Tài liệu Nghiên cứu hệ thống nhiên liệu common rail và so sánh với các hệ thống nhiện liệu diesel khác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL VÀ SO SÁNH VỚI CÁC HỆ THỐNG NHIỆN LIỆU DIESEL KHÁC Giảng viên hướng dẫn: Huỳnh Việt Phương Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Cảnh Lớp: Cơ Khí Giao Thông K35 MSSV: 1090516 Cần Thơ, 11/2012 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề. Ngày nay, số lượng phương tiện giao thông ngày càng tăng, đặc biệt là các phương tiện cá nhân, kéo theo tình trạng ô nhiễm môi trường mà do khói bụi từ các phương tiện giao thông mang lại ngày càng lớn, nguồn nguyên nhiên liệu thì ngày càng cạn kiệt do sự khai thác quá mức của con người. Do đó, cần phải có nhiều công nghệ tiên tiến để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, ô nhiễm tiếng ồn, giảm thiểu việc khai thác các nguồn tài nguyên thiên nhiên như sử dụng năng lượng mặt trời, năng lượng điện, năng lượng sinh học, thay đổi công nghệ của các loại động cơ truyền thống là xăng và diesel. Với việc thay đổi công nghệ, áp dụng những tiến bộ trong việc nâng cao hiệu quả của nhiên liệu diesel, làm cho các phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel ngày càng nhiều. Hiện nay công nghệ ôtô phát triển dựa trên những tiêu chí: tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hoá quá trình điều khiển và hạn chế mức thấp nhất thành phần ô nhiễm trong khí xả động cơ nhằm tạo ra một nền công nghiệp ôtô phát triển và thân thiện với môi trường. Với sự phát triển mạnh mẽ của tin học hóa, tự động hóa trong ngành sản xuất và các sản phẩm ô tô. Nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá trình làm việc của động cơ và ôtô nhằm đạt hiệu quả cao và chống ô nhiễm môi trường. Với hệ thống nhiên liệu Common Rail thì việc giảm ô nhiễm môi trường, tiêu hao nhiên liệu, tiếng ồn,…đã được khắc phục ở động cơ diesel. Hệ thống nhiên liệu diesel kiểu Common Rail hiện được sử dụng rộng rãi trên các động cơ diesel, nó đã mang lại một cuộc cách mạng trong công nghệ động cơ diesel, nó làm thay đổi cách suy nghĩ của người sử dụng cho rằng động cơ diesel ồn, bẩn, chậm chạp. Nó còn có thể được lắp đặt trên các động cơ diesel cũ. Vì vậy, “Nghiên cứu hệ thống nhiên liệu Common Rail và so sánh với các hệ thống nhiên liệu Diesel khác” giúp em có kiến thức sâu hơn về chuyên ngành và đạt được khả năng tự học, tìm kiếm tài liệu cũng như nó là hành trang cho bản thân sau này. 1 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1.2 Khái quát về hệ thống nhiên liệu Common Rail Động cơ diesel ra đời sớm và có nhiều ưu điểm vượt trội như khả năng tiết kiệm nhiên liệu hơn động cơ xăng khoảng 30%. Nhưng đến nay, nhìn chung động cơ diesel vẫn ít phổ biến hơn động cơ xăng chỉ do vấn đề về tiếng ồn và khí thải. Công nghệ hiện đại đang khắc phục được nhiều nhược điểm của động cơ diesel. Sự ra đời của các công nghệ như tăng áp và hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp cách đây vài năm đã khiến động cơ diesel mạnh mẽ không thua kém gì những động cơ xăng tốt nhất, mà vẫn giữ nguyên ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu. Bên cạnh đó, giờ đây đã có những công nghệ động cơ diesel gần “sạch” bằng động cơ xăng. Công nghệ động cơ diesel liên tục có những bước cải tiến lớn. Đến nay, tiếng ồn của động cơ đã giảm, nhờ hệ thống cách âm và kiểm soát