Nghiên cứu khai thác hệ thống điều khiển động cơ trên Toyota Fotunner G

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH...................................................................................3
DANH MỤC BẢNG............................................................................................6
KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT................................................................................7
LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.............................9
1.1. Mục đích ý nghĩa đề tài................................................................................9
1.2. Tổng quan về hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel......................9
1.2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ
diezel.................................................................................................................9
1.2.2. Sự hình thành hỗn hợp khơng khí và nhiên liệu trong buồng cháy của
động cơ Diesel.................................................................................................16
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PHUN DẦU ĐIỆN
TỬ TRÊN XE TOYOTA FORTUNER G.......................................................18
2.1 Giới thiệu chung về động cơ Toyota Fortuner G.....................................18
2.1.1 Đặc điểm chung......................................................................................18
2.1.2. Đặc điểm các nhóm chi tiết và cơ cấu chính của động cơ Toyota
Fortuner G.......................................................................................................19
2.1.4. Hệ thống tăng áp...................................................................................28
2.1.5 Hệ thống xông máy................................................................................31
2.2. Khảo sát hệ thống cung cấp nhiên liệu common rai động cơ Toyota
Fortuner G.......................................................................................................32
2.2.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu common rail của động cơ............................32
2.2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ Toyota Fortuner G..............36
2.3. Hệ thống điều khiển phun nhiên liệu........................................................48
2.3.1. Sơ đồ các tín hiệu điều khiển................................................................48
2.3.2. Các loại cảm biến..................................................................................49
2.3.4. Các bộ vi xử lý......................................................................................60
1

CHƯƠNG 3: KHAI THÁC VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ TRÊN XE TOYOTA FORTUNER G........................................69
3.1. Kiểm tra các loại cảm biến sử dụng cho động cơ....................................69
3.1.1 Kiểm tra cảm biến lưu lượng khí nạp.....................................................69
3.1.2. Kiểm tra cảm biến vị trí trục cam.........................................................70
3.1.3. Kiểm tra cảm biến vị trí trục khuỷu.....................................................70
3.1.4. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát...........................................71
3.1.5. Kiểm tra cảm biến vị trí bướm ga.........................................................71
3.1.6. Kiểm tra cảm biến vị trí bàn đạp ga......................................................71
3.2. Kiểm tra, bảo dưỡng hệ thống cung cấp nhiên liệu................................72
3.2.1. Lọc nhiên liệu.......................................................................................72
3.2.2. Lọc gió...................................................................................................72
3.2.3. Kiểm tra cụm vịi phun..........................................................................72
3.2.4. Kiểm tra bơm nhiên liệu.......................................................................73
3.3. Những hiện tượng hư hỏng và biện pháp khắc phục hệ thống nhiên liệu
động cơ................................................................................................................75
3.3.1. Khói đen................................................................................................75
3.3.2. Khói trắng..............................................................................................76
3.3.3. Bơm cao áp bị hỏng...............................................................................77
3.3.5. Nhiên liệu rị ra lỗ vịi phun ..................................................................77
3.3.6. Máy lì ...................................................................................................77
3.3.7. Máy bị tắt đột ngột :..............................................................................78
KẾT LUẬN........................................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................80

