Thiết kế và tính toán Hệ thống truyền lực trên xe ô tô

i
MỤC LỤC

MỤC LỤC..........................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH ẢNH...............................................................................iii
LỜI NĨI ĐẦU..................................................................................................v
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHUN DIESEL ĐIỆN TỬ
COMMON RAIL TRÊN Ô TÔ........................................................................1
1.1. Giới thiệu chung.....................................................................................1
1.2. Khái niêm chung, nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống phun diesel
trên ô tô..........................................................................................................2
1.2.1. Khái niệm chung.............................................................................2
1.2.2. Nhiệm vụ.........................................................................................2
1.2.3. Yêu cầu............................................................................................3
1.2.4. Phân loại..........................................................................................3
1.3. Sự hình thành hỗn hợp khơng khí và nhiên liệu trong buồng cháy của
động cơ Diezel.............................................................................................10
1.4. Ưu, nhược điểm của hệ thống..............................................................13
CHƯƠNG 2. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
PHUN DIESEL ĐIỆN TỬ COMMON RAIL TRÊN Ô TÔ...........................15
2.1. Nguyên lý hoạt hệ thống phun diesel điện tử common rail của động cơ
ô tô...............................................................................................................15
2.1.1. Sơ đồ hệ thống...............................................................................15
2.1.2. Nguyên lý hoạt động.....................................................................15
2.2. Hệ thống phun diesel điện tử common rail..........................................18
2.2.1. Bơm cao áp....................................................................................18
2.2.2. Van điều chỉnh áp suất.................................................................20
2.2.3. Van ngắt........................................................................................22
2.2.4. Bầu lọc...........................................................................................23
2.2.5. Ống phân phối...............................................................................24
2.2.6. Van giới hạn áp suất......................................................................26

2.2.7. Bơm chuyển nhiên liệu..................................................................26
2.2.8. Vòi phun........................................................................................27


ii
2.3. Hệ thống điều khiển phun nhiên liệu...................................................30
2.3.1. Sơ đồ các tín hiệu điều khiển........................................................30
2.3.2. Các loại cảm biến..........................................................................31
2.4. Hệ thống điều khiển điện tử.................................................................43
2.4.1. Khái quát về ECU.........................................................................43
2.4.2. Khái quát về EDU.........................................................................43
2.4.3. Bộ xử lý.........................................................................................44
2.4.4. Các chức năng được điều khiển bởi ECU.....................................44
CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH KIỂM TRA, BẢO DƯỠNG, CHẨN ĐOÁN HƯ
HỎNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG PHUN DIESEL ĐIỆN TỬ COMMON
RAIL TRÊN Ô TÔ..........................................................................................60
3.1 Sử dụng mã chẩn đốn sự cố để xử lý sự cố.........................................60
3.1.1. Trình tự thực hiện xử lý sự cố.......................................................60
3.1.2. Kiếm tra DTC và triệu chứng........................................................61
3.1.3. Kiểm tra mơ phỏng........................................................................61
3.1.4. Chẩn đốn mã sự cố......................................................................62
3.1.5. Kiểm tra lại mã sự cố....................................................................62
3.1.6. Kiểm tra trình tự về vẫn đề gián đoạn...........................................63
3.1.7. Kiểm tra trình tự vấn đề của mô đun điều khiển động cơ.............63
3.2. Xử lý sự cố...........................................................................................64
KẾT LUẬN.....................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................70


iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống phun diesel sử dụng bơm dãy....................................3
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống phun diesel sử dụng loại bơm phân phối...................6
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống phun diesel điện tử common rail...............................7
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ....................................15
Hình 2.2 Các cơ cấu điều khiển phun nhiên liệu.............................................17
Hình 2.3. Bơm cao áp......................................................................................18
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm pít tơng...................................20
Hình 2.5 Van điều chỉnh áp suất.....................................................................21
Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của van ngắt...................................................22
Hình 2.7 Bầu lọc nhiên liệu.............................................................................23
Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ ổn định nhiệt độ nhiên liệu.........24
Hình 2.9 Ống phân phối..................................................................................24
Hình 2.10 Van giới hạn áp suất.......................................................................26
Hình 2.11 Bơm chuyển nhiên liệu...................................................................27
Hình 2.12 Vịi phun.........................................................................................28
Hình 2.13 Sơ đồ ngun lý làm việc của kim phun........................................29
Hình 2.14 Sơ đồ các tín hiệu vào....................................................................30
Hình 2.15. Sơ đồ các tín hiệu ra......................................................................31
Hình 2.16 Sơ đồ mạch điện của cảm biến áp suất đường ống nạp..................32
Hình 2.17 Cảm biến nhiệt độ khí nạp..............................................................33
Hình 2.18 Sơ đồ nối cảm biến nhiệt độ khí nạp với PCM..............................33
Hình 2.19 Cảm biến nhệt độ nước làm mát.....................................................34
Hình 2.20 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát........................35
Hình 2.21 Cảm biến vị trí trục khuỷu..............................................................36
Hình 2.22 Sơ đồ mạch điện, dạng sóng tín hiệu..............................................37
Hình 2.23 Kết cấu cảm biến vị trí trục cam....................................................37
Hình 2.24 Cấu tạo cảm biến áp suất trên ống phân phối.................................39
Hình 2.25 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu..........................................................40

iv
Hình 2.26 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nhiên liệu...............................40
Hình 2.27 Cảm biến lưu lượng khí nạp...........................................................41
Hình 2.28 Cảm biến bàn đạp ga......................................................................42
Hình 2.29 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga..................................42
Hình 2.30 Hệ thống điều khiển điện tử...........................................................43
Hình 2.31 Điều khiển lượng phun...................................................................45
Hình 2.32 Điều khiển thời điểm phun.............................................................45
Hình 2.33 Điều khiển lượng phun...................................................................46
Hình 2.34 Điều khiển thời điểm phun.............................................................46
Hình 2.35 Tính tốn lượng phun cơ bản.........................................................47
Hình 2.36 Tính tốn lượng phun tối đa...........................................................48
Hình 2.37 So sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa..........................48
Hình 2.38 Xác định thởi điểm phun mong muốn (a,b)...................................49
Hình 2.39 Xác định thời điểm phun thực tế....................................................50
Hình 2.40 EFI Diesel có ống phân phối..........................................................50
Hình 2.41 Điều khiển lượng phun trong khi khởi động..................................51
Hình 2.42 Điều khiển lượng phun khi nhiệt độ nước thấp..............................51
Hình 2.43 Phun ngắt quãng.............................................................................52
Hình 2.44 Phun trước......................................................................................52
Hình 2.45 Điều khiển tốc độ khơng tải...........................................................53
Hình 2.46 Điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ............................................54
Hình 2.47 Điều khiển ECT..............................................................................54
Hình 2.48 Điều khiển bugi sấy........................................................................54
Hình 2.49 Điều khiển bộ sấy nạp vào.............................................................55
Hình 2.50 Điều khiển ngắt điều hồ nhiệt độ..................................................55
Hình 2.51 Điều khiển sự ì...............................................................................56
Hình 2.52 Xác định áp suất nhiên liệu ống phân phối....................................56
Hình 2.57 Đọc mã lỗi bằng thiết bị.................................................................59

