tốt đối với nhiên liệuDiesel thông thường Khi thêm vào với tỷ lệ thích hợp Biodiesel, sự mài mòn động cơđược giảm mạnh Thực nghiệm đã chứng minh sau khoảng 15000 giờ làm việc, sự màimòn vẫn không được nhìn thấy

Độ ổn định oxy hóa

Biodiesel có khả năng bị phân hủy rất nhanh (khoảng 98% chỉ sau 21 ngày) vìvậy mà nó là nhiên liệu tốt cho môi trường Do đặc điểm này nên cần lưu ý đến khảnăng ổn định Oxy hóa của loại nhiên liệu này

Khả năng thích hợp cho mùa đông

Biodiesel phù hợp cho điều kiện sử dụng vào mùa đông ở nhiệt độ - 200C nếu nóđược pha với các phụ gia chống đông Đối với Diesel khoáng, sự kết tinh xẩy ra trongnhiên liệu gây ra sự trở ngại cho hệ thống nhiên liệu như vòi phun… Nếu động cơ sửdụng Biodiesel ngay từ đầu thì không cần làm sạch hệ thống nhiên liệu

Giảm lượng khí thải độc hại

Theo các nghiên cứu của Bộ năng lượng Mỹ đã hoàn thành tại một trường đạihọc ở Califonia, sử dụng Biodiesel có thể giảm 93,6% nguy cơ mắc bệnh ung từ khíthải lý do là Biodiesel có chứa rất ít các tạp chất thơm và chứa rất ít lưu huỳnh nênquá trình cháy của Biodiesel triệt để hơn vì vậy giảm được thành phần hydrocacbontrong khí thải

Có khả năng tái sinh

Tạo ra nguồn năng lượng độc lập với dầu mỏ, không làm suy yếu các nguồn nănglượng tự nhiên, có thể tái tạo được, không gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người vàmôi trường

An toàn về cháy nổ tốt hơn

Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy cao, trên 1100C, cao hơn nhiều so với Dieselkhoáng (khoảng 600C), vì vậy tính chất nguy hiểm của nó thấp hơn, an toàn hơn trongtồn chứa và vận chuyển

Tuy nhiên nó có một số nhược điểm:

Giá thành cao

Biodiesel thu được từ thực vật đắt hơn so với nhiên liệu diesel thông thường.Nhưng trong quá trình sản suất Biodiesel có thể tạo ra sản phẩm phụ là glyxerin là mộtchất có tiềm năng thương mại lớn có thể bù lại phần nào giá cả cao của Biodiesel

Tính chất thời vụ

Nguồn nhiên liệu dầu thực vật và mỡ động vật nên có tính thời vụ, vì vậy muốn

sử dụng Biodiesel như là một dạng nhiên liệu thường xuyên thì cần phải quy hoạch tốtvùng nguyên liệu

Có thể gây ô nhiễm

Nếu quá trình sản xuất Biodiesel không đảm bảo, chẳng hạn rửa Biodiesel khôngsạch thì khi sử dụng vẫn gây ra các vấn đề về ô nhiễm: do vẫn còn xà phòng, kiềm dư,metanol, glyxerin tự do… cũng là những chất gây ô nhiễm Vì vậy phải có các tiêuchuẩn cụ thể để đánh giá chất lượng của Biodiesel

Một số thuộc tính của Biodiesel được sản suất từ các nguồn khác nhau được trìnhbày trong Bảng 2.2

Bảng 2.2: Một số thuộc tính của Biodiesel

Nhiên liệu

Metyl estedầu đậu nành

Metyl estedầu hạt cải

Metyl estedầu phế thải

Dieselkhoáng

có khả năng phân hủy sinh học nhanh(phân huỷ nhanh hơn Diesel 4 lần, phân huỷ từ

85 ¸ 88% trong nước sau 28 ngày), ít gây ô nhiễm nguồn nước và đất

có nguồn gốc từ thực phẩm

Phát triển kinh tế nông nghiệp

Thông qua nguyên liệu đầu vào của các nhà máy là sản phẩm nông nghiệp, do đóviệc sản xuất biodiesel có thể kích thích sản xuất nông nghiệp và mở rộng thị trườngcho sản phẩm nông nghiệp trong nước Việc sản xuất biodiesel từ một số cây trồngnhư dừa, lạc mở ra cơ hội thị trường sản phẩm mới cho nông dân với tiềm năng tăngthu nhập hoặc tăng năng lực sản xuất của đất canh tác hiện có, tận dụng các vùng đấthoang hóa và tạo thêm công ăn việc làm cho người dân

