Nghiên cứu và xây dựng quy trình chẩn đoán hệ thống nhiên liệu diesel common rail

Khoa Cơ khí Động lực
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Đồ án tốt nghiệp Trang 1

Khoa Cơ khí Động lực
MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1
MỤC LỤC 2
LỜI NÓI ĐẦU 6
Phần I: MỞ ĐẦU 7
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ LỊCH SỬ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7
1.1 Tính cấp thiết của đề tài 7
1.2 Ý nghĩa của đề tài 8
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 8
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU 8
3.1. Đối tượng nghiên cứu 8
3.2. Khách thể nghiên cứu 8
4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 8
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9
5.1. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 9
5.2. Phương pháp nghiên cứu tài liệu 9
5.3. Phương pháp phân tích, thống kê mô tả 9
Phần II: CƠ SỞ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 10
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL 10
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL VÀ DIESEL
ĐIỆN TỦ 10
1.2. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ 12

1.3. ĐẶC ĐIỂM CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ 12
1.3.1. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm dãy (PE) điều khiển điện tử bằng cơ
cấu điều ga điện từ 12
1.3.2. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm chia (VE) điều khiển điện tử 14
1.3.2.1. Loại bơm cao áp VE hướng trục điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga
điện từ 14
1.3.2.2. Loại bơm cao áp VE điều khiển điện tử bằng van xả áp – máy bơm piston
hướng trục 15
1.3.2.3. Loại bơm cao áp VE điều khiển điện tử bằng van xả áp – máy bơm piston
hướng kính 16
1.3.2.4. Sơ đồ điều khiển bơm VE điện tử loại dùng van xả áp 18
1.3.3. Ưu - Nhược điểm của hệ thống Diesel điện tử sử dụng các loại bơm cao áp 18
1.3.3.1. Ưu điểm 18
1.3.3.2. Nhược điểm 18
1.3.4. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối(Common Rail) 19
1.3.5. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử EUI (Electronic Unit Injection) 20
1.3.6. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử HEUI (Hydraulically Actuated Electronically
Controlled Unit Injector) 22
1.4. TÍNH ƯU VIỆT CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL COMMON RAIL 23
CHƯƠNG II: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG DIESEL
COMMONRAIL 25
2.1. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG DIESEL COMMON RAIL (CRS-i, CDI,…) 25
2.2. SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CDI VỚI
VÒI PHUN ĐIỆN TỪ 26
2.2.1. Khái quát 26
2.2.2. Các cụm chi tiết 27
2.2.3. Vị trí lắp đặt các cụm chi tiết 28
2.2.4. Đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail 29
2.3. CÁC CỤM THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG DIESEL COMMON RAIL 30
Đồ án tốt nghiệp Trang 2

Khoa Cơ khí Động lực
2.3.1. Bơm áp cao 30
2.3.1.1. Bơm áp cao loại hai piston đối nhau (bơm HP3) 30
2.3.1.2. Bơm áp cao loại 3 piston 34
2.3.1.3. Bơm áp cao 4 Piston kiểu 1 (Cam vành) 35
2.3.1.4. Bơm áp cao 4 piston kiểu 2 (cam ôvan) 37
2.3.1.4. Bơm áp cao loại 3 cam 2 piston 39
2.3.1.5. Van điều khiển nạp (SCV, PCV, IMV, ) 40
2.3.1.6. Van một chiều 41
2.3.4. Ống Rail 42
2.3.4.1. Phân loại 43
2.3.4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cụm chi tiết 44
2.3.5. Vòi phun 50
2.3.5.1. Vòi phun điều khiển bằng van điện từ (Solenoid) điện áp cao 50
2.3.5.2. Đầu kim phun 57
2.3.6. Vòi phun hiệu ứng áp điện (Piezoelectric injector) 60
2.3.7. Đường ống cao áp (tuy ô cao áp) 61
2.3.8. Bình nhiên liệu 62
2.3.9. Đường nhiên liệu áp suất thấp 62
2.3.10. Lọc nhiên liệu 62
2.4. ĐIỀU KHIỂN CDI 63
2.4.1. Cảm biến 63
2.4.1.1. Cảm biến áp suất không khí vào (áp suất tăng áp tua bin) 63
2.4.1.2. Cảm biến vị trí bàn đạp ga 66
2.4.1.3. Cảm biến vị trí trục cam 67
2.4.1.4. Cảm biến vị trí trục khuỷu ( bộ tạo tín hiệu NE) 67
2.4.1.5. Cảm biến lưu lượng khí nạp 68
2.4.1.6. Cảm biến nhiệt độ 76
2.4.1.7. Cảm biến áp suất ống phân phối (áp suất nhiên liệu) 78