DANH MỤC HÌNH ẢN

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨU.............................9
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm dãy....................10
Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại bơm
phân phối.........................................................................................................11
Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail...........................15
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PHUN DẦU ĐIỆN
TỬ TRÊN TOYOTA FORTUNER G.............................................................18
Hình 2.1 Động cơ Toyota Fortuner G.............................................................18
Hình 2.2. Thân máy.........................................................................................19
Hình 2.3. Nắp xy lanh.....................................................................................19
Hình 2.4. Trục khuỷu, thanh truyền, nhóm pít tơng........................................20
Hình 2.5. Pít tơng............................................................................................21
Hình 2.6. Trục khuỷu......................................................................................22
Hình 2.7. Cơ cấu phân phối khí.......................................................................23
Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống hồi lưu khi xả.........................................................24
Hình 2.9. các chi tiết chính của hệ thống hồi lưu khí xả.................................25
Hình 2.10. Bộ lọc............................................................................................26
Hình 2.11. Bơm chân khơng............................................................................26
Hình 2.12 Van điện trợ lực chân khơng..........................................................27
Hình 2.13. Van hồi lưu khí xả.........................................................................27
Hình 2.14. Sơ đồ hệ thống tăng áp..................................................................28
Hình 2.15. Sơ đồ nguyên lý tăng áp...............................................................29
Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh áp suất khí nạp..................................30
Hình 2.17. Sơ đồ hệ thống xơng máy..............................................................31
Hình 2.18. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Toyota Fortuner G..32
Hình 2.19. Mạch áp suất thấp..........................................................................34
Hình 2.20. Mạch nhiên liệu áp suất cao..........................................................34
Hình 2.21. Mạch nhiên liệu hồi.......................................................................35
3

Hình 2.22. Các cơ cấu điều khiển phun nhiên liệu..........................................36
Hình 2.23. Bơm chuyển nhiên liệu................................................................397
Hình 2.24. Bầu lọc nhiên liệu......................................................................4037
Hình 2.25. Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ ổn định nhiệt độ nhiên liệu...4138
Hình 2.26. Bơm cao áp....................................................................................39
Hình 2.27. Sơ đồ ngun lý hoạt động của bơm pít tơng..............................430
Hình 2.28. Van điều chỉnh áp suất..................................................................41
Hình 2.29. Nguyên lý hoạt động của van ngắt................................................42
Hình 2.30. Mối quan hệ giữa tốc độ động cơ và lượng nhiên liệu cung cấp khi
van ngắt làm việc...........................................................................................443
Hình 2.31. Ống phân phối.............................................................................454
Hình 2.32. Van giới hạn áp suất......................................................................45
Hình 2.33. Vịi phun........................................................................................46
Hình 2.34. Sơ đồ ngun lý làm việc của kim phun.......................................47
Hình 2.35a. Sơ đồ các tín hiệu vào..................................................................48
Hình 2.35b. Sơ đồ các tín hiệu ra....................................................................49
Hình 2.36a. Cảm biến áp suất đường ống nạp................................................49
Hình 2.36b. Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp...............................50
Hình 2.37a. Cảm biến nhệt độ khí nạp..........................................................521
Hình 2.37b. Sơ đồ nối cảm biến nhiệt độ khí nạp với PCM...........................52
Hình 2.38a. Cảm biến nhệt độ nước làm mát..................................................52
Hình 2.38b. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát.....................53
Hình 2.39. Cảm biến vị trí trục khuỷu.............................................................54
Hình 2.40. Sơ đồ mạch điện, dạng sóng tín hiệu.............................................55
Hình 2.41. Kết cấu cảm biến vị trí trục cam....................................................55
Hình 2.42. Cấu tạo cảm biến áp suất trên ống phân phối................................57
Hình 2.43a. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu.......................................................58
Hình 2.43b. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nhiên liệu............................58
Hình 2.44. Cảm biến lưu lượng khí nạp..........................................................59

4


Hình 2.45a. Cảm biến bàn đạp ga...................................................................59
Hình 2.45b. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga................................60
Hình 2.46. Sơ đồ hệ thống điều khiển phun phun nhiên liệu.........................64
Hình 2.47. Các tín hiệu dùng tính tốn lượng phun cơ bản............................65
Hình 2.48. Mối quan hệ giữa tốc độ, áp suất và lượng phun..........................68
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ TRÊN XE TOYOTA FORTUNER G........................................69
Hình 3.1. Đo điện trở cảm biến vị trí trục cam................................................70
Hình 3.2. Đo điện trở cảm biến vị trí trục khuỷu............................................70
Hình 3.3. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát......................................71
Hình 3.4. Kiểm tra cụm vịi phun....................................................................72
Hình 3.5a. Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm dầu bằng ECU..........................73
Hình 3.5b. Rờ le bơm nhiên liệu.....................................................................73

