Hệ thống nhiên liệu động cơ 1GD FTV trên toyota hilux 2020 đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

TĨM TẮT
Việt Nam là nước có nền kinh tế đang phát triển, đời sống nhân dân ngày càng cao,
nhu cầu về phương tiện đi lại, vận chuyển hàng hóa cũng gia tăng. Do đó ngành Cơng
nghiệp ơ tơ đang được phát triển rất nhanh. Sự tiến bộ trong khoa học cơng nghệ góp
phần tạo ra những chiếc xe ơ tơ hiện đại với đầy đủ tiện nghi, tính năng an tồn, tính
kinh tế, tiêu chuẩn mơi trường và đáp ứng yêu cầu của con người.
Với sự phát triển các công nghệ trên ơ tơ, nhằm tối ưu hóa động cơ Diesel, Toyota
đã nghiên cứu phát triển và cho ra đời cơng nghệ i-ART Common Rail trên dịng xe
Toyota Hilux góp phần đáng kể trong việc tối ưu công suất động cơ, động cơ nổ ổn định
hơn, giảm tiếng ồn, tiết kiệm nhiên liệu và đáp ứng được tiêu chuẩn khí xả đối với động
cơ Diesel đời mới.
Đề tài “Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên Toyota Hilux” của nhóm chúng em
giúp làm rõ hơn về công nghệ i-ART Common Rail. Ở đề tài này chỉ tập trung nghiên
cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các bộ phận trên hệ thống so với Common Rail
truyền thống không đi sâu vào phần thiết kế hay mô phỏng hệ thống.
Đề tài gồm hai phần chính, phần một khái quát về hệ thống nhiên liệu Common
Rail, phần hai tìm hiểu về hệ thống nhiên liệu trên động cơ 1GD-FTV Toyota Hilux, ở
phần này nhóm chúng em nghiên cứu về cấu tạo các bộ phận, nguyên lý làm việc của
các chi tiết, các cơ cấu chấp hành, các cảm biến, tín hiệu điều khiển, nguyên lý làm việc
của hệ thống nhiên liệu và các hệ thống liên quan.

ii


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i
TÓM TẮT .............................................................................................................ii
MỤC LỤC........................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ..........................................vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................ viii

DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................xiv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ............................................................ 1
1.1

Lí do chọn đề tài ................................................................................... 1

1.2

Mục tiêu đề tài ...................................................................................... 1

1.3

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài............................................... 2

1.4

Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 2

1.5

Ý nghĩa đề tài ........................................................................................ 2

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
COMMON RAIL TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL .................................................... 3
2.1

Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống nhiên liệu trên động cơ

Diesel …………………………………………………………………………………………………………..3
2.2

Phạm vi sử dụng của hệ thống nhiên liệu Common Rail ..................... 4

2.3

Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu Common Rail ................................. 6

2.4

Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common Rail............... 7

2.5

Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common Rail .................................. 7

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG COMMON RAIL TRÊN ĐỘNG CƠ 1GD-FTV
TRÊN DÒNG XE TOYOTA HILUX .................................................................. 9
3.1.

Giới thiệu sơ lược hãng xe Toyota. ...................................................... 9

3.2.

Giới thiệu về dòng xe Toyota Hilux ................................................... 11
iii


3.3.

Giới thiệu về động cơ 1GD-FTV và các thông số kỹ thuật ................ 21

3.4.

Hệ thống Common Rail trên động cơ 1GD-FTV ............................... 23

3.4.1

Hệ thống nhiên liệu ....................................................................... 23

3.4.1.1. Bơm tiếp vận ............................................................................ 24
3.4.1.2. Bơm cao áp HP5S của hãng Denso ......................................... 26
3.4.1.3. Van điều khiển hút (Suction Control Valve - SCV) ................ 32
3.4.1.4. Kim phun G3Pi ........................................................................ 35
3.4.1.5. Kim phun bù nhiên liệu ........................................................... 40
3.4.1.6. Ống phân phối nhiên liệu......................................................... 42
3.4.1.7. Lọc nhiên liệu Diesel ............................................................... 45
3.4.1.8. Lọc nhiên liệu cao áp ............................................................... 46
3.4.1.9. Bugi xông ................................................................................. 48
3.4.2

Các cảm biến ................................................................................. 50

3.4.2.1. Cảm biến vị trí trục khuỷu ......................................................... 50
3.4.2.2. Cảm biến vị trí trục cam ............................................................ 53
3.4.2.3. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ............................................... 55
3.4.2.4. Cảm biến vị trí bàn đạp ga ......................................................... 57
3.4.2.5. Cảm biến vị trí bướm ga ............................................................ 60
3.4.2.6. Cảm biến khối lượng khí nạp..................................................... 64
3.4.2.7. Cảm biến áp suất trên đường ống nạp ....................................... 67
3.4.2.8. Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau Turbo ........................................ 69

3.4.2.9. Cảm biến A/F ............................................................................. 71
3.4.3

Điều khiển phun nhiên liệu ........................................................... 73

3.4.3.1. Các loại điều khiển phun nhiên liệu .......................................... 73
iv


3.4.3.2. Điều khiển lượng phun nhiên liệu ............................................. 74
3.4.3.3. Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu ....................................... 77
3.4.3.4. Điều khiển tỉ lệ phun nhiên liệu ................................................. 79
3.4.3.5. Điều khiển áp suất phun nhiên liệu............................................ 80
3.4.4

