Bài viết này sẽ đi sâu vào nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hệ thống trên, nhằm giúp sinh viên cũng như nghiên cứu sinh có cái nhìn tổng quát nhất để từng bước cải tiến và ứng dụng vào nền công nghiệp ôtô nước nhà. Góp phần thúc đẩy nền công nghiệp ôtô Việt Nam phát triển nâng tầm thế giới.
NGUYÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN DẦU ĐIỆN TỬ CDI CÔNG NGHỆ TUYỆT VỜI ĐẾN TỪ MERCEDEC - BENZ Nguyễn Văn Nhân Viện công nghệ Việt – Nhật HUTECH, Đại học cơng nghệ TPHCM, Việt Nam TĨM TẮT Nhằm giải vấn đề khí thải tăng hiệu suất động diesel, Mercedec – Benz ông lớn nghành công nghiệp ôtô đến từ Đức tiên phong việc cho đời hệ thống điều khiển phun dầu điện tử CDI (Common rail direct injection) Bài báo sâu vào nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động ƣu nhƣợt điểm hệ thống trên, nhằm giúp sinh viên nhƣ nghiên cứu sinh có nhìn tổng qt để bƣớc cải tiến ứng dụng vào công nghệp ôtô nƣớc nhà Góp phần thúc đẩy công nghiệp ôtô Việt Nam phát triển nâng tầm giới TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL Hình Động OM 611 xy-lanh Động diesel động đƣợc sử dụng ơtơ Nó có ƣu điểm nhiên liệu diesel rẻ loại nhiên liệu khác, sinh mômen xoắn lớn hơn, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao Tuy nhiên trƣớc lại thƣờng đƣợc sử dụng xe tải gây tiếng ồn lớn ô nhiễm môi trƣờng Không giống động xăng, máy dầu khơng cần hệ thống đốt cháy Nhờ đặc tính vốn có dầu diesel, q trình đốt cháy tự động diễn dƣới áp suất kết hợp với nhiệt độ định suốt kỳ nén chu kỳ Otto Thơng thƣờng, chu kỳ địi hỏi tỷ số nén cao khoảng 22:1 động không tăng áp Sự vắng mặt hệ thống đánh lửa nhƣ van tiết lƣu khiến trình sửa chữa bảo dƣỡng trở nên đơn giản nhiều Do công suất động diesel đƣợc điều khiển lƣợng nhiên liệu bơm vào nên hệ thống bơm đóng vai trị định mức độ tiết kiệm nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu Common Rail cải tiến động diesel số hệ thống đƣợc khách hàng quan tâm mua xe tơ lợi ích mà mang lại sử dụng nhƣ: tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trƣờng, công suất lớn, giảm tiếng ồn động Nó mang lại cách mạng công nghệ động diesel, làm thay đổi cách suy nghĩ ngƣời sử dụng cho động diesel ồn, bẩn, chậm chạp 1091 Hình Hệ thống CDI Vì ngày động sử dụng nhiện liệu diesel đƣợc sử dụng xe tải mà đƣợc sử dụng dòng xe cao cấp hãng nhƣ Toyota, BMW,Volkswagen Mercedes-Benz không ngoại lệ Việc nghiên cứu hệ thống điều khiển phun nhiên liệu CDI (Common rail direct injection) dòng xe Sandan, Suv, Sprinter Mercedes-Benz giúp nắm bắt kiến thức để nâng cao hiệu sử dụng, khai thác, sửa chữa cải tiến chúng Ngồi cịn góp phần xây dựng nguồn tài liệu tham khảo phục vụ nghiên cứu trình học tập cơng tác GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CDI (Common rail direct injection) Hình Mặt cắt động CDI Trong động