quá trình đốt nhiên liệu tốt hơn; khói thải giảm xuống và thời gian khởi động nhanh gần bằng động cơ xăng, nhờ cải tiến buồng đốt. Để đáp ứng yêu cầu về khí thải ngày càng ngặt nghèo của các tổ chức môi trường, và vấn đề giảm thiểu tiếng ồn, hệ thống nhiên liệu Common Rail đã không ngừng phát triển và từng bước đáp ứng được những yêu cầu ngày càng gắt gao đối với nhiên liệu diesel. Ngày nay trên một số phương tiện giao thông sử dụng hệ thống nhiên liệu diesel thì nhiên liệu diesel sử dụng hệ thống Common Raid đã đáp ứng được yêu cầu về khí thải Euro 5. 2 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1.2.1 Trên thế giới: Châu Âu đi tiên phong trong việc sử dụng động cơ diesel chiếm trên 50% thị phần, có hơn 1/3 số xe mới sử dụng nhiên liệu diesel. Tại một vài quốc gia, diesel đã lấn sân hoàn toàn xăng và đó là nguyên nhân mà châu lục này ít phụ thuộc vào giá xăng hơn Mỹ, tại Pháp, Áo, Đức, Thụy Sỹ thì động cơ diesel nhiều hơn động cơ xăng, việc giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu cũng tăng lượng xe động cơ diesel tại Mỹ và các nước châu Á trong thời gian qua. Áp dụng công nghệ hiện đại như đa van, phun nhiên liệu trực tiếp, kiểm soát cháy nổ, động cơ diesel phát triển mạnh mẽ. đến nay động cơ diesel đã đáp ứng được các tiêu chuẩn Euro 1,2,3,4,5 và hướng đến là Euro 6. Với sự nỗ lực của các nhà công nghiệp dầu mỏ thì hàm lượng lưu huỳnh đã giảm từ 500 ppm (phần triệu) xuống còn 50 ppm vào cuối năm 2004 tại 1 số nước. Nhật với hàm lượng lưu huỳnh dưới 50ppm đã được cung cấp nhiều nơi trên thế giới. Kết hợp thêm bộ xúc tác ô xy hóa cao mà bộ lọc bụi diesel với khả năng phục hồi liên tục đã trở thành hiện thực. Năm 2007 , nhiên liệu diesel với hàm lượng lưu huỳnh dưới 10ppm đã được cung cấp. có thể áp dụng công nghệ xúc tác để giảm khí NOx như NSR (NOx storage reduction- bộ xử lý NOx) và DPNR (diesel particulates and NOx reduction- bộ giảm lượng NOx và bụi cho động cơ Diesel) điều này giúp động cơ cực kỳ sạch và thân thiện với môi trường, sử dụng động cơ diesel sẽ ngày càng thông dụng. Tạo momen xoắn lớn , xe có sức kéo mạnh hơn, khả năng leo dốc và vươt địa hình phức tạp cao. 3 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1.2.2 Tại Việt Nam: Theo VAMA (hiệp hôi các nhà sản xuất ô tô Việt Nam), động cơ diesel chiếm 21,75% thị trường ô tô mới (gần 40000 chiếc), tăng đáng kể so với năm 2001 chỉ dưới 10%. Ford là nhà sản xuất tiên phong và tiêu thụ ô tô sử dụng động cơ diesel, năm 2005 xe chạy dầu diesel chiếm 90% lượng xe bán ra của dòng Ford Transit, 75% với dòng Ford Everest. Các máy sử dụng động cơ diesel phát huy tốt khả năng đáp ứng các yêu cầu trong các lĩnh vực Nông –Lâm -Ngư nghiệp, xây dựng và khai khoáng. 4 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1.3 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống nhiên liệu Common Rail. Năm 1916: Vickers sử dụng hệ thống Common Rail trên các động cơ tàu ngầm. Từ 1921 đến 1980: Doxford Engine LTD sử dụng hệ thống Common Rail, sử dụng bơm nhiên liệu đa xylanh với áp suất phun lên đến 600 bar. Năm 1942: hệ thống Common Rail đã được sử dụng trên các động cơ hàng hải như động cơ Coopre- Bessmer GN-8. Năm 1943- 1946: hệ thống Common Rail được phát triển trên các động cơ xe và Clessie Lyle Cummins nhận được bằng sáng chế , người sáng lập hãng chế tạo động cơ diesel nổi tiếng thế giới