Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt sa bàn hệ thống phun Diesel điện tử và xây dựng hệ thống bài tập trên sa bàn phục vụ công tác đào tạo

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ






BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU


Đề tài:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT SA BÀN HỆ THỐNG PHUN
DIESEL ĐIỆN TỬ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP TRÊN SA
BÀN PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO


Chuyên đề 1: “Tổng quan về hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động
cơ diesel “



Nhóm tác giả:
TS. Vũ Thanh Chương – Chủ nhiệm đề tài
ThS. Phí Đăng Tuệ
ThS. Nguyễn Văn Bé
ThS. Đỗ Công Đạt
ThS. Nguyễn Văn Nam
ThS. Cao Huy Giáp
ThS. Nguyễn Lương Căn

ThS. Nguyễn Minh Tuấn


Địa chỉ: Trường Đại học Sao Đỏ
Thị xã Chí Linh – Hải Dương


9637

HẢI DƯƠNG, NĂM 2012


i

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ ô tô là một ngành khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng
trên toàn cầu. Sự tiến bộ trong thiết kế, vật liệu và kỹ thuật sản xuất đã góp
phần tạo ra những chiếc xe ô tô hiện đại với đầy đủ tiện nghi, tính an toàn cao
và đáp ứng được các yêu cầu về tiêu chuẩn môi trường. Trong xu thế phát
triển đó, nên nhiều hệ thống và trang thiết bị trên ô tô ngày nay đượ
c điều
khiển bằng điện tử, đặc biệt là các hệ thống an toàn như hệ thống phanh, hệ
thống lái trên ô tô… Ngoài ra, để đảm bảo yêu cầu tiêu chuẩn về ô nhiễm môi
trường, về tính năng hoạt động và hiệu suất sử dụng nhiên liệu thì các cải tiến
liên quan đến động cơ cũng không kém phần quan trọng như hệ thống điều
khiển bằ
ng điện tử động cơ xăng, động cơ Diesel đang được ứng dụng rộng rãi
trên thế giới.
Với mục tiêu nâng cao sự hiểu biết cho sinh viên về một số hệ thống

phun diesel điện tử, phương pháp kiểm tra sửa chữa và tăng cường thiết bị
phục vụ cho việc dạy và học ngành Công nghệ kỹ thuật (CNKT) ô tô. Nhóm
tác giả Trường Đại họ
c Sao Đỏ chọn đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt sa
bàn hệ thống phun Diesel điện tử và xây dựng hệ thống bài tập trên sa
bàn phục vụ công tác đào tạo".
Nhóm tác giả đã tích cực nghiên cứu thực hiện đề tài. Tuy nhiên, do hạn
chế về các nguồn lực nên việc tìm hiểu và đánh giá sâu hệ thống phun diesel
điện tử các hãng khác nhau trên thế giới hiện đang áp dụng còn chưa nhi
ều. Vì
vậy, nhóm tác giả rất mong sự đóng góp ý kiến của hội đồng khoa học công
nghệ và bạn đọc.









ii

MỤC LỤC

Trang
LỜI NÓI ĐẦU
i
MỤC LỤC
ii

KÝ HIỆU VIẾT TẮT
iv
DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG
v
PHẦN MỞ ĐẦU
x
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ HỆ THỐNG CUNG
CẤP NHIÊN LIỆU
1
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu về động cơ diesel 1
1.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài 1
1.1.2. Các nghiên cứu ở trong nước 2
1.2. Giới thiệu một số hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ diesel
3
1.2.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel dùng bơm dãy 3
1.2.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel dùng bơm phân phối 4
1.2.3. Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel dùng bơm VE 5
1.2.4. Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel điều khiển đ
iện tử (Comman Rail) 7
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG PHUN DIESEL ĐIỆN TỬ
9
2.1. Đặc tính phun của hệ thống nhiên liệu diesel
9
2.1.1. Hệ thống nhiên liệu kiểu cũ 9
2.1.2. Hệ thống phun diesel điện tử 9
2.2. Hệ thống phun diesel điện tử EFI thông thường
10
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý 10
2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận 11
2.3. Hệ thống phun diesel điện tử loại Common Rail

