Đặc điểm của thiết bị và ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common Rail

Trong các phương tiện hiện đại, hệ thống phun nhiên liệu được sử dụng. Nếu trước đó sự thay đổi như vậy chỉ ở các đơn vị động cơ diesel, thì ngày nay nhiều động cơ xăng đã nhận được một trong các kiểu phun. Chúng được mô tả chi tiết trong một đánh giá khác.

Bây giờ chúng tôi sẽ tập trung vào sự phát triển, được đặt tên là Đường sắt chung. Chúng ta hãy xem nó xuất hiện như thế nào, đặc điểm của nó là gì, cũng như những ưu nhược điểm của nó.

Hệ thống nhiên liệu đường sắt chung là gì

Từ điển dịch khái niệm Common Rail là "hệ thống nhiên liệu tích lũy". Đặc thù của nó là một phần nhiên liệu diesel được lấy từ một bể chứa, trong đó nhiên liệu có áp suất cao. Đoạn đường nối nằm giữa bơm phun và kim phun. Quá trình phun được thực hiện bằng cách kim phun mở van và nhiên liệu có áp được xả vào xi lanh.

Loại hệ thống nhiên liệu này là bước gần đây nhất trong sự phát triển của hệ thống truyền động diesel. So với bản chạy xăng, động cơ diesel tiết kiệm hơn vì nhiên liệu được phun trực tiếp vào xi-lanh chứ không phải vào đường ống nạp. Và với sửa đổi này, hiệu suất của bộ nguồn tăng lên đáng kể.

Hệ thống phun nhiên liệu Common rail đã cải thiện hiệu suất của xe lên 15%, tùy thuộc vào cài đặt của chế độ vận hành động cơ đốt trong. Trong trường hợp này, thông thường một tác dụng phụ của tính kinh tế của động cơ là giảm hiệu suất của nó, nhưng trong trường hợp này, công suất của động cơ, ngược lại, tăng lên.

Lý do cho điều này nằm ở chất lượng phân phối nhiên liệu trong xi lanh. Mọi người đều biết rằng hiệu suất của động cơ phụ thuộc trực tiếp không quá nhiều vào lượng nhiên liệu vào cũng như chất lượng hòa trộn của nó với không khí. Vì trong quá trình vận hành của động cơ, quá trình phun xảy ra chỉ trong một phần nhỏ của giây, nên nhiên liệu hòa trộn với không khí càng nhanh càng tốt.

Nguyên tử hóa nhiên liệu được sử dụng để tăng tốc quá trình này. Do dòng phía sau bơm nhiên liệu có áp suất cao, nhiên liệu diesel được phun qua các vòi phun hiệu quả hơn. Quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu không khí xảy ra với hiệu suất lớn hơn, từ đó động cơ chứng tỏ hiệu suất tăng lên nhiều lần.

Câu chuyện

Sự ra đời của sự phát triển này là việc thắt chặt các tiêu chuẩn môi trường đối với các nhà sản xuất xe hơi. Tuy nhiên, ý tưởng cơ bản đã xuất hiện vào cuối những năm 60 của thế kỷ trước. Nguyên mẫu của nó được phát triển bởi kỹ sư người Thụy Sĩ Robert Huber.

Một thời gian sau, ý tưởng này được hoàn thiện bởi một nhân viên của Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ, Marco Ganser. Sự phát triển này đã được các nhân viên của Denzo sử dụng và tạo ra một hệ thống nhiên liệu có đường ray. Tính mới đã nhận được cái tên không phức tạp Common Rail. Trong những năm cuối của thập kỷ 1990, sự phát triển đã xuất hiện trên các phương tiện thương mại trên động cơ EDC-U2. Xe tải Hino (Rising Ranger model) đã nhận được một hệ thống nhiên liệu như vậy.

Vào năm thứ 95, sự phát triển này cũng có sẵn cho các nhà sản xuất khác. Các kỹ sư của mỗi thương hiệu đã sửa đổi hệ thống và điều chỉnh nó cho phù hợp với các đặc tính của sản phẩm của họ. Tuy nhiên, Denzo tự nhận mình là người tiên phong trong việc sử dụng loại phun này trên ô tô.

Ý kiến ​​này bị tranh cãi bởi một thương hiệu khác, FIAT, vào năm 1987 đã được cấp bằng sáng chế cho nguyên mẫu động cơ diesel phun xăng trực tiếp (kiểu Chroma TDid). Cùng năm đó, các nhân viên của công ty liên quan đến Ý bắt đầu nghiên cứu chế tạo kim phun điện tử, có nguyên tắc làm việc tương tự như đường ray chung. Đúng, hệ thống được đặt tên là UNIJET 1900cc.

Biến thể tiêm hiện đại hoạt động theo nguyên tắc giống như thiết kế ban đầu, bất kể ai được coi là người phát minh ra nó.

