Có nhiều người trong diễn đàn thắc mắc về chuyên mục này nay em xin phép cóp bết cho mấy bác coi như cùng học hỏi cần thì cùng trao đổi xin cảm ơn mấy bác !
Chuyên đề : Điều khiển động cơ DIEZEN
Bình luận: 12Lượt xem: 7,322
1. Sơ lược về hệ thống
1. Lĩnh vực áp dụng
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.
2. 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)
Động cơ diesel 4 xylanh với hệ thống nhiên liệu Common Rail được trình bày trên hình 1 với các chức năng sau:
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.
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.
Sơ lược về hệ thống
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. Trong những năm gần đây, 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. Lĩnh vực áp dụng
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.
2. 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)
Động cơ diesel 4 xylanh với hệ thống nhiên liệu Common Rail được trình bày trên hình 1 với các chức năng sau:
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.
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.
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.
Hình 1: Cấu tạo hệ thống nhiên liệu Common Rail
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.
Hình 1: Cấu tạo hệ thống nhiên liệu Common Rail
2. Đặc tính phun
2.1 Đặc tính phun của hệ thống phun dầu kiểu cũ
Với hệ thống phun kiểu cũ dùng bơm phân phối hay bơm thẳng hàng (distributor or in-line injection pumps), việc phun nhiên liệu chỉ có một giai đoạn gọi là giai đoạn phun chính (main injection phase), không có khởi phun và phun kết thúc.
Áp suất đỉnh quyết định tải trọng đặt lên các thành phần của bơm và các thiết bị dẫn động. Ở hệ thống nhiên liệu cũ, nó còn ảnh hưởng đến tỉ lệ hỗn hợp A/F trong buồng cháy.
2.2 Đặc tính phun 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 vào đường đặc tính phun lý tưởng:
Hệ thống common rail là một hệ thống thiết kế theo module, có các thành phần:
Về cơ bản, kim phun được nối với ống tích áp nhiên liệu (rail) bằng một đường ống ngắn, kết hợp với đầu phun và solenoid được cung cấp điện qua ECU. Khi van solenoid không được cấp điện thì kim ngưng phun. Nhờ áp suất phun không đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với độ dài của xung điều khiển solenoid. Yêu cầu mở nhanh van solenoid được đáp ứng bằng việc sử dụng điện áp cao và dòng lớn. Thời điểm phun được điều khiển bằng hệ thống điều khiển góc phun sớm. Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và cảm biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động.
a. Phun sơ khởi (pilot INJECTION)
Phun sơ khởi có thể diễn ra sớm đến 90o trước tử điểm thượng (BTDC). Nếu thời điểm khởi phun xuất hiện nhỏ hơn 40o BTDC, nhiên liệu có thể bám vào bề mặt của piston và thành xylanh và làm loãng dầu bôi trơn.
Trong giai đoạn phun sơ khởi, một lượng nhỏ nhiên liệu (1 - 4 mm3) được phun vào xylanh 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 trễ cháy, 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 của động cơ.
b. 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.
c. Giai đoạn phun thứ cấp (secondary INJECTION)
Theo quan điểm xử 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 kỳ thải khoảng 200o sau tử điểm thượng (ATDC). Ngược lại với quá trình phun sơ khởi và phun chính, nhiên liệu được phun vào không được đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải ở ống pô. Trong suốt kỳ thải, hỗn hợp khí thải và nhiên liệu được đẩy ra ngoài hệ thống thoát khí thải thông qua supap thải. Tuy nhiên một phần của nhiên liệu được đưa lại vào buồng đốt thông qua hệ thống luân hồi khí thải EGR và có tác dụng tương tự như chính giai đoạn phun sơ khởi. Khi bộ hoá khử được lắp để làm giảm lượng NOx, chúng tận dụng nhiên liệu trong khí thải như là một nhân tố hoá học để làm giảm nồng độ NOx trong khí thải.
2.1 Đặc tính phun của hệ thống phun dầu kiểu cũ
Với hệ thống phun kiểu cũ dùng bơm phân phối hay bơm thẳng hàng (distributor or in-line injection pumps), việc phun nhiên liệu chỉ có một giai đoạn gọi là giai đoạn phun chính (main injection phase), không có khởi phun và phun kết thúc.