21
2.3.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu 21
2.3.2. Hệ thống điều khi
ển điện tử 28
2.4. Những hư hỏng thường gặp, phương pháp kiểm tra, chẩn đoán hệ
thống diesel điện tử
37
2.4.1. Những hư hỏng của hệ thống phun diesel điện tử 37
2.4.2. Phương pháp kiểm tra, chẩn đoán và sửa chữa hệ thống 39
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÔ PHỎNG, LẮP ĐẶT SA BÀN VÀ
XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM

43
3.1. Mô phỏng hoạt động của hệ thống phun diesel điện tử bằng phần
mềm Flash
43
3.1.1. Tổng quan về phần mềm Flash 43
3.1.2. Mô phỏng hoạt động của hệ thống phun diesel điện tử EFI thông
thường
49
3.1.3. Mô phỏng hoạt động của hệ thống phun diesel điện tử Common Rail 55
3.1.4. Sử dụng chương trình 58
iii

3.2. Thiết kế, chế tạo và lắp đặt sa bàn
60
3.2.1.Thiết kế, chế tạo sa bàn 60
3.2.2. Lắp đặt, vận hành và hiệu chỉnh hệ thống 64
3.2.3. Trình tự các bước vận hành sa bàn 67
3.3. Xây dựng nội dung hệ thống bài tập thí nghiệm trên sa bàn

67
3.3.1. Sơ đồ mạch điều khiển ECU của động cơ Toyota 3C-TE 67
3.3.2. Nội dung các bài thí nghiệm trên sa bàn 69
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
105
TÀI LIỆU THAM KHẢO
107
PHỤ LỤC
109












iv

KÝ HIỆU VIẾT TẮT
KÝ HIỆU DIỄN GIẢI
A/C Điều hòa không khí
B+ Điện áp (+) Ắcquy
CAN Mạng cục bộ điều khiển
CNKT Công nghệ kỹ thuật
DLC Giắc nối truyền dữ liệu

DTC Mã chẩn đoán
E/G Động cơ
ECM ECU động cơ
ECT Nhiệt độ nước làm mát (THW)
ECU Bộ điều khiển điện tử
EDU Bộ dẫn động điện tử
EGR Tuần hoàn khí xả
EGR-VM Bộ
điều biến chân không EGR
E-VRV Van điều áp chân không điện tử
GND Nối mát
HC Khí hyđrôcacbon
HSSV Học sinh, sinh viên
IAC Điều khiển tốc độ không tải (ISC)
IAT Nhiệt độ khí nạp
MAF Cảm biến lưu lượng khí nạp
MAP Áp suất chân không đường ống nạp
MIL Đèn báo hư hỏng
NE Cảm biến tốc độ động cơ
OBD Hệ thống tự chẩn đoán (OBD)
SCV Van điề
u khiển hút
SPV Van điều khiển phun sớm
TACH Tín hiệu tốc độ động cơ đến đồng hồ
TC Tuabin tăng áp
TCV Van điều khiển thời điểm phun
TDC Cảm biến vị trí trục khuỷu
THA Cảm biến nhiệt độ khí nạp

v

DANH MỤC BẢNG, HÌNH

Tên bảng
Trang
Bảng 2.1. Danh sách các tín hiệu đầu vào
33
Bảng 2.2. Những hư hỏng của hệ thống diesel điện tử
38
Bảng 2.3. Bảng mã hư hỏng và phương pháp kiểm tra sửa chữa
42


Tên hình
Trang
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel
3
Hình 1.2. Cấu tạo bơm phân phối 4
Hình 1.3. Cấu trúc của bơm VE loại hướng trục
5
Hình 1.4. Cấu trúc bơm VE loại hướng kính
6
Hình 1.5. Cấu tạo hệ thống Common Rail
7
Hình 2.1. Đặc tính phun dầu thường
9
Hình 2.2. Đường đặc tính phun của hệ thống common rail
9
Hình 2.3. Sơ đồ hệ thố
ng nhiên liệu VE – EDC

