Hệ thống Common Rail đã trở thành một phần quan trọng trong công nghệ động cơ diesel hiện đại, đóng vai trò quyết định đáng kể đối với hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và tiêu thụ khí thải của các phương tiện giao thông. Với sự phát triển không ngừng trong ngành công nghiệp ô tô và công nghiệp động cơ, hệ thống này đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu, kỹ sư và nhà sản xuất. 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 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.

2. Hoạt động và các chức năng của hệ thống Common Rail:

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)

Hệ Thống Common Rail Hoạt Động Như Thế Nào? - EAC

Cấu tạo hệ thống nhiên liệu Common Rail

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.

3. Chức năng động cơ diesel 4 xylanh với hệ thống nhiên liệu Common Rail:

a. 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.

b. 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.

Mặc dù hệ thống Common Rail đã mang lại nhiều lợi ích, nhưng còn những thách thức cần được vượt qua. Sự duy trì và kiểm soát áp suất ổn định, cùng với việc nghiên cứu và phát triển công nghệ mới, sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện và tối ưu hóa hệ thống này. Nhìn chung, tiếp tục nghiên cứu và phát triển hệ thống Common Rail không chỉ là một hướng đi hứa hẹn trong công nghiệp ô tô mà còn là đóng góp to lớn cho sự bền vững và sạch sẽ của ngành công nghiệp ô tô toàn cầu.