TỐI ưu áp SUẤT PHUN và THỜI điểm PHUN của hệ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL sử DỤNG TRÊN ĐỘNG cơ AVL 5402

Do điều kiện thời gian có hạn nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu xác định 2tham số điều khiển là áp suất phun và góc phun sớm của hệ thống nhiên liệuCommon rail sử dụng trên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

HOÀNG QUANG TUỆ

TỐI ƯU ÁP SUẤT PHUN VÀ THỜI ĐIỂM PHUN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL

SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ AVL-5402

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

TỐI ƯU ÁP SUẤT PHUN VÀ THỜI ĐIỂM PHUN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL

SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ AVL-5402

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS KHỔNG VŨ QUẢNG

Hà Nội - Năm 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài 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

Em xin chân thành cảm ơn PGS TS Khổng Vũ Quảng, người đã tận tình

hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo Bộ môn động cơ đốt trong,Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Viện Cơ khí Động lực, Viện Đào tạo sau đạihọc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ emtrong thời gian làm luận văn

Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo phản biện và trong Hội đồngchấm luận văn đã đọc, có những ý kiến quý báu để em hoàn thành luận văn mộtcách tốt nhất và có những định hướng trong tương lai

Em xin cảm ơn ban giám hiệu Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên,Trường Cao đẳng nghề LICOGI cùng toàn thể các bạn đồng nghiệp và gia đình đãtạo điều kiện và giúp đỡ em hoàn thành bản luận văn này

Hà Nội, ngày 25 tháng 03 năm 2014.

Học viên thực hiện

Hoàng Quang Tuệ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Xu hướng phát triển hệ thống điều khiển điện tử trên hệ thống nhiên liệu động cơ đốt trong 4

1.1.1 Quá trình hình thành và phát triển của hệ thống nhiên liêu điều khiển .4

1.1.2 Các hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử 5

1.1.3 Hệ thống nhiên liệu Common rail 17

1.2 Xu hướng sử dụng hệ thống nhiên liệu Common rail 26

1.2.1 Trên thế giới 26

1.2.2 Tại Việt Nam 27

1.3 Các tham số điều khiển trong hệ thống nhiên liệu Common rail 28

1.3.1 Mức độ ảnh hưởng của các tham số trong hệ thống nhiên liệu diesel .28

1.3.2 Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu Common rail 29

Kết luận chương 1 31

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT PHUN VÀ GÓC PHUN SỚM 32

2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính 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 suất phun 44

2.2.5 Bài toán xác định tối ưu góc phun sớm và áp suất phun 47

2.3 Cách thức thực hiện 48

Kết luận chương 2 48

Chương 3 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT PHUN VÀ GÓC PHUN SỚM 49

3.1 Mục đích và phạm vi thực nghiệm 49

3.2 Nội dung thực nghiệm 49

3.3 Đối tượng thực nghiệm 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 nghiệm 56

Kết luận chương 3 57

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 58

4.1 Xác định áp suất phun 58

4.1.1 Tại chế độ tải 25 % 58

4.1.2 Tại chế độ tải 50 % 59

4.1.3 Tại chế độ tải 75 % 61

4.2 Xác định góc phun sớm 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

Kết luận 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

ADC Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu sốCOM Cổng nối tiếp để kết nối máy tính và vi xử lý

ge Suất tiêu hao nhiên liệu (g/kW.h)

Ne Công suất động cơ (kW)

PTN ĐCĐT Phòng thí nghiệm động cơ đốt trong

VCKĐL Viện – Cơ khí động lực

SCTB Băng thử động cơ

CR Hệ thống nhiên liệu Common rail

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng các 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 xác định áp suất phun tại chế độ tải 25% 59

Bảng 4.2 Bảng kết quả thí nghiệm xác định áp suất phun tại chế độ tải 50% 61

Bảng 4.3 Bảng kết quả thí nghiệm xác định áp suất phun tại chế độ tải 75% 63

Bảng 4.4 Bảng kết quả thí nghiệm xác định góc phun sớm tại chế độ tải 25% 65

Bảng 4.5 Bảng kết quả thí nghiệm xác định góc phun sớm tại chế độ tải 50% 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 (làm sớm thời điểm phun) 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 điền khiển điện tử 11