Hệ thống khác ............................................................................... 81

3.4.4.1. Hệ thống luân hồi khí xả (Exhaust Gas Recirculation - EGR) .. 81
3.4.4.2. Turbo tăng áp (Variable-geometry turbocharger)...................... 88
3.4.4.3. Bộ lọc DPF (Diesel Particulate Filter) và DOC (Diesel
Oxidation Catalyst) ................................................................................ 92
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .......................................................... 95
4.1. Bộ điều khiển trung tâm ECU.................................................................. 95
4.2. Bộ điều khiển EDU ................................................................................ 110
4.2.1. Chức năng ....................................................................................... 110
4.2.2. Sơ đồ mạch EDU ............................................................................ 111
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................... 124
5.1. Kết luận. ................................................................................................. 124
5.2. Kiến nghị. ............................................................................................... 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 125

v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
B+
BATT

Điện áp dương cung cấp cho ECU sau relay chính
Dương thường trực của ECU

MIL

Đèn cảnh báo lỗi

ECU

Bộ điều khiển trung tâm

EDU

Bộ điều khiển kim phun

GND

Mát

DLC3

Giắc chẩn đoán

DTC

Mã chẩn đoán hư hỏng

FTS

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

TWV

Van ba chiều

IGSW

Khóa điện

STA

Tín hiệu máy khởi động

INJ1, 2, 3, 4

Tín hiệu điều khiển kim phun dầu

INJF

Tín hiệu xác nhận phun dầu

COM

Cực cấp nguồn cho các kim phun

BPS

Cảm biến áp suất tăng áp

EGR

Hệ thống tuần hồn khí xả

CKP

Cảm biến vị trí trục khuỷu

CPS

Cảm biến vị trí trục cam

THW

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

APS

Cảm biến vị trí bàn đạp ga

TPS

Cảm biến vị trí bướm ga

MAF

Cảm biến khối lượng khí nạp

vi


MAP

Cảm biến áp suất đường ống nạp

IAT

Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau turbo

A/F

Cảm biến A/F

EGTS

Cảm biến nhiệt độ khí xả

PCV

Van thông hơi trục khuỷu

E1

Mass thân xe

E2

Mass cảm biến

SCV

Van điều khiển hút

ISC

Hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng

DPF

Bộ lọc khí xả DPF

DOC

Bộ lọc khí xả DOC

FRP

Cảm biến áp suất nhiên liệu

E-VRV

Van điều khiển chân không điện tử

G3Pi

Kim phun piezo thế hệ thứ 3

HP5S

Bơm cao áp Denso thế hệ thứ 5

RPM

Tốc độ động cơ

QR

Mã bù kim phun

i-ART

Công nghệ sàng lọc độ chính xác thơng minh

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Sơ đồ ngun lý hoạt động Commom Rail Diesel. .............................. 6
Hình 3.1: Trụ sở Toyota tại Aichi ......................................................................... 9
Hình 3.2: Giai đoạn hình thành và phát triển của Toyota Hilux......................... 11
Hình 3.3: Hino Briska được đổi tên thành Toyota Brisk .................................... 12
Hình 3.4: Toyota Hilux thế hệ thứ nhất .............................................................. 12

Hình 3.5: Toyota thế hệ thứ 2 tại thị trường Anh và Bắc Mỹ............................. 13
Hình 3.6: Toyota Hilux thế hệ thứ 3 ................................................................... 14
Hình 3.7: Toyota Hilux thế hệ thứ 4 ................................................................... 15
Hình 3.8: Toyota Hilux được trang bị Cabin kép trên phiên bản động cơ V6 ... 16
Hình 3.9: Toyota Hilux thế hệ thứ 6 ................................................................... 17
Hình 3.10: Toyota Hilux thế hệ thứ 7 ................................................................. 18
Hình 3.11: Toyota Hilux thế hệ thứ 8 ................................................................. 19
Hình 3.12: Động cơ 1GD-FTV ........................................................................... 21
Hình 3.13: Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 1GD-FTV ............ 23
Hình 3.14: Hình dạng bơm tiếp vận.................................................................... 24
Hình 3.15: Bơm tiếp vận ..................................................................................... 25
Hình 3.16: Van điều chỉnh áp suất nhiên liệu ..................................................... 25
Hình 3.17: Mặt cắt bơm cao áp Denso HP5S ..................................................... 27
Hình 3.18: Cấu tạo bơm cao áp loại HP5S ......................................................... 27
Hình 3.19: Sơ đồ đường đi của hệ thống nhiên liệu ........................................... 29
Hình 3.20: Lọc thơ trong bơm cao áp ................................................................. 30
Hình 3.21: Cấu tạo chính của bơm cao áp HP5S................................................ 31
Hình 3.22: Cấu tạo van SCV loại thường đóng .................................................. 32
viii