DANH MỤC BẢN

5


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨU.............................9
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PHUN DẦU ĐIỆN
TỬ TRÊN TOYOTA FORTUNER G.............................................................18
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ TRÊN XE TOYOTA FORTUNER G........................................69
Bảng 3.1. Điện trở tiêu chuẩn của chân cảm biến vị trí trục cam...................70
Bảng 3.2. Điện trở tiêu chuẩn của chân cảm biến vị trí trục khuỷu................70
Bảng 3.3. Điện trở tiêu chuẩn của chân cảm biến nhiệt độ nước làm mát......71

6


KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Cụm từ viết tắt

Ý nghĩa

A/C

Điều Hịa Khơng Khí

AC

Dịng điện xoay chiều

A/F

Tỷ lệ khơng khí nhiên liệu

B+

Điện áp ắc quy

BAT

Ắc quy

BDC

Điểm chết dưới

BTDC

Trước điểm chết trên

COMB

Đồng hồ táp lơ

C/V

Van một chiều

CV

Van điều khiển

DC

Dịng điện một chiều

D/INJ

Phun nhiên liệu trực tiếp

DLC

Giắc nối truyền dữ liệu

DLI

Đánh lửa khơng có bộ chia điện

DOHC

Trục cam kép đặt trên

DSP

Bộ xử lý tín hiệu số

DTC

Mã chẩn đoán hư hỏng

FORTUNER G

Xe chạy động cơ dầu diesel

7


LỜI NÓI ĐẦU
Trên nên tảng của đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh vẻ kinh tế ngành
công nghiệp ô tô ở nước ta ngày càng được chú trọng và phát triển. Thể hiện bởi
các liên doanh lắp ráp ô tô giữa nước ta với nước ngoài ngày càng phát triển
rộng lớn trên hâu hết các tỉnh của cả nước như: FORD, TOYOTA, SUZUKI....
Một vấn đề lớn đặt ra đó là việc nắm vững lý thuyết, kết cầu của các loại xe hiện

đại của từng hệ thông trên xe đề từ đó khai thác và sử đụng xe một cách có hiệu
quả cao, đáp ứng yêu câu giữ tốt, đùng bên, an toàn, tiết kiệm.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học cơng nghệ trong vai trị tự động hóa
đã đi sâu vào ngành sản xuất ơ tơ. Nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá
trình làm việc nhằm đạt hiệu quả cao và chống ơ nhiểm mơi trường, tối ưu hố
q trình điều khiển dẫn đến kết cấu của động cơ và ô tô thay đổi rất phức tạp,
nên cần có những nghiên cứu cụ thể về hệ thống điện tử trên động cơ ô tô.
Vì vậy là học viên chuyên ngành Xe – Máy quân sự, tôi đã chọn đề tài:
"Nghiên cứu khai thác hệ thống điều khiển động cơ trên Toyota Fotunner G"
làm đề tài tốt nghiệp của mình. Rất mong với đề tài này tôi sẽ củng cố tốt hơn
kiến thức của mình để khi ra trường để có thể đóng góp vào cơng tác kỹ thuật
Xe – Máy ở đơn vị sau này và góp phần vào sự phát triển chung của ngành Xe –
Máy quân sự
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy hướng dẫn Ths.Nguyễn Hồng
Quang đã chỉ bảo tận tình, giúp tơi vượt qua những khó khăn vướng mắc trong
khi hồn thành đồ án của mình. Bên cạnh đó tơi cũng gửi lời cảm ơn các thầy
trong khoa Ơ tơ đã tạo mọi điều kiện để tơi hồn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp
này.