Hình 2: Đặc tính phun dầu thường
Dựa vào ý tưởng của bơm phân phối sử dụng kim phun điện, các cải tiến đã được thực hiện theo hướng đưa vào giai đoạn phun kết thúc. Trong hệ thống cũ, việc tạo ra áp suất và cung cấp lượng nhiên liệu diễn ra song song với nhau bởi cam và piston bơm cao áp. Điều này tạo ra các tác động xấu đến đường đặc tính phun như sau:
- Áp suất phun tăng đồng thời với tốc độ và lượng nhiên liệu được phun.
- Suốt quá trình phun, áp suất phun tăng lên và lại giảm xuống theo áp lực đóng của ty kim ở cuối quá trình phun.
- Khi phun với lượng dầu ít thì áp suất phun cũng nhỏ và ngược lại.
- Áp suất đỉnh cao gấp đôi áp suất phun trung bình.
Áp suất đỉnh quyết định tải trọng đặt lên các thành phần của bơm và các thiết bị dẫn động. Ở hệ thống nhiên liệu cũ, nó còn ảnh hưởng đến tỉ lệ hỗn hợp A/F trong buồng cháy.
2.2 Đặc tính phun 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 vào đường đặc tính phun lý tưởng:
- Lượng nhiên liệu và áp suất nhiên liệu phun độc lập với nhau trong từng điều kiện hoạt động của động cơ (cho phép dễ đạt được tỉ lệ hỗn hợp A/F lý tưởng).
- Lúc bắt đầu phun, lượng nhiên liệu phun ra chỉ cần một lượng nhỏ.
Hình 3: Đường đặc tính phun của hệ thống Common Rail.
- Kim phun điều khiển bằng van solenoid được gắn vào nắp máy
- Bộ tích trữ nhiên liệu (ống phân phối áp lực cao)
- Bơm cao áp (bơm tạo áp lực cao)
- Các thiết bị sau cũng cần cho sự hoạt động điều khiển của hệ thống:
- ECU
- Cảm biến tốc độ trục khuỷu
- Cảm biến tốc độ trục cam
Về cơ bản, kim phun được nối với ống tích áp nhiên liệu (rail) bằng một đường ống ngắn, kết hợp với đầu phun và solenoid được cung cấp điện qua ECU. Khi van solenoid không được cấp điện thì kim ngưng phun. Nhờ áp suất phun không đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với độ dài của xung điều khiển solenoid. Yêu cầu mở nhanh van solenoid được đáp ứng bằng việc sử dụng điện áp cao và dòng lớn. Thời điểm phun được điều khiển bằng hệ thống điều khiển góc phun sớm. Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và cảm biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động.
a. Phun sơ khởi (pilot INJECTION)
Phun sơ khởi có thể diễn ra sớm đến 90o trước tử điểm thượng (BTDC). Nếu thời điểm khởi phun xuất hiện nhỏ hơn 40o BTDC, nhiên liệu có thể bám vào bề mặt của piston và thành xylanh và làm loãng dầu bôi trơn.
Trong giai đoạn phun sơ khởi, một lượng nhỏ nhiên liệu (1 - 4 mm3) được phun vào xylanh 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 trễ cháy, 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 của động cơ.
b. 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.
c. Giai đoạn phun thứ cấp (secondary INJECTION)
Theo quan điểm xử 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 kỳ thải khoảng 200o sau tử điểm thượng (ATDC). Ngược lại với quá trình phun sơ khởi và phun chính, nhiên liệu được phun vào không được đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải ở ống pô. Trong suốt kỳ thải, hỗn hợp khí thải và nhiên liệu được đẩy ra ngoài hệ thống thoát khí thải thông qua supap thải. Tuy nhiên một phần của nhiên liệu được đưa lại vào buồng đốt thông qua hệ thống luân hồi khí thải EGR và có tác dụng tương tự như chính giai đoạn phun sơ khởi. Khi bộ hoá khử được lắp để làm giảm lượng NOx, chúng tận dụng nhiên liệu trong khí thải như là một nhân tố hoá học để làm giảm nồng độ NOx trong khí thải.
3. Chức năng chống ô nhiễm
1. Thành phần hỗn hợp và tác động đến quá trình cháy
So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn (nhiệt độ sôi cao), nên việc hoà trộn hỗn hợp hoà khí không 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 luôn hoạt động ở chế độ nghèo. Mức tiêu hao nhiên liệu, muội than, CO và HC sẽ tăng nếu không đốt cháy ở chế độ nghèo hợp lý.
