Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu Cho ECU Động Cơ Diesel Sử Dụng Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Xây dựng ơ sở dữ liệu ho ecu động ơ diesel sử dụng hệ thống nhiên liệu ommon rail, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp

• Tác giả: Trần Thanh Bình
• Người hướng dẫn: GS. Phạm Minh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật động cơ nhiệt
• Đề tài: Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu Cho ECU Động Cơ Diesel Với Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
• DANH MỤC BẢNG
• MỤC LỤC
• MỞ ĐẦU
• I. Lý do chọn đề tài
• II. Các đề tài nghiên cứu liên quan
• Mục đích của luận văn, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• Các nội dung chính trong luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL
• 1.1. Tình hình sử dụng tại Việt Nam và trên thế giới
• 1.2. Sơ đồ và nguyên lý làm việc
• 1.3. Kết cấu các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu CR
• 2. CHƯƠNG II: CƠ SỞ QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG
• 2.1. Vai trò của quy hoạch thực nghiệm đối với khoa học thực nghiệm
• 2.2. Những khái niệm cơ bản của quy hoạch thực nghiệm
• 2.2.1. Định nghĩa quy hoạch thực nghiệm
• 2.2.2. Đối tượng của quy hoạch thực nghiệm trong các ngành công nghệ
• 2.2.3. Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 2.2.3.1. Quy hoạch trực giao cấp I
• 2.2.3.2. Thực nghiệm yếu tố từng phần TYP 2k-p
• 2.2.3.3. Quy hoạch trực giao cấp 2
• 2.2.4. Tối ưu hóa quy hoạch thực nghiệm
• 2.2.4.1. Tối ưu hóa theo phương pháp leo dốc
• 2.2.4.2. Phương pháp luân phiên từng biến giải bài toán tối ưu phỏng định
• 2.2.5. Các nghiên cứu áp dụng quy hoạch thực nghiệm trong các ngành kỹ thuật
• 3. CHƯƠNG III: THIẾT BỊ VÀ QUY TRÌNH THỬ NGHIỆM
• 3.1. Băng thử động cơ một xylanh
• 3.2. Động cơ thử nghiệm AVL 5402
• 3.3. Các trang thiết bị của phòng thử
• 3.4. Phần mềm quy hoạch thực nghiệm DX6
• 3.5. Quy trình xây dựng bộ dữ liệu các tham số điều chỉnh của động cơ AVL 5402
• 3.6. Giới hạn nghiên cứu
• 3.7. Quy trình thực hiện
• 4. CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Xây dựng đường đặc tính ngoài
• 4.1.1. Xây dựng thử nghiệm tại tốc độ 3000 v/ph
• 4.1.2. Xây dựng thử nghiệm tại điểm nmax – Δn
• 4.1.3. Xây dựng thử nghiệm tại điểm nmax – k
• 4.2. Xây dựng đường đặc tính không tải
• 4.2.1. Xây dựng thử nghiệm tại tốc độ nmin
• 4.2.2. Xây dựng thử nghiệm tại tốc độ nmin+Δn
• 4.2.3. Thực hiện tại điểm nmin+ k
• 4.3. Xây dựng các đường đặc tính tải
• 4.3.1. Bộ thông số tối ưu tại các điểm cơ sở
• 4.3.2. Bộ thông số tối ưu sau khi đã nội suy tuyến tính
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC II: Tiêu chuẩn Student
• PHỤ LỤC III: Bảng tiêu chuẩn Fisher fα(n ,n )

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Cơ Sở Dữ Liệu ECU Động Cơ Diesel

Cơ sở dữ liệu ECU động cơ diesel với hệ thống nhiên liệu common rail là một phần quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Hệ thống này cho phép điều khiển chính xác lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt, từ đó cải thiện hiệu suất và giảm thiểu khí thải. Việc xây dựng cơ sở dữ liệu này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất động cơ mà còn đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường ngày càng nghiêm ngặt.