Xây dựng

Hãy xem xét thiết bị của việc sửa đổi hệ thống nhiên liệu này. Mạch cao áp gồm các phần tử sau:

• Là dòng có khả năng chịu được áp suất cao, gấp nhiều lần tỷ số nén của động cơ. Nó được làm ở dạng ống một mảnh mà tất cả các phần tử mạch được kết nối với nhau.
• Bơm phun là bơm tạo áp suất cần thiết trong hệ thống (tùy theo chế độ hoạt động của động cơ mà chỉ số này có thể lớn hơn 200 MPa). Cơ chế này có cấu trúc phức tạp. Trong thiết kế hiện đại của nó, công việc của nó dựa trên một cặp pít tông. Nó được mô tả chi tiết trong một đánh giá khác... Thiết bị và nguyên lý hoạt động của bơm nhiên liệu cũng được mô tả riêng.
• Đường ray nhiên liệu (đường sắt hoặc pin) là một bể chứa nhỏ có thành dày, trong đó nhiên liệu tích tụ. Các vòi phun với bộ phun và các thiết bị khác được kết nối với nó bằng đường nhiên liệu. Một chức năng bổ sung của đường dốc là làm giảm sự dao động của nhiên liệu xảy ra trong quá trình vận hành của máy bơm.
• Cảm biến áp suất nhiên liệu và bộ điều chỉnh. Các yếu tố này cho phép bạn kiểm soát và duy trì áp suất mong muốn trong hệ thống. Vì máy bơm liên tục chạy trong khi động cơ đang hoạt động, nó liên tục bơm nhiên liệu diesel vào dòng. Để ngăn nó nổ, bộ điều chỉnh xả môi chất làm việc dư thừa vào đường hồi, được nối với bể chứa. Để biết chi tiết về cách hoạt động của bộ điều áp, xem đây.
• Các kim phun cung cấp phần nhiên liệu cần thiết cho các xi lanh đơn vị. Các nhà phát triển động cơ diesel đã quyết định đặt những phần tử này trực tiếp vào đầu xi lanh. Cách tiếp cận mang tính xây dựng này giúp bạn có thể giải quyết đồng thời một số vấn đề khó khăn. Thứ nhất, nó giảm thiểu thất thoát nhiên liệu: trong đường ống nạp của hệ thống phun đa điểm, một phần nhỏ nhiên liệu còn lại trên thành ống góp. Thứ hai, động cơ diesel bắt lửa không phải từ phích cắm phát sáng và không phải từ tia lửa điện, như trong động cơ xăng - số octan của nó không cho phép sử dụng đánh lửa như vậy (số octan là gì, đọc đây). Piston nén không khí mạnh khi thực hiện một hành trình nén (cả hai van đều đóng) làm cho nhiệt độ của môi chất tăng lên vài trăm độ. Ngay sau khi vòi phun nguyên tử hóa nhiên liệu, nó sẽ tự bốc cháy do nhiệt độ cao. Vì quá trình này đòi hỏi độ chính xác hoàn hảo nên các thiết bị được trang bị van điện từ. Chúng được kích hoạt bởi một tín hiệu từ ECU.
• Các cảm biến giám sát hoạt động của hệ thống và gửi các tín hiệu thích hợp đến khối điều khiển.
• Yếu tố trung tâm trong Common Rail là ECU, được đồng bộ hóa với các bộ não của toàn bộ hệ thống trên tàu. Trong một số mô hình xe hơi, nó được tích hợp vào bộ điều khiển chính. Điện tử có thể ghi lại không chỉ hiệu suất của động cơ, mà còn các đơn vị khác của xe, nhờ đó lượng không khí và nhiên liệu, cũng như thời điểm phun, được tính toán chính xác hơn. Các thiết bị điện tử được nhà máy lập trình. Ngay sau khi ECU nhận được thông tin cần thiết từ các cảm biến, thuật toán được chỉ định sẽ được kích hoạt và tất cả các cơ cấu chấp hành sẽ nhận được lệnh thích hợp.
• Bất kỳ hệ thống nhiên liệu nào cũng có bộ lọc trong dòng của nó. Nó được lắp đặt phía trước máy bơm nhiên liệu.

Động cơ diesel được trang bị loại hệ thống nhiên liệu này hoạt động theo một nguyên tắc đặc biệt. Trong phiên bản cổ điển, toàn bộ phần nhiên liệu được phun. Sự hiện diện của bộ tích tụ nhiên liệu giúp phân phối một phần thành nhiều phần trong khi động cơ đang thực hiện một chu kỳ. Kỹ thuật này được gọi là nhiều lần tiêm.

Bản chất của nó bắt nguồn từ thực tế là trước khi lượng nhiên liệu diesel chính được cung cấp, một quá trình phun sơ bộ được thực hiện, làm nóng buồng làm việc hơn nữa và cũng làm tăng áp suất trong đó. Khi phần còn lại của nhiên liệu được phun, nó sẽ đốt cháy hiệu quả hơn, tạo ra mô-men xoắn cao ICE common rail ngay cả khi tốc độ động cơ thấp.