Chính sách phát triển nguồn nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học phùhợp cũng sẽ tạo ra sự đa dạng môi trường sinh học với các chủng loại thực vật mới.Bên cạnh đó, việc tận dụng các nguồn phụ, phế phẩm nông nghiệp để sản xuấtbiodiesel giúp bảo đảm không ảnh hưởng đến an ninh lương thực khi phát triển nhiênliệu sinh học, đồng thời nâng cao giá trị của sản phẩm nông nghiệp.

Bảo đảm an ninh năng lượng

Phát triển nhiên liệu sinh học giúp các quốc gia chủ động, không bị lệ thuộc vàovấn đề nhập khẩu nhiên liệu, đặc biệt đối với những quốc gia không có nguồn dầu mỏ

và than đá; đồng thời kiềm chế sự gia tăng giá xăng dầu, ổn định tình hình năng lượngcho thế giới Do được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo, biodiesel thật sự là mộtlựa chọn ưu tiên cho các quốc gia trong vấn đề an ninh năng lượng Hơn nữa, việc pháttriển nhiên liệu sinh học trên cơ sở tận dụng các nguồn nguyên liệu sinh khối khổng lồ

sẽ là một bảo đảm an ninh năng lượng cho các quốc gia

2.3 Ứng dụng Biodiesel tại Việt Nam

2.3.1 Chỉ tiêu chất lượng của Biodiesel

Theo bảng tiêu chuẩn ASTM, chỉ tiêu chất lượng của biodiesel được quy địnhtheo bảng 2.3:

Bảng2.3: Chỉ tiêu chất lượng Biodiesel (B100)

1 Hàm lượng este, %KL, min 96,5 EN 14103

2 Khối lượng riêng tại 150C, kg/m3 860-900 TCVN 6594

D 664)

6122 (ISO 3961)

18 Nhiệt độ cất 90% thu hồi, 0C, max 360 ASTM D 1160

Không có nước tự do,cặn và tạp chất lơlửng

Quan sát bằng mắtthường

Bảng 2.4: So sánh chỉ tiêu của B100 (TCVN7717-07) và chỉ tiêu của diesel (TCVN

5689-2002/ASTM D 975)

Biodiesel

Giới hạn cho Diesel

Đơn vị đo

Độ nhớt động học tại 40 0C 1,9 - 6,0 1,6 ÷ 5,5 mm2/s (cSt)

Điểm vẩn đục Tuỳ khách hàng Tuỳ khách hàng 0C

2.3.2 Các nguồn nguyên liệu sản xuất Biodiesl trong nước

Việt Nam đã quan tâm đến Diesel sinh học (Biodiesel) cách đây 20 năm Và Đề

án phát triển ngành Nhiên liệu sinh học (NLSH) đến năm 2015, tầm nhìn đến năm

2025 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 20/11/2007 Về tiềm năng cónhiều nguồn nguyên liệu sản xuất Biodessel như:

Dầu mỡ thải đã qua sử dụng: Gồm các phế phẩm dầu mỡ đi từ các nhà máy chế

biến dầu mỡ, dầu mỡ đã qua sử dụng, được thu hồi sau quá trình rán, nấu từ các cơ sởchế biến thức ăn

Vi tảo: Giải pháp duy nhất có thể giải quyết vấn đề diện tích đất trồng vì nó có

chu kỳ phát triển rất ngắn, sống được ở khắp nơi có ánh nắng mặt trời, nước và CO2.Đối với Việt Nam, điều kiện lãnh thổ có chiều dài bờ biển hơn 3.600 km, việc thửnghiệm công nghệ ép tảo tạo ra dầu sinh học đã mở ra hướng đi mới đầy tiềm năngtrong việc sản xuất dầu sinh học, đảm bảo an ninh năng lượng của nước ta Ngoài việcdùng vi tảo để sản xuất nhiên liệu, có thể dùng bụi tảo khô để đốt trong các động cơdiesel thay thế cho than bụi Đặc biệt, tảo có thể tồn tại ở bất cứ nơi nào có đủ ánhsáng, kể cả vùng hoang hoá, nước mặn, nước thải, lại có khả năng làm sạch môitrường nước thải