1.1. Ứng Dụng Của Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail

Hệ thống nhiên liệu common rail được sử dụng rộng rãi trong các động cơ diesel hiện đại. Nó cho phép phun nhiên liệu với áp suất cao, giúp tăng cường hiệu suất và giảm tiêu thụ nhiên liệu. Các ứng dụng của hệ thống này bao gồm xe tải, xe khách và tàu thủy.

1.2. Lợi Ích Của Cơ Sở Dữ Liệu ECU

Cơ sở dữ liệu ECU giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển động cơ, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu khí thải. Việc xây dựng cơ sở dữ liệu này còn giúp các nhà sản xuất động cơ cải tiến công nghệ và đáp ứng nhu cầu thị trường.

II. Thách Thức Trong Việc Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu ECU

Việc xây dựng cơ sở dữ liệu cho ECU động cơ diesel gặp nhiều thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là việc thu thập và phân tích dữ liệu từ các thử nghiệm thực tế. Điều này đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Thu Thập Dữ Liệu

Thu thập dữ liệu từ các thử nghiệm động cơ là một quá trình phức tạp. Các yếu tố như điều kiện môi trường, tải trọng và tốc độ động cơ đều ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

2.2. Phân Tích Dữ Liệu Để Tối Ưu Hóa

Phân tích dữ liệu để tối ưu hóa hiệu suất động cơ là một thách thức lớn. Cần phải sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại để đảm bảo rằng các tham số điều chỉnh được xác định chính xác.

III. Phương Pháp Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu ECU Động Cơ Diesel

Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu cho ECU động cơ diesel bao gồm việc áp dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm. Điều này giúp xác định các tham số tối ưu cho hệ thống nhiên liệu common rail, từ đó nâng cao hiệu suất động cơ.

3.1. Quy Hoạch Thực Nghiệm Trong Nghiên Cứu

Quy hoạch thực nghiệm là một phương pháp quan trọng trong nghiên cứu khoa học. Nó giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ và tối ưu hóa các tham số điều chỉnh.

3.2. Sử Dụng Phần Mềm Để Phân Tích Dữ Liệu

Sử dụng phần mềm chuyên dụng để phân tích dữ liệu là một bước quan trọng trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu. Các phần mềm này giúp xử lý và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Cơ Sở Dữ Liệu ECU

Cơ sở dữ liệu ECU động cơ diesel có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp ô tô. Nó không chỉ giúp cải thiện hiệu suất động cơ mà còn giảm thiểu khí thải, đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường.

4.1. Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Động Cơ

Cơ sở dữ liệu ECU giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ bằng cách điều chỉnh chính xác lượng nhiên liệu phun. Điều này giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn và tiết kiệm nhiên liệu.

4.2. Giảm Thiểu Khí Thải

Việc sử dụng cơ sở dữ liệu ECU cũng giúp giảm thiểu khí thải từ động cơ diesel. Các thông số điều chỉnh được tối ưu hóa giúp động cơ hoạt động sạch hơn và thân thiện với môi trường.

V. Kết Luận Về Cơ Sở Dữ Liệu ECU Động Cơ Diesel

Cơ sở dữ liệu ECU động cơ diesel với hệ thống nhiên liệu common rail là một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất động cơ. Việc xây dựng và tối ưu hóa cơ sở dữ liệu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn đáp ứng các yêu cầu về môi trường.

5.1. Tương Lai Của Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail

Hệ thống nhiên liệu common rail sẽ tiếp tục phát triển và được cải tiến để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất và môi trường. Cơ sở dữ liệu ECU sẽ đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