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

Hình 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 giới 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 (ống rail) 18

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 1.21 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 các tham số điều chỉnh tới các tính năng kinh tế kỹ thuật của 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 điều khiển quá trình phun 42

Hình 2.4 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến Ne, Gnl, ge và n 45

Hình 2.5 Ảnh hưởng của áp suất phun đến Ne,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 xác định áp suất phun tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tại chế độ tải 25% 58

Hình 4.2 Đồ thị xác định áp suất phun tới CO, HC, CO2 tại chế độ tải 25% 58

Hình 4.3 Đồ thị xác định áp suất phun tới NOx, Smoke tại chế độ tải 25% 59

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

Hình 4.5 Đồ thị xác định áp suất phun tới CO, HC, CO2 tại chế độ tải 50% 60

Hình 4.6 Đồ thị xác định áp suất phun tới NOx, Smoke tại chế độ tải 50% 61

Hình 4.7 Đồ thị xác định áp suất phun tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tại chế

độ tải 75% 62

Hình 4.8 Đồ thị xác định áp suất phun tới CO, HC, CO2 tại chế độ tải 75% 62

Hình 4.9 Đồ thị xác định áp suất phun tới NOx, Smoke tại chế độ tải 75% 63

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

chế độ tải 25% 64

Hình 4.11 Đồ thị xác định góc phun sớm tới nồng độ phát thải động cơ tại chế độ tải 25% 64 Hình 4.12 Đồ thị xác định góc phun sớm tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tại

MỞ ĐẦU

I Lý do nghiên cứu đề tài

Động cơ đốt trong hiện nay là một trong những nguồn động lực chủ yếu trongngành công nghiệp, đặc biệt trong máy xây dựng và trong lĩnh vưc giao thông vậntải Một nhược điểm lớn của động cơ đốt trong là trong khí xả có nhiều chất độc hạiđối với sức khỏe con người và gây ô nhiễm môi trường Để hạn chế nhược điểmnày, các nước trên thế giới đã đưa ra tiêu chuẩn về khí thải , ở Việt Nam áp dụngtiêu chuẩn về khí thải trong thủ công nhận vào năm 2007 Muốn đáp ứng tiêu chuẩnvề khí thải cần có các biện pháp kỹ thuật xử lý ngay trong nội tại ngay trong động

cơ kết hợp các biên pháp xử lý khí thải [9] Các thông số kinh tế kỹ thuật của động

cơ diesel phụ thuộc nhiều vào quá trình hình thành hỗn hợp trong xy lanh động cơ,trong đó quy luật cung cấp nhiên liệu có ảnh hưởng quyết định Nhằm nâng caochất lượng động cơ đặc biệt chất lượng khí xả, hệ thống nhiên liệu kiểu bình tích ápCommon rail điều khiển điện tử hiện nay đã được sử dụng khá rộng rãi Hệ thốngnhiên liệu Common rail cung cấp nhiên liệu chính xác, điều chỉnh áp suất phun, thờiđiểm phun hợp lý nhất từng chế độ làm việc của động cơ

Tuy nhiên để làm được việc này cần thiết phải tiến hành thử nghiệm động cơAVL-5402 trên băng thử để tìm bộ thông số chuẩn, nạp vào bộ điều khiển, do đó đề

tài nghiên cứu ‘‘Tối ưu áp suất phun và thời điểm phun của hệ thống nhiên liệu

Common rail sử dụng trên động cơ AVL-5402 ’’ đã được lựa chọn.