Diesel đại, áp suất phun đƣợc thực cho vòi phun cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao đƣợc chứa hộp chứa (Rail) hay gọi ―Ắc quy thủy lực‖ đƣợc phân phối đến vòi phun theo u cầu Lợi ích vịi phun Common Rail làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu đƣợc phun áp suất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, kiểm soát lƣợng phun, thời điểm phun Do làm hiệu suất động tính kinh tế nhiên liệu cao so với hệ thống cũ dẫn động cam, hệ thống CDI linh hoạt việc đáp ứng thích nghi điều khiển phun nhiện liệu cho động diesel nhƣ: Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách, tải nhẹ, tải nặng, xe lửa tàu thủy) Áp suất phun đạt đến 2000 bar Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động động Có thể thay đổi thời điểm phun 1092 Phun chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun phun kết thúc CẤU TẠO Hình Hệ thống CDI: Thùng nhiên liệu (prefilter) - Bơm cao áp (High pressure pump) - Lọc nhiên liệu (Fuel fitlter) - Đƣờng cấp nhiên liệu cao áp (màu đỏ) - Đƣờng nối cảm biến áp suất đến ECU - Cảm biến áp suất ( Rail pressure sennor) - Ắc quy thủy lực ( Commom rail) - Van an tồn (PCV) - Vịi phun (Injector) - 10 ECU ( Electronic Control Unit) - 11 Đƣờng nhiên liệu thấp áp (màu vàng) - 12 Các cảm biến gửi tín hiệu ECU : Accelerator pedal (bàn đạp ga), engine speed (crank) – cảm biến cốt máy, engine speed (cam)- cảm biến cam Hệ thống Common Rail cấu tạo gồm phần: Hệ thống cung cấp nhiên liệu: Gồm thùng nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bơm tiếp vận, bơm cao áp, ống phân phối, kim phun, đƣờng ống cao áp Hệ thống cung cấp nhiên liệu có cơng dụng hút nhiên liệu từ thùng chứa sau nén nhiên liệu lên áp suất cao chờ tín hiệu điều khiển từ hộp động phun nhiên liệu vào buồng đốt Hình ECU số cảm biến: 1.MAP: Cảm biến áp suất dầu phun – 2.Coolant Temperature Sensor (CTS) : cảm biến nhiệt độ nƣớc – 3.Crankshaft Position Sensor: – cảm biến cốt máy – 4.Camshaft Position Sensor: cảm biến cam – 5.Detonation Sensor: cảm biến kích nổ - 6.Battery : ắc quy – 7.Injector : kim phun hay bét phun – 8.Regulator: điều tiết – 9.Throttle Position Sensor: cảm biến vị trí bƣớm ga – 10.Throttle body: họng ga – 11.Idle Air Control valve: bù ga 1093 Hệ thống điều khiển điện tử: Gồm xử lý trung tâm CDI control module (hộp động cơ), phần điện kim phun, cảm biến đầu vào phận chấp hành Hộp động thu thập tín hiệu từ nhiều cảm biến khác để nhận biết tình trạng hoạt động động cơ, sau tính tốn lƣợng phun, thời điểm phun nhiên liệu gửi tín hiệu điều khiển phun đến phần điện kim phun mở kim phun Ngoài hệ thống điều khiển điện tử cịn tính tốn điều khiển áp suất nhiên liệu tuần hoàn khí xả NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG Hình Hệ thống CDI Hệ thống CDI hệ thống phun theo kiểu tích áp Một bơm cao áp riêng biệt đƣợc đặt thân