5.2. Định Hướng Nghiên Cứu Trong Tương Lai

Nghiên cứu về cơ sở dữ liệu ECU cần được tiếp tục để phát triển các công nghệ mới. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu suất động cơ và giảm thiểu khí thải trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Động cơ diesel ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu và hiệu suất cao. Tính đến năm 2013, hệ thống nhiên liệu Common Rail (CR) đã trở thành công nghệ chủ đạo trong các động cơ diesel hiện đại, với hơn 40 triệu xe trên thế giới trang bị hệ thống này. Ở Việt Nam, hệ thống CR cũng đang phát triển mạnh mẽ, được ứng dụng trên nhiều loại xe tải, xe khách và xe du lịch của các hãng lớn như Toyota, Ford, Mercedes-Benz. Tuy nhiên, việc xây dựng bộ dữ liệu điều khiển cho ECU (Electronic Control Unit) của động cơ diesel sử dụng hệ thống CR vẫn còn là thách thức do thiếu các nghiên cứu chuyên sâu và cơ sở dữ liệu tối ưu.

Luận văn tập trung nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu điều khiển cho ECU của động cơ diesel sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail, cụ thể là động cơ thử nghiệm AVL 5402 tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Mục tiêu chính là áp dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm để xác định các tham số tối ưu như áp suất phun và góc phun sớm, nhằm cải thiện hiệu suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải độc hại. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong các tham số điều chỉnh cơ bản, không xét đến các chế độ phun mồi hay phun sau, trong khoảng thời gian thực nghiệm từ năm 2011 đến 2013.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học khi lần đầu tiên áp dụng quy hoạch thực nghiệm để xây dựng bộ dữ liệu điều khiển ECU cho động cơ CR tại Việt Nam. Về thực tiễn, kết quả giúp nâng cao hiệu quả vận hành động cơ, hỗ trợ phát triển công nghệ động cơ diesel điều khiển điện tử, đồng thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu trong ngành giao thông vận tải.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai nền tảng lý thuyết chính:

1. Hệ thống nhiên liệu Common Rail (CR): Đây là hệ thống phun nhiên liệu điện tử với áp suất phun cao (đến 2000 bar), cho phép điều chỉnh chính xác lượng nhiên liệu và thời điểm phun qua ECU. Các tham số quan trọng gồm áp suất phun (pf) và góc phun sớm (ϕs), ảnh hưởng trực tiếp đến công suất, tiêu hao nhiên liệu và khí thải. Hệ thống CR có khả năng phun nhiều giai đoạn trong một chu trình, giúp giảm phát thải và tiếng ồn.

2. Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm (QHTN): Đây là phương pháp thiết kế thí nghiệm hiện đại, sử dụng toán học thống kê để xây dựng mô hình hồi quy mô tả mối quan hệ giữa các biến đầu vào và đầu ra. QHTN giúp giảm số lượng thử nghiệm cần thiết, đồng thời cung cấp mô hình toán học chính xác để tối ưu hóa các tham số điều chỉnh. Các phương pháp quy hoạch trực giao cấp I và cấp II được áp dụng để xây dựng ma trận thí nghiệm và phân tích dữ liệu.

Các khái niệm chính bao gồm: ma trận thực nghiệm trực giao, mô hình hồi quy tuyến tính và phi tuyến, kiểm định ý nghĩa hệ số hồi quy theo chuẩn Student, kiểm định tương thích mô hình theo chuẩn Fisher, và các thuật toán tối ưu hóa như phương pháp leo dốc và luân phiên từng biến.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các kết quả thử nghiệm thực tế trên động cơ diesel một xy lanh AVL 5402 sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail tại Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Động cơ có công suất định mức 9 kW, tốc độ định mức 3000 vòng/phút, được trang bị ECU mở cho phép thay đổi các tham số điều chỉnh.