Học viên thực hiện

Triệu Huy Hoàng
8


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Mục đích ý nghĩa đề tài.
Khoa học kỹ thuật máy tính đang ngày càng phát triển và những ứng dụng
công nghệ tiên tiến đó trên ơ tơ ngày càng nhiều. Đặc biệt ứng dụng vào để điều
khiển động cơ ô tô và các trang thiết bị điện khác để tăng tính tiện nghi trên xe.

Khi nhu cầu sử dụng xe hơi ngày càng khắt khe hơn, người ta ngày càng quan
tâm đến những chiếc xe được trang bị các hệ thống hiện đại, mà trên đó khơng
thể thiếu được các hệ thống được tự động hóa điều khiển bằng điện tử. Trên
những chiếc xe hiện đại ngày nay, việc trang bị hệ thống điều khiển động cơ
bằng điện tử đã trở thành tiêu chuẩn để các hãng sản xuất xe phải hướng tới. Các
hãng sản xuất xe nổi tiếng trên thế giới như: Toyota, Audi, Mercedes, Kia …
không ngừng cho ra đời những chiếc xe có động cơ hoạt động mạnh mẽ, linh
hoạt, tiết kiệm nhiên liệu và hạn chế khí thải gây ơ nhiễm mơi trường do đó mỗi
người khi có nhu cầu sử dụng phương tiện hiện đại này có rất nhiều sự lựa chọn,
trong đó thì dịng xe FORTUNER của Toyota được yêu thích và sử dụng nhiều.
1.2. Tổng quan về hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel.
1.2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ
Diesel.
a. Nhiệm vụ.
- Dự trữ nhiên liệu:
Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định
mà không cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong
nhiên liệu, giúp nhiên liệu luân chuyển dễ dàng trong hệ thống.
- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ đảm bảo tốt các yêu cầu sau:
+ Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm
việc của động cơ.
+ Phun nhiên liệu vào đúng xy lanh thời điểm, đúng quy luật.

9


+ Đối với động cơ nhiều xy lanh thì lượng nhiên liêu phun vào các xy lanh
phải đồng đều trong một chu trình cơng tác.
- Các tia nhiên liệu phun vào xy lanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa
số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng

buồng cháy, cường độ và phương hướng chuyển động của mỗi chất trong buồng
cháy để hồ khí được hình thành nhanh và đều.
b. u cầu.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel phải thoả mãn các yêu cầu
sau:
- Hoạt động ổn định, có độ tin cậy và tuổi thọ cao.
- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sữa chữa.
- Dễ chế tạo, giá thành hạ.
c. Phân loại.
Dựa vào các loại bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu ta có thể phân loại sơ
bộ hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thành 3 loại sau.
* Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy.
Bơm cao áp là 1 loại bơm gồm nhiều tổ bơm ghép thành 1 khối có vấu cam
điều khiển nằm trong thân bơm và điều khiển chung bằng 1 thanh răng.
5

6

7

8

1

4

3

2

10


Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm dãy.
1- Thùng chứa nhiên liệu; 2- Cốc lọc; 3- Bơm tay; 4- Bơm cao áp.
5- Bầu lọc tinh; 6- Ống dầu cao áp; 7- Vòi phun; 8- Buồng cháy.

Nguyên lý hoạt động:
Khi khởi động động cơ, trục cam dẫn động bơm chuyển vận (3) hút nhiên
liệu từ thùng chứa (1) đẩy qua bầu lọc (5) để cấp nhiên liệu cho bơm cao áp (4).
Số tổ bơm cao áp bằng số xy lanh của động cơ, các tổ bơm cung cấp nhiên liệu
qua đường ống cao áp (6) tới vòi phun (7) để phun nhiên liệu vào buồng cháy
(8). Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ
bơm được theo các đường ống thấp áp trở về thùng chứa.
Bơm tay lắp song song với bơm chuyển vận được sử dụng để bơm nhiên liệu
vào hệ thống khi máy ngừng hoạt động lâu ngày, nhiên liệu trong hệ thống
đường ống bị rị qua những chỗ khơng kín khít. Sau đó phải khóa bơm tay lại rồi
mới khởi động động cơ.
* Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm phân
phối.
3

4

5

6

2
7

1

9
10
B

8

A
C

11

11
12


Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại bơm
phân phối.
1- Thùng chứa nhiên liệu; 2- Bơm tiếp vận; 3- Bầu lọc tinh;
4- Van điều áp; 6- Vòi phun; 7- Buồng cháy; 8- Bơm cao áp phân phối;
9- Van cao áp; 10- Piston; 11- Lỗ đưa nhiên liệu đến các vòi phun; 12- Vành điều lượng.

