CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL 1. Sơ Lược Về Hệ Thống Diesel 1.Lịch sử ra đời Ra đời sớm nhưng động cơ Diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ, các vấn đề được giải quyết và Diesel ngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn. Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây ô nhiễm môi trường.
Động cơ Diesel với tình hiệu quả kinh tế hơn là động cơ xăng, tuy nhiên vấn đề về tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong sử dụng động cơ Diesel. Động cơ Diesel được phát minh vào năm 1892 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên lý tự cháy. Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy. Đến năm 1927 Robert Bosh mới phát triển bơm cao áp ( bơm phun Bosh lắp cho động cơ Diesel trên ôtô thương mại và ô tô khách vào năm 1936).Thời kỳ cải tiến và phát triển Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp kỹ thuật tối ưu nhắm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu.
Các nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm hạn chế các chất ô nhiễm. Các biện pháp chủ yếu tập chung vào giải quyết các vấn đề: - Tăng tốc độ phun để 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 HC.
- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả. 1 Hiện nay các nhược điểm đó đã được khắc phục bằng cách cải tiến một số bộ phận của hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử như: - Bơm cao áp điều khiển điện tử. - Vòi phun điện tử. - Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (ống Rail).
Với các ứng dụng mạnh mẽ về điều khiển tự động trong hệ thống nhiên liệu Diesel nhờ sự phát triển về công nghệ. Năm 1986 Bosch đã đưa ra thị trường việc điều khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel. Cho đến ngày nay hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail Diesel đã được hoàn thiện. Trong động cơ Diesel hiện đại áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng rẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống chứa (Rail) và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu.
So với các hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thông thường thì Common Rail Diesel đã đáp ứng và giải quyết được những vấn đề: - Giảm tối đa mức độ tiếng ồn. - Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, áp suất phun có thể đạt tới 184 MPa. Thời gian phun cực ngắn và tốc độ phun cực nhanh (khoảng 1,1 ms). - Có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm phun tùy theo chế độ làm việc của động cơ.
Do đó làm tăng hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu được nâng cao hơn. Robert Huber (Thụy Sĩ) là người đầu tiên phát minh ra hệ thống Common Rail Diesel vào cuối những năm 60. Sau đó, công trình này được tiến sĩ Marco Ganser của viện nghiên cứu kỹ thuật Thụy Sĩ tại Zurich tiếp tục nghiên cứu và phát triển. Đến giữa những năm 90, tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki, của tập đoàn Denso – một nhà sản xuất phụ tùng ô tô lớn của Nhật Bản đã phát triển tiếp và ứng dụng trên các xe tải nặng, và bán ra thị trường vào 1995.
Năm 1996 bắt đầu bổ sung hệ thống này cho xe chở hành khách.Năm 1999 lần đầu tiên hệ thống Common Rail xuất hiện ở thị trường châu Âu. 2 Đến năm 2002 tập đoàn Denso đã giới thiệu CRS 1800 - hệ thống Common Rail tiên tiến nhất thế giới ra thị trường. Hệ thống này đã áp ứng hoàn toàn quy định khí thải EURO 4 – tiêu chuẩn khí thải đối với xe chở hành khách thuộc thế hệ mới từ ngày 1 tháng 1 năm 2005. Công dụng và cấu tạo của Common Rail 1.
Công dụng Hệ thống Common Rail giúp tăng hiệu quả đốt cháy và tiết kiệm nhiên liệu bằng cách cho phép phun nhiên liệu chính xác và đồng đều hơn, điều này giúp động cơ Diesel hoạt động hiệu quả hơn và giảm lượng khí thải độc hại được thải ra từ động cơ. Ngoài ra, hệ thống Common Rail còn giúp tăng độ bền của động cơ bằng cách giảm thiểu va đập và rung động, cho phép động cơ hoạt động một cách êm dịu hơn. Cấu tạo cơ bản của hệ thống Common Rail - Hệ thống Common Rail được chia làm 3 phần chính: + Các bộ phận gởi tín hiệu (Input) bao gồm: Các cảm biến; + Các bộ phận điều khiển gồm: ECU; + Các bộ phận chấp hành (OUTPUT) gồm: Vòi phun, van SCV, van EGR… Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống Common Rail 3 Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống Common Rail Một hệ thống Common Rail bao gồm: - ECU; - Vòi phun (injection); - Bơm cao áp; - Van SCV; - Cảm biến số vòng quay trục khuỷu (Crackshaft speed sensor); - Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft Position sensor); - Cảm biến bàn đạp ga (Accelerator pedal sensor); - Cảm biến áp suất tăng áp (Boot pressure sensor); - Cảm biến áp suất nhiên liệu của ống phân phối (Rail pressure sensor); - Cảm biến đo gió (Air mass sensor). Đặt Tính Phun Dầu Của Hệ Thống Common Rail So với đặc điểm của hệ thống nhiên liệu cũ thì các yêu cầu sau đã được thực hiện dựa và đường đặc tính phun lý tưởng: 4 - Lượng nhiện liệu và áp suất nhiên liệu phun độc lập với nhau trong từng điều kiện hoạt động của động cơ (cho phép đạt tỉ lệ hổn hợp A/F lý tưởng).