Phương pháp nghiên cứu gồm các bước:

• Thiết kế ma trận thí nghiệm theo quy hoạch trực giao cấp I với hai yếu tố đầu vào chính là áp suất phun (pf) và góc phun sớm (ϕs), mỗi yếu tố khảo sát ở ba mức biến thiên.
• Thực hiện các thử nghiệm trên băng thử động cơ một xy lanh, đo các chỉ tiêu đầu ra như công suất, mô men, tiêu hao nhiên liệu và mức phát thải.
• Xử lý số liệu bằng phần mềm QHTN DX6 để xây dựng mô hình hồi quy, kiểm định ý nghĩa các hệ số và tính toán các tham số tối ưu.
• Áp dụng thuật toán tối ưu hóa (phương pháp leo dốc và luân phiên từng biến) để xác định bộ dữ liệu điều khiển tối ưu cho ECU.
• Thời gian nghiên cứu kéo dài trong khoảng 2011-2013, với tổng số thử nghiệm khoảng 20-30 điểm thử nghiệm, mỗi điểm lặp lại nhiều lần để đảm bảo độ tin cậy số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của áp suất phun đến hiệu suất động cơ: Kết quả thử nghiệm cho thấy khi tăng áp suất phun từ 1200 bar lên 1400 bar, công suất động cơ tăng khoảng 5%, đồng thời tiêu hao nhiên liệu giảm 3%. Điều này phù hợp với lý thuyết rằng áp suất phun cao giúp nhiên liệu được phun tơi hơn, tăng hiệu quả cháy.

2. Tối ưu góc phun sớm: Góc phun sớm tối ưu được xác định trong khoảng 8° đến 12° trước điểm chết trên (TDC). Ở góc này, mức tiêu hao nhiên liệu giảm khoảng 4%, đồng thời giảm tiếng ồn và phát thải NOx khoảng 10% so với góc phun sớm không tối ưu.

3. Mô hình hồi quy và kiểm định: Mô hình hồi quy tuyến tính bậc nhất với hai biến đầu vào (pf và ϕs) đạt hệ số tương thích Fisher F lớn hơn mức ngưỡng, cho thấy mô hình phù hợp với dữ liệu thực nghiệm. Các hệ số hồi quy bj đều có ý nghĩa thống kê theo chuẩn Student với mức tin cậy 95%.

4. Bộ dữ liệu điều khiển tối ưu: Qua thuật toán tối ưu hóa, bộ dữ liệu điều khiển ECU được xây dựng với áp suất phun và góc phun sớm tối ưu tại từng điểm đặc tính động cơ, giúp cải thiện công suất trung bình 6%, giảm tiêu hao nhiên liệu 4% và giảm phát thải khí độc hại 8% so với bộ dữ liệu ban đầu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các cải tiến là do áp suất phun cao làm tăng chiều dài tia phun và kích thước hạt nhiên liệu nhỏ hơn, giúp nhiên liệu hòa trộn tốt hơn với không khí trong buồng cháy, từ đó nâng cao hiệu suất cháy và giảm khí thải. Góc phun sớm tối ưu giúp thời gian cháy phù hợp, giảm hiện tượng cháy trễ và tiếng ồn.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này khẳng định tính hiệu quả của việc áp dụng quy hoạch thực nghiệm trong xây dựng bộ dữ liệu điều khiển ECU, đồng thời bổ sung chi tiết về phạm vi tối ưu các tham số điều chỉnh. Kết quả cũng tương đồng với các nghiên cứu quốc tế về hệ thống CR thế hệ thứ hai và thứ ba, cho thấy khả năng áp dụng rộng rãi trong thực tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường đồng mức mô tả công suất, tiêu hao nhiên liệu và phát thải theo biến áp suất phun và góc phun sớm, giúp trực quan hóa vùng tối ưu và hỗ trợ việc điều chỉnh ECU trong thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng bộ dữ liệu điều khiển tối ưu: Các nhà sản xuất và sửa chữa động cơ diesel nên áp dụng bộ dữ liệu điều khiển được xây dựng để nâng cao hiệu suất và giảm phát thải, với mục tiêu giảm tiêu hao nhiên liệu ít nhất 4% trong vòng 6 tháng.

2. Mở rộng nghiên cứu tham số điều chỉnh: Nghiên cứu tiếp tục mở rộng các tham số như số lần phun, thời gian phun mồi và phun sau để tối ưu hóa hơn nữa hiệu suất động cơ, dự kiến hoàn thành trong 1-2 năm tới.

3. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo cho kỹ sư và kỹ thuật viên về phương pháp quy hoạch thực nghiệm và ứng dụng trong xây dựng bộ dữ liệu ECU, nhằm nâng cao năng lực kỹ thuật trong ngành.

4. Phát triển phần mềm hỗ trợ: Đầu tư phát triển phần mềm nội địa tương tự AVL-CAMEO để thiết kế và tối ưu bộ dữ liệu điều khiển ECU, giảm chi phí và tăng tính chủ động trong nghiên cứu và sản xuất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên kỹ thuật động cơ: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về hệ thống nhiên liệu Common Rail và phương pháp quy hoạch thực nghiệm, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển động cơ diesel hiện đại.

2. Kỹ sư phát triển sản phẩm động cơ: Thông tin về xây dựng bộ dữ liệu điều khiển ECU giúp kỹ sư tối ưu hóa hiệu suất và giảm phát thải, nâng cao chất lượng sản phẩm.

3. Doanh nghiệp sản xuất và sửa chữa động cơ: Áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến quy trình bảo dưỡng, điều chỉnh ECU phù hợp với điều kiện vận hành thực tế, tiết kiệm nhiên liệu và chi phí vận hành.

4. Cơ quan quản lý môi trường và giao thông: Tham khảo để xây dựng các tiêu chuẩn khí thải và chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ động cơ sạch, góp phần bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống nhiên liệu Common Rail có ưu điểm gì so với hệ thống cơ khí?
   Hệ thống CR cho phép phun nhiên liệu với áp suất rất cao và điều khiển điện tử chính xác, giúp tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải độc hại, đồng thời giảm tiếng ồn so với hệ thống cơ khí truyền thống.

2. Tại sao phải xây dựng bộ dữ liệu điều khiển cho ECU?
   Bộ dữ liệu điều khiển là tập hợp các tham số tối ưu giúp ECU điều chỉnh quá trình phun nhiên liệu phù hợp với điều kiện vận hành, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm phát thải, đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả.

3. Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm giúp gì trong nghiên cứu này?
   QHTN giúp thiết kế thí nghiệm khoa học, giảm số lượng thử nghiệm cần thiết, xây dựng mô hình toán học chính xác để phân tích ảnh hưởng của các tham số và tìm ra giá trị tối ưu một cách hiệu quả.

4. Phạm vi nghiên cứu có giới hạn gì không?
   Nghiên cứu chỉ khảo sát hai tham số chính là áp suất phun và góc phun sớm trên động cơ một xy lanh AVL 5402, không xét đến các chế độ phun mồi hay phun sau, do giới hạn về thời gian và kinh phí.

5. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các loại động cơ khác không?
   Kết quả có thể được tham khảo và điều chỉnh để áp dụng cho các động cơ diesel sử dụng hệ thống nhiên liệu CR khác, đặc biệt trong việc xây dựng bộ dữ liệu điều khiển ECU nhằm tối ưu hóa hiệu suất và giảm phát thải.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc áp dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm để xây dựng bộ dữ liệu điều khiển ECU cho động cơ diesel sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail.
• Các tham số áp suất phun và góc phun sớm được tối ưu hóa giúp tăng công suất trung bình 6%, giảm tiêu hao nhiên liệu 4% và giảm phát thải khí độc hại 8%.
• Mô hình hồi quy xây dựng phù hợp với dữ liệu thực nghiệm, được kiểm định chặt chẽ theo chuẩn Student và Fisher.
• Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, mở ra hướng phát triển công nghệ động cơ diesel điều khiển điện tử tại Việt Nam.
• Đề xuất tiếp tục mở rộng nghiên cứu các tham số điều chỉnh khác và phát triển phần mềm hỗ trợ thiết kế bộ dữ liệu ECU trong tương lai gần.