10
Hình 2.4. Vị trí các bộ phận của hệ thống trên ô tô
11
Hình 2.5. Cấu tạo bơm tiếp vận
11
Hình 2.6. Tín hiệu phát ra của cảm biến
11
Hình 2.7. Đĩa cam và con lăn
12
Hình 2.8. Cấu tạo piston bơm
12
Hình 2.9. Nguyên lý hoạt động của piston bơm
12
Hình 2.10. Hai loại van điều khiển lượng nhiên liệu
13
Hình 2.11. Cấu tạo van SCV thông thường
13
Hình 2.12. Quá trình điều khiể
n vòi phun
13
Hình 2.13. Cấu tạo SPV hoạt động gián tiếp
14
Hình 2.14. Khi ngắt tín hiệu điều khiển từ ECU
14
Hình 2.15. Cấu tạo van TCV
14
Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý hoạt động
15
Hình 2.17. Điều khiển phun sớm hơn
15

Hình 2.18. Điều khiển phun muộn hơn
15
Hình 2.19. Cấu tạo vòi phun một giai đoạn
16
Hình 2.20. Cấu tạo vòi phun hai giai đoạn
16
vi

Hình 2.21. Cảm biến áp suất
17
Hình 2.22. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa áp suất và điện áp ra
17
Hình 2.23. Cảm biến vị trí cốt máy (vị trí piston)
17
Hình 2.24. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
17
Hình 2.25. Cảm biến nhiệt độ khí nạp trên đường ống
18
Hình 2.26. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu trên động cơ
18
Hình 2.27. Cảm biến vị trí bướm ga
18
Hình 2.28. S
ơ đồ điều khiển tính toán lượng phun cơ bản
19
Hình 2.29. Sơ đồ điều khiển tính toán lượng phun tối đa
19
Hình 2.30. Đồ thị so sánh giữa hai lượng phun
19
Hình 2.31. Sơ đồ điều khiển thời điểm phun

20
Hình 2.32. Sơ đồ điều khiển phun thực tế
20
Hình 2.33. Sơ đồ điều khiển phun khi khởi động
21
Hình 2.34. H
ệ thống cung cấp nhiên liệu
21
Hình 2.35. Vị trí các chi tiết trong hệ thống
22
Hình 2.36. Bơm cao áp
22
Hình 2.37. Bơm tiếp vận
22
Hình 2.38. Van điều áp bơm tiếp vận
23
Hình 2.39. Nguyên lý van SCV
24
Hình 2.40. Van SCV mở nhiều
24
Hình 2.41. Van SCV mở ít
24
Hình 2.42. Bơm cao áp
24
Hình 2.43. Cấu tạo tổ bơm
25
Hình 2.44. Nguyên lý bơm cao áp
25
Hình 2.45. Cấu tạo ống phân phối
26

Hình 2.46. Cảm biến áp su
ất nhiên liệu 26
Hình 2.47. Van xả áp
26
Hình 2.48. Kim phun
27
Hình 2.49. Chưa có tín hiệu phun
27
Hình 2.50. Khi có tín hiệu điều khiển phun
28
Hình 2.51. Dứt phun
28
Hình 2.52. Sơ đồ vị trí các bộ phận của hệ thống điều khiển điện tử
29
Hình 2.53. Sơ đồ hệ thống Common Rail
29
vii

Hình 2.54. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ Toyota 2KD-FTV
31
Hình 2.55. Sơ đồ chân ECM động cơ Toyota 2KD-FTV
32
Hình 2.56. Vị trí EDU trong hệ thống
32
Hình 2.57. Sơ đồ cấu tạo EDU
32
Hình 2.58. Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp
34
Hình 2.59. Hiệu chỉnh theo nhiệt độ nước làm mát
34

Hình 2.60. Hiệu chỉnh theo nhiệt độ nhiên liệu
34
Hình 2.61. Hiệu chỉnh áp suất theo nhiên liệ
u
34
Hình 2.62. Xác định thời điểm phun mong muốn
35
Hình 2.63. Điều khiển phun khởi động
35
Hình 2.64. Điều khiển tốc độ khí thải
35
Hình 2.65. Điều khiển áp suất nhiên liệu
36
Hình 2.66. Quy trình kiểm tra, sửa chữa
39
Hình 2.67. Sơ đồ chân giắc DLC3
39
Hình 2.68. Không có mã lỗi
40
Hình 2.69. Có mã lỗi
40
Hình 2.70. Vị trí cầu chì EFI
40
Hình 2.71. Vị trí nối máy chẩn đoán