Cummins Engine Co (USA). Cuối những năm 1960, hệ thống Common Rail được phát triển bởi Robert Huber người Thụy Sỹ, sau đó được phát triển bởi Marco Ganser tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sỹ tại Zurich, sau đó được phát triển bởi Ganser- Hudromag AG (năm 1995) ở Oberagri. Tháng 2 năm 1976: thử nghiệm một động cơ diesel cho xe khách Volkswagen Golf. Từ 1976 đến 1992: hệ thống vòi phun Cummins Common Rail được phát triển thêm bởi ETH Zurich. Năm 1985: động cơ diesel với bộ phận làm nguội trung gian ATI từ DAS, xe tải sử dụng hệ thống Common Rail ở châu Âu với các loại xe IFA W50 được giới thiệu. Những năm 1990: hệ thống Common Rail được sử dụng trên các loại xe được nghiên cứu lần đầu tiên ở Nhật Bản bởi tiến sĩ Shohei Itol và Masahiki Miyaki của Tổng công ty Denzo. Năm 1993: hệ thống Common Rail được phát triển bởi một công ty nghiên cứu của tập đoàn Fiat có tên là Elasis ở Naples và sau đó được Bosch mua lại bằng sáng chế này. Năm 1995: thành công đầu tiên của việc sử dụng hệ thống Common Rail trong việc sản xuất xe là dòng xe Denso ở Nhật Bản, dòng xe Hino với Rising Ranger với hệ thống Common Rail ECU-U2. Sử dụng bơm cao áp lên đến 1579 atm cung cấp nhiên liệu sơ cấp tới các đầu phun. 5 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tháng 10 năm 1997: hệ thống Common Rail được sử dụng đầu tiên trên dòng xe chở khách với dòng Alfa Romeo và Mercedes- Benz với áp suất phun lên đến 1350 bar. Năm 1998: Mercedes giới thiệu công nghệ CDI. Năm 1999: động cơ diesel đầu tiên của Common Rail trên dòng xe tải của hãng Renaul đạt tiêu chuẩn Euro 3 với áp suất phun lên đến 1400 bar. Năm 2001: hệ thống Common Rail thế hệ thứ 2 cho xe ô tô chở khách được sử dụng và đạt hiệu quả kinh kế hơn, sạch hơn, êm hơn và mạnh hơn, áp suất phun lên đến 1600 bar và được sử dụng lần đầu tiên trên dòng xe Volvo và BMW. Năm 2002: hệ thống Common Rail thế hệ thứ 2 cho xe tải được nâng cấp với lượng khí thải thấp hơn, tiêu thụ nhiên liệu được cải thiện và tăng công suất hơn, áp suất phun lên đến 1600 bar, được sử dụng lần đầu tiên trên dòng xe của Man. Cũng trong năm này, Denso tung ra hệ thống Common Rail với áp suất phun lên đến 1800 bar, với số lần phun lên đến 5 lần giúp hệ thống đáp ứng được yêu cầu khí thải Euro 4 mà không cần bộ lọc diesel. Năm 2003: hệ thống Common Rail thế hệ thứ 3 được sử dụng chung cho các loại xe, ưu điểm của nó là giảm đến 20% lượng khí thải, tăng 5% công suất, giảm 3% nhiên liệu và tiếng ồn giảm đến 3 dB. Áp suất phun 1600 bar và được sử dụng đầu tiên trên dòng xe Audi. Ở thế hệ thứ 3 thì hệ thống Common Rail sử dụng vòi phun Piezo giúp cho hệ thống phun đạt độ chính xác cao hơn lên đến 1800 bar/ 26000psi. Trong động cơ xăng nó được sử dụng trong công nghệ phun xăng trực tiếp. Kim phun Piezo có thể đạt khoảng thời gian phun mồi (pilot injections ) là 0,1 phần nghìn giây. Năm 2004: ở Tây Âu, tỷ lệ ô tô chở khách với động cơ diesel vượt quá 50%. Hệ thống chọn lọc xúc tác- Selective catalytic reduction- SCR trên dòng xe Mercedes, Euro 4 với hệ thống hoàn lưu khí thải (EGR) và hạt phân tử lọc của Man, công nghệ áp điện kim phun của Bosch. Năm 2008: hơn một nửa số xe mới đăng ký ở Tây Âu được dự kiến sẽ là động cơ diesel Common Rail thế hệ thứ 3 từ hãng Bosch, đặc trưng bởi sự chuyển đổi nhanh chóng, nhỏ gọn, điện áp- nội tuyến- vòi phun. Các hệ thống