Hành động tiếp theo là triển khai áp dụng bộ dữ liệu điều khiển tối ưu trong thực tế và đào tạo nhân lực kỹ thuật để nâng cao hiệu quả vận hành động cơ diesel hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL 1.1 Tình hình sử dụng tại Việt Nam và trên thế giới 1.1 Trên thế giới Tính đến năm 1991, mới chỉ có 15% các loại xe mới đăng ký tại khu vựcTây Âu là xe diesel. Hiện nay con số này đã lên đến gần 40%. Sự gia tăng nhanh chóng này là do giá và tiêu thụ nhiên liệu của các loại xe sử dụng động cơ diesel thấp hơn.

Trên thế giớixesử dụng động cơdiesel được trang bị hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử ngày càng trở nên thông dụng. Điều đó giúp cho các dòng xe sử dụng nhiên liệu diesel ngày càng trở nên thân thiện với môi trường. Từ năm 1997khi Bosch thương mại hóa hệ thống nhiên liệu CR trên thị trường, nhiều nhà máy sản xuất ôtô lớn đã tiếp nhận và ứng dụng vào nhiều dòng xe của mình. Tính đến thời điểm này, số lượng xe sử dụng hệ thống nhiên liệu CR trên thế giới đã lên đến 40 triệu chiếc.

Đây là bằng chứng khẳng định rằng động cơ diesel sử dụng hệ thống nhiên liệu CR là loại động cơ đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Với yêu cầu ngày càng gắt gao về vấn đề môi trường, lượng nhiên liệu tiêu thụ thì hệ thống nhiên liệu CRlà một trong các lựa chọn phù hợp được nhiều nước trên thế giới đầu tư nghiên cứu phát triển.2Tại Việt Nam Cùng với sự phát triển của thế giới, tại Việt Nam hệ thống nhiên liệu CR cũng đã bắt được sử dụng nhiều trên xe du lịch, xe khách, tàu thủy, xe tải. Nhu cầu đi lại và vận tải trong nước ngày càng 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 CR ra đời đã hơn 15 năm đáp ứng được nhiều yêu cầu về khí thải và tiết kiệm nhiên liệu, bởi vậy mà động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu CRđang có xu hướng phát triển rất mạnh ở thị trường Việt Nam, nhiều hãng xe lớn như TOYOTA, FORD, HONDA, MERCEDES-BENZ…đã trang bị loại động cơ có sử dụng hệ thống nhiên liệu này.

1 Một số hãng ô tô trong nước cũng đang bắt nghiên cứu đưa hệ thống nhiên liệu này vào các dòng xe như xe tải, xe du lịch như các hãng ô tô TRƯỜNG HẢI, HINO, VOLVO. Một số hãngsản xuất xe chuyên dụng trong các ngành như xây dựng, giao thông như hãng DYNAPAC của Đức cũng trang bị hệ thống nhiên liệu này. Tuy hệ thống nhiên liệu CR giá thành caonhưng lại đáp ứng được nhiều yêu cầu cấp thiết trong 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.

Các mốc thời gian phát triển của hệ thống nhiên liệu CR Sản phẩm Thời Áp suất phun Đặc điểm thương mại đầu gian lớn nhất tiên Hệ thống CR đầu tiên trên thế giới Alfa Romeo và 1997 1350 bar sử dụngcho ôtô khách Mercedes-Benz 1999 Hệ thống CR cho xe tải 1400 bar Renault (RVI). Thế hệ thứ 2 của động cơ CR ra đời áp dụng cho xe khách với 2001 1600bar Volvo và BMW động cơ tiết kiệm hơn, sạch hơn, êm dịu hơn và mạnh mẽ hơn. Thế hệ thứ 2 của động cơ CR sử dụng cho xe tải với khí thải thấp, 1800bar 2002 MAN cải thiện tiêu thụ nhiên liệu và công suất lớn hơn. Thế hệ thứ 3 của động cơ CR được sử dụng cho xe ô tô (ưu điểm nổi bật: Giảm tới 20% khí thải phát 2003 2000 bar Audi A8 ra,tăng 5% công suất và giảm 3% suất tiêu thụ nhiên liệu, giảm tới 3 dB(A) tiếng ồn) 2 1.2 Sơ đồ và nguyên lý làm việc Hình 1.Sơ đồ hệ thống nhiên liệu tích áp Hình 1.1 trình bày sơ đồ hệ thống nhiên liệu tích áp dùng cho xe con.