máy tạo áp suất liên tục Áp suất đƣợc chuyển đến tích lại ống phân phối Cung cấp tới vòi phun theo thứ tự làm việc xy-lanh Hộp động điều khiển lƣợng nhiên liệu phun thời điểm phun cách xác cách sử dụng van điện tử Khi khởi động động cơ, bơm tiếp vận hút nhiên liệu từ thùng chứa qua lọc cung cấp nhiên liệu cho bơm cao áp làm việc, nhiên liệu có áp suất cao đƣợc tạo từ bơm cao áp đƣa đến ống phân phối Từ ống phân phối nhiên liệu đƣợc phân phối trực tiếp đến kim phun động Hộp động nhận tính hiệu từ cảm biến phát tính hiệu đến kim phun Hộp động tính tốn, định lƣợng nhiên liệu cung cấp thời điểm phun cho động Lƣợng dầu hồi từ ống phân phối kim phun nhiệt độ lớn 30oC dầu qua phận làm mát thùng chứa, nhỏ 30oC dầu qua lọc nhiên liệu đến bơm tiếp vận Hình CDI động V8 ƢU ĐIỂM So với hệ thống cũ dẫn động cam, hệ thống Common Rail linh hoạt việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động diesel, nhƣ: Áp suất phun nhiên liệu đƣợc chọn cách ngẫu nhiên rộng khoảng giá trị cho phép lấy vùng đặc tính Áp suất ln không đổi động hoạt động chế độ tải trọng khác nhau, áp suất ổn định (đối với loại động khác nhau, tùy hãng khác có số áp suất 1094 khác nhau: 1350, 1400, 1600, 1800, 2000bar) Sự khởi đầu linh hoạt phun nhiên liệu với trình phun ban đầu, q trình phun q trình phun cuối (đối với hãng xe có q trình phun tùy loại 2, 3, 4) Có nhiều khả cho phát triển cho trình đốt động diesel tƣơng lai, tạo nhiều linh hoạt cho việc phun nhiên liệu Các trình xử lý khí thải đƣợc kết hợp cách tối ƣu Khả bay cao: Nhiên liệu qua lỗ nhỏ vòi phun làm cho trở thành dạng sƣơng mù dễ bắt cháy Hình Mạch dầu hệ thống CDI - Phun nhiều lần: Làm nhiên liệu đƣợc cháy sạch, cháy êm, trình phun mồi làm động cháy êm Điều khiển điện tử: Việc sử dụng hộp động cho phép điều chỉnh xác thơng số phun nhiên liệu nhƣ áp suất, thời điểm phun lƣợng nhiên liệu phun Tiêu hao nhiên liệu thấp Phát thải ô nhiễm thấp Động làm việc êm dịu, giảm đƣợc tiếng ồn Cải thiện tính động Thiết kế phù hợp để thay cho động diesel sử dụng Với thời điểm xác, hệ thống phun nhiên liệu common-rail thực khâu ―hậu đốt cháy‖ lƣợng nhiên liệu không đáng kể đƣợc bơm vào giai đoạn giãn nở để tạo tƣợng cháy qui mô nhỏ trƣớc bắt đầu q trình đốt thơng thƣờng Mục đích khâu loại bỏ hạt khơng cháy, tăng nhiệt độ dịng khí xả giảm thời gian đun nóng sơ chuyển hóa xúc tác Nói cách ngắn gọn, ―hậu đốt cháy‖cắt giảm lƣợng chất gây nhiễm Hình Bản vẽ 2D hệ thống CDI NHƢỢC ĐIỂM Bên cạnh ƣu điểm nêu trên, nhƣng hệ thống nhiên liệu Common Rail tồn số nhƣợc điểm: - Thiết kế chế tạo phức tạp địi hỏi có ngành cơng nghệ cao - Khó xác định lắp đặt chi tiết Common Rail động cũ 1095 - Giá thành cao, độ tin cậy phụ thuộc vào cơng nghệ thích ứng với mơi trƣờng nhà sản xuất ỨNG DỤNG Ngoài CDI Mercedec, hệ thống điều khiển phun dầu điện tử Common rail đƣợc hãng xe lớn giới