Hệ Thống Common Rail Là Gì? Nguyên Lý Làm Việc Cơ Bản Của Hệ Thống Common Rail

Ngày đăng: 24/03/2024 03:25:08
Lượt xem: 3440

Hệ thống common rail là một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực động cơ diesel, đem lại hiệu suất vận hành cao và tiết kiệm nhiên liệu. Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp ô tô và động cơ, việc hiểu về nguyên lý hoạt động của hệ thống common rail là cực kỳ quan trọng.

I - Tổng quan về hệ thống Common Rail:

Hệ thống điều khiển động cơ diesel bằng điện tử trong một thời gian dài chậm phát triển so với động cơ xăng. Sở dĩ như vậy là vì bản thân động cơ diesel thải ra ít chất độc hơn nên áp lực về vấn đề môi trường lên các nhà sản xuất ô tô không lớn. Hơn nữa, do độ êm dịu không cao nên diesel ít được sử dụng trên xe du lịch. Trong thời gian đầu, các hãng chủ yếu sử dụng hệ thống điều khiển bơm cao áp bằng điện trong các hệ thống EDC (electronic diesel control). Hệ thống EDC vẫn sử dụng bơm cao áp kiểu cũ nhưng có thêm một số cảm biến và cơ cấu chấp hành, chủ yếu để chống ô nhiễm và điều tốc bằng điện tử. Hiện nay, hệ thống điều khiển mới – hệ thống common rail với việc điều khiển kim phun bằng điện đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi.

1. Ứng dụng của hệ thống Common Rail:

Thế hệ bơm cao áp thẳng hàng đầu tiên được giới thiệu vào năm 1927 đã đánh dấu sự khởi đầu của hệ thống nhiên liệu diesel của hãng Bosch. Lĩnh vực áp dụng chính của các loại bơm thẳng hàng là: trong các loại xe thương mại sử dụng dầu diesel, máy tĩnh tại, xe lửa, và tàu thuỷ. Áp suất phun đạt đến khoảng 1350 bar và có thể sinh ra công suất khoảng 160 kW mỗi xylanh.

Qua nhiều năm, với các yêu cầu khác nhau, chẳng hạn như việc lắp đặt động cơ phun nhiên liệu trực tiếp trong các xe tải nhỏ và xe du lịch đã dẫn đến sự phát triển của các hệ thống nhiên liệu diesel khác nhau để đáp ứng các đòi hỏi ứng dụng đặc biệt. Điều quan trọng nhất của những sự phát triển này không chỉ là việc tăng công suất mà còn là nhu cầu giảm tiêu thụ nhiên liệu, giảm tiếng ồn và khí thải. So với hệ thống cũ dẫn động bằng cam, hệ thống common rail khá linh hoạt trong việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động cơ diesel, như:

- Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch và xe tải nhỏ có công suất đạt đến 30 kW/xylanh, cũng như xe tải nặng, xe lửa, và tàu thuỷ có công suất đạt đến 200 kW/xylanh.

- Áp suất phun đạt đến khoảng 1400 bar.

- Có thể thay đổi thời điểm phun nhiên liệu.

- Có thể phun làm 3 giai đoạn: phun sơ khởi (pilot injection), phun chính (main injection), phun kết thúc (post injection).

Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ.

a. Hoạt động và các chức năng

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 áp suất cao (high-pressure accumulator) và sẵn sàng để phun. Lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi tài xế, và thời điểm phun cũng như áp lực phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ đã lưu trong bộ nhớ của nó. Sau đó, ECU sẽ điều khiển các kim phun tại mỗi xylanh động cơ để phun nhiên liệu. Một hệ thống common rail (CR) bao gồm:

- ECU

- Kim phun (injector)

- Cảm biến tốc độ trục khuỷu (crankshaft speed sensor)

- Cảm biến tốc độ trục cam (camshaft speed sensor)

- Cảm biến bàn đạp ga (accelerator pedal sensor)

- Cảm biến áp suất tăng áp (boost pressure sensor)

- Cảm biến áp suất nhiên liệu trong ống (rail pressure sensor)

- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (coolant sensor)

- Cảm biến đo gió (air mass sensor)

1. Cảm biến đo gió, 2. ECU, 3. Bơm cao áp, 4. Ống trữ nhiên liệu ở áp suất cao, 5. Kim phun, 6. Cảm biến tốc độ trục khuỷu, 7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát, 8. Bộ lọc nhiên liệu - 9. Cảm biến bàn đạp ga.

1. Cảm biến đo gió, 2. ECU,  3. Bơm cao áp,  4. Ống trữ nhiên liệu ở áp suất cao,  5. Kim phun, 6. Cảm biến tốc độ trục khuỷu, 7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát,  8. Bộ lọc nhiên liệu - 9. Cảm biến  bàn đạp ga.

Động cơ diesel 4 xylanh với hệ thống nhiên liệu Common Rail được trình bày ở trên với các chức năng sau:

b.  Chức năng chính:

Chức năng chính là điều khiển việc phun nhiên liệu đúng thời điểm, đúng lượng, đúng áp suất, đảm bảo động cơ diesel không chỉ hoạt động êm dịu mà còn tiết kiệm.

c. Chức năng phụ:

Chức năng phụ của hệ thống là điều khiển vòng kín và vòng hở, không những nhằm 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. Ví dụ như hệ thống luân hồi khí thải (EGR - exhaust gas recirculation), điều khiển turbo tăng áp, điều khiển ga tự động và thiết bị chống trộm.