Cây Jatropha: Có nguồn gốc từ Trung Mỹ, di thực sang châu Phi, Ấn Độ và

Nam Mỹ, cây chịu hạn, trồng ở đất khô cằn, có nhiều loại Nước ta có thể tận dụng 9triệu ha đất hoang hóa, dọc ven các đường quốc lộ, trồng cây Jatropha để lấy dầu Tuynhiên, trên thực tế theo kết quả thống kê về năng suất sản xuất hạt cây cọc rào do BộNN&PTNT công bố năm 2011 thì Chương trình canh tác cây cọ rào hầu như thất bại

do chưa thuần chủng được giống và một số nhận định sai lầm trong kỹ thuật canh tác

2.3.3 Khó khăn trong việc phát triển NLSH ở Việt Nam

Nguồn nguyên liệu: Còn hạn chế do phải dành đất đai để đảm bảo an ninh lương

thực, trồng rừng bảo hộ và nguyên liệu cho công nghiệp; công nghệ hiện tại chưa đảmbảo năng suất cây trồng cao Nếu phát triển ồ ạt, không tính toán sẽ ảnh hưởng đến anninh lương thực và diện tích rừng Công nghệ sản xuất NLSH hiện tại (thế hệ thứ nhất)dùng nguyên liệu là tinh bột ngũ cốc, mật rỉ đường để sản xuất ethanol và dùng dầu

mỡ động thực vật để sản xuất diesel sinh học, số lượng còn hạn chế và có giá thànhcao Công nghệ mới (thế hệ thứ hai) để sản xuất ethanol, diesel sinh học từ phế thảicông - nông - lâm nghiệp (ligno-cellulosic biomass) mới thành công ở quy mô hànhtrình diễn, quy mô nhỏ, cần 5-7 năm nữa mới có thể áp dụng ở quy mô công nghiệpvớigiá thành hạ, sản lượng lớn

Trình độ công nghệ và thiết bị: Hầu hết các cơ sở sản xuất cồn trong nước hiện

nay đều sử dụng công nghệ cũ, lạc hậu, thiết bị chắp vá, thiếu đồng bộ, công suất nhỏ(dưới 10 triệu lít/năm), tiêu hao nhiều đơn vị năng lượng trên một đơn vị sản phẩm,hiệu suất tổng thu hồi so với lý thuyết chỉ đạt khoảng 80% (các nước tiên tiến đạt90%), chỉ sử dụng nguồn nguyên liệu sinh khối truyền thống (ngũ cốc, rỉ đường) khiếngiá thành sản phẩm cao Các cơ sở sản xuất dầu mỡ động, thực vật có công nghệ thiết

bị tách dầu, mỡ lạc hậu, tỷ lệ thu hồi thấp Bên cạnh đó là các khó khăn về thiếu nguồnnhân lực lành nghề, các chuyên gia kỹ thuật cao cấp; đầu tư cho nghiên cứu NLSH cònnhiều hạn chế; chưa có sự phối hợp chặt chẽ giữa các ngành có liên quan trong việcnghiên cứu triển khai và ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất; chưa

có hệ thống pháp luật hoàn chỉnh; các hoạt động hợp tác quốc tế còn quá ít và chưa đạthiệu quả mong muốn

Khó khăn khi chuyển đổi sử dụng NLSH ở Việt Nam: Khi muốn chuyển sang sử

dụng diesel sinh học thì “chính sách thông tin của nhà sản xuất xe” có thể trở thànhmột vấn đề lớn Thường thì chỉ sau khi tốn nhiều thời gian kiên tra đặt câu hỏi người tamới nhận được thông tin về việc là liệu một kiểu xe nhất định định được cho phépdùng diesel sinh học hay không và mặc dù là diesel sinh học đã có trên thị trường từ