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

2.1 Mục đích nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu và đưa ra cách xác định hai tham số là áp suất phun và gócphun sớm hợp lý cho hệ thống nhiên liệu Common rail, tại các chế độ làm việc củađộng cơ AVL-5402, để có thể nâng cao tính năng công suất, suất tiêu hao nhiên liệu

và giảm phát thải của động cơ

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Động cơ AVL-5402 được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu Đây là động cơdiesel sử dụng hệ thống nhiên liệu Common rail Nghiên cứu tập trung vào xác định

áp suất phun và thời điểm phun của hệ thống nhiên liệu Common rail Toàn bộ cácnội dung nghiên cứu, các thử nghiệm của đề tài được thực hiện ở động cơ AVL-

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

Do điều kiện thời gian có hạn nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu xác định 2tham số điều khiển là áp suất phun và góc phun sớm của hệ thống nhiên liệuCommon rail sử dụng trên động cơ AVL-5402

III Phương pháp và nội dung nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp tổng hợp các kết quả nghiên cứu, thử nghiệm vềtối ưu áp suất phun và thời điểm phun của hệ thống nhiên liệu Common rail trênđộng cơ mẫu 1 xylanh tại phòng thí nghiệm

Thực nghiệm được tiến hành trên băng thử động cơ tại PTN ĐCĐT - ViệnCKĐL - Trường ĐHBKHN

Quá trình thử nghiệm để đánh giá và xác định các thông số điều khiển tới tínhnăng công suất, suất 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 phuncủa hệ thống nhiên liệu Common rail, đảm bảo hệ thống Common rail đạt được cáckết quả như mong muốn về áp suất phun và thời điểm phun cho động cơ AVL-

5402, giúp cho động cơ có thể hoạt động trong điều kiện tốt nhất và hiệu quả khi lắptrên xe, phù hợp với điều kiện thực tiễn kinh tế, kỹ thuật của Việt Nam

- Kết quả nghiên cứu là cơ sở để thực hiện xác định các tham số khác của hệ thốngnhiên liệu và có thể tăng hiệu suất làm việc cũng như giảm phát thải cho động cơ

- Nghiên cứu thực nghiệm xác định áp suất phun và thời điểm phun của hệthống nhiên liệu Common rail sử dụng trên động cơ AVL-5402

V Các nội dung chính trong luận văn

Với yêu cầu đặt ra là nghiên cứu thực nghiệm xác định áp suất phun và thờiđiểm phun của hệ thống nhiên liệu Common rail sử dụng trên động cơ AVL-5402.Bằng các giải pháp xử lý và hiệu chỉnh, mà không làm ảnh hưởng đến tính năngkinh tế kỹ thuật của động cơ, đảm bảo có thể tối ưu được áp suất phun và thời điểmphun cho hệ thống Common rail sử dụng trên động cơ AVL-5402 , xác định đượccác tham số khác của hệ thống nhiên liệu Common rail và có thể tăng hiệu suất làmviệc, tiết kiệm nhiên liệu cũng như giảm phát thải cho động cơ Tác giả đã thực hiệncác nghiên cứu được thể hiện cụ thể trong thuyết minh như sau:

- Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

- Chương 2 Cơ sở lý thuyết xác định áp suất phun và góc phun sớm

- Chương 3 Thực nghiệm xác định áp suất phun và góc phun sớm

- Chương 4 Kết quả nghiên cứu và thảo luận

- Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài

- Tài liệu tham khảo

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Xu hướng phát triển hệ thống điều khiển điện tử trên hệ thống nhiên liệu động cơ đốt trong

1.1.1 Quá trình hình thành và phát triển của hệ thống nhiên liêu điều khiển trên động cơ xăng và diesel

Cùng với sự phát triển khoa học công nghệ, kéo theo việc các công nghệ điềukhiển điện tử đã và đang được ứng dụng rộng rãi cho hệ thống cung cấp nhiên liệuxăng và diesel

Đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ xăng thì các hệ thống cungcấp nhiên liệu điều khiển bằng điện tử phát triển một cách mạnh mẽ, điển hình làcác hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp và gián tiếp Ngoài ra cùng với động cơxăng thì các công nghệ hiện đại cũng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng rấtrộng rãi cho động cơ diesel

Đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel thì hệ thống cung cấpnhiên liệu điều khiển điện tử cũng rất phát triển