40
Hình 3.1. Giao diện màn hình Window với thanh công cụ main 43
Hình 3.2. Giao diện màn hình với thanh công cụ Library - Buttons 44
Hình 3.3. Giao diện màn hình Window với chức năng Actions 44
Hình 3.4. Giao diện màn hình viết lệnh cho chương trình mô phỏng 44

Hình 3.5. Giao diện màn hình thao tác với các lớp (layer) 45
Hình 3.6. Giao diện màn hình thư viện 45
Hình 3.7. Thanh công cụ Tools 45
Hình 3.8. Thuộc tính cho nét vẽ 46
Hình 3.9. Bảng điều khiển color Mixer 47
Hình 3.10. Bảng chọn loại đường nét, màu của nét vẽ 47
Hình 3.11. Bảng kiểm soát 48
Hình 3.12. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống phun diesel đ
iện tử EFI thông thường 49
Hình 3.13. Giao diện màn hình mô phỏng nguyên lý làm việc của hệ
thống phun diesel điện tử EFI thông thường
50
Hình 3.14. Giao diện mô phỏng hoạt động của hệ thống phun diesel điện
tử EFI thông thường
50
Hình 3.15. Giao diện màn hình mô phỏng bơm tiếp nhiên liệu loại cánh gạt 51
viii

Hình 3.16.Giao diện màn hình mô phỏng nguyên lý làm việc của bơm
tiếp liệu
52
Hình 3.17. Giao diện màn hình mô phỏng nguyên lý hoạt động của bơm
cao áp
52
Hình 3.18. Mô phỏng nguyên lý hoạt động của bơm cao áp 52
Hình 3.19. Giao diện màn hình mô phỏng của bộ định thời thời điểm phun 53
Hình 3.20. Mô phỏng nguyên lý hoạt động của bộ định thời thời điểm phun 54
Hình 3.21.Giao diện màn hình mô phỏng nguyên lý của vòi phun 54
Hình 3.22. Mô hình mô phỏng nguyên lý hoạt động của vòi phun 55
Hình 3.23. Sơ

đồ cấu tạo của hệ thống phun diesel điện tử loại Common Rail 55
Hình 3.24. Mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống 56
Hình 3.25. Mô phỏng nguyên lý hoạt động của bơm tiếp liệu 56
Hình 3.26. Giao diện màn hình mô phỏng nguyên lý của bơm cao áp 57
Hình 3.27. Mô phỏng hoạt động của bơm cao áp 57
Hình 3.28. Mô phỏng hoạt động của vòi phun 58
Hình 3.29. Giao diện mô phỏng hệ thống nhiên liệu diesel điện tử EFI
thông thường
59
Hình 3.30. Giao diệ
n mô phỏng hệ thống nhiên liệu diesel điện tử loại
Common Rail
59
Hình 3.31. Khung sa bàn 60
Hình 3.32. Các bộ phận của hệ thống 61
Hình 3.33. Động cơ điện 62
Hình 3.34. Sơ đồ bố trí công tắc đánh sự cố 63
Hình 3.35. Sơ đồ vị trí chân kiểm tra 63
Hình 3.36. Vị trí động cơ điện 64
Hình 3.37. Vị trí bơm cao áp và các cảm biến 64
Hình 3.38. Vị trí vòi phun và ống nghiệm 65
Hình 3.39. ECU và hộp công tắc 65
Hình 3.40. Sa bàn hệ thống 66
Hình 3.41. Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ TOYOTA 3C – TE A/T 68
Hình 3.42. Sơ đồ mạch điện cấp nguồn và nối mát ECU 70
Hình 3.43. Kiểm tra điện áp chân +BG 70
Hình 3.44. Kiểm tra điện áp chân IGSW 71
Hình 3.45. Sơ đồ mạch điện van TCV 73
Hình 3.46. Đo điện áp van TCV 74
Hình 3.47. Kiểm tra điện trở van TCV 74