v
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế hội nhập hiện nay, tất cả các ngành công nghiệp tại Việt
Nam đều đang đứng trước những cơ hội đầy tiềm năng, phát triển và gặt hái
nhiều mốc quan trọng trong lịch sử phát triển ngành công nghiệp tại Việt
Nam. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam chính là một minh chứng rõ nhất.
Với số lượng ô tô đang lưu thông tại nước ta ngày một tăng, đòi hỏi khi thiết
kế sản xuất phải đáp ứng và cải tiến đủ theo hướng tăng công suất, tốc độ,
giảm suất tiêu hao nhiên liệu, an toàn trong quá trình điều khiển và hạn chế
mức thấp nhất thành phần ơ nhiễm trong khí xả động cơ.
Q trình tự động hóa đã đi xâu vào các ngành sản xuất và sản phẩm
của chúng và điều này đang ứng dụng rất tốt trong sản xuất và lắp ráp ô tô.
Nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá trình làm việc nhằm đạt hiệu
quả cao và tránh ơ nhiễm mơi trường, tối ưu hóa q trình điều khiển dẫn đến
kết cấu của động cơ và ô tô thay đổi rất phức tạp, làm cho người sử dụng và
cán bộ công nhân kĩ thuật ngành ô tô ở nước ta cịn nhiều lúng túng và sai sót
nên cần có những nghiên cứu cụ thể về hệ thống điện tử tự động trên ơ tơ. Vì
vậy là một sinh viên chuyên ngành công nghệ ô tô sắp ra trường, em chọn đề
tài: “Nghiên cứu hệ thống phun diesel điện tử common rail trên ô tô” làm
đề tài tốt nghiệp của mình. Với đề tài này em rất mong củng cố tốt hơn kiến
thức của mình để khi ra trường em có thể đóng góp phần nào cơng sức vào
ngành cơng nghiệp ơ tơ nói riêng và ngành cơng nghiệp Việt Nam nói chung.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy hướng dẫn
TS. Nguyễn Mạnh Dũng đã chỉ bảo em tận tình, giúp em vượt qua những
khó khăn, vướng mắc trong q trình thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình.
Bên cạnh đó em cảm ơn các thầy cô trong khoa đã tạo mọi điều kiện để em
hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp.

1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHUN DIESEL ĐIỆN TỬ
COMMON RAIL TRÊN Ô TÔ
1.1. Giới thiệu chung
Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp Common rail là một hệ thống phun
nhiên liệu trực tiếp được xây dựng xung quanh van điện từ nạp nhiên liệu áp
suất cao (trên 2.000  bar hoặc 200  MPa hoặc 29.000  psi ), trái ngược với bộ
cấp liệu bơm nhiên liệu áp suất thấp, kim phun (hoặc vòi bơm ). Phun áp suất
cao mang lại lợi ích về cơng suất và tiêu thụ nhiên liệu so với phun nhiên liệu
áp suất thấp hơn sớm hơn, bằng cách bơm nhiên liệu vào một số lượng lớn
hơn các giọt nhỏ hơn, tạo ra tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao hơn nhiều.
Điều này cung cấp khả năng hóa hơi được cải thiện từ bề mặt của các giọt
nhiên liệu, và do đó, sự kết hợp hiệu quả hơn giữa oxy trong khí quyển với
nhiên liệu hóa hơi mang lại q trình đốt cháy hồn toàn hơn.
Vào năm 1897, nhà phát minh người Đức – Rudolf Diesel đã cho phát
triển động cơ Diesel vận hành theo nguyên lý tự cháy. Ở gần cuối quá trình
nén, nhiên liệu được đưa vào buông đốt động cơ để cho ra hịa khí rồi tự bốc
cháy. Tới năm 1927 – Roberrt Bosch phát triển và cho ra mắt bơm cao áp
(bơm phun Bosch lắp đặt trên động cơ diesel ô tô khách và ô tô thương mại
vào năm 1936).
Nhờ các nghiên cứu cách thức giải quyết tối ưu nhằm giảm bớt mức độ
tiêu hao nhiên liệu và ô nhiệm môi trường, động cơ Diesel không ngừng phát
triển. Các kỹ sử phát triển động cơ Diesel đã cho ra nhiều biện pháp khác
nhau về kỹ thuật phun và sắp xếp q trình cháy để hạn chế các chất ơ nhiệm
thốt ra môi trường. Các biện pháp chủ yếu hướng tới các các mục đích:
Giảm lượng lớn lượng cacbon khơng tinh khiết trong q trình tăng tốc
hịa trộn khơng khí-nhiên liệu bằng cách tăng tốc độ phun.
Tăng áp suất phun, nhất là đối với những động cơ phun trực tiếp.