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

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

xe khách, hệ thống này có áp suất lớn nhất 1350bar [1] Hệ thống này ra đời và đãcải thiện được những nhược điểm của hệ thống nhiên liệu cũ Lý do trong hệ thốngnày việc tạo áp suất và phun nhiên liệu là tách biệt nhau, một bơm cao áp riêngđược đặt trong thân máy để tạo ra áp suất liên tục, áp suất này chuyển tới và đượctích lại trong ống rail cung cấp tới các vòi phun Do đó không tồn tại sóng áp suấttrong ống nhiên liệu Vì vậy mà dù ở tốc độ thấp thì áp suất phun luôn ổn định nêntránh được hiện tượng phun rớt Do áp suất phun không phụ thuộc vào tốc độ cũngnhư tải trọng nên thời điểm phun, áp suất phun và thời gian phun có thể lựa chọntrong một phạm vi rộng và được điều khiển chính xác Ngày nay hệ thống nhiên

áp suất phun lớn, thay đổi quy luật phun, góc phun sớm, vì vậy có thể tăng côngsuất, giảm liêu hao nhiên liệu và phát thải, giảm tiếng ồn và rung.

Với các ưu điểm nổi trội này hệ thống nhiên liệu Common rail ngày nay đãđược sử dụng không chỉ cho động cơ xe tải có công suất lớn như (tàu hỏa, tàu thủy,máy xây dựng…) mà còn sử dụng cho động cơ xe tải trung bình và động cơ xe tảicỡ nhỏ

1.1.2 Các hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử

1.1.2.1 Hệ thống phun xăng điện tử

a Khái quát chung về hệ thống phun xăng

* Các nhược điểm khi sử dụng bộ chế hòa khí [2]

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

ra tỉ lệ hỗn hợp không hoàn chỉnh Nếu hỗn hợp giàu thì sản phẩm cháy tạo ra có rấtnhiều khí độc hại HC, CO Ngược lại hỗn hợp nghèo thì sản phẩm cháy có khí độchại NOx

- Các xy lanh trên cùng một động cơ nhận được lượng khí hỗn hợp khôngđồng nhất Các xy lanh ở gần bộ chế hoà khí có hỗn hợp rất giàu, còn các xy lanh xabộ chế hoà khí lại nghèo

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

b Đặc điểm của hệ thống phun xăng

Cung cấp hỗn hợp đồng đều, tỉ lệ hỗn hợp chính xác đến từng xy lanh củađộng 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, giảm nhiên liệu khigiảm tốc, hiệu suất nạp lớn

* 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 tiếtkiệm 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 thốngphun xăng và đánh lửa để tăng hiệu suất cho động cơ

+ Giảm bớt các khí thải độc hại

- Do xăng được phun ra dưới dạng sương mù nên hỗn hợp được chuẩn bị tốthơn, phân phối đều hơn trong xy lanh nên cháy tốt hơn

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

Tuy vậy hệ thống phun xăng cũng có một số các nhược điểm cụ 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 Xăngđược phun 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 liệubởi một vòi phun riêng biệt Xăng được phun vào đường ống nạp vị trí gần xupápnạp [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, điềuchỉnh hỗn hợp nhiên liệu được thực hiện theo một số nguyên lý cơ bản của độnghọc, động lực học Hệ thống phun xăng này bộc lộ rất nhiều các nhược điểm Đó làlượng xăng phun ra không điều chỉnh chính xác, không đáp ứng kịp thời sự thay đổicủa 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 điềukhiển trung tâm sẽ thu thập các thông số làm viêc của động cơ (thông qua hệ thốngcác cảm biến), sau đó xử lý các thông tin này, so sánh với chương trình chuẩn đãđược lập trình Từ đó xác định lượng xăng cần cung cấp cho động cơ và điều khiển

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 Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển điện tử

Ra đời rất 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 chínhgây ra ô nhiễm môi trường Mặc dù động cơ diesel với tính hiệu quả kinh tế hơn làđộng cơ xăng, nhưng vấn đề về tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong sửdụng động cơ diesel Tuy nhiên cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và

kỹ thuật, hệ thống nhiên liệu diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp kỹthuật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu.Các nhà sản xuất động cơ diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuậtphun và tổ chức quá trình cháy nhằm hạn chế các chất ô nhiễm thải ra môi trường,các vấn đề này đã được cải thiện và động cơ diesel ngày càng trở lên phổ biến vàthân thiện hơn Dưới đây là một số công nghệ điển hình liên quan đến hệ thốngcung cấp nhiên liệu diesel điện tử [6]