2.4.1.8. Cảm biến tiếng gõ (Knock or detonation sensor) 79
2.4.1.9. Cảm biến tốc độ xe 80
2.4.1.10. Cảm biến nhiệt độ khí EGR 82
2.4.1.11 Tín hiệu STA (Máy khởi động) – Tín hiệu NSV (CT khởi động trung gian)
82
2.4.1.12 Tín hiệu A/C (điều hoà không khí) – Tín hiệu phụ tải điện 83
2.4.1.13 Các loại công tắc khác 84
2.4.2. ECU (Electronic Control Unit - Bộ điều khiển điện tử) 85
2.4.2.1. Khái quát 85
2.4.2.2.Cấu tạo 86
2.4.2.3. Cấu trúc ECU 87
2.4.2.4. Mạch giao tiếp ngõ vào 88
2.4.3. Các điều khiển cụ thể trong CDI 90
2.4.3.1. Điều khiển van nạp (SCV, PCV, IMV ) 90
2.4.3.2. Điều khiển vòi phun 94
2.4.4. Một số quy luật điều khiển cụ thể 101
2.4.4.1. Các chức năng khac được điều khiển bởi ECU 101
2.4.4.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ 2KD-FTV (TOYOTA) 101
2.4.5. Van EGR (Exhaust Gas Recirculation - van tuần hoàn khí xả) 112
2.4.5.1. Khái quát 112
2.4.5.2. Phân loại 112
2.4.5.3. Nguyên lý hoạt động 114
2.4.6. Bướm ga diesel 115
2.4.7. Bộ xiết đường nạp 116
Đồ án tốt nghiệp Trang 3

Khoa Cơ khí Động lực
2.4.8. Bộ cắt đường nạp 116
CHƯƠNG III: CÁC DẠNG HƯ HỎNG, QUY TRÌNH THÁO LẮP, KIỂM TRA, THAY
THẾ CÁC CHI TIẾT - BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG DIESEL COMMONRAIL 117

3.1. CÁC DẠNG HƯ HỎNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL CÓ SỬ DỤNG HỆ THỐNG
CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON RAIL 117
3.2. QUY TRÌNH THÁO LẮP HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL 120
3.2.1. Các chú ý trong quá trình tháo lắp hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel Common
Rail 120
3.2.2. Quy trình tháo tuy ô bơm cao áp, tuy ô vòi phun 124
3.2.3. Quy trình lắp tuy ô bơm cao áp, tuy ô vòi phun 125
3.2.4. Quy trình tháo vòi phun ra khỏi động cơ 126
3.2.5. Quy trình lắp vòi phun 127
3.2.6. Quy trình đặt bơm áp cao của động cơ Diesel có sử dụng hệ thống cung cấp
nhiên liệu Diesel Common Rail 127
3.3. QUY TRÌNH KIỂM TRA CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN
LIỆU DIESEL COMMON RAIL 131
3.3.1. Quy trình kiểm tra bằng các thiết bị thông thường 131
3.3.1.1. Kiểm tra bơm áp thấp 131
3.3.1.2. Kiểm tra vòi phun khi động cơ hoạt động 133
3.3.1.3. Kiểm tra bơm cao áp 136
3.3.1.4. Kiểm tra van điều chỉnh áp suất 137
3.3.2. Kiểm tra và phát hiện lỗi bằng máy chẩn đoán chuyên dụng 138
3.3.2.1. Kiểm tra bằng cách sử dụng máy chẩn đoán 138
3.3.2.2. Kiểm tra bằng cách dùng dụng cụ thử mạch 139
3.3.2.3. Thử kích hoạt bằng máy chẩn đoán 140
3.3.2.4. Cách xoá mã chẩn đoán 141
CHƯƠNG IV: MÃ CHẨN ĐOÁN 141
1. Đầu kết nối dữ liệu DLC3 141
2. Kiểm tra DTC và dữ liệu lưu tức thời (Không dùng máy chẩn đoán IT II) 143
3. Bảng DTC (Mã chẩn đoán hư hỏng) 144
Phần III: THẾT KẾ, LẮP ĐẶT MÔ HÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL
COMMONRAIL ( trên động cơ TOYOTA 2KD) 148
3.2. MỤC ĐÍCH CỦA MÔ HÌNH ĐỊNH THIẾT KẾ 148

3.2. THAM KHẢO CÁC MÔ HÌNH ĐÃ CÓ 149
3.3. NỘI DUNG CÔNG VIỆC THIẾT KẾ LẮP ĐẶT 149
3.3.1. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị 149
3.3.2. Quy trình thực hiện 150
3.3.3. Mô hình 150
3.4. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH 153
3.4.1. Các thao tác vận hành 153
3.4.2. Đo đạc chẩn đoán 155
3.4.2.1. Đo các cực của ECU 155
3.4.2.2. Sơ đồ mạch điều khiển của ECU 158
3.4.2.3. Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất nhiên liệu 160
3.4.2.4. Sơ đồ kết nối van điều khiển hút 160
3.4.2.5. Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất tuyệt đối dường ống nạp 160
3.4.2.6. Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ nước làm mát 161
3.4.2.7. Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ khí nạp 161
3.4.2.8. Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 162
3.4.2.9. Sơ đồ kết nối cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam 162
3.4.2.10. Sơ đồ kết nối cảm biến vị trí van EGR 163
3.4.2.11. Sơ đồ kết nối cảm biến vị trí bàn đạp ga 163
Đồ án tốt nghiệp Trang 4

Khoa Cơ khí Động lực
3.4.3. Thực hành kiểm tra cơ bản trên mô hình 163
3.4.3.1. Kiểm tra điện trở các cảm biến 163
3.4.3.2. Kiểm tra cảm biến áp suất trên đường ống nạp 164
3.4.3.3. Tìm Pan với hệ thống tự chẩn đoán 165
Phần IV: KẾT LUẬN 166
4.1. CÁC KẾT QUẢ VÀ Ý NGHĨA 166
4.2. HẠN CHẾ, BỔ SUNG - PHÁT TRIỂN 166
4.3. TÀI LIỆU THAM KHẢO 167