2
Tổ chức dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá
trình phun để giảm HC.
Giải pháp hồi lưu lại 1 bộ phần khí xả EGR (Exhaust Gas
Recirculation).
Ngày nay, những nhược điểm của hệ thống nhiên liệu diesel hầu như đã
được khắc phục hoàn toàn bằng các bộ phận như: Vòi phun, bơm cao áp, ống
lưu trữ nhiên liệu áp suất lớn, các ứng dụng tự động điều khiển nhờ sự phát
triển từ công nghệ (năm 1986 – Bosch cho ra mắt thị trường việc điều khiển
điện tử cho động cơ diesel).  Nó được gọi là hệ thống nhiên liệu Common
Rail Diesel.
1.2. Khái niêm chung, nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống
phun diesel trên ô tô
1.2.1. Khái niệm chung
Hỗn hợp nhiên liệu được tạo bên trong xy lanh động cơ. Cuối hành
trình nén nhiên liệu được phun vào bên trong xy lanh của động cơ, nhiên liệu
bay hơi hịa trộn và tạo thành hỗ hợp với khơng khí. Thời gian tạo hỗn hợp rất
ngắn để nhiên liệu cháy kiệt, đúng lúc, nhằm đạt đặc tính hiệu quả kinh tế
cao, đảm bảo động cơ làm việc êm thì phải cung cấp nhiên liệu tốt nhất theo
thời gian và không gian buồng cháy.
1.2.2. 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.

3
+ Phun nhiên liệu vào đúng xy lanh thời điểm, đúng quy luật.
+ Đối với động cơ nhiều xylanh thì lượng nhiên liêu phun vào các
xylanh phải đồng đều trong một chu trình cơng tác.
Các tia nhiên liệu phun vào xylanh 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.
1.2.3. Yêu cầu
Hệ thống phun 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.
1.2.4. Phân loại
Dựa vào các loại bơm cao áp của hệ thống phun diesel ta có thể phân
loại sơ bộ hệ thống phun diesel thành 3 loại sau:
a. Hệ thống phun diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm dãy.


4
5

6

7

8

1

4

3

2

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống phun diesel sử dụng bơm dãy
1: Thùng chứa nhiên liệu, 2: Cốc lọc, 3: Bơm chuyển, 4: Bơm cao áp,
5: Bầu lọc tinh, 6: Ống dầu cao áp, 7: Vòi phun, 8: Buồng cháy.
Bơm cao áp loại bơm dãy (bơm cao áp PE) 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. Trong bơm cao áp loại bơm dãy mỗi một xi
lanh của động cơ sẽ có một bơm tiếp liệu tất cả chúng được bao bởi một lớp
vỏ nhơm bên ngồi.
* Ngun 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 xylanh 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.
Để hệ số nạp của các tổ bơm ổn định, và khơng gián đoạn q trình cấp
nhiên liệu thì nhiên liệu đi vào xylanh bơm cao áp khơng được lẫn khơng khí.


5
+ Khơng khí lẫn trong hệ thống nhiên liệu do những ngun nhân như
sau:

+ Khơng khí hịa tan trong nhiên liệu tách ra khi áp suất thay đổi đột
ngột.
+ Không khí trời lọt qua những đoạn ống khơng kín, đặc biệt ở những
khu vực mà áp suất nhiên liệu thấp hơn áp suất khí trời.
+ Một số biện pháp để tách khơng khí ra khỏi nhiên liệu trong hệ
thống:
+ Nhiên liệu được tuần hoàn liên tục từ thùng chứa, qua bầu lọc, qua
bơm cao áp, qua van tràn và đường ống tràn về thùng chứa. Sự tuần hồn
cuốn khơng khí trong hệ thống đưa về thùng chứa, do đó khơng khí được tách
khỏi nhiên liệu.
+ Trước khi khởi động máy, dùng bơm tay bơm dầu thật căng và giữ
nguyên bơm tay sau đó nới lỏng ốc xả gió trên bầu lọc cho khơng khí tràn ra
ngồi, rồi siết chặt ốc xả gió lại, tiếp tục bơm và lại xả đền khi nào hét khơng
khí thì thơi. Làm tương tự như vậy để xả khơng khí trong bơm cao áp bằng ốc
xả gió trên thân bơm.
Bơm tay lắp song song với bơm chuyển vận 3 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 rò qua những chỗ khơng kín khít. Sau đó phải khóa
bơm tay lại rồi mới khởi động động cơ.
b: Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm
phân phối
Bơm phân phối khác với bơm nhánh ở chỗ là chỉ cần một bộ đôi pistonxy lanh nhưng vẫn đảm bảo cung cấp nhiên liệu cho các xylanh. Piston vừa
tịnh tiến, vừa xoay. Với động cơ có i xylanh thì piston sẽ chuyển động tịnh
tiến i lần và trong một chu kỳ của động cơ, piston sẽ xoay đủ một vòng.