Hình 3.23: Tần số tín hiệu điều khiển van SCV. ................................................ 32
Hình 3.24: Độ mở van SCV khi thời gian mở ngắn ........................................... 33
Hình 3.25: Độ mở van SCV khi thời gian mở dài .............................................. 34
Hình 3.26: Các giai đoạn phát triển của kim phun ............................................. 35
Hình 3.27: 1: Kim phun kiểu Piezo trên động cơ 1GD-FTV ............................ 35
Hình 3.27: 2: Kim phun kiểu Solenoid trên động cơ 1KD-FTV ....................... 35
Hình 3.28: Cấu tạo kim phun thế hệ mới G3Pi .................................................. 36
Hình 3.29: Cấu tạo kim phun Piezo .................................................................... 37
Hình 3.30: Sơ đồ nguyên lý làm việc kim phun G3Pi ........................................ 38

Hình 3.31: Áp suất hồi kim phun G3Pi .............................................................. 39
Hình 3.32: Sơ đồ hệ thống xử lý khí thải có tích hợp kim phun bù nhiên liệu .. 40
Hình 3.33: Đường đặc tính kim phun bù nhiên liệu ........................................... 41
Hình 3.34: Sơ đồ mạch điện kim phun bù nhiên liệu ......................................... 42
Hình 3.35: Ống phân phối nhiên liệu trên động cơ 1KD-FTV ........................... 42
Hình 3.36: Ống phân phối nhiên liệu trên động cơ 1GD-FTV ........................... 43
Hình 3.37: Van điều áp ....................................................................................... 44
Hình 3.38: Cấu tạo lọc nhiên liệu Diesel ............................................................ 45
Hình 3.39: Đèn cảnh báo trạng thái lọc nhiên liệu Diesel .................................. 46
Hình 3.40: Lọc nhiên liệu cao áp trên động cơ Toyota Hilux 1GD-FTV .......... 46
Hình 3.41: Đèn cảnh báo lỗi lọc nhiên liệu cao áp ............................................. 47
Hình 3.42: Sơ đồ đường đi và mặt cấu của lọc nhiên liệu cao áp ...................... 47
Hình 3.43: Bugi xơng .......................................................................................... 48
Hình 3.44: Sơ đồ mạch điện điều khiển bugi xơng............................................. 49
Hình 3.45: Thanh kim loại được cấp nguồn điện ............................................... 50
ix


Hình 3.46: Hiệu ứng Hall .................................................................................... 51
Hình 3.47: Vị trí cảm biến vị trí trục khuỷu (loại Hall) trên động cơ 1GD-FTV
............................................................................................................................. 52
Hình 3.48: Sơ đồ chân cảm biến vị trí trục khuỷu kiểu phần tử Hall ................. 53
Hình 3.49: Vị trí cảm biến vị trí trục cam ........................................................... 54
Hình 3.50: Sơ đồ chân cảm biến vị trí trục cam kiểu phần tử Hall .................... 54
Hình 3.51: Vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát ............................................. 55
Hình 3.52: Cấu tạo và sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát ......... 55
Hình 3.53: Đường đặc tính giữa giá trị điện trở và nhiệt độ............................... 56
Hình 3.54: Sơ đồ chân cảm biến nhiệt độ nước làm mát .................................... 56
Hình 3.55: Cảm biến vị trí bàn đạp ga ................................................................ 57
Hình 3.56: Cấu tạo của cảm biến vị trí bàn đạp ga kiểu phần tử Hall ................ 59

Hình 3.57: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa góc mở bàn đạp ga và giá trị điện
áp ......................................................................................................................... 59
Hình 3.58: Sơ đồ chân cảm biến vị trí bàn đạp ga .............................................. 60
Hình 3.59: Sơ đồ điều khiển của hệ thống ETCS-i ............................................ 61
Hình 3.60: Cấu tạo cụm chi tiết điều khiển bướm ga ......................................... 62
Hình 3.61: Sơ đồ chân cụm bướm ga điện tử ..................................................... 63
Hình 3.62: Biểu đồ tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga ......................................... 64
Hình 3.63: Cảm biến đo khối lượng khí nạp MAF ............................................. 64
Hình 3.64: Nguyên lý đo khối lượng khí nạp cảm biến MAF ............................ 65
Hình 3.65: Sơ đồ chân cảm biến khối lượng khí nạp MAF ................................ 66
Hình 3.66: Cảm biến áp suất đường ống nạp...................................................... 67
Hình 3.67: Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp MAP ............................... 68
x


Hình 3.68: Mạch điện và đường đặc tính cảm biến áp suất đường ống nạp ...... 68
Hình 3.69: Sơ đồ chân cảm biến áp suất đường ống nạp MAP .......................... 69
Hình 3.70: Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau Turbo ............................................... 69
Hình 3.71: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ khí nạp.................................................... 70
Hình 3.72: Cảm biến A/F trên Toyota Hilux ...................................................... 71
Hình 3.73: Cấu tạo cảm biến A/F ....................................................................... 71
Hình 3.74: Nguyên lý hoạt động cảm biến A/F .................................................. 72
Hình 3.75: Đường đặc tính cảm biến A/F........................................................... 72
Hình 3.76: Sơ đồ chân cảm biến A/F .................................................................. 73
Hình 3.77: Phương pháp xác định lượng phun nhiên liệu .................................. 74
Hình 3.78: Đồ thị xác định lượng phun cơ bản .................................................. 75
Hình 3.79: Đồ thị xác định lượng phun tối đa .................................................... 75
Hình 3.80: Đồ thị xác định lượng phun khi khởi động ....................................... 76
Hình 3.81: Sơ đồ điều khiển lượng phun tốc độ cầm chừng .............................. 77
Hình 3.82: Điều khiển lượng phun giảm rung động ở tốc độ cầm chừng .......... 77