Hình 3.48. Hiển thị xung của van TCV 74
Hình 3.49. Sơ đồ mạch điện van SPV 77
ix

Hình 3.50. Kiểm tra điện áp van SPV 78
Hình 3.51. Kiểm tra điện trở van SPV 78
Hình 3.52. Hiển thị xung của van SPV 78
Hình 3.53. Sơ đồ mạch điện cảm biến Ne và TDC 81
Hình 3.54. Đo điện trở cảm biến tốc độ bơm 81
Hình 3.55. Đo điện trở cảm biến trục khuỷu 81
Hình 3.56. Hiển thị xung cảm biến tốc độ bơm và cảm biến vị trí trục khuỷu 82
Hình 3.57. Sơ
đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 84
Hình 3.58. Kiểm tra điện áp cấp nguồn 85
Hình 3.59. Kiểm tra điện áp chân cảm biến 85
Hình 3.60. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (THF) 88
Hình 3.61. Kiểm tra điện áp cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (THF) 89
Hình 3.62. Sơ đồ mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp 89
Hình 3.63. Ki
ểm tra điện áp chân VC 90
Hình 3.64. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW) 92
Hình 3.65. Kiểm tra điện áp cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW) 92
Hình 3.66. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ không khí nạp (THA) 93
Hình 3.67. Kiểm tra điện áp chân THA 93
Hình 3.68. Sơ đồ mạch điện của điện trở hiệu chỉnh 95
Hình 3.69. Đo điệ
n trở hiệu chỉnh 96
Hình 3.70. Đo điện áp VRT, VRP 96
Hình 3.71. Sơ đồ mạch điện rơ le 98
Hình 3.72. Kiểm tra thông 98

Hình 3.73. Kiểm tra hoạt động của rơ le 99
Hình 3.74. Sơ đồ mạch điện giắc chẩn đoán (Diagnosic) 99
Hình 3.75. Kiểm tra điện áp chân TE1, TE2 99
Hình 3.76. Thiết bị chẩn đoán và kết nối với giắc chẩn đoán 102
Hình 3.77. Màn hình chẩn đoán không có lỗi xảy ra 103
Hình 3.78. Màn hình báo lỗi 103






x

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Lý do lựa chọn đề tài
Ngày nay hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel trên động cơ ô tô không
ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mức độ phát
thải và giảm suất tiêu hao nhiên liệu. Các kỹ sư, các nhà sản xuất động cơ
Diesel đã cải tiến và đưa ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ
chức quá trình cháy nhằ
m giới hạn các chất ô nhiễm. Các biện pháp chủ yếu
tập trung vào giải quyết các vấn đề:
+ Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc 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 khí HC.
Chính vì vậy hiện nay hệ thố

ng phun diesel điện tử đã được ứng dụng
rộng rãi trên nhiều loại xe, máy công trình của các hãng khác nhau như
Toyota, Mercedes, Hyundai, Ford, Mitsubishi, Komatsu, Hino, Isuzu,
Caterpilar, Volvo, Đây là hệ thống tương đối mới với thị trường Việt Nam;
tài liệu, thiết bị thí nghiệm phục vụ cho học tập còn hạn chế vì chủ yếu bằng
tiếng nước ngoài và đắt tiền, gây trở ngại cho việc nắm bắt kịp thời các công
nghệ
mới của thế giới. Vì thế, nhóm tác giả đề xuất thực hiện đề tài "Nghiên
cứu, thiết kế, lắp đặt sa bàn hệ thống phun Diesel điện tử và xây dựng hệ
thống bài tập trên sa bàn phục vụ công tác đào tạo" nhằm bổ sung thêm nguồn
tài liệu tham khảo học tập và thiết bị thực hành thí nghiệm giúp giảng viên và
học sinh, sinh viên khoa CNKT ô tô - Trường Đại Học Sao Đỏ nắm
được kiến
thức tổng quát về hệ thống, đồng thời nâng cao kỹ năng kiểm tra, chẩn đoán
và sửa chữa hệ thống. Nâng cao chất lượng đào tạo đáp ứng nhu cầu của xã
hội.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nâng cao hiểu biết cho giảng viên, giáo viên và HSSV về hệ thống
nhiên liệu diesel điện tử.
- Tăng cường các thiết bị cho phòng thí nghiệm, xây dự
ng các bài tập
thí nghiệm về hệ thống nhiên liệu động cơ diesel.
- Nâng cao chất lượng giảng dạy các môn học thực hành ôtô của ngành
CNKT ôtô tại Trường Đại học Sao Đỏ.
xi