10 năm nay nhưng phần lớn các ô tô được sản xuất hằng loạt đều không thích nghi vớidiesel sinh học

Khi dùng nhiên liệu diesel sinh học cho một số xe cơ giới không thích nghi hoặcthích nghi kém, diesel sinh học sẽ phá hủy các ống dẫn nhiên liệu và các vòng đệmbằng cao su

Ngoài ra, việc đốt cháy khác nhau nên các động cơ mới không được chứng nhận

là thích nghi với PME có thể có vấn đề với các bộ phận điệntử của động cơ, nhữngthiết bị được điều tính toán thiết kế để dùng với diesel thông thường

2.3.4 Phương pháp sử lý dầu thực vật và mỡ động vật

Việc sử dụng trực tiếp dầu thực vật và mỡ làm nhiên liệu cho động cơ Diesel gặpnhững khó khăn như quá trình hóa hơi nhiên liệu ở nhiệt độ thấp kém gây trở ngại choquá trình khởi động, quá trình cháy không hoàn toàn dẫn đến giảm công suất của động

cơ, độ nhớt cao làm tắc, nghẽn, gây khó khăn cho hệ thống phun nhiên liệu Dầu thựcvật và đặc biệt là mỡ động vật có độ nhớt cao gấp khoảng 11,17 lần so với nhiên liệuDiesel Để giảm độ nhớt của dầu và mỡ thì có thể sử dụng một trong các phương phápsau:

Phương pháp sấy nóng

Độ nhớt sẽ giảm khi nhiệt độ tăng Tuy nhiên phương pháp này không hiệu quả

vì để dầu thực vật và mỡ đạt được độ nhớt cần thiết cho nhiên liệu Diesel thì đòi hỏinhiệt độ khá cao (ví dụ như đối với dầu Canola ở nhiệt độ môi trường thì độ nhớt của

nó gấp 12 lần so với nhiên liệu Diesel, ở nhiệt độ 800 thì độ nhớt vẫn còn gấp 6 lần sovới nhiên liệu Diesel), hơn nữa hệ thống gia nhiệt cho dầu không thể duy trì mãi khiđộng cơ không hoạt động điều đó làm cho dầu sẽ bị đông lại đặc biệt là vào mùa đông,trước khi khởi động dầu cần phải được đốt nóng điều đó gây ra những bất tiện chongười lái xe

Phương pháp pha loãng

Pha loãng dầu hoặc mỡ với nhiên liệu diesel theo tỷ lệ nào đó ta thu được hỗnhợp nhiên liệu mới, hỗn hợp này đồng nhất và bền vững Các tỷ lệ dầu : diesel 1 :10 và

2 : 10 đem lại hiệu quả tốt nhất về độ nhớt và các tính chất ở nhiệt độ thấp của hỗnhợp

Phương pháp nhũ tương hóa

Phương pháp nhũ tương hóa có thể khắc phục nhược điểm độ nhớt cao của dầu

và mỡ bằng dung môi là rượu Hệ nhũ tương dầu - rượu có những tính chất tương tựvới nhiên liệu diesel nhưng nhược điểm là khó duy trì và ổn định hệ nhũ tương này

Phương pháp cracking

Dầu và mỡ sau khi bị nhiệt phân sẽ tạo thành các hợp chất có mạch ngắn hơn do

đó độ nhớt sẽ giảm đi Xúc tác tiêu biểu sử dụng trong quá trình nhiệt phân là SiO2 và

Al2O3 Nhược điểm của phương pháp là thiết bị sử dụng trong quá trình rất đắt

Biodiesel cũng có thể được sản xuất bằng hydrocracking Những quá trình côngnghệ mới đang được phát triển mà không tạo ra Glycerol Quá trình này bao gồm cáccông đoạn: hydrocracking, làm sạch bằng hydro và hydro hoá

Hiệu suất thu sản phẩm khoảng 75¸80% với chỉ số cetane cao (~100) Thànhphần sulfur thấp hơn 10 ppm Nó phân rã 95% sau 28 ngày, trong khi đó dầu diesel