phun sáng tạo làm lượng khí thải thấp trong động cơ diesel V6 mới của Audi A8. Đối với thế hệ Common Rail thứ tư của hãng Bosch được thiết kế thì áp suất phun cao lên đến 2000 bar, những kim phun với những dạng hình học thay đổi. 6 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Với những cải tiến, hệ thống Common Rail tương lai sẽ có thể phun với áp suất phun lên trên 2000 bar. Hệ thống Common Rail thế hệ thứ tư cho xe thượng mại hạng nặng với một vòi phun mới được phát triển với bộ chuyển đổi áp lực. Áp suất nhiên liệu đã lên tới 2100 bar, với những tính năng đặc biệt như bộ chuyển đổi áp suất có thể được kích hoạt độc lập ở các vòi phun. Thiết kế tự do hơn ở áp suất phun do đó giảm thiểu các chất ô nhiễm. Áp suất hiện nay đã được đưa lên đến 2200 bar, được sử dụng cho các động cơ của BMW. Ngày nay, hệ thống Common Rail đã mang lại cuộc cách mạng trong công nghệ động cơ diesel. Robert Bosch GmbH, Delphi Automotive Systems, Denso Corporation và Siemens VDO (nay thuộc sở hữu của của Continental AG) là nhà cung cấp chính của hệ thống Common Rail. Các nhà sản xuất động cơ ô tô ngày nay đã phát triển công nghệ phun nhiên liệu của riêng mình từ hệ thống Common Rail: BMW với động cơ D (cũng được sử dụng cho xe Land Rover Freelander TD4). Cummins và Scania xpi (phát triển động cơ với liên doanh của họ). Cummins với CCR (bơm Cummins với kim phun Bosch). Daimler với công nghệ CDI (và trên xe Jeep của Chrysler chỉ đơn giản là công nghệ CRD). Fiat Group (Fiat, Alfa Romeo và Lancia) JTD (cũng mang nhãn hiệu như MultiJet, JTDm, Ecotec CDTi, TID, TTiD, DDiS, Quadra-Jet). Duratorq TDCi của Ford Motor Company và Powerstroke. General Motors Opel / Vauxhall CDTi (sản xuất bởi Fiat và GM Daewoo) và DTI (Isuzu). General Motors Daewoo / Chevrolet VCDi (được cấp phép từ VM Motori, cùng thương hiệu như Ecotec CDTi). Honda có công nghệ i-CTDi. Hyundai-Kia có công nghệ CRDi. "Storm" của Land Rover TD5 có nguồn gốc từ động cơ L-Series Rover. 7 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Mahindra có công nghệ CRDe. Maruti Suzuki có công nghệ DDiS (sản xuất theo giấy phép của Fiat). Mazda có công nghệ CiTD. Mitsubishi DI-D (mới được phát triển gần đây với dòng xe gia đình dùng động cơ 4N1 sử dụng thế hệ kế tiếp với áp suất phun 200 MPa (2000 bar)). Nissan có công nghệ dCi. PSA Peugeot Citroën có công nghệ HDI (1,6 HDI và 2,0 HDI phát triển theo liên doanh với Ford). Renault có công nghệ 'dCi. SsangYong có công nghệ XDi (hầu hết những động cơ này được sản xuất bởi Daimler AG). Subaru có công nghệ Legacy TD (tính đến tháng 1 năm 2008). Tata có công nghệ DICOR. Toyota có công nghệ D-4D. Volkswagen Group: với động cơ 4,2L V8 TDI và mới nhất 2,7L và 3.0L TDI (V6) động cơ đặc trưng trên các mô hình Audi hiện nay sử dụng hệ thống Common Rail, nhưng trái ngược với trước đó bởi số lượng phun. TDI 2.0 trong Volkswagen Tiguan SUV sử dụng hệ thống Common Rail, cũng như mô hình Audi A4 2008. Tập đoàn Volkswagen đã thông báo rằng động cơ 2.0 TDI (Common Rail) sẽ có sẵn cho Volkswagen Passat cũng như Volkswagen Jetta 2009. Volvo 2.4D và D5 động cơ. Skoda với công nghệ TDI.