Tùy thuộc vào chế độ vận hành, một phần nhiên liệu sẽ được cung cấp một lần hoặc hai lần. Khi động cơ chạy không tải, xi lanh được làm nóng bằng hệ thống phun kép trước. Khi tải tăng lên, một lần phun trước sẽ được thực hiện, giúp tiết kiệm nhiên liệu hơn cho chu trình chính. Khi động cơ chạy ở mức tải tối đa, không thực hiện phun trước mà sử dụng toàn bộ lượng nhiên liệu.

Triển vọng

Điều đáng chú ý là hệ thống nhiên liệu này đã được cải thiện khi độ nén của các bộ công suất tăng lên. Ngày nay, chủ sở hữu xe hơi được cung cấp thế hệ thứ 4 của Common Rail. Trong đó, nhiên liệu chịu áp suất 220 MPa. Sửa đổi này đã được cài đặt trên ô tô từ năm 2009.

Ba thế hệ trước có các thông số áp suất sau:

1. Kể từ năm 1999, áp suất đường sắt là 140MPa;
2. Năm 2001, con số này tăng 20MPa;
3. 4 năm sau (2005) ô tô bắt đầu được trang bị hệ thống nhiên liệu thế hệ thứ ba, hệ thống này có khả năng tạo ra áp suất 180 MPa.

Sự gia tăng áp suất trong dây chuyền cho phép phun một khối lượng lớn hơn nhiên liệu diesel trong cùng một khoảng thời gian như trong các phát triển trước đây. Theo đó, điều này làm tăng độ háu ăn của xe mà tăng sức mạnh cũng tăng lên rõ rệt. Vì lý do này, một số mô hình được thiết kế lại nhận được một động cơ giống với mô hình trước đó, nhưng với các thông số tăng lên (mô hình tái cấu trúc khác với mô hình thế hệ tiếp theo như thế nào được mô tả riêng).

Việc nâng cao hiệu quả của việc sửa đổi này được thực hiện do thiết bị điện tử chính xác hơn. Tình trạng này cho phép chúng ta kết luận rằng thế hệ thứ tư vẫn chưa phải là đỉnh cao của sự hoàn hảo. Tuy nhiên, việc tăng hiệu suất của hệ thống nhiên liệu không chỉ được kích thích bởi mong muốn của các nhà sản xuất ô tô nhằm thỏa mãn nhu cầu của những người lái xe tiết kiệm, mà chủ yếu là do nâng cao tiêu chuẩn môi trường. Việc sửa đổi này giúp động cơ diesel đốt cháy tốt hơn, nhờ đó xe có thể vượt qua kiểm tra chất lượng trước khi rời dây chuyền lắp ráp.

Ưu điểm và nhược điểm của Common Rail

Việc sửa đổi hiện đại của hệ thống này giúp tăng sức mạnh của thiết bị bằng cách phun nhiều nhiên liệu hơn. Kể từ khi các nhà sản xuất ô tô hiện đại lắp đặt một số lượng lớn các loại cảm biến, thiết bị điện tử bắt đầu xác định chính xác hơn lượng nhiên liệu diesel cần thiết để vận hành động cơ đốt trong ở một chế độ cụ thể.

Đây là ưu điểm chính của đường ray chung so với các sửa đổi xe cổ điển với kim phun đơn vị. Một điểm cộng có lợi cho giải pháp sáng tạo là nó dễ sửa chữa hơn, vì nó có thiết bị đơn giản hơn.

Những bất lợi bao gồm chi phí lắp đặt cao. Nó cũng yêu cầu nhiên liệu chất lượng cao hơn. Một nhược điểm nữa là kim phun có thiết kế phức tạp hơn nên có tuổi thọ làm việc ngắn hơn. Nếu bất kỳ cái nào trong số chúng bị lỗi, van trong đó sẽ liên tục mở, điều này sẽ phá vỡ độ kín của mạch và hệ thống sẽ ngừng hoạt động.

Để biết thêm chi tiết về thiết bị và các phiên bản khác nhau của mạch nhiên liệu áp suất cao, hãy xem video sau:

Nguyên lý hoạt động của các thành phần mạch nhiên liệu của hệ thống Common Rail. Phần 2

Câu hỏi và trả lời:

Áp lực đối với Đường sắt chung là gì? Trong đường ray nhiên liệu (ống tích lũy), nhiên liệu được cung cấp dưới áp suất thấp (từ chân không đến 6 atm.) Và trong mạch thứ hai dưới áp suất cao (1350-2500 bar.)

Sự khác biệt giữa Common Rail và bơm nhiên liệu là gì? Trong hệ thống nhiên liệu có bơm cao áp, bơm sẽ phân phối ngay nhiên liệu tới các kim phun. Trong hệ thống Common Rail, nhiên liệu được bơm vào một bộ tích lũy (ống), và từ đó nó được phân phối đến các kim phun.

Ai là người phát minh ra Đường sắt chung? Một hệ thống nhiên liệu đường sắt chung nguyên mẫu đã xuất hiện vào cuối những năm 1960. Nó được phát triển bởi Robert Huber người Thụy Sĩ. Sau đó, công nghệ này được phát triển bởi Marco Ganser.