Hình 3.83: Các giai đoạn phun nhiên liệu .......................................................... 78
Hình 3.84: Phương pháp xác định thời điểm phun nhiên liệu ............................ 79
Hình 3.85: Biểu đồ tỉ lệ phun nhiên liệu ............................................................. 80
Hình 3.86: Biểu đồ áp suất phun nhiên liệu ........................................................ 81
Hình 3.87: Sơ đồ cấu tạo hệ thống luân hồi khí xả EGR.................................... 82
Hình 3.88: Nguyên lý hoạt động của van điều khiển đóng/mở van EGR .......... 83
Hình 3.89: Cơng dụng của bộ làm mát khí xả .................................................... 84
Hình 3.90: Bộ làm mát khí xả ............................................................................. 85
Hình 3.91: Van by-pass....................................................................................... 85
xi


Hình 3.92: Sơ đồ chân van by-pass .................................................................... 86
Hình 3.93: Cảm biến nhiệt độ khí xả .................................................................. 87
Hình 3.94: Sơ đồ chân cảm biến nhiệt độ nhiên liệu khí xả ............................... 87
Hình 3.95: Cảm biến nhiệt độ và biểu đồ giữa nhiệt độ và giá trị điện trở ........ 88
Hình 3.96: Hệ thống turbo tăng áp trên xe Toyota Hilux ................................... 88
Hình 3.97: Turbo tăng áp trên xe Toyota Hilux ................................................. 89
Hình 3.98: Két làm mát khí nạp .......................................................................... 91
Hình 3.99: Cánh điều hướng tua bin ................................................................... 92
Hình 3.100: Tiêu chuẩn khí xả............................................................................ 92
Hình 3.101: Bầu lọc DPF .................................................................................... 93
Hình 3.102: Quy trình tái tạo bộ lọc DPF tự động ............................................. 94
Hình 4.1: Hệ thống điều khiển động cơ 1GD-FTV ............................................ 95
Hình 4.2: Bộ điều khiển ECU ............................................................................. 95
Hình 4.3: Sơ đồ mạch điện 1............................................................................... 96
Hình 4.4: Sơ đồ mạch điện 2............................................................................... 97
Hình 4.5: Sơ đồ mạch điện 3............................................................................... 98
Hình 4.6: Sơ đồ mạch điện 4............................................................................... 99
Hình 4.7: Sơ đồ mạch điện 5............................................................................. 100

Hình 4.8: Sơ đồ mạch điện 6............................................................................. 101
Hình 4.9: Sơ đồ mạch điện 7............................................................................. 102
Hình 4.10: Sơ đồ mạch điện 8........................................................................... 103
Hình 4.11: Sơ đồ mạch điện 9........................................................................... 103
Hình 4.12: Sơ đồ mạch điện 10......................................................................... 104
Hình 4.13: Sơ đồ mạch điện 11......................................................................... 105
xii


Hình 4.14: Sơ đồ mạch điện 12......................................................................... 106
Hình 4.15: Sơ đồ mạch điện 13......................................................................... 107
Hình 4.16: Sơ đồ chân ECU.............................................................................. 107
Hình 4.17: Sơ đồ EDU ...................................................................................... 110
Hình 4.18: Sơ đồ mạch EDU ............................................................................ 111
Hình 4.19: Giắc cắm OBD II ............................................................................ 112
Hình 4.20: Cách xác định mã lỗi bằng đèn MIL .............................................. 112

xiii


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật động cơ 1GD-FTV ....................................... 22
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật bơm cao áp HP5S ................................................. 28
Bảng 3.3: Giá trị điện trở của cảm biến nước làm mát ....................................... 57
Bảng 3.4: Giá trị điện áp cảm biến vị trí bướm ga ............................................. 64
Bảng 3.5: Giá trị điện trở cảm biến nhiệt độ khí nạp.......................................... 67
Bảng 3.6: Giá trị điện áp cảm áp suất đường ống nạp ........................................ 69
Bảng 4.1: Ký hiệu chân ECU ............................................................................ 108
Bảng 4.2: Bảng tra cứu mã lỗi trên động cơ 1GD-FTV ................................... 113