Phần V: PHỤ LỤC 168
Đồ án tốt nghiệp Trang 5

Khoa Cơ khí Động lực
LỜI NÓI ĐẦU
Trong giai đoạn hiện nay ngành ôtô có vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế
quốc dân, ôtô được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế như: Vận tải, xây dựng, du lịch;
lĩnh vực quốc phòng an ninh Cùng với sự phát trển vượt bậc của mình ngành công
nghệ ôtô ngày càng khẳng định vai trò quan trọng không thể thiếu trong sự phát triển
của một quốc gia.
Nhờ sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và công nghệ, ngành ôtô
đã không ngừng tự làm mới mình để đáp ứng được những yêu cầu bức thiết trong vấn
đề sử dụng. Ngành ôtô đã có những bước tiến bộ vượt bậc về thành tựu kỹ thuật mới
như: Điều khiển điện tử và kỹ thuật bán dẫn cũng như các phương pháp tính toán hiện
đại đều được áp dụng trên ôtô. Khả năng cải tiến, hoàn thiện và nâng cao để đáp ứng
mục tiêu chủ yếu về năng suất, vận tốc, tải trọng có ích, tăng tính kinh tế, giảm cường
độ cho người lái, tính tiện nghi sử dụng cho khách hàng và giảm tối ưu lượng nhiên
liệu.
Việc giảm tối ưu lượng nhiên liệu mà công suất của động cơ vẫn đảm bảo đang
là vấn đề bức thiết và là nhu cầu hàng đầu trong mục đích sử dụng của khách hàng.
Công nghệ phun xăng điện tử, công nghệ phun Diesel điện tử cũng đã được nghiên
cứu và ứng dụng trong ngành ôtô.
Sau 4 năm học tập và rèn luyện tại trường chúng em đã được khoa tin tưởng
giao cho để tài: “Nghiên cứu và xây dựng quy trình chẩn đoán hệ thống nhiên liệu
Diesel Common Rail”. Đây là một để tài còn khá mới và có nhiều khó khăn. Với sự cố
gắng của bản thân và dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy TS. Đinh Ngọc Ân cùng với
sự giúp đỡ của các thầy cô trong Khoa Cơ khí Động lực, các bạn trong lớp ĐLK4,
công ty Cổ Phần Thiết Bị Và Phát Triển Công Nghệ ACT, chúng em đã hoàn thành đề
tài đáp ứng được yêu cầu đưa ra. Tuy nhiên trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, với
khả năng và trình độ còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy chúng em

rất mong sự góp ý của các thầy cô trong khoa và các bạn trong lớp cũng như các bạn
có sự đam mê về đề tài này để đề tài được hoàn thiện hơn nữa.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa, đặc biệt là thầy TS.
Đinh Ngọc Ân đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn chúng em và sự hỗ trợ quý báu của
công ty Cổ phần thiết bị và phát triển công nghệ ACT để đề tài được hoàn thành.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Hùng Cường
Phạm Văn Tùng
Đồ án tốt nghiệp Trang 6

Khoa Cơ khí Động lực
Phần I: MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ LỊCH SỬ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
- Bước sang thế kỷ 21, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật của nhân loại đã bước
sang một tầm cao mới. Rất nhiều thành tựu KHKT, các phát minh sáng chế xuất hiện
có tính ứng dụng cao.
- Là một quốc gia có nền kinh tế đang phát triển, nước ta đã và đang có những
cải cách mở cửa mới để thúc đẩy nền kinh tế phát triển.Việc tiếp nhận và áp dụng và
áp dụng những thành tựu khoa học nhằm cải tạo và thúc đẩy sự phát triển của các
ngành công nghiệp mới, với mục đích đưa nước ta từ một nước nông nghiệp có nền
kinh tế kém phát triển thành một nước công nghiệp hiện đại .
- Trải qua rất nhiều năm phấn đấu và phát triển, hiện nay nước ta đã là một
thành viên của khối kinh tế quốc tế WTO. Với việc tiếp cận với các quốc gia có nền
kinh tế phát triển chúng ta có thể giao lưu học hỏi kinh nghiệm, tiếp thu và ứng dụng
các thành tựu khoa học tiên tiến để phát triển hơn nữa nền kinh tế trong nước, bước
những bước đi vững chắc trên con đường xây dựng CNXH.
- Trong các ngành công nghiệp mới đang được nhà nước chú trọng phát triển
thì ngành công nghiệp ô tô là một trong những ngành có tiềm năng và được đầu tư