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

hiện cụ thể 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 từ); 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 củaBơm dãy PE điều khiển điện tử theo trình tự cụ thể như sau: Điều khiển lượng nhiên liệu phun bằng cách di chuyển thanh răng nhờ cơ cấuđiều ga điện từ Cơ cấu điều khiển ga điện từ tạo ra một từ trường kéo thanh răng.Lực từ trường Fø = Var (biến thiên) Gnl = ƒ(nđ/c, mức tải, to

- 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 áp VE gồm hai loại khác nhau

- Loại thứ nhất: Bơm cao áp VE điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ [6]

+ Cấu tạo

Hình 1.2 thể hiện cấu tạo các bộ phận và cơ cấu chính của bơm VE cụ thể như sau:

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 của bơm cao áp VE hướng trục điều khiển điện tử bằng cơcấu điều ga điện từ giống như của bơm VE cơ khí Điểm khác biệt là thay bộ điềutốc cơ khí loại ly tâm và hệ đòn dẫn ga bằng cơ cấu điều ga điện từ Cơ cấu này sẽthực hiện việc dịch chỉnh quả ga trên piston để thay đổi lượng phun

Điều khiển thời điểm phun thông qua van TCV như trên Hình 1.3. Van nàyđược điều khiển bằng tỷ lệ hiệu dụng (tỷ lệ theo chu kỳ làm việc) thời gian tắt vàbật của dòng điện chạy qua cuộn dây, khi điện bật, độ dài thời gian mở van sẽ điềukhiển áp suất nhiên liệu trong piston của bộ định thời

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

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

+ 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 trìnhnạp SPV đóng lại, piston chuyển động sang trái Khi đó nhiên liệu được hút vàobuồng bơm Khi phun SPV đóng lại Piston chuyển động sang phải, áp suất nhiênliệu 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 là quá trình phun đã kết thúc Khi các điều khiển ngắt nhiên liệu được thựchiện, áp suất không tăng lên do SPV vẫn đang trong trạng thái mở Việc điều khiển

thời điểm phun thông qua van TCV giống bơm cao áp VE hướng trục điều khiểnđiện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ như thể hiện trên Hình 1.3.

- Loại thứ ba: Bơm chia VE điều khiển bằng van xả áp - máy bơm piston hướngkính [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 hiện 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 biểu diễn hoạt động điều khiển lượng phun thông qua van TCV, thời

điểm phun thông qua van TCV tương tự như máy bơm piston hướng trục ở trên

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 (tỷ lệ của dòng điện đang được sửdụng thấp), thì lượng nhiên liệu đi tắt giảm xuống Do đó, piston của bộ điều khiểnchuyển 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 điều khiển 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 các loại bơm VE được thể hiện thông qua sơ đồ

Hình 1.8.

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

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

Hệ thống nhiên liệu EUI có 5 bộ phận chính cấu thành như thể hiện 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 độđịnh mức nó phun tới 19 lần/s Bơm chuyển nhiên liệu (3) cung cấp nhiên liệu chocác vòi phun bằng cách hút nhiên liệu từ thùng dầu (1) và tạo ra một áp suất từ 60 ÷

125 psi ECU (6) điều khiển điện tử là một máy vi tính công suất lớn điều khiển cáchoạt động chính của động cơ Các cảm biến (7) là những thiết bị điện tử kiểm soátcác thông số của các động cơ như: Nhiệt độ, áp suất, tốc độ và cung cấp các thôngtin cho ECU bằng một điện thế tín hiệu Các thiết bị tác động là những thiết bị điệntử sử dụng các cường độ dòng điện từ ECU để làm việc hoặc thay đổi hoạt động củađộng cơ Ví dụ thiết bị tác động vòi phun là công tắc điện từ Điều khiển lượngphun và thời điểm phun bằng một xung từ ECU

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 nhiênliệu EUI như quan sát thấy trên Hình 1.10 [6]

Điều khiển lượng phun và thời điểm phun thông qua một xung từ ECU Áp suấtđầu 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 cấp nhiên liệu diesel 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 điểmphun) 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 phunthấp 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 cứu chế tạo đã cho ra đờimột hệ thống cung cấp nhiên liệu hoàn chỉnh hơn đó là hệ thống nhiên liệuCommon rail

e Hệ thống nhiên liệu Common rail

Hình 1.11 thể hiện sơ đồ chung của hệ thống nhiên liệu Common rail.