xiv


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Lí do chọn đề tài
Ngày nay, nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hóa ngày càng cao vì thế ngành cơng
nghiệp ơ tô ở nước ta luôn luôn được chú tâm phát triển. Hàng năm có rất nhiều ơ tơ được
sản xuất ra để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Các hãng sản xuất ô tô luôn áp dụng các
tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các công nghệ mới để cho ra những sản phẩm ô tô phù hợp
với các yêu cầu khách hàng mà vẫn đảm bảo được tính năng an tồn, tiêu chuẩn khí thải
của nhà nước, …Với xu hướng phát triển của các phương tiện giao thông thì một trong
những vẫn đề mà phải đối mặt chính là vấn đề ô nhiễm môi trường và ô nhiễm tiếng ồn. Vì
thế, Toyota là một hãng sản xuất xe ô tô tương đối lớn trên thế giới, đã nghiên cứu và phát
triển công nghệ i-ART Common Rail thành công và được ứng dụng trên dòng xe Toyota
Hilux đời mới.
Khác với hệ thống Common Rail thông thường, công nghệ i-ART Common Rail giúp
cho động cơ hoạt động ổn định hơn, giảm thiểu tiếng ồn, giảm ô nhiễm môi trường đồng
thời vẫn tối ưu được công suất. Với những ưu điểm đó, nhóm chúng em chọn đề tài “Hệ
thống nhiên liệu Common Rail trên Toyota Hilux”. Trong đề tài này chúng em sẽ nghiên
cứu về các cải tiến của công nghệ mới so với hệ thống nhiên liệu Common Rail truyền
thống, tìm hiểu về chi tiết, các bộ phận cấu thành, nguyên lý làm việc của từng bộ phận,
nguyên lý hoạt động của hệ thống.
Với đề tài này chúng em sẽ vận dụng, đúc kết lại những kiến thức đã học, nghiên cứu
và tìm hiểu các cải tiến của cơng nghệ mới, hiểu rõ được hệ thống nhiên liệu Common rail
trên động cơ Diesel đời mới. Đề tài này tóm tắt lại các nội dung kiến thức làm tài liệu tham
khảo cho sinh viên trong quá trình học tập và đối với công việc sau này.
1.2 Mục tiêu đề tài
Đề tài tập trung nghiên cứu về công nghệ i-ART Common Rail trên động cơ 1GDFTV của dòng xe Toyota Hilux, sau khi hoàn thành đề tài phải đạt các yêu cầu về nội dung
như sau:

• Nắm được lịch sử phát triển hệ thống Common Rail thông thường, cấu tạo và
nguyên lý hoạt động của hệ thống.
• Tìm hiểu chi tiết các bộ phận hệ thống liên quan trên động cơ 1GD-FTV

1


• Biết được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common
Rail trên xe Toyota Hilux áp dụng cơng nghệ i-ART Common Rail mới.
• Phân tích ưu nhược điểm của công nghệ mới.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài
-

Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống nhiên liệu trên động cơ 1GD-FTV của dòng xe
Toyota Hilux.

-

Phạm vi nghiên cứu: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động các chi tiết của hệ thống nhiên
liệu, các cảm biến, cơ cấu chấp hành và hệ thống điều khiển động cơ.

1.4 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được hoàn thành phần lớn chủ yếu dựa vào tài liệu tham khảo dịch thuật từ các
trang web nước ngoài, các tài liệu trên internet, các video trực quan về hệ thống, đặc biệt
là nguồn kiến thức chuyên ngành đã được tích lũy từ các thầy cô, đặc biệt là từ giảng viên
hướng dẫn ThS. Châu Quang Hải. Trên cơ sở đó giúp chúng em hồn thành tốt, chính xác
đề tài được giao.
1.5 Ý nghĩa đề tài
Thông qua đề tài giúp chúng em củng cố lại các kiến thức đã học ở trường, làm nền
tảng để tìm hiểu, nghiên cứu các cơng nghệ cải tiến mới trên các dòng xe hiện đại. Sau đề

tài này chúng em sẽ có cái nhìn tổng qt hơn về hệ thống nhiên liệu Common Rail đời
mới, nắm được vai trò tầm quan trọng của hệ thống. Đây cũng là tài liệu tham khảo hữu
ích hỗ trợ bổ sung một phần kiến thức cho các bạn sinh viên trong quá trình học tập và làm
việc sau này.

2


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON
RAIL TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL
2.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống nhiên liệu trên động cơ Diesel
-

Động cơ Diesel phát triển vào năm 1897 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên
lý tự cháy. Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ
để hình thành hịa khí rồi tự bốc cháy.

-

Đến năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao áp PE (Bơm phun Bosch lắp cho
động cơ Diesel ô tô thương mại và ô tô khách vào năm 1936). Hệ thống nhiên liệu
Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mức độ
phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Các nhà phát triển động cơ đã đề ra
nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn
các chất ô nhiễm. Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề:
+ Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hịa trộn nhiên liệukhơng khí.
+ Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp.
+ Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun
để làm giảm HC.
+ Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả (EGR: Exhaust Gas Recirculation).

-

Năm 1986 Bosch đưa vào thị trường việc điều khiển điện tử cho động cơ Diesel gồm
có các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các
ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ.

-

Năm 1995: Thành công đầu tiên của việc sử dụng hệ thống Common Rail trong việc
sản xuất xe là dòng xe Denso ở Nhật Bản, dòng xe Hino với Rising Ranger trang bị
hệ thống Common Rail ECU-U2. Sử dụng bơm cao áp có áp suất lên đến 1600 bar
cung cấp nhiên liệu sơ cấp tới các kim phun.

-

Năm 1997: Hệ thống Common Rail được sử dụng đầu tiên trên dòng xe chở khách
với dòng Alfa Romeo và Mercedes- Benz với áp suất phun lên đến 1350 bar.

-

Năm 1998: Mercedes giới thiệu công nghệ CDI (Common rail Direct Injection).

-

Năm 1999: Động cơ Diesel đầu tiên của Common Rail trên dòng xe tải của hãng
Renaul đạt tiêu chuẩn Euro 3 với áp suất phun lên đến 1400 bar.