phát triển mạnh mẽ. Do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật quá trình công nghiệp hóa,
hiện đại hóa phát triển mạnh mẽ, nhu cầu của con người ngày càng được nâng cao. Để
đảm bảo độ an toàn, độ tin cậy cho con người vận hành và chuyển động của xe, rất
nhiều hãng sản xuất như : FORD, TOYOTA, MESCEDES, KIA MOTORS, … đã có
nhiều cải tiến về mẫu mã, kiểu dáng công nghệ cũng như chất lượng phục vụ của xe
nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
- Để đáp ứng được những yêu cầu đó thì các hệ thống, cơ cấu điều khiển ô tô
nói chung và về “Hệ thống cung cấp nhiên liệu DIESEL ” nói riêng phải có sự hoạt
động chính xác, độ bền cao và giá thành rẻ, giảm ô nhiễm môi trường nâng cao công
suất động cơ. Dựa trên hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển cơ khí thông thường các
hãng xe đã phát triển các “hệ thống nhiên liệu diesel điện tử, trong đó có thệ thống
Common Rail”.
Do vậy, đòi hỏi người kỹ thuật viên phải có trình độ hiểu biết, học hỏi, sáng tạo
để bắt nhịp với khoa học kỹ thuật tiên tiến để có thể chẩn đoán hư hỏng và đề ra
phương pháp sửa chữa tối ưu.
Đồ án tốt nghiệp Trang 7

Khoa Cơ khí Động lực
- Trên thực tế, trong các trường kỹ thuật của nước ta hiện nay thì trang thiết bị
cho học sinh, sinh viên còn thiếu thốn rất nhiều, chưa đáp ứng được nhu cầu dạy và
học, đặc biệt là trang thiết bị, mô hình thực tập tiên tiến hiện đại.
Các tài liệu, sách tham khảo về các hệ thống đó, các bài tập hướng dẫn thực hành cũng
còn thiếu. Dẫn đến người kỹ thuật viên khi ra trường gặp nhiều khó khăn và bỡ ngỡ
với những kiến thức, trang bị tiên tiến trong thực tế.
Chính vì vậy việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu và xây dựng quy trình chẩn
đoán hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail” là cần thiết và cấp bách.
1.2 Ý nghĩa của đề tài
- Đề tài giúp cho những sinh viên năm cuối củng cố lại kiến thức để chuẩn bị
cho sinh viên khi ra trường để đáp ứng được phần nào nhu cầu của công việc. Đề tài
nghiên cứu về “Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel common rail injection ” giúp cho

chúng em hiểu rõ hơn nữa và bổ trợ thêm kiến thức mới về hệ thống này.
- Nội dung và kết quả của đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho học sinh,
sinh viên các khoá. Ngoài ra tài liệu còn có thể dùng cho các thợ sửa chữa, các gara,
các thợ bảo hành.
- Kết quả đạt được sẽ làm cơ sở để phát triển đề tài ở mức cao hơn.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
- Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail.
- Đề xuất những giải pháp, phương án kiểm tra, chẩn đoán, khắc phục những hư
hỏng của hệ thống.
- Đưa ra các mã lỗi và các khu vực nghi ngờ có liên quan của hệ thống nhiên
liệu Diesel Common Rail.
- Thiết kế, lắp đặt mô hình hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail.
3.2. Khách thể nghiên cứu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel Common Rail của các hãng: TOYOTA,
KIA, AUDI, MERCEDES.
4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
- Phân tích đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống cung cấp nhiên
liệu Diesel Common Rail.
- Nghiên cứu và tham khảo một số thông số ảnh hưởng tới hệ thống này.
Đồ án tốt nghiệp Trang 8

Khoa Cơ khí Động lực
- Tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước để hoàn thiện thành đề tài của mình.
- Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt mô hình hệ thống nhiên liệu Diesel Common
Rail.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
5.1. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

● Nghiên cứu lý thuyết:
- Đọc các tài liệu, tìm hiểu, quan sát các hệ thống trên xe.
- Phân tích kết cấu và nguyên lý làm việc để hiểu sâu về hệ thống.
● Nghiên cứu thực nghiệm:
- Xây dựng mô hình.
- Xây dựng phương pháp chẩn đoán hệ thống.
5.2. Phương pháp nghiên cứu tài liệu
Là phương pháp nhiên cứu thu thập thông tin trên cơ sở nghiên cứu các văn
bản, tài liệu đã có sẵn bằng tư duy lô gíc.
Mục đích: Để rút ra các kết luận cần thiết.
Các bước thực hiện:
- Bước 1: Thu thập tìm kiếm các tài liệu viết về hệ thống cung cấp
nhiên liệu Diesel Common Rail.
- Bước 2: Xắp xếp các tài liệu thành một hệ thống lô gíc, chặt chẽ theo
từng bước, từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cơ sở và
bản chất nhất định.
- Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích các tài liệu nói về hệ thống
cung cấp nhiên liệu Diesel Common Rail. Phân tích kết cấu, nguyên
lý làm việc một cách khoa học.
- Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích được, hệ thống hoá lại các
kiến thức tạo ra một hệ thống lý thuyết đầy đủ và sâu sắc.
5.3. Phương pháp phân tích, thống kê mô tả
- Là phương pháp tổ hợp các kết quả nghiên cứu thực tiễn và nghiên cứu tài liệu
để đánh giá và đưa ra những kết luận chính xác.
- Chủ yếu được sử dụng để đánh giá các mối quan hệ thông qua các số liệu thu
được.
Các bước thực hiện:
- Từ thực tiễn nghiên cứu về hệ thống và nghiên cứu các tài liệu lý thuyết đưa
ra phương án thiết kế, lắp đặt mô hình, bảo dưỡng, sửa chữa, khắc phục hư hỏng của
hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel Common Rail.