Nguyên lý hoạt động:
Khi piston chuyển động xuống dưới, nhiên liệu từ bơm tiếp vận qua lỗ A
được nạp vào xy lanh.
Khi piston đi lên trên, một phần nhiên liệu thoát qua lỗ A, cho đến khi đỉnh
piston bắt đầu đóng lỗ A, áp suất nhiên liệu bắt đầu tăng, áp suất tăng cao và mở
van cao áp (9), nhiên liệu theo đường cao áp vào lỗ B, vào xy lanh chứa trong

phần hình trụ dưới.
Chuyển động xoay tròn của piston xảy ra đồng thời với chuyển động tịnh tiến,
khi rãnh dọc áp vào lỗ đến vòi phun nào thì lỗ đó được nhận nhiên liệu cao áp.
Để điều chỉnh lượng nhiên liệu chu kỳ, người ta thay đổi vị trí của vành điều
lượng (12), nếu mặt trong của vành điều lượng (12) che kín lỗ C thì khơng có
nhiên liệu cao áp thốt ra ngồi.
Khi piston chuyển động đi lên, đến một lúc nào đó, mép dưới làm hở lỗ C, lúc
đó nhiên liệu cao áp từ đỉnh piston theo lỗ dọc, xuống lỗ C thoát ra ngồi. Khi
đó áp suất trong xy lanh giảm đột ngột, quá trình phun nhiên liệu chấm dứt.
Khi nâng vành điều lượng (12) lên thì mép dưới sớm mở lỗ C, nhờ vậy giảm
lượng nhiên liệu cung cấp.
* Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel không ngừng được cải tiến với các
giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiệm môi trường
và suất tiêu hao nhiên liệu. Các nhà khoa học đã nghiên cứu và đã đề ra nhiều
biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức tốt q trình cháy nhằm giới
hạn chất ơ nhiệm. Các biện pháp được đưa ra nhằm giải quyết các vấn đề sau:

12


- Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hịa trộn nhiên
liệu- khơng 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).
Hiện nay, các nhược điểm của HTNL diesel đã được khắc phục dần bằng
cách cải tiến các bộ phận của hệ thống nhiên liệu như: Bơm cao áp, vịi phun,
ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát

triển của công nghệ. Trong động cơ diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện
cho mỗi vòi phun một cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống
tích trữ hay cịn gọi là “ ống phân phối ” và được phân phối đến từng vòi phun
theo yêu cầu. Hệ thống Common Rail về cơ bản bao gồm các thành phần sau:
- Kim phun điều khiển bằng van điện từ (solenoid) được gắn vào nắp máy.
- Ống tích trữ nhiên liệu (ống phân phối áp lực cao).
- Bơm cao áp (bơm tạo áp suất 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.
- Cảm biến bàn đạp ga.
Kim phun được nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail) bằng một
đường ống ngắn. Kết hợp với đầu phun và van điện từ được cung cấp điện
qua ECU. Khi van solenoid khơng được cấp điện thì kim ngừng 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 solenoid được đáp ứng bằng
13