Hình 1.11 Sơ đồ giới thiệu chung hệ thống nhiên liệu Common rail [7]

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

Khối cấp dầu cao áp gồm: Bơm áp cao, ống phân phối dầu cao áp đến các vòiphun (ống rail), các tuy ô cao áp, van an toàn và van xả áp, vòi phun Khối cơ - điệntử gồm 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 thờiđiểm phun bằng một xung duy nhất từ ECU dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến vàcông 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 thốngphun nhiên liệu truyền thống và hệ thống phun nhiên liệu diesel điện tử thôngthường Trước hết phải nói về cấu trúc: Hệ thống phun nhiên liệu Common rail chophép đơn giản bớt đáng kể kết cấu cơ khí của bơm cao áp, chẳng hạn như các rãnhcắt nhiên liệu, bộ điều tốc, cơ cấu kiểm soát thời điểm phun Do vậy chức năng củabơm áp cao chỉ thực hiện tạo nên áp suất nhiên liệu cao, cho phép tối ưu kết cấutheo hướng tạo nên áp suất cao, thực hiện phun tơi nhiên liệu và tăng tuổi thọ củabơm Tiếp theo, khả năng điều chỉnh được thực hiện theo nhiều tín hiệu cấp choECU, do vậy tính chất tinh chỉnh sẽ cao hơn, đáp ứng chính xác nhiều chế độ làmviệc 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 nhiênliệu, công suất phát huy hoàn hảo và chất lượng khí xả tốt

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

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 hiện 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

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 suấtđỉnh thấp hơn nên động cơ không đòi hỏi kết cấu, vật liệu chịu bền cao như hệthống điều khiển cơ khí, nhiệt độ cháy đỉnh cũng bé hơn, nhất là dùng vòi phun haigiai đoạn nên tổn thất nhiệt cũng ít hơn, các chi tiết chịu nhiệt độ thấp hơn nên sẽbền hơn

1.1.3 Hệ 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 tạo hệ thống nhiên liệu Common rail như trình bày trên Hình 1.14.

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

1 Thùng chứa nhiên liệu; 2 Van an toàn; 3 Vòi phun; 4 Bình tích áp(ống rail); 5 Van điều chỉnh nhiên liệu áp suất cao; 6 Mạch điều khiển nhiên liệu áp suất cao; 7 Cảm biến

áp suất nhiên liệu; 8 Bơm cao áp; 9 Van định lượng nhiên liệu; 10 Bơm bánh răng;11 Lọc nhiên liệu; 12 Bộ làm mát bằng nước; 13 Cặp van lưỡng kim sấy nóng nhiên liệu;

14 Bộ làm mát NL bằng không khí; 15 Bơm NL kiểu con lăn;16 Van tràn điều khiển điện tử; 17 Bơm NL thấp áp

+ Bình tích áp (ống rail)

Bình tích áp có kết cấu đơn giản, dạng hình ống, hoặc hình cầu và có thể tíchphù hợp Bình có thể chịu áp suất cao đến 2000 bar, có nhiệm vụ tích trữ nhiên liệuvới áp suất cao để sẵn sàng cung cấp cho vòi phun như quan sát thấy trên Hình 1.15

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

Hình 1.17 Bơm cao áp

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cao áp được thể hiện trên Hình 1.18.

Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý của bơm cao áp

Cam lệch tâm dẫn động piston lên xuống dạng sóng hình sin Bơm bánh răngchuyển 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 làmcho piston đi xuống cho đến khi vượt quá điểm chết dưới thì van nạp sẽ đóng làmcho áp suất không tăng nữa, nhiên liệu trong thân bơm bị nén lại do piston chuyểnđộng lên điểm chết trên và vượt xa áp suất của bơm bánh răng Áp suất giờ đây tănglên làm cho van cấp mở và làm cho áp suất hiện có trong ống rail tăng, bơm cungcấp nhiên liệu cho đến khi đến điểm chết trên Khi nhiên liệu vào trong ống qua vantiết lưu một phần sẽ qua van định lượng N290 còn một phần sẽ qua bộ phận hạn chế

hành trình của piston để điều chỉnh độ mở của van cung cấp cho bơm Van địnhlượng 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 nóngnhiên liệu một cánh không cần thiết nhiên liệu được hồi trở lại qua vòng làm máttuần hoàn bởi van điện từ N290.

- Ưu việt của bơm là trong một vòng quay cả 3 bơm piston đều hoạt động vàmỗi bơm piston đều thực hiện 3 lần cấp nhiên liệu Như vậy lượng nhiên liệu cungcấp 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 hệthống nhiên liệu Common rail không thể làm việc được nếu thiếu bơm cao áp Nhưtrên đã nói việc phát minh ra bơm cao áp đã làm thay đổi hẳn bộ mặt của hệ thốngcung cấp nhiên liệu Kết hợp với điện, điện tử cho ta một hệ thống cung cấp nhiênliệu 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

+ 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 tốcđộ 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 một

khoảng tốc độ nhất định 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 thể hiện vị trí lắp cảm biến áp suất ống rail.

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 lêntấm số 2 thay đổi, làm điện áp lấy ra thay đổi Thông qua sự thay đổi điện áp này tađánh 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 cóbiện pháp khắc phục kịp thời khi có sự thay đổi đột ngột như: Áp suất ống rail quáthấp hoặc quá cao, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình phun nhiên liệu, dẫn đếnnhững hậu quả xấu

+ Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Hình 1.22 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Hình 1.22 thể 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 liệuphun vì khi nhiệt độ nhiên liệu tăng thì cùng một áp suất phun, cùng thời gian phunlượng nhiên liệu phun vào xylanh sẽ giảm, ảnh hưởng xấu đến quá trình cháy

+ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 1.23 thể hiện vị trí lắp cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát cho ta biết về nhiệt độ nước làm mát động cơkhi làm viêc Đây là một thông số quan trọng về hoạt động của động cơ, nó còn làthông 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 thể hiện 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 rail và là van điện từ.Nó được điều khiển từ tín hiệu xung từ ECU Tần số của tín hiệu luôn nằm trongkhoảng 1000Hz Độ mở van thay đổi phụ thuộc độ rộng xung và tùy thuộc vào ápsuất đường ống tại mỗi điểm làm việc ECU nhận tín hiệu áp suất từ cảm biến lắptrên đường ống rail và tính toán ra độ rộng xung Khi động cơ chưa làm việc, nhiênliệu từ bơm cao áp được cấp vào ống rail và được nén lại Lực lò xo đóng van kim,

áp suất nhiên liệu không đủ thắng lực lò xo và tiếp tục tăng lên (gần 10 bar) Khiđộng 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 hoặchồi về thùng dầu Như vây, áp suất nhiên liệu được giới hạn trước tùy theo áp suất