Đồ án tốt nghiệp Trang 9

Khoa Cơ khí Động lực
Phần II: CƠ SỞ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
DIESEL
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL VÀ
DIESEL ĐIỆN TỦ
Ra đời sớm nhưng động cơ Diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ra
nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ,
các vấn đề được giải quyết và Diesel ngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn.
Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây ô nhiễm môi trường.
Động cơ Diesel với tính hiệu quả kinh tế hơn là động cơ xăng, tuy nhiên vấn đề về
tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong sử dụng động cơ Diesel.
Động cơ Diesel được phát minh vào năm 1892 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 hòa khí rồi tự bốc cháy. Đến năm 1927 Robert Bosh mới
phát triển bơm cao áp ( bơm phun Bosh lắp cho động cơ Diesel trên ôtô 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 nhắm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Các
nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức
quá trình cháy nhằm hạn chế các chất ô nhiễm. Các biện pháp chủ yếu tập chung vào
giải quyết các vấn đề:
-Tăng tốc độ phun để giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu
không 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.

Hiện nay các nhược điểm đó đã được khắc phục bằng cách cải tiến một số bộ
phận của hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử như:
- Bơm cao áp điều khiển điện tử.
- Vòi phun điện tử.
- Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao ( ống Rail).
Với các ứng dụng mạnh mẽ về điều khiển tự động trong hệ thống nhiên liệu
Diesel nhờ sự phát triển về công nghệ . Năm 1986 Bosh đã đưa ra thị trường việc điều
Đồ án tốt nghiệp Trang 10

Khoa Cơ khí Động lực
khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu
Common Rail Diesel. Cho đến ngày nay hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail
Diesel đã được hoàn thiện. Trong động cơ Diesel hiện đại áp suất phun được thực hiện
cho mỗi vòi phun một cách riêng rẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống chứa
(Rail) và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu. So với các hệ thống cung
cấp nhiên liệu Diesel thông thường thì Common Rail Diesel đã đáp ứng và giải quyết
được những vấn đề:
- Giảm tối đa mức độ tiếng ồn.
- Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, áp
suất phun có thể đạt tới 184 MPa. Thời gian phun cực ngắn và tốc độ phun cực nhanh
(khoảng 1,1 ms).
- Có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm phun tùy theo chế độ làm việc của
động cơ.
Do đó làm tăng hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu được nâng cao hơn.
Đồ án tốt nghiệp Trang 11

Khoa Cơ khí Động lực
1.2. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ
1.3. ĐẶC ĐIỂM CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ
1.3.1. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm dãy (PE) điều khiển điện tử

bằng cơ cấu điều ga điện từ
Cấu tạo
Đồ án tốt nghiệp Trang 12

Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử
Hệ thống nhiên liệu
Diesel điện tử với Bơm
cao áp
Hệ thống nhiên liệu Diesel
điện tử với Ống phân phối –
Common Rail System (CRS)
Hệ thống nhiên liệu
Diesel điện tử
BơmVòi phun kết hợp
Bơm
PE
điều
khiển
điện
tử
bằng
cơ cấu
điều
ga
điện
từ
Bơm
VE
điều
khiển

điện
tử
bằng
cơ cấu
điều
ga
điện
từ
Bơm
VE
điều
khiển
điện
tử
bằng
van xả
áp
Theo một số tiêu chí
Hình 2.1 (Trang 25)
Loại
EUI
Loại
HEUI
Bơm VE
nhiều Piston
hướng kính
Bơm VE 1
Piston hướng
trục
Khoa Cơ khí Động lực

Những cơ cấu chính như bơm PE thông thường chỉ khác các điểm sau:
- Bộ điều tốc ly tâm ở phía cuối trục cam được thay bằng cảm biến tốc độ động
cơ.
- Cơ cấu điều khiển thanh răng loại cơ khí hoặc loại chân không được thay bằng
cơ cấu điều ga điện từ nhận xung điều khiển từ ECU động cơ.
Hoạt động
- Điều khiển lượng nhiên liệu phun bằng cách di chuyển thanh răng nhờ cơ cấu
điều ga điện từ.
Cơ cấu điều ga điện từ tạo ra một từ trường kéo thanh răng. Lực từ trường F
ø
=
Var (biến thiên).
G
nl
= ƒ (n
đ/c
, mức tải, t
o
đ/c
, t
o
kk
, loại nhiên liệu, áp suất đường nạp nhiên liệu )
- Điều khiển thời điểm phun bằng cách xoay trục cam và được thực hiện qua
hai cơ cấu:
+ Cơ cấu ly tâm.
+ Cơ cấu khớp dầu điều khiển qua ECU.
Đồ án tốt nghiệp Trang 13

1. Thanh răng

2. Cơ cấu điều ga (loại từ
điện)
3. Trục cam
4. Cảm biến tốc độ động cơ
5. ECU
Hình 1.1: Bơm dãy PE điều khiển điện tử
Khoa Cơ khí Động lực
1.3.2. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm chia (VE) điều khiển điện tử
1.3.2.1. Loại bơm cao áp VE hướng trục điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga
điện từ
Cấu tạo
Những cơ cấu chính giống như bơm VE cơ khí. Điểm khác biệt là thay bộ điều
tốc cơ khí loại ly tâm và hệ đòn dẫn ga bằng cơ cấu điều ga điện từ. Cơ cấu này sẽ
thực hiện việc dịch chỉnh quả ga trên piston để thay đổi lượng phun.
Hoạt động
- Quá trình tạo ra dầu áp suất cao, phun dầu cơ bản giống như loại bơm thông
thường.
Đồ án tốt nghiệp Trang 14