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 một cảm biến trên trục cam để
nhận biết kỳ hoạt động. Lợi ích của vịi phun common rail là làm giảm mức độ
tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao đồng thời kết hợp hệ thống
điều khiển điện tử để kiểm soát lượng phun, thời điểm phun một cách chính
xác. Do đó làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn.
So với hệ thống cũ dẫn động bằng trục cam thì hệ thống nhiên liệu 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, khách,tải nhẹ, tải nặng, xe lửa
và tàu thủy).
- Áp suất phun đạt đến 1350 bar.
- Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ.
- Có thể thay đổi thời điểm phun.
Phun nhiên liệu chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và phun kết
thúc. Các giai đoạn phun sơ khởi làm giảm thời gian cháy trễ và phun thứ cấp
tạo cho q trình cháy hồn thiện. Với phương pháp này áp suất phun lên đến
1350 bar có thể thực hiện ở mọi thời điểm ngay cả lúc động cơ đang ở tốc độ
thấp.
Qua đây ta thấy hệ thống nhiên liệu common rail có những ưu điểm sau:
- Tiêu hao nhiên liệu thấp.
- 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 .Tức việc
bố trí các thành phần và lắp đặt chúng trên động cơ phù hợp với các động cơ
đang tồn tại. Động cơ Diesel thế hệ “cũ”, trong quá trình làm việc hệ thống cung
cấp nhiên liệu thì tạo ra tiếng ồn khá lớn. Khi khởi động và tăng tốc đột ngột
14


lượng khói đen thải ra lớn. Vì vậy làm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm cao. Ở
HTNL common rail áp suất phun lên đến 1350 bar, có thể phun ở mọi thời điểm,
mọi chế độ làm việc và ngay cả động cơ lúc thấp tốc mà áp suất phun vẫn không
thay đổi. Với áp suất cao, nhiên liệu được phun càng tơi nên q trình cháy càng
sạch hơn.
Ngồi những ưu điểm nổi trội như đã nêu trên thì hệ thống nhiên liệu
common rail còn tồn tại một số nhược điểm sau:
- Thiết kế và chế tạo phức tạp đòi hỏi có ngành cơng nghệ cao.

- Khó xác định và lắp đặt các chi tiết common rail trên động cơ cũ.

7
12

6

8

9

5
4

10

11

3
13

14

15

2
1

16

17

18

19

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail.
1- Thùng chứa; 2- Ống tản nhiệt; 3- Bộ lọc; 4- Van đóng mở(theo nhiệt độ);
5-Bơm chuyển nhiên liệu; 6- Van điều áp suất thấp; 7- Van điều áp suất cao;
8- Đường ống dự trữ; 9 -Cảm biến áp suất nhiên liệu; 10-Bơm cao áp:
11- ECU; 12-Kim phum; 13- Bơm điện; 14- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát;
15- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 16- Cảm biến áp suất; 17- Cảm biến vị trí trục
cam; 18- Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 19- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu.

Nguyên lý:
15


Nhiên liệu có áp suất cao được bơm vào ống phân phối để từ đó cung cấp
cho các kim phun. Nhiên liệu từ thùng chứa 1 được bơm qua bơm điện và đi vào
bộ lọc 3 qua bơm chuyển 5 qua van điều áp 6 vào bơm cao áp 10 nhiên liệu áp
suất cao được bơm vào ống dự trữ qua van điều chỉnh áp suất 7. Tại đường ống
phân phối sẽ có các đường ống cao áp nối tới kim phun để phun nhiên liệu vào
buồng đốt động cơ và quá trình phun nhiên liệu được điều khiển bởi ECU.
ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến (cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí trục
cam, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt độ
nước làm mát, cảm biến áp suất…) sau khi xử lý các tín hiệu đầu vào này ECU
sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển kim phun.
1.2.2. Sự hình thành hỗn hợp khơng khí và nhiên liệu trong buồng cháy của
động cơ Diesel.