3. Phương pháp nghiên cứu
3.1. Cách tiếp cận
Tiếp cận các tài liệu, thông tin cần thiết có liên quan trên các tạp chí
khoa học, tài liệu chuyên ngành, báo, đài, internet…

Tiếp cận thực tiễn: tìm hiểu hệ thống phun diesel điện tử trên một số
loại xe thường dùng trên thị trường Việt Nam hiện nay.
3.2. Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng
Hệ thống hóa và kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên có liên quan.
Quá trình thu thập thông tin, phân tích,
đánh giá dựa trên cơ sở lý thuyết và
thực tế sử dụng nhằm mục đích lựa chọn được kết cấu và nguyên tắc hoạt
động của mô hình phù hợp nhất.
Phương pháp chế tạo: San bàn được chế tạo đơn lẻ theo từng bộ phận
điển hình trên cơ sở chế tạo hoặc chọn mua trên thị trường.
Phương pháp mô phỏng: Dựa trên bản vẽ thi
ết kế nhóm sẽ mô phỏng sự
hoạt động của hệ thống trên phần mềm Flash.
Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế chế tạo, lắp đặt vận hành và hiệu
chỉnh sự hoạt động của sa bàn phù hợp, từ đó xây dựng các bài tập, thí nghiệm
ứng dụng vào giảng dạy.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Hệ thống phun Diesel điện tử trên động c
ơ ô tô (Toyota 3C-TE)
5. Phạm vi áp dụng của đề tài
Đề tài được áp dụng cho HSSV các bậc học: cao đẳng, đại học ngành
công nghệ kỹ thuật ô tô.
6. Kết cấu của đề tài
Ngoài phần mở đầu và kết luận, đề tài gồm 3 chương:
Chương 1. Khái quát về động cơ diesel và hệ thống cung cấp nhiên liệu
Chương 2. Hệ thống phun Diesel điện tử
Chương 3. Nghiên cứu thiết kế mô phỏng, l
ắp đặt sa bàn và xây dựng hệ
thống bài tập thí nghiệm.

1

CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL
VÀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU

1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu về động cơ diesel
1.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
Động cơ Diesel được phát minh vào năm 1892 nhờ kỹ sư người Đức
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 Bosch mới phát triển bơm cao áp (bơm phun
Bosch lắp cho động cơ Diesel trên ôtô thương mại và ôtô khách vào năm 1936).
Năm 1936 Bơm phun Bosch được sản xuất và lắp cho động cơ diesel trên
các ôtô thương mại và ôtô khách . Tuy nhiên, phải đến cuối những năm 60 của
thế kỷ trước hệ thống Common Rail mới được phát minh bởi Robert Huber,
người Switzerland. Công trình này sau đó được tiến sĩ Marco Ganser của viện
nghiên cứu kỹ thuật Thụy Sĩ tại Zurich tiếp tục nghiên cứu và phát triể
n.
Vào giữa những năm 1980 FIAT đã đi sâu nghiên cứu cải tiến hệ thống
nhiên liệu dùng cho động cơ Diesel nhằm thoả mãn các yêu cầu sau: Tiêu hao
nhiên liệu thấp; cải thiện đặc tính công suất của động cơ Diesel, để có mô-men
lớn ở số vòng quay nhỏ; cải thiện đặc tính khởi động lạnh; giảm tiếng ồn do
cháy gây ra do; đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe về khí xả.
Năm 1986 Bosch đã
đưa ra thị trường việc điều khiển điện tử cho hệ
thống cung cấp nhiên liệu Diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu Common
Rail. Đến giữa những năm 1990, được phát triển tiếp bởi tiến sĩ Shohei Itoh và