II - Nguyên lí làm việc của hệ thống Common Rail:

Hệ thống nhiên liệu trong một hệ thống common rail bao gồm 2 vùng: vùng nhiên liệu áp suất thấp và vùng nhiên liệu áp suất cao.

1- Thùng chứa nhiên liệu, 2- Lọc thô, 3- Bơm tiếp vận, 4- Lọc tynh, 5- Đường nhiên liệu áp suất thấp, 6- Bơm cao áp, 7- Đường nhiên liệu áp suất cao, 8- Ống trữ nhiên liệu áp suất cao, 9 - Kim phun

1. Vùng áp suất thấp:

Vùng áp suất thấp bao gồm các bộ phận:

- Bình chứa nhiên liệu:

Bình chứa nhiên liệu phải làm từ vật liệu chống ăn mòn và phải giữ cho không bị rò rỉ ở áp suất gấp đôi áp suất hoạt động bình thường. Van an toàn phải được lắp để áp suất quá cao có thể tự thoát ra ngoài. Nhiên liệu cũng không được rò rỉ ở cổ nối với bình lọc nhiên liệu hay ở thiết bị bù áp suất khi xe bị rung xóc nhỏ, cũng như khi xe vào cua hoặc dừng hay chạy trên đường dốc. Bình nhiên liệu và động cơ phải nằm cách xa nhau để trong trường hợp tai nạn xảy ra sẽ không có nguy cơ bị cháy.

- Đường nhiên liệu áp suất thấp

Đường ống nhiên liệu mềm được bọc thép thay thế cho đường ống bằng thép và được dùng trong ống áp suất thấp. Tất cả các bộ phận mang nhiên liệu phải được bảo vệ một lần nữa khỏi tác động của nhiệt độ. Đối với xe buýt, đường ống nhiên liệu không được đặt trong không gian của hành khách hay trong cabin xe cũng như không thể phân phối bằng trọng lực.

- Bơm tiếp vận (presupply pump)

Bơm tiếp vận bao gồm một bơm bằng điện với lọc nhiên liệu, hay một bơm bánh răng. Bơm hút nhiên liệu từ bình chứa và tiếp tục đưa đủ lượng nhiên liệu đến bơm cao áp.

- Lọc nhiên liệu

1- Nắp bầu lọc, 2- Đường dầu vào, 3 - Phần giấy lọc, 4- Bông chứa dầu sau khi lọc, 5 - Phần chứa nước có lẫn trong dầu, 6- Thiết bị báo mực nước trong bầy lọc khi vượt mức cho phép, 7 - Đầu đẫn ra.

Một bộ lọc nhiên liệu không thích hợp có thể dẫn đến hư hỏng cho các thành phần của bơm, van phân phối và kim phun. Bộ lọc nhiên liệu làm sạch nhiên liệu trước khi đưa đến bơm cao áp, và do đó ngăn ngừa sự mài mòn nhanh của các chi tiết của bơm.

Nước lọt vào hệ thống nhiên liệu có thể làm hư hỏng hệ thống ở dạng ăn mòn. Tương tự với các hệ thống nhiên liệu khác, hệ thống common rail cũng cần một bộ lọc nhiên liệu có bình chứa nước, từ đó nước sẽ được xả. Một số xe du lịch lắp động cơ diesel thường có thiết bị cảnh báo bằng đèn khi lượng nước trong bình lọc vượt quá mức.

2. Vùng áp suất cao:

Vùng áp suất cao của hệ thống common rail bao gồm:

- Bơm cao áp với van điều khiển áp suất

- Đường ống nhiên liệu áp suất cao tức ống phân phối đóng vai trò của bộ tích áp suất cao cùng với cảm biến áp suất nhiên liệu, van giới hạn áp suất, bộ giới hạn dòng chảy, kim phun và đường ống dầu về.

1. Bơm cao áp; 2. Van cắt nhiên liệu; 3. Van điều khiển áp suất;4. Đường nhiên liệu áp suất cao; 5. Ống trữ nhiên liệu ở áp suất cao; 6. Cảm biến áp suất trên ống; 7. Van giới hạn áp suất; 8. Lỗ tuyết lưu; 9. Kim phun; 10. ECU

Trong bối cảnh ngày nay, hệ thống common rail không chỉ là một công nghệ tiên tiến mà còn là một động lực mạnh mẽ đằng sau sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô và động cơ diesel. Việc giới thiệu về hệ thống này cũng là một cách để khám phá sâu hơn về cách mà công nghệ ngày nay có thể tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời giảm thiểu tiếng ồn và khí thải độc hại. Nguyên lý hoạt động của hệ thống common rail không chỉ đơn giản là cung cấp dầu nhiên liệu cho động cơ mà còn liên quan chặt chẽ đến việc điều khiển áp suất và phân phối dầu nhiên liệu một cách chính xác và hiệu quả. Nhờ vào sự tiến bộ của hệ thống này, người tiêu dùng có thể tận hưởng những lợi ích to lớn từ việc sở hữu các phương tiện vận tải mạnh mẽ, tiết kiệm và thân thiện với môi trường. Điều này là minh chứng rõ ràng cho sự tiến bộ không ngừng của ngành công nghiệp ô tô và nhu cầu ngày càng tăng của xã hội đối với các công nghệ tiên tiến và bền vững.

Share on facebook
Tin tức khác