Ở động cơ Diesel hỗn hợp nhiên liệu và khơng khí được hình thành bên
trong xy lanh động cơ trong 1 khoảng thời gian rất ngắn. Tính theo góc quay của
trục khuỷu, chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp của động cơ xăng. Ngồi
ra nhiên liệu của động cơ Diesel lại khó bay hơi hơn động cơ xăng nên nhiên
liệu phải được phun thật tơi và hồ trộn thật đều trong khơng gian buồng cháy
thì quá trình cháy mới đạt hiệu quả. Vì vậy phải tạo điều kiện để nhiên liệu được
sấy nóng, bay hơi nhanh và hồ trộn đều với khơng khí trong buồng cháy nhằm
tạo ra hỗn hợp tốt nhất. Mặt khác phải đảm bảo cho nhiệt độ khơng khí trong
buồng cháy tại thời gian phun nhiên liệu phải đủ lớn để hỗn hợp khơng khí và
nhiên liệu tự bốc cháy. Quy luật cháy và tỏa nhiệt trong động cơ có ý nghĩa
quyết định tới các thông số như áp suất cháy, hiệu suất nhiệt, công suất, và thành
phần chất độc trong khí thải của động cơ. Trong đó quy luật phun nhiên liệu có
ý nghĩa quyết định tới chất lượng phun sương mù và khả năng bốc hơi của nhiên
liệu trong buồng cháy.
Quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình bốc cháy nhiên liệu trong động cơ
Diesel chồng chéo lên nhau, xảy ra liên tục. Sau khi phun nhiên liệu thì trong
buồng cháy diễn ra một loạt thay đổi về tính chất lý hố của nhiên liệu, sau đó
16


một phần nhiên liệu được phun vào trước đã tạo thành hồ khí thì tự bốc cháy
trong khi nhiên liệu vẫn được tiếp tục phun vào để cung cấp cho xy lanh động
cơ. Quá trình hình thành hỗn hợp của động cơ Diesel chỉ chiếm một thời gian
nhỏ do đặc điểm kết cấu của động cơ và hình thành hỗn hợp nhiên liệu là hỗn
hợp khơng đồng nhất. Vì vậy quá trình hình thành hỗn hợp là một quá trình rất
phức tạp và diễn ra ở nhiều giai đoạn khác nhau.
Hơn nữa quá trình bay hơi của các hạt nhiên liệu rất phức tạp, điều kiện cho
việc bay hơi của các hạt nhiên liệu ở mỗi vị trí của chùm tia là khác nhau do đó
việc tính tốn là rất phức tạp và chỉ mang tính gần đúng. Nhiên liệu phun vào
buồng cháy có đường kính khác nhau mà sự sấy nóng và bay hơi của các hạt

nhiên liệu lại phụ thuộc rất nhiều vào đường kính, nhiệt độ, áp suất của các hạt
nhiên liệu phun vào. Ngồi ra cịn phụ thuộc vào tính chất vật lý của nhiên liệu.
Thời gian để bay hơi hoàn toàn các hạt nhiên liệu trong xy lanh động cơ phụ
thuộc vào áp suất, nhiệt độ ở thời điểm phun. Khi tăng áp suất không khí nạp sẽ
ảnh hưởng mạnh tới sự bay hơi bởi vì áp suất và nhiệt độ của khơng khí cuối
q trình nén sẽ tăng. Sự xốy lốc mạnh của khơng khí nạp trong bng cháy
cũng có tác dung nâng cao cường độ và tốc độ bay hơi của nhiên liệu.
Khả năng làm việc tối ưu của động cơ Diesel phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố
điều chỉnh cơ bản là lượng nhiên liệu phun vào động cơ và thời điểm phun. Cả
hai thông số điều chỉnh cơ bản này đều được điều chỉnh bởi bộ điều khiển điện
tử trên cơ sở xử lý các thông tin đầu vào như: Số vòng quay, chế độ tải trọng
động cơ, nhiệt độ nước làm mát... Nói chung có nhiều bộ xử lý điều khiển nhiều
hệ thống khác nhau lắp trên ôtô. Tuy nhiên bộ xử lý nào cũng hoạt động theo
nguyên lý thu thập thông tin vào điều kiện làm việc của hệ thống và trên cơ sở
đó điều khiển các cơ cấu chấp hành theo cách mà người thiết kế mong muốn.
Khuynh hướng hiện nay vẫn tập trung vào việc nghiên cứu quá trình tạo hỗn hợp
cháy trong động cơ Diesel nhằm mục đích nâng cao cơng suất, tiết kiệm nhiên
liệu, giảm chất độc hại trong khí thải.