- Lúc băt đầu phun lượng nhiên liệu phun ra chỉ cần một lượng nhỏ Các yêu cầu trên đã được thoả mãn bởi hệ thống Common Rail với đặc điểm phun 2 lần : phun sơ khởi và phun chính. Các giai đoạn phun: a. Giai đoạn phun sơ khởi (Pilot injection) Phun sơ khởi có thể diễn ra sớm đến 900 trước tử điểm thượng (BTDC). Nếu thời điểm khởi phun suất hiện nhỏ hơn 400 BTDC nhiên liệu có thể bám vào bề mặt của pitton và thành xy lanh và làm lõng dầu bơi trơn.
Trong giai đoạn phun sơ khởi một lượng nhỏ nhiên liệu (1mm3-4mm3) được phun vào xy lanh để mồi. Kết quả là quá trình cháy được cải thiện và đạt được một số hiệu quả sau: áp suất cuối quá trình nén tăng một ít nhờ vào giai đoạn phun sơ khởi và nhiên liệu cháy một phần. Điều này giúp giảm thời gian cháy trể sự tăng đột ngột của áp suất khí cháy và áp suất cực đại (quá trình cháy êm dịu hơn). Kết quả là giảm tiếng ồn của động cơ giảm tiêu hao nhiên liệu và trong nhiều trường hợp giảm được độ độc hại của khí thải.
Quá trình phun sơ khởi đóng vai trò gián tiếp trong việc làm tăng công suất động cơ. Giai đoạn phun chính (Main injection) Công suất đầu ra của động cơ xuất phát từ giai đoạn phun chính tiếp theo giai đoạn phun sơ khởi. Điều này có nghĩa là giai đoạn phun chính giúp tăng lực kéo của động cơ. Với hệ thống Common Rail áp suất phun vẫn giữ không đổi trong suốt quá trình phun.
Giai đoạn phun thứ cấp (Second injection) Theo quan điểm xữ lý khí thải phun thứ cấp có thể được áp dụng để đốt cháy NOx. Nó diễn ra ngay sau giai đoạn phun chính và được định để xảy ra trong quá trình giãn nở hay ở kì thải khoảng 2000 ATDC. Ngược lại với quá trình sơ khởi và phun chính nhiên liệu được phun vào khoang được đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải ở ống bô. Trong suốt kì thải hỗn hợp khí thải và nhiên liệu được đẩy ra ngoài qua hệ thống thoát khí thải qua 5 xupap thải.
Tuy nhiên một phần của nhiên liệu được đưa vào buồng đốt thông qua hệ thống luân hồi khí thải EGR và có tác dụng như chính giai đoạn phun sơ khởi. Khi bộ hút khí nạp lại để làm giảm lượng NOx chúng tận dụng nhiên liệu trong khí thải như là một nhân tố hóa học để làm giảm nồng độ NOx trong khí thải động cơ. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG COMMON RAIL 1. ưu điểm - Tiêu hao nhiên liệu thấp.
- Phát thải ô nhiễm thấp. - Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn. - Cải thiện tính năng động cơ. - Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng - Hiệu suất động cơ: Hệ thống phun dầu điện tử Common Rail cho phép kiểm soát nhiên liệu linh hoạt và chính xác hơn.
Điều này cung cấp sự tối ưu hóa cho quá trình đốt cháy và tăng cường hiệu suất động cơ. - Tiết kiệm nhiên liệu: Khả năng điều chỉnh áp suất phun và thời gian phun nhiên liệu trong hệ thống Common Rail giúp tiết kiệm nhiên liệu. Sự phân bổ nhiên liệu chính xác hơn giữa các xylanh và điều chỉnh phun nhiên liệu theo tải động cơ giúp giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ. - Tiếng ồn và khí thải thấp hơn: Bằng cách điều khiển chính xác áp suất phun nhiên liệu, hệ thống Common Rail giúp giảm tiếng ồn và lượng khói thải ra môi trường so với các hệ thống phun nhiên liệu truyền thống.
nhược điểm - Độ tin cậy và bảo dưỡng: Hệ thống phun dầu điện tử Common Rail có nhiều linh kiện phức tạp, đòi hỏi sự kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ. Các vấn đề về áp suất, hiện tượng đóng cặn và nhiễu điện tử có thể làm giảm độ tin cậy và tăng chi phí bảo dưỡng. - Chi phí: So với hệ thống phun nhiên liệu truyền thống, hệ thống phun dầu điện tử Common Rail có chi phí cao hơn. Việc thiết lập và sửa chữa hệ thống cũng đòi hỏi kỹ thuật chuyên môn và những thiết bị đặc biệt.
6 - Sự phụ thuộc vào hệ thống điện: Với hệ thống điều khiển điện tử, việc xảy ra sự cố hoặc mất điện có thể ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống phun dầu. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL TRÊN XE KIA K250 2. GIỚI THIỆU XE KIA K250 NĂM 2018 Xe tải KIA K250 hay còn gọi là KIA New Frontier K250 có tải trọng 2,49 tấn.