Động cơ ô tô trang bị hệ thống CRDI

Chi tiết bài viết

Hiện nay, trên rất nhiều loại xe ô tô hiện đại có trên thị trường như Huyndai Santafe, i30, Kia Carens,...thường có gắn thêm cụm chữ cái CRDI. Vậy cụm tự này có ý nghĩa gì và công nghệ CRDI có tác dụng như thế nào; Trong phạm vi bài viết này, xin cung cấp một số thông tin liên quan tới CRDI.

Một trong số các biện pháp để tiết kiệm nhiên liệu và giảm các chất độc hại có trong khí thải là việc hoàn thiện quá trình cháy của động cơ. Ở động cơ đi-ê-den thì việc điều khiển các thông số liên quan tới đặc tính phun nhiên liệu đóng một vai trò rất quan trọng đối với quá trình cháy. Hệ thống cung cấp nhiên liệu CRDI chính là giải pháp hữu hiệu để đạt được mục tiêu này. CRDI là các chữ cái được viết tắt tên của Hệ thống cung cấp nhiên liệu theo công nghệ “Common Rail direct fuel Injection”( sau đây gọi tắt là hệ thống CRDI ). Hệ thống CRDI đầu tiên được Giáo sư Robert Huber ( Thụy sĩ ) chế thử thành công vào những năm 60 của thế kỷ trước và sau đó được nhóm các nhà nghiên cứu của trường đại học kỹ thuật ETH Zurich Thụy sĩ tiếp tục phát triển. Tuy nhiên, phải đến giữa những năm 90, hệ thống này mới được các nhà sản xuất đưa vào sử dụng trên các xe ô tô sản xuất hàng loạt. Hiện nay trên thế giới có 4 nhà cung cấp thiết bị CRDI chủ yếu là: Borsch ( CHLB Đức ), Delphi ( Mỹ ), Denso ( Nhật bản ) và Siemens ( CHLB Đức ). Tuy cùng một công nghệ, cùng nguyên lý làm việc nhưng hệ thống CRDI được các nhà sản xuất xe trên thế giới đặt với nhiều tên khác nhau như: CDI( Daimler–Benz ),CCR ( Cummin ), CRD ( Chrysler ), JRD ( Fiat ), TDCi ( Ford), VCDi ( General Motors Daewoo/Chevolet ), i-CTDi ( Honda ), CRDi (Huyndai/Kia ), CRDe (Mahindra ), DDiS ( Maruti Suzuki ), CiTD ( Mazda ), Di-D ( Misubishi ), dCi( Nissan), HDi hoặc HDI ( Peugeot/Citroen ), dCi ( Renault ), XDi ( SsangYong’s ), Legacy TD ( Subaru ), DICOR ( Tata ), D-4D ( Toyota ), TDI ( Volkswagen ).

Hình 1. Động cơ đi-ê-den công suất 115 PS có trang bị hệ thống CRDI lắp trên xe Huyndai i30

Sự khác biệt của hệ thống CRDI so với hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống

Ở hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống, mỗi vòi phun đặt tại các xylanh của động cơ được nối thẳng với bơm cao áp ( bơn thẳng hàng hoặc bơm con quay ) thông qua ống dẫn riêng. Việc phun nhiên liệu được điều khiển bởi bơm cao áp. Lượng nhiên liệu phun và thời gian phun phụ thuộc vào hành trình của pittông longiơ và phụ thuộc vào góc quay của trục khủy. Đặc tính phun phụ thuộc chủ yếu vào kết cấu của vòi phun. Trong khi đó, ở hệ thống CRDI, người ta lại có thể điều chỉnh một cách dễ dàng lượng nhiên liệu, thời gian phun độc lập với góc quay của trục khủy và điều chính được đặc tính phun.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống CRDI

Trong hình 1 cho thấy sơ đồ nguyên lý của hệ thống CRDI. Nguyên lý làm việc của hệ thống CRDI là phun nhiên liệu với áp suất rất cao thông qua một “ buồng tích năng “.

Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống CRDI

Trong hệ thống CRDI có 2 bơm nhiên liệu. Bơm thứ nhất là một bơm điện áp suất thấp có nhiệm vụ bơm nhiên liệu từ thùng chứa lên hệ thống; Còn việc cung cấp nhiên liệu cho buồng tích năng do bơm cao áp đảm nhận. Bơm này thường là loại bơm piston và được dẫn động trực tiếp bởi động cơ lắp trên xe. Áp suất nhiên liệu trong hệ thống được điều chỉnh nhờ một van điều áp; Khi áp suất trong hệ thống lớn hơn mức yêu cầu thì bộ hạn chế áp suất ở buồng tích năng sẽ tự mở để xả bớt nhiên liệu về thùng chứa. Ngoài ra, do nhiên liệu sau khi nén có nhiệt độ cao ( có thể lên tới 140 độ C ) nên trong hệ thống CRDI còn có thêm bộ làm mát nhiên liệu lắp ngay phía sau bơm cao áp. Sau khi làm mát, nhiên liệu sẽ đi vào buồng tích năng.