Hình 1.2: Bơm cao áp VE hướng trục điều
khiển điện từ bằng cơ cấu điều ga điện từ
1. Cảm biến mức ga
2. Van điện từ cắt nhiên liệu
3. Bộ điều khiển phun sớm (Van
TCV)
4. Xy lanh bơm
5. Piston
6. Cơ cấu điều ga điện từ
7. Van triệt hồi
8. Cam đĩa

9. Vành con lăn
10. Bơm sơ cấp
11. Thân bơm
12. Trục bơm
13. Lò xo
14. Trống lớn
15. Cuộn điều khiển
16. Piston
17. Quả ga
18. Trống nhỏ
Khoa Cơ khí Động lực
- Điều khiển lượng phun thông qua cơ cấu điều ga điện từ. Cơ cấu điều ga điện
từ điều khiển công suất động cơ và kiểm soát tốc độ tối đa của động cơ để ngăn động
cơ chạy quá tốc độ và giữ ổn định tốc độ chạy không tải.
- Điều khiển thời điểm phun thông qua van TCV. Van này được điều khiển
bằng tỷ lệ hiệu dụng (tỷ lệ theo chu kỳ làm việc) thời gian tắt/bật của dòng điện chạy
qua cuộn dây. Khi điện bật, độ dài thời gian mở van sẽ điều khiển áp suất nhiên liệu
trong piston của bộ định thời.
1.3.2.2. Loại bơm cao áp VE điều khiển điện tử bằng van xả áp – máy bơm piston
hướng trục
Cấu tạo
Bơm VE điện tử kiểu mới một piston hướng trục do không có quả ga nên để
điều khiển lượng nhiên liệu phun (Tức là muốn thay đổi tốc độ động cơ, công suất của
động cơ) thì bơm sử dụng một khoang xả áp thông với khoang xylanh.
Đồ án tốt nghiệp Trang 15

Hình 1.3:Hoạt động của van TCV
(Làm sớm thời điểm phun)
Hình 1.4: Cấu trúc bơm VE điều khiển điện tử bằng
van xả áp – máy bơm piston hướng trục

Khoa Cơ khí Động lực
Hoạt động
- Điều khiển lượng phun thông qua hoạt động của van xả áp SPV
Hành trình nạp: SPV đóng lại,
piston chuyển động sang trái. Khi
đó nhiên liệu được hút vào buồng
bơm.
Phun: SPV đóng lại. Piston
chuyển động sang phải, áp suất
nhiên liệu tăng lên và nhiên liệu
được bơm đi.
Kết thúc phun: SPV mở ra, do
nhiên liệu giảm nên áp suất cũng
giảm xuống. Quá trình phun kết
thúc. Khi các điều khiện ngắt
nhiên liệu được thực hiện, áp suất
không tăng lên do SPV vẫn đang trong trạng thái mở.
- Điều khiển thời điểm phun thông qua van TCV
1.3.2.3. Loại bơm cao áp VE điều khiển điện tử bằng van xả áp – máy bơm piston
hướng kính
Cấu tạo
Trục bơm được nối với rôto chia và ở rôto chia bố trí 4 piston hướng kính, ở
giữa là một lỗ khoan dọc tâm,lỗ khoan này thông với cửa nạp dầu và cửa chia dầu.
Phía ngoài rôto chia là một vành có các con lăn và toàn bộ cụm này được đặt trong
một vành cam.
Đồ án tốt nghiệp Trang 16

Hình 1.6: Hoạt động của van TCV
(Làm muộn thời điểm phun)
Hình 1.5: Vị trí van SPV trên bơn VE điều

khiển điện tử
Hình 1.7: Cấu trúc bơm VE điều khiển điện tử
bằng van xả áp – máy bơm piston hướng kính
Khoa Cơ khí Động lực
Hoạt động
- Điều khiển lượng phun thông qua van SPV giống như máy bơn piston hướng
trục ở trên.
- Điều khiển thời điểm phun thông qua van TCV. Nguyên tắc hoạt động giống
như van TCV của các bơm VE trước.
Điều khiển thời điểm phun:
Khi độ dài thời gian mở van rút ngắn
lại (Tỷ lệ của dòng điện đang được sử
dụng thấp), thì lượng nhiên liệu đi tắt
giảm xuống. Do đó, piston của bộ định
thời chuyển động sang trái làm quay
vành con lăn theo chiều làm sớm thời
điểm phun.
Khi độ dài thời gian mở van dài (tỷ lệ
của dòng điện đang được sử dụng cao),
thì lượng nhiên liệu đi tắt tăng lên. Do
đó piston của bộ định thời chuyển sang
phải do lực của lò xo làm quay vành
con lăn theo chiều làm muộn thời điểm
phun.
Đồ án tốt nghiệp Trang 17

Hình 1.8: Hoạt động của van TCV bơm
VE điều khiển điện tử - máy bơm hướng
kính
Khoa Cơ khí Động lực