Tỉ lệ hòa khí được quyết định dựa vào các thông số:
- Áp suất phun;
- Thời gian phun;
- Kết cấu lỗ tia;
- Thời điểm phun;
- Vận tốc dòng khí nạp;
- Khối lượng không khí nạp.
Tất cả các đại lượng 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 khi hỗn hợp quá nghèo.
2 Hệ thống nạp lại khí thải (EGR)
Khi không có EGR, khí NOx sinh ra vượt mức quy định về khí thải, ngược lại thì muội than sinh ra sẽ nằm trong giới hạn. EGR là một phương pháp để giảm lượng NOx sinh ra mà không làm tăng nhanh lượng khói đen. Điều này có thể thực hiện rất hiệu quả với hệ thống Common Rail với tỉ lệ hoà khí mong muốn đạt được nhờ vào áp suất phun cao. Với EGR, một phần của khí thải được đưa vào đường ống nạp ở chế độ tải nhỏ của động cơ. Điều này không chỉ làm giảm lượng oxy mà còn làm giảm quá trình cháy và nhiệt độ cực đại, kết quả là làm giảm lượng NOx. Nếu có quá nhiều khí thải được nạp lại (quá 40% thể tích khí nạp), thì khói đen, CO, và HC sẽ sinh ra nhiều cũng như tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng vì thiếu oxy.
3 Ảnh hưởng của việc phun nhiên liệu
Thời điểm phun, đường đặc tính phun, sự tán nhuyễn của nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải.
a.Thời điểm phun
Nhờ vào nhiệt độ quá trình thấp hơn, phun nhiên liệu trễ làm giảm lượng NOx. Nhưng nếu phun quá trễ thì lượng HC sẽ tăng và tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, và khói đen sinh ra cả ở chế độ tải lớn. Nếu thời điểm phun lệch đi chỉ 1o khỏi giá trị lý tưởng thì lượng NOx có thể tăng lên 5%. Ngược lại thời điểm phun sớm lệch sớm hơn 2o thì có thể làm cho áp suất đỉnh tăng lên 10 bar, trễ đi 2o có thể làm tăng nhiệt độ khí thải thêm 20oC. Với các yếu tố cực kỳ nhạy cảm nêu trên, ECU cần phải điều chỉnh thời điểm phun chính xác tối đa.
b. Đường đặc tính phun
Đường đặc tính phun quy định sự thay đổi lượng nhiên liệu được phun vào trong suốt một chu kỳ phun (từ lúc bắt đầu phun đến lúc dứt phun). Đường đặc tính phun quyết định lượng nhiên liệu phun ra trong suốt giai đoạn cháy trễ (giữa thời điểm bắt đầu phun và bắt đầu cháy). Hơn nữa, nó cũng ảnh hưởng đến sự phân phối của nhiên liệu trong buồng đốt và có tác dụng tận dụng hiệu quả của dòng khí nạp. Đường đặc tính phun phải có độ dốc tăng từ từ để nhiên liệu phun ra trong quá trình cháy trễ được giữ ở mức thấp nhất. Nhiên liệu diesel bốc cháy tức thì, ngay khi quá trình cháy bắt đầu gây ra tiếng ồn và sự tạo thành NOx. Đường đặc tính phun phải có đỉnh không quá nhọn để ngăn ngừa hiện tượng nhiên liệu không được tán nhuyễn – yếu tố dẫn đến lượng HC cao, khói đen, và tăng tiêu hao nhiên liệu suốt giai đoạn cháy cuối cùng của quá trình cháy.
c. Sự tán nhuyễn nhiên liệu
Nhiên liệu được tán nhuyễn tốt thúc đẩy hiệu quả hoà trộn giữa không khí và nhiên liệu. Nó đóng góp vào việc giảm lượng HC và khói đen trong khí thải. Với áp suất phun cao và hình dạng hình học tối ưu của lỗ tia kim phun giúp cho sự tán nhuyễn nhiên liệu tốt hơn. Để ngăn ngừa muội than, lượng nhiên liệu phun ra phải được tính dựa vào lượng khí nạp vào. Điều này đòi hỏi lượng khí phải nhiều hơn ít nhất từ 10 – 40 %
.
1. Thành phần hỗn hợp và tác động đến quá trình cháy
So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn (nhiệt độ sôi cao), nên việc hoà trộn hỗn hợp hoà khí không 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 luôn hoạt động ở chế độ nghèo. Mức tiêu hao nhiên liệu, muội than, CO và HC sẽ tăng nếu không đốt cháy ở chế độ nghèo hợp lý.