Buồng tích năng có 2 chức năng chính: đó là nơi chứa nhiên liệu để cung cấp cho các vòi phun và là bộ giảm chấn để dập tắt các dao động do quá trình phun nhiên liệu gây ra. Đối với động cơ đi-ê-den, áp suất công tác trong buồng tích năng hiện nay vào khoảng 200 MPa. Khi vòi phun mở, nhiên liệu sẽ đi từ buồng tích năng vào buồng cháy. Với áp suất phun rất lớn, nhiên liệu sẽ được phân thành các hạt vô cùng nhỏ. Điều này có tác dụng làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa nhiên liệu - không khí và làm tăng tốc độ cháy dẫn tới việc giảm lượng ô nhiễm dạng hạt có trong khí thải.

Ở hệ thống CRDI, sự phụ thuộc giữa quá trình tạo ra áp suất và việc điều khiển quá trình phun nhiên liệu đã đuợc loại bỏ được hoàn toàn . Nếu như ở hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống, vòi phun chỉ có thể được mở ra khi áp suất nhiên liệu trong vòi đạt tới một giá trị nào đấy, thì ở hệ thống CRDI, việc mở vòi phun được điều khiển hoàn toàn tự động nhờ bộ điều khiển điện tử. Phương thức này cho phép thay đổi một cách dễ dàng theo ý muốn: hành trình kim phun, thời điểm và thời gian phun, đường đặc tính phun....Ngoài ra, việc điều khiển quá trình phun bằng thiết bị điện tử còn cho phép người ta tiết kiệm thời gian, công sức, chi phí trong thiết kế, chế tạo do không phải có hình dạng vấu cam của bơm cao áp phù hợp với đặc tính phun; không cần phải quan tâm tới việc đồng bộ hóa giữa một số bộ phận của động cơ như giữa chuyển động trục khủy với việc dẫn động bơm cao áp ...

Một ưu điểm nổi bật nữa của hệ thống CRDI là dễ thực hiện việc “ phun mồi nhiên liệu “. Để giảm NOx có trong khí thải động cơ đi-ê-den thì cần giảm nhiệt độ cực đại trong buồng cháy. Công nghệ phun mồi nhiên liệu cho phép đạt được yêu cầu này ; tuy nhiên, đây là việc tương đối phức tạp đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống, còn ở hệ thống CRDI thì hoàn toàn ngược lại.

Ứng dụng của Hệ thống CRDI

Đến nay, tất cả các hãng sản xuất xe con trên thế giới đều áp dụng công nghệ CRDI cho các xe lắp động đi-ê-den. Hãng Volkswagen trước đây vẫn từng trung thành với hệ thống sử dụng bơm liền vòi phun bố trí tại từng xy lanh thì gần đây cũng đã phải chuyển sang sử dụng hệ thống CRDI. Ngoài lý do về khía cạnh tiết kiệm nhiên liệu và giảm chất độc hại có trong khí thải như vừa trình bầy ở trên thì một lý do nữa khiến các hãng sản xuất xe con không thể bỏ qua công nghệ này là các động cơ lắp hệ thống CRDI có độ ồn nhỏ hơn rất nhiều so với động cơ sử dụng hệ thồng cung cấp nhiên liệu truyền thống.

Trước đây khi quy định về mức ô nhiễm dạng hạt chưa khắt khe như hiện nay, thì khi sử dụng hệ thống CRDI người ta có thể không cần có bộ lọc chất ô nhiễm dạng hạt đặt ở ống xả . Tuy nhiên, từ năm 2005 trở đi , do yêu cầu về việc phát thải được nâng cao hơn, thì hầu như không thấy loại xe lắp động cơ đi-ê-den nào mà lại không trang bị bộ lọc chất ô nhiễm dạng hạt.

Trong lĩnh vực ô tô hạng nặng, năm 1995, một số xe Hino bán ra thị trường đã bắt đầu được trang bị hệ thống CRDI do hãng sản xuất linh kiện ô tô Denso chế tạo. Hiện nay rất nhiều loại xe ô tô hạng nặng sản xuất hàng loạt đã lắp hệ thống CRDI ( ví dụ MAN ) .

Hệ thống CRDI không chỉ thấy ở xe lắp động cơ đi-ê-den mà còn được sử dụng trên nhiều loại động cơ xăng. Tuy nhiên áp suất phun đối với động cơ xăng chỉ xấp xỉ 100 MPa ( bằng khoảng một nửa so với động đi-ê-den ). Ở đây cần lưu ý một vấn đề nữa là khả năng bôi trơn của nhiên liệu đi-ê-den rất khác so với xăng nên không thể sử dụng tất cả các chi tiết của hệ thống CRDI dùng cho động cơ đi-ê-den để lắp lẫn cho động cơ xăng.

Không chỉ thấy hệ thống CRDI ở động cơ tốc độ nhanh lắp trên phương tiện giao thông cơ giới đường bộ mà trong lĩnh vực đường thủy, đường sắt, người ta cũng đã bắt đầu đưa hệ thống CRDI lắp cho một số loại động cơ đi-ê-den 4 kỳ cỡ lớn tốc độ trung hoặc động cơ 2 kỳ tốc độ thấp.

Ngày nay, hệ thống CRDI đã dần dần trở thành một bộ phận không thể thiếu được trên các loại động cơ đi-ê-den hiện đại.