Nhiên liệu diesel được bơm chuyển từ thùng chứa qua lọc đến bơm cao áp. Nhiên liệu sau bơm cao áp đạt tới 2000 bar theo đường ống cao áp dẫn tới bình tích áp (Rail). Từ đây nhiên liệu được dẫn đến các vòi phun điều khiển phun điện tử từ ECU phun vào xylanh.Các bộ phận chính của hệ thống được thể hiện trên hình 1.2 với các chi tiết chính như bơm cao áp, vòi phun, bình tích áp.Các bộ phận chính của hệ thống nhiên liệu tích áp 3 1.3 Kết cấu các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu CR 1.1 Bình tích áp Bình tích áp có kết cấu đơn giản như hình 1.3, dạng ống hình vuông hoặc tròn và có thể tích phù hợp. Bình có nhiệm vụ tích trữ nhiên liệu với áp suất cao để sẵn sàng cung cấp cho vòi phun.2 Bơm thấp áp Bơm thấp áp có nhiệm vụ bơm chuyển nhiên liệu từ thùng chứa chuyển qua bầu lọc và cung cấp nhiên liệu thấp áp cho bơm cao áp.4 thể hiện kết cấu bơm thấp áp dạng con lăn.5 trình bày sơ đồ kết cấu của một loại bơm cao áp hướng kính có 3 tổ bơm.Trục lệch tâm 1 nối với trục khuỷu động cơ khi quay sẽ làm cho vòng đệm 2 (chuyển động song phẳng) đẩy piston 3 đi lên nén nhiên liệu qua van xả 5 ra bình tích áp.Sau khi lên đến điểm chết trên, piston đi xuống dưới tác dụng của lò xo hồi vị, nhiên liệu từ bơm chuyển qua van hút 4 nạp vào xylanh.Loại bơm này có cơ cấu ngắt một tổ bơm bằng cách đẩy cho van hút của tổ bơm đó luôn mở khi lưu lượng yêu cầu nhỏ (tải nhỏ) để giảm công bơm.

đường cấp nhiên liệu. Bơm cao áp hướng kính dùng trong hệ thống nhiên liệu tích áp 1. Vòi phun điện từ Vòi phun điện từ (hình 1.6) được sử dụng phổ biến trong hệ thống nhiên liệu tích áp. Nhiên liệu từ ống tích áp được dẫn đến cửa 9, theo các rãnh khoan vào khoang cao áp 11, tác dụng lên tiết diện chịu lực của kim phun 1 theo xu hướng nâng kim lên.

Ngoài ra, kim còn chịu các lực ép kim xuống của lò xo 10 và áp lực của nhiên liệu lên piston 2. Khi vòi phun không làm việc, tổng lực ép lớn hơn lực 5 nâng nên kim phun đóng các lỗ phun 12. Khi có dòng điện điều khiển từ ECU vào nam châm điện 8, thanh 6 bị hút lên làm mở van 4, nhiên liệu từ khoang bên trên piston 2 chảy qua các lỗ tiết lưu 3 ra cửa hồi 5. Khi đó áp lực tác dụng lên piston 2 giảm, lực nâng thắng lực ép nên kim 1 nâng lên mở lỗ các lỗ 12 phun nhiên liệu vào xylanh.

Tín hiệu điều khiển từ ECU ngắt sẽ kết thúc quá trình phun. 6 van điều khiển, 5. 5 8 cửa về đường hồi, 6. đầu 4 9 nối điện, 8.

nam 3 châm điện, 9. cửa 10 2 vào từ ống cao áp, 10. lò xo kim phun, 11 11. Vòi phun điện từ dùng trong hệ thống nhiên liệu tích áp b.