Tỉ lệ hòa khí được quyết định dựa vào các thông số:
- Áp suất phun;
- Thời gian phun;
- Kết cấu lỗ tia;
- Thời điểm phun;
- Vận tốc dòng khí nạp;
- Khối lượng không khí nạp.
Tất cả các đại lượng 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 khi hỗn hợp quá nghèo.
2 Hệ thống nạp lại khí thải (EGR)
Khi không có EGR, khí NOx sinh ra vượt mức quy định về khí thải, ngược lại thì muội than sinh ra sẽ nằm trong giới hạn. EGR là một phương pháp để giảm lượng NOx sinh ra mà không làm tăng nhanh lượng khói đen. Điều này có thể thực hiện rất hiệu quả với hệ thống Common Rail với tỉ lệ hoà khí mong muốn đạt được nhờ vào áp suất phun cao. Với EGR, một phần của khí thải được đưa vào đường ống nạp ở chế độ tải nhỏ của động cơ. Điều này không chỉ làm giảm lượng oxy mà còn làm giảm quá trình cháy và nhiệt độ cực đại, kết quả là làm giảm lượng NOx. Nếu có quá nhiều khí thải được nạp lại (quá 40% thể tích khí nạp), thì khói đen, CO, và HC sẽ sinh ra nhiều cũng như tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng vì thiếu oxy.
3 Ảnh hưởng của việc phun nhiên liệu
Thời điểm phun, đường đặc tính phun, sự tán nhuyễn của nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải.
a.Thời điểm phun
Nhờ vào nhiệt độ quá trình thấp hơn, phun nhiên liệu trễ làm giảm lượng NOx. Nhưng nếu phun quá trễ thì lượng HC sẽ tăng và tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, và khói đen sinh ra cả ở chế độ tải lớn. Nếu thời điểm phun lệch đi chỉ 1o khỏi giá trị lý tưởng thì lượng NOx có thể tăng lên 5%. Ngược lại thời điểm phun sớm lệch sớm hơn 2o thì có thể làm cho áp suất đỉnh tăng lên 10 bar, trễ đi 2o có thể làm tăng nhiệt độ khí thải thêm 20oC. Với các yếu tố cực kỳ nhạy cảm nêu trên, ECU cần phải điều chỉnh thời điểm phun chính xác tối đa.
b. Đường đặc tính phun
Đường đặc tính phun quy định sự thay đổi lượng nhiên liệu được phun vào trong suốt một chu kỳ phun (từ lúc bắt đầu phun đến lúc dứt phun). Đường đặc tính phun quyết định lượng nhiên liệu phun ra trong suốt giai đoạn cháy trễ (giữa thời điểm bắt đầu phun và bắt đầu cháy). Hơn nữa, nó cũng ảnh hưởng đến sự phân phối của nhiên liệu trong buồng đốt và có tác dụng tận dụng hiệu quả của dòng khí nạp. Đường đặc tính phun phải có độ dốc tăng từ từ để nhiên liệu phun ra trong quá trình cháy trễ được giữ ở mức thấp nhất. Nhiên liệu diesel bốc cháy tức thì, ngay khi quá trình cháy bắt đầu gây ra tiếng ồn và sự tạo thành NOx. Đường đặc tính phun phải có đỉnh không quá nhọn để ngăn ngừa hiện tượng nhiên liệu không được tán nhuyễn – yếu tố dẫn đến lượng HC cao, khói đen, và tăng tiêu hao nhiên liệu suốt giai đoạn cháy cuối cùng của quá trình cháy.
c. Sự tán nhuyễn nhiên liệu
Nhiên liệu được tán nhuyễn tốt thúc đẩy hiệu quả hoà trộn giữa không khí và nhiên liệu. Nó đóng góp vào việc giảm lượng HC và khói đen trong khí thải. Với áp suất phun cao và hình dạng hình học tối ưu của lỗ tia kim phun giúp cho sự tán nhuyễn nhiên liệu tốt hơn. Để ngăn ngừa muội than, lượng nhiên liệu phun ra phải được tính dựa vào lượng khí nạp vào. Điều này đòi hỏi lượng khí phải nhiều hơn ít nhất từ 10 – 40 %
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các chi tiết trên hệ thống common rail
1 . Tổng quát về hệ thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu trong một hệ thống common rail (hình 4) bao gồm 2 vùng: vùng nhiên liệu áp suất thấp và vùng nhiên liệu áp suất cao.