6
+ Lỗ nạp nhiên liệu: đưa nhiên liệu từ bơm tiếp vận vào xylanh của
bơm cao áp.
+ Thân xylanh có rãnh dẫn nhiên liệu cao áp vào lỗ B.

+ Piston gồm
- Phần hình trụ trên để tạo áp suất cao.
- Phần hình trụ dưới có xẻ rãnh dọc, khi rãnh này áp vào lỗ đến vịi
phun thì nhiên liệu cao áp được đưa đến vịi phun.
3

4

5

6

2
7

1

9
10
B

8

11
12

A
C

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống phun diesel sử dụng loại bơm phân phối

1- Thùng chứa nhiên liệu, 2,4- Bơm tiếp vận, 3- Bầu lọc tinh, 5- 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 xylanh.
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


7
cao và mở van cao áp (9), nhiên liệu theo đường cao áp vào lỗ B, vào xylanh
chứa trong phần hình trụ dưới.
Chuyển động xoay trịn của piston xảy ra đồng thời với chuyển động
tịnh tiến, khi rãnh dọc áp vào lỗ đến vịi 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 ngoài.
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 thốt ra
ngồi. Khi đó áp suất trong xylanh 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.
c: Hệ thống phun diesel điện tử common rail
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 phun diesel điện tử 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


8
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
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.
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 quá trình cháy
nhằm giới hạn chất ơ nhiệm. Các biện pháp được đưa ra nhằm giải quyết các
vấn đề sau:
+ 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.


9
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, vòi
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 còn gọi là “ ống phân phối ” và được phân
phối đến từng vịi phun theo u cầu. Đó là hệ thống nhiên liệu common rail
diesel. 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 không 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 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


10
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 2000 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 2000 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 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 2000 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
quá trình cháy càng sạch hơn.


11
Ngoài những ưu điểm nổi trội như đã nêu trên thì hệ thống nhiên liệu
common rail cịn tồn tại một số nhược điểm sau:
+ Thiết kế và chế tạo phức tạp địi hỏi có ngành cơng nghệ cao.
+ Khó xác định và lắp đặt các chi tiết common rail trên động cơ cũ.
1.3. Sự hình thành hỗn hợp khơng khí và nhiên liệu trong buồng
cháy của động cơ Diezel
Tính kinh tế của động cơ Diesel, tiếng ồn và ứng suất của cơ cấu trục
khuỷu thanh truyền phụ thuộc nhiều vào tốc độ biến thiên hóa năng của nhiên
liệu thành nhiệt năng. Diễn biến thời gian cấp nhiên liệu, tính chất của nhiên
liệu có ý nghĩa quyết định tới tốc độ phản ứng hóa học, q trình tạo hỗn hợp
giữa nhiên liệu và khơng khí. Vì vậy để q trình cháy diễn ra 1 cách hiệu quả
nhất thì ta cần điều chỉnh thật tốt chùm tia nhiên liệu trong buồng cháy. Diễn
biến thời gian tạo hỗn hợp được điều khiển bởi kết cấu buồng cháy bằng cách
phân chia nhiên liệu thành hạt nhỏ mịn kết hợp với xốy lốc của khơng khí để
tạo được sự tối ưu trong q trình cháy của nhiên liệu trong buồng cháy của
động cơ.
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 .
Ngoài ra nhiên liệu của động cơ Diesel lại khó bay hơi hơn động cơ xăng nên
nhiên liệu phải được phun thật tơi và hoà trộn thật đều trong khơng gian
buồng cháy thì q trình cháy mới thạt 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 không 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 thơng số như áp suất cháy, hiệu suất
nhiệt, công suất, và thành phần chất độc trong khí thải của động cơ. Trong đó