(1) (1):http://www.google.com.vn/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=1&ved=0CFUQFj AA&url=http%3A%2F%2Fwww.4x4community.co.za%2Fforum%2Fattachment.php%3Fattachmentid%3D1 15272%26d%3D1317390589&ei=t_spUN2sN9CUiAfZgoDIBA&usg=AFQjCNHrIKs_qzEZjIFUEK1r0e_Q8 rNPQg 8 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 9 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương 2: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL VÀ SO SÁNH VỚI CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL KHÁC 2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, chức năng của hệ thống nhiên liệu common rail 2.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống nhiên liệu Common Rail. Hệ thống cung cấp nhiên liệu vào trong động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng cháy và với cuờng độ và phương hướng chuyển động của môi chất trong buồng cháy để hoà khí được hình thành nhanh và đều. Lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. Lưu lượng nhiên liệu vào các xylanh phải đúng thời điểm, đồng đều, đúng quy luật mong muốn. Phải phun nhiên liệu vào xylanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước và sao lỗ phun , để nhiên liệu được xé tơi tốt. Dự trữ nhiên liệu đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định, không cần cấp thêm nhiêu liệu, lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống. Việc tạo ra áp suất và việc phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống Common Rail. Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ động cơ và lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong bộ tích áp suất cao (high-pressure accumulator) và sẵn sàng để phun. Lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi người lái xe, và thời điểm phun cũng như áp lực phun được tính toán bằng ECU và các biểu đồ đã lưu trong bộ nhớ của nó. Sau đó ECU sẽ điều khiển các kim phun phun tại mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu. 2.1.2 Yêu cầu của hệ thống nhiên liệu Common Rail. Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu không khí. Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp. Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun để làm giảm hành trình. 10 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tiêu hao nhiên liệu thấp. Khí thải ra môi trường sạch hơn Đông cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn. Cải thiện được tính năng của động cơ. Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ diesel cũ đang sử dụng. Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao. Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng và sửa chữa bảo dưỡng. So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt cháy nhiên liệu khó bay hơi hơn (nhiệt độ sôi cao hơn) nên việc hòa trộn hỗn hợp không khí chỉ diễn ra trong giai đoạn phun và bắt đầu cháy, mà còn trong suốt quá trình cháy, kết quả là hỗn hợp kém đồng nhất, động cơ diesel luôn hoạt động ở chế độ nghèo, mức tiêu hao nhiên liệu, muội than, CO, HC sẽ tăng nếu không đốt cháy ở chế độ nghèo hợp lý. Tỷ lệ hòa khí được quyết định dựa vào các thông số: Áp suất phun, thời gian phun, kết cấu lỗ phun, thời điểm phun, vận tốc dòng khí nạp, khối lượng không khí nạp Tất cả các đại lượng nêu trên đều ảnh hưởng đến mức độ tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải, nhiệt độ quá trình cháy quá cao và lượng oxy nhiều sẽ làm tăng lượng NOx, muội than sinh ra hỗn hợp quá nghèo. 