2 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
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.
Còn tiếp.....
1 . Tổng quát về hệ thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu trong một hệ thống common rail (hình 4) bao gồm 2 vùng: vùng nhiên liệu áp suất thấp và vùng nhiên liệu áp suất cao.
Hình 4 : Hệ thống nhiên liệu common rail
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
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.
Còn tiếp.....
ductru_auto
Tài xế O-H
B
bao45th1
Khách
Ủng hộ anh Khoa động lực đăng lên như thế, mình cũng sẽ tranh thủ và làm như bạn! Chúc khỏe và cùng hợp tác với O-H đưa diễn đàn chúng ta ngày một phát triển.
sirduyduc
Tài xế O-H
Kính cụ 1983!
cụ nhầm giữa đặc tính phun của động cơ diesel loại cũ và loại common rail.em xin mạn phép chém một chút ạ!
1.động cơ Diesel loại cũ:
-đường đặc tính phun có dạng tam giác như cụ kdl đã minh họa
-chỉ phun một lần
-áp suất phun được tăng đồng thời với lượng nhiên liệu và tốc độ động cơ
-trong suốt quá trình phun, áp suất tăng, sau đó giảm nhanh khi van kim đóng
-> áp suất phun sẽ nhỏ khi phun ít nhiên liệu,đỉnh áp suất cực đại có thể tăng gấp đôi ấp suất trung bình, khả năng hòa trộn nhiên liệu kém, khả năng cháy kém, khiến cho công suất của động cơ bị hạn chế, động cơ làm việc ồn, tăng ô nhiễm nữa.
2.common rail
khác biệt ở chỗ, lượng nhiên liệu và áp suất phun độc lập nhau, phun 2 lần, cộng thêm luân hồi khí thải, giảm được lượng khói đen (NOx), giảm quá trình cháy, giảm nhiệt độ cực đại.
kính cụ!
cụ nhầm giữa đặc tính phun của động cơ diesel loại cũ và loại common rail.em xin mạn phép chém một chút ạ!
1.động cơ Diesel loại cũ:
-đường đặc tính phun có dạng tam giác như cụ kdl đã minh họa
-chỉ phun một lần
-áp suất phun được tăng đồng thời với lượng nhiên liệu và tốc độ động cơ
-trong suốt quá trình phun, áp suất tăng, sau đó giảm nhanh khi van kim đóng
-> áp suất phun sẽ nhỏ khi phun ít nhiên liệu,đỉnh áp suất cực đại có thể tăng gấp đôi ấp suất trung bình, khả năng hòa trộn nhiên liệu kém, khả năng cháy kém, khiến cho công suất của động cơ bị hạn chế, động cơ làm việc ồn, tăng ô nhiễm nữa.
2.common rail
khác biệt ở chỗ, lượng nhiên liệu và áp suất phun độc lập nhau, phun 2 lần, cộng thêm luân hồi khí thải, giảm được lượng khói đen (NOx), giảm quá trình cháy, giảm nhiệt độ cực đại.
kính cụ!
sirduyduc
Tài xế O-H
một số cụ thắc mắc là tại sao "lọc nhiên liệu" lại tách được nước ra khỏi dầu.
em hiểu thế này không biết có đúng không.ở đây sử dụng lọc thấm,quá trình tách nước không phải lúc nào cũng diễn ra,mà nước lọc ra khỏi dầu qua nhiều thời gian, tích tụ lại,và thỉnh thoảng lái xe sẽ phải xả nước khỏi bình lọc.trường hợp dầu bị lẫn nhiều nước thì "lọc nhiên liệu" cũng không thể lọc kịp, có thể sẽ phải đưa toàn bộ dầu cũ ra ngoài và thay lại hoàn toàn dầu mới.
em hiểu thế này không biết có đúng không.ở đây sử dụng lọc thấm,quá trình tách nước không phải lúc nào cũng diễn ra,mà nước lọc ra khỏi dầu qua nhiều thời gian, tích tụ lại,và thỉnh thoảng lái xe sẽ phải xả nước khỏi bình lọc.trường hợp dầu bị lẫn nhiều nước thì "lọc nhiên liệu" cũng không thể lọc kịp, có thể sẽ phải đưa toàn bộ dầu cũ ra ngoài và thay lại hoàn toàn dầu mới.
Bạn hãy đăng nhập hoặc đăng ký để phản hồi tại đây nhé.