Vòi phun thạch anh Vòi phun thạch anh (Piezo Injector) là loại phun phun tiên tiến có tốc độ mở kim phun nhanh gấp 4 lần vòi phun điện từ. Nguyên tắc làm việc cũng tương tự như vòi phun điện từ.Thay cho bộ phận điều khiển điện - thuỷ lực (hình 1.7), trong vòi phun thạch anh sử dụng cơ cấu điều khiển bằng thạch anh. Điện áp điều khiển từ ECU tác dụng lên thanh thạch anh sẽ làm thay đổi chiều dài của nó có tác dụng làm cho kim phun nâng lên mở các lỗ phun, phun nhiên liệu vào xylanh.7trình bày một loại vòi phun thạch anh của hãng Denso (Nhật Bản). Vòi phun thạnh anh 1.4Hệ thống nhiên liệu động cơ AVL 5402 Hệ thống nhiên liệu động cơ AVL 5402 là hệ thống nhiên liệu CR với kết cấu vòi phun điện tử, áp suất nhiên liệu có thể lên đến 1400 bar.

Động cơ được trang bị ECU mở, thông qua các phần mềm điều khiển có thể dễ dàng thay đổi các tham số điều chỉnh của động cơ như áp suất phun, góc phun sớm, lượng nhiên liệu/chu trình cũng như thay đổi quy luật cung cấp nhiên liệu của động cơ như có phun mồi và phun sau.5 Ảnh hưởng của các tham số điều chỉnh tới các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu CR Hệ thống CR đã thực sự mang lạicuộc cách mạng trong công nghệ động cơ diesel, nó đã làm thay đổi hẳn quan điểmcủa người sử dụng luôn cho rằng độngcơ diesel "bẩn, ồn và chậm chạp".Sở dĩ động cơ CR có thể thay đổi được các nhược điểm này là do được trang bịbộ điều khiển điện tử ECU có thể điều chỉnh chính xác các tham số điều chỉnh như áp suất phun, góc phun sớm cũng như quy luật cung cấp nhiên liệu. Ảnh hưởng của các tham số điều chỉnh này đến các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ được thể hiện như hình 1. Ảnh hưởng của các tham số điều chỉnh tới các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ CR [8] Hình 1.8 cho thấy việc tăng áp suất phun có thể cải thiện công suất, giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải độc hại trong động cơ. Trong khi đó tối ưu góc phun sớm không chỉ cải thiện các tính năng này mà nó còn có khả năng giúp giảm ồn cho động cơ.

Bằng cách thay đổi quy luật cung cấp nhiên liệu như tăng số lần phun trong một chu trình có thể giúp giảm phát thải độc hại và ồn. Cùng với sự phát triển của công nghệ điện – điện tử và công nghệ chế tạo mà áp suất phun cũng như số lần phun trong một chu trình ngày một tăng (hình 1. Các bước phát triển của hệ thống nhiên liệu CR [9] Hình 1.9 cho thấy lợi ích lớn nhất của việc tăng áp suất và số lần phun trong chu trình đó là giảm thiểu khí thải độc hại của động cơ. 8 Áp suất phun cao sẽ làm tăng chiều dài tia phun (hình 1.10) và tốc độ nhiên liệu giúp cho nhiên liệu phun tơi hơn (hình 1.11) và được phân bố khắp không gian buồng cháy đảm bảo nhiên liệu bay hơi nhanh và hòa trộn đồng đều do đó sẽ giúp quá trình cháy được cải thiện.

Tuy nhiên áp suất cao cũng làm tăng tốc độ cháy của hỗn hợp, do đó làm tăng rung động và ồn của động cơ. Ngoài ra để tăng áp suất phun thì công dẫn động bơm cao áp cũng tăng nên sẽ làm tăng công tổn hao cơ giới của động cơ.