17


CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PHUN DẦU ĐIỆN
TỬ TRÊN XE TOYOTA FORTUNER G
2.1 Giới thiệu chung về động cơ Toyota Fortuner G.
2.1.1 Đặc điểm chung.

Hình 2.1: Động cơ Toyota Fortuner G
Động cơ Toyota Fortuner G là động cơ Diesel thế hệ mới sử dụng công
nghệ phun nhiên liệu trực tiếp kiểu CDI. Động cơ Toyota Fortuner G được cải

tiến từ động cơ Toyota Fortuner G và là loại động cơ 4 kỳ 4 xy lanh được đặt
thẳng hàng và làm việc theo thứ tự nổ 1- 3- 4-2.
Cơ cấu phân phối khí với 1 trục cam và được dẫn động bằng đai răng kết
hợp cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực, duy trì khe hở bằng 0 nhờ áp lực dầu và
áp lực của lò xo. Nhờ vậy chất lượng nạp và thải tốt hơn (nạp đầy, thải sạch),
nhằm tăng công suất động cơ, giảm được lượng khí thải độc hại gây ơ nhiễm
mơi trường. Với hệ thống phun nhiên liệu diesel điều khiển bằng điện tử và hệ
thống tuần hồn khí xả tạo cho động cơ ln làm việc ở chế độ an tồn và hiệu
quả cao.

18


Bơm cao và bơm nước làm mát được dẫn động bằng đai răng. Hệ thống
cung cấp nhiên liệu sử dụng kiểu phun nhiên liệu trực tiếp kiểu CDI do hãng
BOSH cung cấp.
2.1.2. Đặc điểm các nhóm chi tiết và cơ cấu chính của động cơ Toyota
Fortuner G.
a. Thân máy và nắp xy lanh.
- Thân máy
+ Thân máy là chi tiết máy cố định và có kết cấu phức tạp.
+ Khối lượng và kích thước lớn.

Hình 2.2: Thân máy
+ Thân máy được đúc bằng gang hợp kim với nhiều gân tăng cứng để tăng
độ cứng vững và giảm rung động.
+ 4 xy lanh thẳng hàng tạo thành 1 khối, đường kính mỗi xy lanh : 85mm.
+ Chiều cao xy lanh: 133mm.
+ Chiều dày xy lanh: 0.03 mm
- Nắp xy lanh.

+ Nắp xy lanh kết cấu rất phức tạp vì trên đó vì trên đó phải bố trí rất nhiều
cơ cấu và chi tiết. Điều kiện làm việc cũng rất khắc nhiệt do nó chịu nhiệt độ và
áp suất cao.

19


Hình 2.3: Nắp xy lanh.

b. Nhóm pít tơng, thanh truyền.
Nhóm piston gồm piston, xéc măng, chốt piston, xéc măng khí, xéc măng
dầu và các chi tiết hãm chốt piston. Piston là một chi tiết quan trọng của động
cơ, cùng với xy lanh và nắp xy lanh tạo thành buồng cháy.
Trong q trình làm việc của động cơ đốt trong, nhóm piston có các nhiệm vụ
chính sau:
Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ cho khơng khí cháy trong buồng cháy
khơng lọt xuống cácte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên
buồng cháy động cơ.
Tiếp nhận lực khí thể sinh ra do quá trình cháy nổ và truyền tới thanh truyền
để làm quay trục khuỷu, nén khí trong q trình nén, đẩy khí thải trong q trình
thải và hút khí nạp mới trong q trình nạp.

20