3

-

Năm 2001: Hệ thống Common Rail thế hệ thứ 2 cho xe ô tô chở khách được sử dụng
và đạt hiệu quả kinh kế hơn, sạch hơn, êm hơn và mạnh hơn, áp suất phun lên đến
1600 bar và được sử dụng lần đầu tiên trên dòng xe Volvo và BMW.

-

Năm 2002: Hệ thống Common Rail thế hệ thứ 2 cho xe tải được nâng cấp với lượng
khí thải thấp hơn, tiêu thụ nhiên liệu được cải thiện và tăng công suất hơn, áp suất
phun lên đến 1600 bar, được sử dụng lần đầu tiên trên dòng xe của Man. Cũng trong
năm này, Denso tung ra hệ thống Common Rail với áp suất phun lên đến 1800 bar,
với số lần phun lên đến 5 lần giúp hệ thống đáp ứng được u cầu khí thải Euro 4 mà
khơng cần bộ lọc Diesel.

-

Năm 2003: Hệ thống Common Rail thế hệ thứ 3 được sử dụng chung cho các loại xe,
ưu điểm của nó là giảm đến 20% lượng khí thải, tăng 5% công suất, giảm 3% nhiên
liệu và tiếng ồn giảm đến 3dB. Áp suất phun 1600 bar và được sử dụng đầu tiên trên
dòng xe Audi.

-

Năm 2008: hơn một nửa số xe mới đăng ký ở Tây Âu được dự kiến sẽ là động cơ
Diesel Common Rail thế hệ thứ 3 từ hãng Bosch, đặc trưng bởi sự chuyển đổi nhanh
chóng, nhỏ gọn. Các hệ thống nhiên liệu với các chế độ phun làm lượng khí thải thấp
trong động cơ Diesel V6 mới của Audi A8. Đối với thế hệ Common Rail thứ 4 của
hãng Bosch được thiết kế thì áp suất phun cao lên đến 2000 bar đối với những kim

phun có dạng hình học thay đổi.

-

Ngày nay, có thể nói hệ thống Common Rail đã mang lại cuộc cách mạng trong công
nghệ cho động cơ Diesel. Robert Bosch, Delphi Automotive Systems, Denso
Corporation và Siemens VDO (nay thuộc sở hữu của Continental AG) là những nhà
cung cấp chính của hệ thống nhiên liệu Common Rail.

2.2 Phạm vi sử dụng của hệ thống nhiên liệu Common Rail
-

Hệ thống nhiên liệu Common Rail cho động cơ phun nhiên liệu trực tiếp (Direct
Injection) được sử dụng trên các phương tiện sau:
+ Xe khách sử dụng loại động cơ 3 xi lanh thẳng hàng với dung tích 800cc, cơng
suất 30kW (41hp), mơ men xoắn 100Nm và lượng nhiên liệu tiêu thụ
3.5l/100km đến loại động cơ 8 xi lanh (V8) trên những chiếc sedan hạng sang
với dung tích lên đến 4l, cơng suất 180kW (245hp) và mô men xoắn đạt
560Nm.

4


+ Xe tải hạng nhẹ với động cơ sản sinh công suất 30kW/xi lanh.
+ Xe tải hạng nặng, xe lửa và tàu biển với động cơ sản sinh công suất lên đến
200kW/xi lanh.
-

Hệ thống nhiên liệu Common Rail là một hệ thống có tính linh hoạt cao cho việc tích
hợp hệ thống phun nhiên liệu với động cơ. Có thể đạt được điều này là do:

+ Áp suất nhiên liệu được phun rất cao khoảng 1600bar - 1800bar. Một số hệ
thống khác đã đạt được con số 2000bar.
+ Áp suất nhiên liệu được phun thích ứng với trạng thái hoạt động đa dạng của
động cơ (200 … 1800bar).
+ Thời điểm phun nhiên liệu đa dạng.
+ Có khả năng thực hiện việc phun mồi hay phun bổ sung (thậm chí việc phun
bổ sung trễ).

-

Hệ thống nhiên liệu trên động cơ Diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp
kỹ thuật tối ưu. Điều quan trọng nhất của những sự phát triển này khơng chỉ là việc
tăng cơng suất mà cịn là nhu cầu giảm tiêu thụ nhiên liệu, giảm tiếng ồn và khí thải.
Các nhà nghiên cứu đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau để nâng cao kỹ thuật phun
và điều khiển quá trình cháy tối ưu nhằm hạn chế các chất ô nhiễm. Các biện pháp
chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề:
o Tăng tốc độ phun để giảm muội than do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu khơng
khí.
o Tăng áp suất phun đặc biệt là với động cơ phun trực tiếp.
o Điều chỉnh phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun để làm
giảm lượng HC.
o Biện pháp tuần hồn một phần khí thải để giảm lượng khí NOx.
o Hiện nay các nhược điểm đó cũng đã được khắc phục bằng cách cải tiến một
số bộ phận của hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử như:
+ Bơm cáo áp điều khiển điện tử.
+ Kim phun điện tử.
o Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (ống phân phối).