1.3.2.4. Sơ đồ điều khiển bơm VE điện tử loại dùng van xả áp
1.3.3. Ưu - Nhược điểm của hệ thống Diesel điện tử sử dụng các loại bơm cao áp
1.3.3.1. Ưu điểm
- Là một cụm kết cấu gọn, được cải tiến từ bơm cao áp cơ khí truyền thống và
có thêm phần điều khiển điện tử.
- Chi phí sản xuất không cao.
- Dễ lắp đặt, sửa chữa.
1.3.3.2. Nhược điểm
- Tạo ra quá trình cháy kích nổ, dẫn tới sinh ra tiếng gõ động cơ.
- Điều khiển bằng hai cơ cấu (điều khiển lượng phun, điều khiển thời điểm
phun) nên quá trình điều khiển phức tạp.
- Đa số là cơ cấu cơ điện nên dễ bị mòn, sinh ra sự cố.
- Do cháy kích nổ nên làm tăng lượng NO
x
trong khí xả.
- Áp suất phun thấp dẫn tới phun không tơi làm ảnh hưởng tới quá trình cháy
(áp suất phun P
phun
= 115 – 175 bar).
Từ những nhược điểm này cho ra đời hệ thống Diesel điện tử được ưa chuộng:
Common Rail và bơm vòi phun kết hợp EUI và HEUI.
Đồ án tốt nghiệp Trang 18

Hình 1.9: Sơ đồ điều khiển bơm VE điện tử loại dùng van xả áp
Khoa Cơ khí Động lực
1.3.4. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối(Common Rail)
- Khối cấp dầu thấp áp: Thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫn dầu và
đường dầu hồi.
- Khối cấp dầu cao áp: Bơm áp cao, ống phân phối dầu cao áp đến các vòi phun
(ống Rail), các tuy ô cao áp, van an toàn và van xả áp, vòi phun.

- Khối cơ - điện tử: Các cảm biến và tín hiệu, ECU và EDU (nếu có), vòi phun,
các van điều khiển nạp ( còn gọi là van điều khiển áp suất Rail)
- Điều khiển lượng phun và thời điểm phun bằng một xung duy nhất từ ECU
dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến và công tắc. Áp suất phun rất cao: 1300 – 1900
bar.
Đồ án tốt nghiệp Trang 19

Hình 1.10: Sơ đồ một hệ thống nhiên liệu Diesel
điện tử với ống phân phối tiêu biểu
Khoa Cơ khí Động lực
1.3.5. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử EUI (Electronic Unit Injection)
Đồ án tốt nghiệp Trang 20

Khoa Cơ khí Động lực
Hệ thống nhiên liệu EUI có 5 bộ phận cấu thành:
- Các vòi phun EUI: Tạo ra áp suất phun tới 207000 kPa (30.000 psi) và ở tốc
độ định mức nó phun tới 19 lần/s.
- Bơm chuyển nhiên liệu: Cung cấp nhiên liệu cho các vòi phun bằng cách hút
nhiên liệu từ thùng chứa và tạo ra một áp suất từ 60-125 psi.
- Mô đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Module): Là một máy
vi tính công suất lớn điều khiển các hoạt động chính của động cơ.
- Các cảm biến: Là những thiết bị điện tử kiểm soát các thông số của các động
cơ như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ và cung cấp các thông tin cho ECM bằng một điện
thế tín hiệu.
- Các thiết bị tác động: Là những thiết bị điện tử sử dụng các cường độ dòng
điện từ ECM để làm việc hoặc thay đổi hoạt động của động cơ. Ví dụ thiết bị tác động
vòi phun là công tắc điện từ.
- Điều khiển lượng phun và thời điểm phun bằng một xung từ ECM.
Đồ án tốt nghiệp Trang 21

1. Thùng dầu 4. Bầu lọc tinh
2. Bầu lọc thô 5. Các vòi phun
3. Bơm chuyển nhiên liệu 6. ECU
7. Các cảm biến
Hình 1.11: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI
Khoa Cơ khí Động lực
1.3.6. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử HEUI (Hydraulically Actuated
Electronically Controlled Unit Injector)
Các bộ phận cấu thành hệ thống nhiên liệu HEUI tương tự như hệ thống nhiên
liệu EUI.
- Điều khiển lượng phun và thời điểm phun thông qua một xung từ ECM.
- Áp suất đầu vòi phun lên đến 21000 psi.
Đồ án tốt nghiệp Trang 22

1. Bơm áp cao
2. Van điều khiển áp suất tác
động phun
3. Cụm vòi phun
4. Các cảm biến
5. ECM
Hình 1.12: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI
Khoa Cơ khí Động lực
1.4. TÍNH ƯU VIỆT CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL COMMON
RAIL
Hệ thống phun nhiên liệu Diesel Common Rail có nhiều ưu việt hơn hẳn hệ
thống phun nhiên liệu truyền thống và hệ thống phun nhiên liệu Diesel điện tử thông
thường.
Trước hết phải nói về cấu trúc: Hệ thống phun nhiên liệu Diesel Common Rail
cho phép đơn giản bớt đáng kể kết cấu cơ khí của bơm cao áp, chẳng hạn như các rãnh
cắt nhiên liệu, bộ điều tốc, cơ cấu kiểm soát thời điểm phun. Do vậy chức năng của