cải tiến với nhiều tên gọi nhƣ: CCR( Cummin), CRD( Chrysler) JRD( Fiat), TDCI( Ford), i-CTD( Honda), CRDi( Hyundai, Kia ), D-4D( Toyota), TDI( Wolkswagen)… Hình 10 Động OM 611 xy-lanh Hình 11 Mercedes Benz E250 Hình 12 Audi Q5 TDI 1096 Hình 13 BMW X3 xDrive28d Hình 14 Chevrolet Cruze Hình 15 Volkswagen Beetle TDI Hình 16 Porsche Cayenne Diesel 1097 KẾT LUẬN Bài nghiên cứu giúp biết đƣợc cấu tạo, hoạt động tổng quát nhƣ tên gọi chức chi tết hệ thống điều khiển phun dầu điện tử CDI (Common rail direct injection) , hiểu rõ ƣu nhƣợc điểm thấy đƣợc ứng dụng thực tiễn đến từ hãng xe tiếng Đóng góp thêm nguồn tài liệu hữu ích cho cơng tác giảng dạy trƣờng cao đẳng, đại học nhƣ q trình tìm tịi học hỏi bạn sinh viên, nghiên cứu sinh Là mấu chốt quan trọng cho việc nghiên cứu, phát triển nghành công nghiệp ô tô Việt Nam bƣớc tối ƣu hoàn thiện LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn hƣớng dẫn nhiệt tình TS Nguyễn Văn Nhanh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Nhanh, giáo trình Lý Thuyết Ơ Tơ, đại học cơng nghệ Tp.HCM HUTECH [2] Nguyễn Phụ Thƣợng Lƣu, giáo trình Kiểm Định Và Chuẩn Đốn Trên Ơ Tơ, đại học cơng nghệ Tp.HCM HUTECH [3] Nguyễn Văn Bản, giáo trình Máy Thủy Lực Và Khí Nén,đại học cơng nghệ Tp.HCM HUTECH [4] Nguyễn Văn Bản, giáo trình Động Cơ Đốt Trong, đại học cơng nghệ Tp.HCM HUTECH [5] Lê Hữu Sơn, giáo trình Kĩ Thuật Nhiệt Lạnh, đại học công nghệ Tp.HCM HUTECH [6] https://xemtailieu.com/tai-lieu/khao-sat-he-thong-phun-nhien-lieu-common-rail-tren-dong-xesprinter-cua-mercedes-benz [7] https://autodaily.vn/2014/09/10-mau-xe-dong-co-diesel-rat-dang-quan-tam [8] http://starcom.us/index.php?option=com_content&view=article&id=1056%3Acdi&catid=85%3Aktknh d&Itemid=191&lang=vi [9] http://www.autovina.com/article/glk220-cdi-thay-doi-quan-niem-may-dau-9152.html [10] https://vnexpress.net/oto-xe-may/mercedes-cai-tien-dong-co-cdi-cua-xe-c-class-1976526.html [11] https://www.danhgiaxe.com/danh-gia-mercedes-benz-gl350-cdi-4matic-lua-chon-hop-ly-trong-phankhuc-9028 1098 ... https://xemtailieu.com/tai-lieu/khao-sat-he-thong -phun- nhien-lieu-common-rail-tren-dong-xesprinter-cua-mercedes -benz [7] https://autodaily.vn/2014/09/10-mau-xe-dong-co-diesel-rat-dang-quan-tam [8] http://starcom.us/index.php?option=com_content&view=article&id=1056%3Acdi&catid=85%3Aktknh... https://vnexpress.net/oto-xe-may/mercedes-cai-tien-dong-co -cdi- cua-xe-c-class-1976526.html [11] https://www.danhgiaxe.com/danh-gia-mercedes -benz- gl350 -cdi- 4matic-lua-chon-hop-ly-trong-phankhuc-9028 1098 ... http://starcom.us/index.php?option=com_content&view=article&id=1056%3Acdi&catid=85%3Aktknh d&Itemid=191&lang=vi [9] http://www.autovina.com/article/glk220 -cdi- thay-doi-quan-niem-may-dau-9152.html [10] https://vnexpress.net/oto-xe-may/mercedes-cai-tien-dong-co -cdi- cua-xe-c-class-1976526.html