5

2.3 Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu Common Rail

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động Commom Rail Diesel.
* Chú thích:
-

Lọc thơ (Prefilter)

-

Bơm cao áp (High pressure pump)

-

Lọc nhiên liệu (Fuel fitlter)

-

Đường cấp nhiên liệu áp suất cao (màu đỏ): High pressure line

-

Cảm biến áp suất ống phân phối (Rail pressure sensor)

-

Ống phân phối (Commom rail)

-

Van điều áp (Fuel rail pressure control valve - PCV)

-

Kim phun (Injector)

-

ECU (Electronic Control Unit)

-

Đường nhiên liệu áp suất thấp (màu vàng): Low pressure line

-

Các cảm biến gửi tín hiệu về ECU: Accelerator pedal position sensor (Cảm biến vị
trí bàn đạp ga), crankshaft position sensor (Cảm biến vị trí trục khuỷu), camshaft
position sensor (Cảm biến vị trí trục cam) …

6


2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common Rail
-

Tương tự như HTNL Diesel thông thường, nhiên liệu được bơm tiếp vận (bơm điện)
cung cấp từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bầu lọc đến bơm cao áp, từ
đây nhiên liệu được bơm cao áp nén vào ống phân phối với áp suất cao và được đưa

đến kim phun sẵn sàng phun vào xi lanh động cơ.

-

Việc tạo áp suất và 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 và lượng nhiên liệu phun
ra. Nhiên liệu được tích trữ với áp suất cao trong ống phân phối, lượng dầu phun ra
được quyết định bởi tín hiệu bàn đạp ga, thời điểm phun và cả áp suất phun được tính
tốn bằng ECU dựa trên các tín hiệu dữ liệu từ các cảm biến gửi về đã lưu trên nó.
Sau đó ECU sẽ cho các kim phun phun nhiên liệu vào xi lanh, với áp suất phun có
thể đến 1500 bar.

-

Nhiên liệu thừa của kim phun đi qua đường ống hồi trở về lọc nhiên liệu theo đường
áp suất thấp (màu vàng) và trở về thùng nhiên liệu. Ngoài ra, khi áp suất trên ống
phân phối và áp suất đầu ra bơm cao áp vượt quá giới hạn thì van điều áp mở để dầu
trở về thùng nhiên liệu nhanh hơn.

2.5 Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common Rail
-

Lợi ích của vòi phun Common Rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được
phun ra ở áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, kiểm soát lượng phun, thời
điểm phun. Do đó làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn. So với
hệ thống cũ dẫn động bằng cam, hệ thống Common Rail Diesel 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, khách, tải nhẹ, tải nặng, xe lửa và tàu
thủy).

-

Áp suất phun đạt đến 1500 bar.

-

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

-

Có thể thay đổi thời điểm phun.

-

Phun chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và phun kết thúc.

-

Qua phân tích trên ta có thể kết luận Hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel có 5
ưu điểm sau:
+ Tiêu hao nhiên liệu thấp.

7


+ Phát thải ô nhiễm thấp.
+ Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn.

+ Cải thiện tính năng động cơ.
+ Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng.

8


CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG COMMON RAIL TRÊN ĐỘNG CƠ 1GD-FTV TRÊN
DÒNG XE TOYOTA HILUX
3.1. Giới thiệu sơ lược hãng xe Toyota.

Hình 3.1: Trụ sở Toyota tại Aichi
Toyota Motor Corporation là một nhà sản xuất ô tô đa quốc gia của Nhật Bản có trụ
sở tại Toyota, Aichi, Nhật Bản. Trong năm 2017, cơ cấu doanh nghiệp của Toyota bao
gồm 364.445 nhân viên trên tồn thế giới. Tính đến tháng 9 năm 2018, đây là công ty
lớn thứ sáu trên thế giới tính theo doanh thu. Tính đến năm 2017, Toyota là nhà sản xuất
ô tô lớn nhất. Toyota là nhà sản xuất ô tô đầu tiên trên thế giới sản xuất hơn 10 triệu xe
mỗi năm mà họ đã thực hiện kể từ năm 2012, khi đó họ cũng báo cáo việc sản xuất chiếc
xe thứ 200 triệu của mình. Tính đến tháng 7 năm 2014, Toyota là cơng ty niêm yết lớn
nhất tại Nhật Bản theo vốn hóa thị trường (trị giá hơn gấp đôi so với SoftBank xếp thứ
2) và theo doanh thu.
Toyota là công ty dẫn đầu thị trường thế giới về doanh số bán xe điện hybrid và là
một trong những công ty lớn nhất khuyến khích áp dụng thị trường xe hybrid trên tồn
cầu. Toyota cũng là công ty dẫn đầu thị trường về xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro.
Doanh số tồn cầu tích lũy của các mẫu xe chở khách hybrid của Toyota và Lexus đạt

9


mốc 10 triệu vào tháng 1/2017. Họ xe Prius của công ty là bảng tên xe lai bán chạy nhất
thế giới với hơn 6 triệu xe đã được bán trên tồn thế giới tính đến tháng 1 năm 2017.