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

+ Vòi phun

Hình 1.26 thể hiện cấu tạo và hoạt động của vòi phun: Vòi phun được thiết kếđể phun nhiên liệu vào trong buồng cháy động cơ Lượng nhiên liệu phun vào thờiđiểm 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 cuộndây điện từ Ban đầu là phun mồi sau đó là phun chính khi van trong vòi phun bịđóng đột ngột Việc phun sớm một lượng nhiên liệu vào trong xy lanh đã làm chođộng cơ chạy êm hơn Phun mồi một lượng nhiên liệu chính là giai đoạn chuẩn bịcho quá trình đốt cháy trong động cơ Lượng nhiên liệu phun chính được phun vàotrong buồng cháy ngay sau khi kết thúc quá trình phun mồi Trong giai đoạn nàynhiên 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 làm việc của vòi phun diễn ra như sau: Tín hiệu điều khiển vòi phunlàm cho nam châm điện hút van bi mở đường xả của vòi phun Lúc này hiện tượngchênh áp giữa 2 đầu kim phun xuất hiện dẫn đến mở kim phun và nhiên liệu đượcphun vào xilanh Phụ thuộc vào số tín hiệu và thời gian tác dụng của tín hiệu mà sốlần 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 củavan và kim phun sẽ được nâng lên tới vị trí cao nhất của piston Khi đó miệng vòiphun sẽ được mở ra lớn nhất, nhiên liệu được phun vào trong xy lanh dưới áp suấtbằng 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 chỉnâng 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 lựclàm 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 Hình 1.14 thể hiện hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common rail, nhiênliệu từ thùng chứa (1) được bơm chuyển nhiên liệu thấp áp (17) chuyển vào trongmàng cung cấp và được bơm nhiên liệu kiểu con lăn (15) chuyển từ thùng chứa tớibơm bánh răng (10) Mắc song song với bơm con lăn (15) là van điện từ (16) cóchức năng hoạt động tương tự như van an toàn Nếu áp suất bơm sau bơm (15) vượtquá giá trị cho phép thì nhiên liệu sẽ qua van (16) trở về thùng chứa Sau khi quabầu lọc (11), nhiên liệu được bơm bánh răng (10) chuyển tới bơm cao áp (8) và từ

đây nhiên liệu được cung cấp cho bình tích áp (ống 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 cungcấp 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 nhiênliệu 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 tiếptục được làm mát bởi không khí (14) trước khi trở về thùng, còn nếu nhiệt độ thíchhợp dầu được đưa trở lại đường dầu trước bơm bánh răng Quy luật phun được xácđịnh bởi thời điểm phun và thời gian phun, các thông số này được điều khiển bằngđiện 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 thờiđiểm 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 đượccác tiêu chuẩn toàn cầu về lượng phát thải

1.2 Xu hướng sử dụng hệ thống nhiên liệu Common 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 giácác loại xe rẻ hơn và tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn Ngày nay xe diesel là loại xethông dụng trên thế giới Chúng được trang bị loại động cơ hiện đại, công suất caocùng với hệ thống phun nhiên liệu hiệu quả Điều đó giúp chúng càng trở nên thânthiện 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 Bosch đã phânphối hệ thống phun nhiên liệu Common rail trên thị trường lên đến 10 triệu chiếc

Thông qua Bảng 1.1 có thể thấy đây là bằng chứng khẳng định rằng động cơ

diesel sử dụng hệ thống nhiên liệu Common rail là một loại động cơ hiệu quả, vàngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới Với yêu cầu ngày càng gắt gao vềvấn đề môi trường, lượng nhiên liệu ngày càng thiếu, hệ thống nhiên liệu Commonrail đáp ứng tốt vấn đề này

Bảng 1.1 Bảng các mốc thời gian phát triển của hệ thống nhiên liệu Common rail [5]

Thời gian Đặc điểm

Áp suất phun max

Sản phầm dùng đầu tiên

1997 Hệ thống CR đầu tiên trên thế giới

cho ôtô khách

1350 bar Alfa Romeo and

Mercedes-Benz

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

2002 Thế hệ thứ 2 của CR cho xe tải đưa

ra khí thải thấp, cải thiện tiêu thụ

nhiên liệu và công suất mạnh hơn

2003 Thế hệ thứ 3 của CR được dùng cho

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 dB (A) tiếng ồn)

1600 bar Audi A8

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 định 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

hãng xe lớn như TOYOTA FORD, HONDA, MERCEDESBENZ, TRANSIT đã

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

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 Việt Nam 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 điều khiển trong hệ thống nhiên liệu Common rail

1.3.1 Mức độ ảnh hưởng của các tham số trong hệ thống nhiên liệu diesel

Qua Hình 1.27 có thể thấy hệ thống nhiên

liệu Common rail đã thực sự mang lại cuộc cách

mạng trong công nghệ động cơ diesel, nó đã làm

thay đổi hẳn qua điểm của người sử dụng luôn

cho rằng động cơ diesel bẩn, ồn và chậm chạp

Sở dĩ động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu

Hình 1.27 Ảnh hưởng của các tham số điều chỉnh tới