12
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 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. Diễn biến thời gian tạo hỗn hợp được điều khiển bởi bản
thân kết cấu buồng cháy bằng cách phân chia nhiên liệu thành nhiều hạt nhỏ,
mịn kết hợp với xốy lốc của khơng khí. Chính đặc điểm của q trình hình
thành hồ khí và q trình cháy như vậy nên để cho phù hợp thì động cơ
diesel có rất nhiều loại buồng cháy khác nhau tuỳ theo cấu tạo của động cơ và
mục đích sử dụng động cơ. Hình dáng của buồng cháy phải đáp ứng các yêu
cầu kỹ thuật sau:
+ Thích ứng với lượng và hình dáng chùm tia nhiên liệu phun vào.
+ Tạo được sự xốy lốc mạnh trộn lẫn khơng khí với nhiên liệu.
Hiện nay buồng cháy của động cơ Diesel được phân loại theo hai cách.
* Dựa vào vị trí bay hơi của nhiên liệu thì được chia thành :
+ Hình thành kiểu màng trực tiếp .
+ Hình thành kiểu thể tích.
+ Hình thành kiểu thể tích - màng.
* Dựa vào nhân tố điều khiển và sự hình hành hồ khí thì chia thành :

+ Phun trực tiếp.
+ Phun gián tiếp.
Đối với động cơ phun trực tiếp thì buồng cháy trong động cơ được chia
thành:
+ Buồng cháy thống nhất.
+ Buồng cháy khoét lõm sâu trên đỉnh piston.


13
Còn động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu phun gián tiếp thì buồng cháy
của động cơ cũng được chia thành ba loại sau đây:
+ Buồng cháy xoáy lốc.
+ Buồng cháy dự bị.
+ Buồng cháy khơng khí.
Q 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 khơng 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.

Q trình hình thành hồ khí tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau
nhưng chủ yếu là phụ thuộc vào kết cấu của buồng cháy trong động cơ.
Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
cháy trong động cơ, trong các yếu tố đó có nhiều yếu tố thuộc khâu kết cấu,
thiết kế buồng cháy, kết cấu đường ống nạp... và có nhiều yếu tố phụ thuộc
vào chế độ hoạt động của động cơ như: Số vòng quay, thời điểm phun, lượng
phun....


14
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.
1.4. Ưu, nhược điểm của hệ thống
Hệ thống phun diesel 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.
dụng.

+ Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử

Động cơ Diesel thế hệ “cũ”, trong quá trình làm việc hệ thống cung cấp

nhiên liệu tạo ra tiếng ồn khá lớn. Khi khởi động và tăng tốc đột ngột lượng
khói đen thải lớn.Vì vậy làm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm cao. Ở Hệ thống
nhiên liệu Common Rail áp suất phun lên đến 1500 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
quá trình cháy càng sạch hơn.
Tuy nhiên, Hệ thống phun diesel Common Rail còn các tồn tại là:
+Thiết kế và chế tạo phức tạp địi hỏi có ngành cơng nghệ cao.


15
+Khó xác định và lắp đặt các chi tiết Common Rail trên động cơ cũ.

CHƯƠNG 2. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ
THỐNG PHUN DIESEL ĐIỆN TỬ COMMON RAIL TRÊN Ô TÔ
2.1. Nguyên lý hoạt hệ thống phun diesel điện tử common rail của
động cơ ô tô
2.1.1. Sơ đồ hệ thống