bơm áp cao chỉ thực hiện tạo nên áp suất nhiên liệu cao, cho phép tối ưu kết cấu theo
hướng tạo nên áp suất cao, thực hiện phun tơi nhiên liệu và tăng tuổi thọ của bơm.
Tiếp theo, khả năng điều chỉnh được thực hiện theo nhiều tín hiệu cấp cho
ECU, do vậy tính chất tinh chỉnh sẽ cao hơn, đáp ứng chính xác nhiều chế độ làm việc
của động cơ. Có thể nói gọn là: thực hiện thoả mãn nhu cầu làm việc của động cơ
trong nhiều trạng thái làm việc mà không gây nên hiện tượng thừa,thiếu nhiên liệu,
công suất phát huy hoàn hảo và chất lượng khí xả tốt.
Về quá trình cháy của hỗn hợp công tác: đối với hệ thống điều khiển điện tử, áp
suất phun cao hơn và tỉ số nén của động cơ có thể cao hơn, quá trình phun có thể diễn
ra gồm nhiều giai đoạn nên qua trình cháy diễn ra với áp suất đỉnh nhỏ hơn nên động
cơ làm việc êm hơn, ít phát sinh tiếng ồn. Thời gian cháy rớt ngắn hơn, ít gây tổn thất
công suất và ô nhiễm. Với áp suất đỉnh thấp hơn nên động cơ không đòi hỏi kết cấu,
vật liệu chịu bền cao như hệ thống điều khiển cơ khí, nhiệt độ cháy đỉnh cũng bé hơn,
nhất là dùng vòi phun hai giai đoạn nên tổn thất nhiệt cũng ít hơn, các chi tiết chịu
nhiệt độ thấp hơn nên sẽ bền hơn.
Về công tác kiểm tra, bảo dưỡng, sửa
chữa: Đối với người thợ, công tác lắp ráp hệ
thống cơ khí sẽ khó khăn hơn, vì không
những phải lắp đúng về mặt vị trí mà còn
phải điều chỉnh thật chính xác các cơ cấu lắp
ghép, nhất là các cơ cấu điều chỉnh có ảnh
hưởng đến tính năng làm việc của hệ thống.
Trong quá trình làm việc, nếu hệ thống có hư
hỏng, để phát hiện chính xác hư hỏng, đòi
hỏi kinh nghiệm của người thợ nhiều hơn trong khi đối với hệ thống Diesel EFI nhờ có
ECU trợ giúp thông báo mã lỗi.
Vấn đề ô nhiễm môi trường: Trong khí thải của động cơ Diesel có những chất
gây ô nhiễm môi trường như HC, CO, CO
2
, NO

x
, khói, muội than Quá trình hình
Đồ án tốt nghiệp Trang 23

Hình 1.13: So sánh lượng phun giữa
phun một giai đoạn và phun hai giai
đoạn
Khoa Cơ khí Động lực
thành các chất ô nhiễm này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố có thể kể ra như: Chất
lượng nhiên liệu, quáy trình hình thành hỗn hợp công tác, quá trình cháy, quá trình
điều khiển hoạt động của động cơ
Trong những yết tố đó, bỏ qua những
yếu tố khách quan ngoài phạm vi đề cập
của chuyên đề chư chất lượng nhiên
liệu, kết cấu buồng đốt, kim phun, còn
lại các yếu tố như quá trình điều khiển
hoạt động của động cơ ta thấy rằng hệ
thống điều khiển cơ khí dễ dẫn đến ô
nhiễm môi trường hơn, vì điều khiển cơ
khí mặc dù tin cậy, bền nhưng độ linh
hoạt kém hơn so với điều khiển điện tử.
Với hệ thống cảm biến, ECU sẽ thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình cung cấp
nhiên liệu tốt hơn từ đó hỗn hợp công tác sẽ được hoà trộn tốt hơn,sẽ cháy tốt hơn và
nhất là cảm biến khí xả có khả năng nhận biết mức độ ô nhiễm khí thải giúp ECU điều
chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp.Bên cạnh đó sự ô nhiễm về tiếng ồn ở hệ thống EDC
sẽ ít hơn.
Đồ án tốt nghiệp Trang 24

Hình 1.14: So sánh tiếng ồn giữa phun
một giai đoạn và phun hai giai đoạn

Khoa Cơ khí Động lực
CHƯƠNG II: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
DIESEL COMMONRAIL
2.1. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG DIESEL COMMON RAIL (CRS-i, CDI,…)
Đồ án tốt nghiệp Trang 25

Phương pháp
phun
1. Phun mồi một
lần.
2. Phun mồi hai
lần.
Theo áp suất phun
1. Loại 135 Mpa
2. Loại 160 Mpa
3. Loại 180 Mpa
Và hơn nữa.
Theo loại vòi
phun
1. Loại điện từ.
+ Giắc cắm
hai chân (pin).
+ Giắc cắm
bốn chân (pin).
2. Loại áp điện.
Theo bơm áp cao
1. Bơm áp cao loại
hai piston đối nhau
(HP3).
2. Bơm áp cao loại

ba piston.
4. Bơm áp cao loại
bốn piston kiểu
một (Cam vành).
5. Bơm áp cao loại
bốn piston kiểu hai
(Cam ô van).
6. Bơm áp cao loại
ba cam hai piston.
Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail
Hình 2.1: Sơ đồ phân loại hệ thống
Diesel Common Rail