Cơng ty được thành lập bởi Toyoda Kiichiro vào năm 1937, như một công ty con của
công ty Toyota Industries của cha mình để tạo ra ơ tơ. Ba năm trước, vào năm 1934,
trong khi vẫn là một bộ phận của Toyota Industries, họ đã tạo ra sản phẩm đầu tiên của
mình, Toyota Type A engine và chiếc xe chở khách đầu tiên vào năm 1936, Toyota AA.
Tập đồn ơ tơ Toyota sản xuất xe dưới năm thương hiệu, bao gồm thương hiệu Toyota,
Hino, Lexus, Ranz và Daihatsu. Nó cũng nắm giữ 16,66% cổ phần của Subaru
Corporation, 5,9% cổ phần của Isuzu, 5,5% cổ phần của Mazda, cũng như liên doanh
với hai công ty ở Trung Quốc (GAC Toyota và Tứ Xuyên FAW Toyota Motor), một ở
Ấn Độ (Toyota Kirloskar), một ở Cộng hịa Séc (TPCA), cùng với một số cơng ty
"khơng phải ơ tơ". TMC là một phần của Tập đồn Toyota, một trong những tập đoàn
lớn nhất tại Nhật Bản.
Toyota có trụ sở chính tại Toyota City, Aichi. Trụ sở chính của Toyota nằm trong
một tịa nhà bốn tầng ở Toyota. Vào năm 2006, trụ sở chính có logo Toyota "Toyopet"
và dòng chữ "Toyota Motor". Trung tâm Kỹ thuật Toyota, một tòa nhà 14 tầng và nhà
máy Honsha, nhà máy thứ hai của Toyota tham gia sản xuất hàng loạt và trước đây được
đặt tên là nhà máy Koromo, nằm liền kề nhau ở một địa điểm gần trụ sở chính. Vinod
Jacob từ The Hindu mơ tả tịa nhà trụ sở chính là "khiêm tốn". Năm 2013, người đứng
đầu cơng ty Akio Toyoda báo cáo rằng họ gặp khó khăn trong việc giữ chân nhân viên
nước ngoài tại trụ sở chính do thiếu các tiện nghi trong thành phố. Văn phịng Tokyo
của nó được đặt tại Bunkyo, Tokyo. Văn phịng tại Nagoya của nó được đặt tại
Nakamura-ku, Nagoya. Ngồi sản xuất ơ tơ, Toyota cịn cung cấp các dịch vụ tài chính
thơng qua bộ phận Dịch vụ Tài chính Toyota và cũng chế tạo rô bốt. Công ty ô tô Toyota
Năm 1981, Toyota Motor Co., Ltd. công bố kế hoạch hợp nhất với công ty bán hàng
Toyota Motor Sales Co., Ltd. Kể từ năm 1950, hai công ty đã tồn tại như những công ty
riêng biệt như một điều kiện tiên quyết để tái thiết ở Nhật Bản thời hậu chiến. Shoichiro
Toyoda chủ trì Bộ phận Bán hàng Ơ tơ Toyota để chuẩn bị cho sự hoàn thành của việc
sáp nhập xảy ra vào năm 1982. Sau đó Shoichiro kế nhiệm chú của mình là Eiji làm chủ
tịch của tổ chức kết hợp mà sau đó được gọi là Toyota Motor Corporation.

10

3.2. Giới thiệu về dòng xe Toyota Hilux
-

Toyota Hilux đã trải qua 8 thế hệ. Trong suốt lịch sử phát triển, chiếc Pick-up đã dành
được danh hiệu danh giá – một trong những dịng xe thương mại uy tín nhất thế giới.
Khả năng vận hành trong những môi trường khắc nghiệt ở Bắc Cực lẫn Nam Cực,
cũng như trên khắp thế giới đã chứng minh cho điều này. Do đó, cũng dễ hiểu rằng
dòng xe là sự lựa chọn của nhiều doanh nghiệp. Mặc dù tiếp cận rất nghiêm túc, song
Hilux cần nhiều năm để hoàn thiện được những giải pháp vận hành tối ưu, nối liền
nhu cầu sử dụng trong công việc cũng như cuộc sống hằng ngày của người dùng.

Hình 3.2: Giai đoạn hình thành và phát triển của Toyota Hilux
-

Hilux khởi đầu không phải từ phân xưởng của Tập đồn xe hơi Toyota, thay vào đó,
nó bắt nguồn từ dòng xe bán tải mang tên Briska của công ty sản xuất xe thương mại
Hino vào năm 1961. Hilux tiền thân là thế hệ thứ 2 của dòng xe Briska.

-

Dòng xe Hino Briska được đổi tên thành Toyota Briska vào năm 1967, lí do là thương
hiệu Hino sẽ được định hướng lại, tập trung vào các dòng xe thương mại hạng trung
và hạng nặng.

11


Hình 3.3: Hino Briska được đổi tên thành Toyota Brisk

➢ Thế hệ thứ nhất
- Tháng 3/1968, Toyota xuất xưởng mẫu xe bán tải Toyota Hilux đầu tiên. Mẫu Hilux
mới này có cấu trúc khung gầm đặc biệt, mặc dù mang tên thương hiệu Toyota, song
chiếc xe vẫn tiếp tục được thiết kế và lắp rắp tại nhà máy Hamura, trực thuộc cơng ty
Hino.
-

Khi ra mắt, Hilux có từ 2-3 phiên bản, cạnh tranh với các nhãn hiệu xe đang có trên
thị trường lúc bấy giờ là Corona và Masterline, hai chiếc xe này được Toyota chuyển
đổi một cách linh hoạt để phân loại thành dòng xe thương mại cỡ nhỏ và xe chở
khách.

Hình 3.4: Toyota Hilux thế hệ thứ nhất

12