2.1.3 Chức năng của hệ thống nhiên liệu Common Rail. Chức năng chính: Điều khiển việc phun nhiên liệu đúng thời điểm, đúng lưu lượng, đúng áp suất, đảm bảo cho động cơ diesel không chỉ hoạt động êm dịu mà còn tiết kiệm nhiên liệu. Chức năng phụ: Điều khiển vòng kín và vòng hở, không những giảm độ độc hại của khí thải và lượng nhiên liệu tiêu thụ mà còn làm tăng tính an toàn, sự thoải mái và tiện nghi. 11 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu common rail. Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail 1. Thùng nhiên liệu; 2. Bơm cao áp Common rail; 3. Lọc nhiên liệu; 4. Đường cấp nhiên liệu cao áp; 5. Đường nối cảm biến áp suất đến ECU ; 6. Cảm biến áp suất; 7. Common Rail tích trữ và điều áp nhiên liệu (hay còn gọi ắcquy thuỷ lực) ; 8. Van an toàn (giới hạn áp suất); 9. Vòi phun; 10. Các cảm biến nối đến ECU và Bộ điều khiển thiết bị (EDU); 11.Đường về nhiên liệu (thấp áp) ; EDU: (Electronic Driver Unit) và ECU : (Electronic Control Unit). Tương tự như hệ thống nhiên liệu diesel thông thường, nhiên liệu được bơm cung cấp đẩy đi từ thùng chứa nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bầu lọc (3) đến bơm cao áp (2), từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (7) hay còn gọi là ắc quy thủy lực- và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để phun vào xylanh động cơ. Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống Common Rail. Áp suất phun được tạo ra độc 12 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP lập với tốc độ và lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ắc quy thủy lực. Lượng phun ra được quyết định bởi điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như áp suất phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó. Sau đó ECU và EDU sẽ điều khiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xylanh động cơ để phun nhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến (10) với áp suất phun có thể lên đến 2100 bar. Nhiên liệu thừa của vòi phun đi qua ắc quy thủy lực trở về bơm cao áp, van điều khiển áp suất phun tại bơm mở để nó trở về thùng nhiên liệu (1). Trên ắc quy thủy lực có gắn cảm biến áp suất và đầu cuối có bố trí van an toàn (8), nếu áp suất tích trữ trong ắc quy thủy lực (7) lớn quá giới hạn van an toàn sẽ mở để nhiên liệu tháo về thùng chứa. Với phương pháp này, áp suất lên đến 2100 bar có thể thực hiện ở mọi thời điểm ngay cả động cơ lúc thấp tốc. 2.3 Cấu tạo của hệ thống common rail Một hệ thống Common Rail gồm có 4 thành phần căn bản: Mạch áp suất thấp. Bơm áp suất cao với van điều chỉnh áp suất và van đo lường. Các cảm biến (tốc độ trục khuỷu, trục cam, bàn đạp ga, lưu lượng không khí và nước làm mát, cảm biến áp suất,..). Các cơ cấu chấp hành (vòi phun điều khiển bằng van solenoid, bộ tăng áp, bộ hồi lưu khí xả, các đồng hồ đo áp suất,..). 13 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Bộ điều khiển điện tử (CU, EDU) kiểm soát lượng phun chính xác, điều chỉnh áp suất và giám sát các điều kiện hoạt động của động cơ. Mạch dầu hồi: Van điều khiển áp suất mở cho phép nhiên liệu về lại thùng chứa (mũi tên chỉ cho thấy khi van mở nhiên liệu qua bơm cao áp về lại thùng chứa). Các cảm biến trên ô tô: 14 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ECU, các cảm biến và cơ cấu chấp hành. 15 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Vị trí các cụm chi tiết. 1.SCV (van điều khiển hút); 2. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu; 3. Cảm biến nhiệt độ ống phân phối; 4. Van xả áp suất; 5. Vòi phun; 6. ECU động cơ; 7. EDU; 8. Đầu nối DLC3; 9. Cụm rơ le; 10. Van EGR; 11. E-VRV cho EGR; 12. EGR tắt VSV; 13. Thân van; 14. Cảm biến vị trí trục khuỷu (cảm biến NE); 15. Cảm biến vị trí trục cam (cảm biến TDC); 16. Cảm biến vị trí chân ga; 17. Cảm biến áp suất không khí vào; 18. Cảm biến lưu lượng khí (với cảm biến nhiệt độ không khí vào); 19. Cảm biến nhiệt độ chất làm lạnh. 2.3.1 Bơm áp thấp. 16 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2.3.1.1 Bơm con lăn. Bơm con lăn được dẫn động bằng điện được gắn bên trong thùng nhiên liệu. khi bật khóa điện ECU sẽ điều khiển cho bơm hoạt động đẩy nhiên liệu cung cấp cho bơm áp cao hoạt động để xả e ban đầu trong hệ thống. Khi động cơ làm việc ECU sẽ điều khiển cho bơm áp thấp kiểu con lăn trong thùng nhiên liệu ngừng hoạt động. Nhiên liệu lúc này được bơm bánh răng hút trực tiếp từ thùng nhiên liệu cung cấp cho bơm áp cao hoạt động. Nhiệm vụ của bơm thấp áp là cấp nhiên liệu với một áp suất xấp xỉ 3 bar cho bơm bánh răng mỗi khi động cơ bắt đầu khởi động. Điều này cho phép động cơ hoạt động ở mọi nhiệt độ của nhiên liệu. 17 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2.3.1.2Bơm bánh răng. Đây là một loại bơm cơ khí được dẫn động trực tiếp từ trục cam hút nhiên liệu từ thùng chứa qua bầu lọc nhiên liệu cung cấp cho bơm áp cao hoạt động với áp suất từ 2- 7 bar. - Ưu điểm của bơm bánh răng cơ khí: Kém nhạy cảm với cặn bẩn. Làm việc với tốc độ tin cậy cao. Tuổi thọ cao. Làm việc không gây ra rung động. Công suất của bơm 40 lít/giờ ở số vòng quay 300 vòng/phút hoặc 120 lít/giờ ở số vòng quay 2500 vòng/phút. 2.3.2 Bơm cao áp. Nhiệm vụ: Bơm cao áp có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho xylanh động cơ. Nhiên liệu có áp suất cao, tạo chênh áp lớn, trước và sau lỗ phun. Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm và theo quy luật thiết kế. Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xylanh động cơ. Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. Cấu tao: bơm cao áp chủ yếu gồm 1 bơm (cam không đồng trục, cam vòng, và 2 piston), SCV (van điều khiển hút), cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, 1 bơm cấp liệu. 18 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hai piston của bơm được đặt đối diện với nhau phía bên ngoài cam vòng. 1.Van hút; 2. Pittong; 3. Cam không đồng trục; 4. SCV (van điều khiển hút); 5. Van phân phối; 6. Bơm nạp; 7. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu. Chức năng của các cụm chi tiết của bơm cao áp. Bơm cấp liệu: hút nhiên liệu từ bình nhiên liệu đưa vào piston. Van điều khiển: điều khiển áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp. SCV (van điều khiển hút): điều khiển lượng nhiên liệu đưa vào piston. Bộ phận bơm: - Cam không đồng trục: quay cam vòng. Cam vòng: quay piston. Piston: luân phiên hút và nén nhiên liệu. Van hút: ngăn không để nhiên liệu đã bị nén chảy ngược về SCV. Van phân phối: đẩy nhiên liệu mà piston bơm lên vào ống phân phối. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu: kiểm tra nhiệt độ nhiên liệu. Nguyên lý hoạt động của bơm cao áp. Bơm cấp liệu sẽ hút nhiên liệu từ bình nhiên liệu đến hai piston thông qua phin lọc và SCV (van điều khiển hút). Trục điều khiển quay roto trong và ngoài của bơm nạp. 19 GVHD: Huỳnh Việt Phương SVTH: Nguyễn Đức Cảnh