Masahiko Miyaki của tập đoàn Denso (Nhật Bản). Năm 1993 hệ thống nhiên
liệu mới đã thành công trong thí nghiệm và nhờ kết hợp với hãng Robert
Bosch năm 1997 hệ thống nhiên li
ệu mới cho động cơ Diesel được gọi là
Common Rail được sản xuất hàng loạt.
Hiện nay hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử, cơ cấu chấp
hành thủy lực (HEUI-Hydrolically Actuated, Electronically Controlled, Unit
Injection) đã được nghiên cứu và phát triển, mở ra một bước phát triển cho hệ
thống cấp nhiên liệu động cơ diesel.
Ra đời sớm nhưng động cơ Diesel không phát triển như động c
ơ xăng
do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của kỹ
2

thuật công nghệ, các vấn đề được giải quyết và động cơ Diesel ngày càng trở
nên phổ biến và hữu dụng hơn.
Khí thải động cơ Diesel là một trong những nguyên nhân chính gây ô
nhiễm môi trường. Động cơ Diesel có tính hiệu quả và kinh tế hơn động cơ
xăng, tuy nhiên vấn đề tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong sử
dụng động cơ Diesel. Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừ
ng được cải tiến
với các giải pháp kỹ thật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và
suất tiêu hao nhiên liệu. Các chuyên gia nghiên cứu động cơ Diesel đã đề ra
nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và điều khiển quá trình cháy
nhằm hạn chế các chất ô nhiễm. Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải
quyết các vấn đề:
- Tăng tốc độ phun để giảm n
ồng độ bồ hóng do tăng tốc độ hòa trộn
nhiên liệu và không khí.
- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp.

- Điều chỉnh quy luật phun theo hướng kết thúc nhanh quá trình phun.
- 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 củ
a hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử như: bơm cao áp điều
khiển điện tử; vòi phun điện tử; ống tích trữ nhiên nhiệu áp suất cao (ống Rail).
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 Rail và
được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu. So với các hệ thố
ng 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 m/s).
- Có thể thay đổi áp suất phun và th
ời điểm phun tùy theo chế độ làm
việc của động cơ; tiết kiệm nhiên liệu; giảm mức độ ô nhiễm môi trường.
1.1.2. Các nghiên cứu ở trong nước
Ở Việt Nam, từ năm 1960 Nhà máy Cơ khí Trần Hưng Đạo (Hà Nội) đã
nghiên cứu sản xuất động cơ diesel 2-20; đó là động cơ có 2 xy lanh, công suất
20 mã lực; đến năm 1972, Nhà máy sản xuất động cơ diesel 12 mã lực; 1 xy
lanh loại n
ằm có công suất 12 mã lực được lắp trên các máy cày tay cỡ nhỏ
3

hiệu Bông Sen. Sau năm 1975, nhà máy Vikyno và Vinappro (ở khu kỹ nghệ
Biên Hòa) đi vào chế tạo động cơ diesel 1 xy lanh mang ký hiệu D9 (có công
suất 9 mã lực) và D6 (có công suất 6 mã lực). Hiện các nhà máy này vẫn sản

xuất động cơ diesel với cơ cấu cung cấp nhiên liệu thông thường.
Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam hệ thống phun diesel điện tử đã được
ứng dụng rộng rãi trên nhiều loại xe ô tô, máy công trình của các hãng khác
nhau trên thế giới. Tài liệu viết về
hệ thống phun diesel điện tử còn ít, hoặc chỉ
nêu kết cấu nguyên lý chung của hệ thống. Các nghiên cứu chuyên sâu về hệ
thống cần phải có máy móc thiết bị hiện đại, đắt tiền nên chỉ một số trung tâm,
viện nghiên cứu mới có điều kiện áp dụng. Các nghiên cứu chủ yếu chỉ tập
trung trong nội bộ các hãng sản xuất và tài liệu chủ yếu viết bằng ti
ếng nước
ngoài nên việc nghiên cứu về kết cấu, nguyên lý hoạt động và kiểm tra sửa
chữa bảo dưỡng hệ thống phun diesel điện tử của kỹ thuật viên và đặc biệt là
sinh viên học sinh ở các cơ sở đào tạo gặp nhiều khó khăn.
Việc nghiên cứu và ứng dụng để kiểm tra, chẩn đoán, sửa chữa hệ thống
phun diesel điện tử là yêu c
ầu đặt ra với các cơ sở đào tạo phải có đội ngũ
giảng viên hiểu biết sâu về hệ thống và có mô hình thực tế để nghiên cứu và
ứng dụng vào giảng dạy. Do vậy tập thể giảng viên Trường Đại học Sao Đỏ đã
thực hiện đề tài khoa học: "Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt sa bàn hệ thống
phun Diesel điện tử và xây dựng hệ
thống bài tập trên sa bàn phục vụ công
tác đào tạo”, nhằm mục đích tăng cường cơ sở vật chất, tài liệu học tập cho
HSSV ngành công nghệ kỹ thuật ô tô, đáp ứng được yêu cầu của thực tiễn.
1.2. Giới thiệu chung một số hệ thống nhiên liệu trên động cơ diesel
1.2.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel dùng bơm dãy
a) Sơ đồ cấu tạo
Trên hình 1.1 trình bày sơ
đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ
Diesel dùng bơm cao áp phân phối.

Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel
(1). Thùng chứa nhiên liệu
(2). Bơm chuyển nhiên liệu
(3). Bầu lọc nhiên liệu
(4). Bơm cao áp
(5). Bộ điều chỉnh góc phun sớm
(6). Bộ điều tốc
(7). Vòi phun
(8). Đường dầu đi
(9). Đường dầu hồi

9
1
6
2
8
7
3
4
5
4

b) Nguyên lý làm việc

Khi động cơ làm việc, bơm chuyển nhiên liệu (2) sẽ hút nhiên liệu từ
thùng chứa (1) đẩy lên bầu lọc (3) ở đây nhiên liêu được lọc sạch các cặn bẩn
được giữ lại ở đây, sau đó chuyển đến bơm cao áp bơm cao áp (4). Khi nhiên
liệu bị nén trong bơm cao áp dến áp suất cao, nhiên liệu sẽ đi theo đường ống
đẩy nhiên liệu cao áp đến vòi phun (7). Vào thời điểm piston đã lên gầ
n điểm
chết trên khi đó không khí trong xylanh đã bị nén với áp suất lớn (30 - 40)
kG/cm
2
và nhiệt độ cao 800 - 1000
o
K thì áp suất nhiên liệu cũng đạt đến giá trị
cần thiết (125 - 175) kG/cm
2
để nâng kim phun mở lỗ phun và nhiên liệu được
phun ra dưới dạng sương mù và được phân bố đều trong toàn bộ thể tích
buồng cháy để hình thành hỗn hợp trong thời gian ngắn và quá trình cháy bắt
đầu. Quá trình phun kết thúc, khi bơm cao áp ngắt hoàn toàn việc cung cấp
nhiên liệu cao áp. Lượng nhiên liệu thừa trong bơm cao áp, bầu lọc và vòi
phun được xả trở về thùng chứa theo các đường ống hồi dầu nhiên liệu.
1.2.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel dùng bơ
m phân phối
a) Cấu tạo

b) Nguyên lý làm việc
Khi bật khóa điện và động cơ làm việc, thông qua bộ truyền đai, trục cơ
dẫn động trục bơm quay. Bơm chuyển nhiên liệu làm việc và hút hút nhiên
liệu từ thùng chứa (31) qua bầu lọc (28) được đẩy vào buồng bơm. Van điều
chỉnh áp suất (30) được lắp trên cửa ra của bơm chuyển nhiên liệu, khi áp suất
H
ình 1.2. Cấu tạo bơm phân phối
1. Trục truyền động; 2. Bơm chuyển
nhiên liệu; 3. Con lăn và vòng con lăn; 4.
Bộ điều khiển phun sớm; 5. Đĩa cam; 6.
Lò xo hồi vị piston bằng cơ khí; 7. Bạc
điều chỉnh nhiên liệu; 8. Rãnh chia; 9. Lỗ
chia; 10. Đường dẫn nhiên liệu; 11. Van
cao áp; 12. Piston; 13. Khoang cao áp;
14. Cửa nạp; 15. Van điện từ; 16. Cần
khởi động; 17. Cần điều khiển; 18. Vít
điều chỉnh toàn tải; 19. Cần hiệu chỉnh;
20.
Đường dầu hồi; 21. Lò xo không tải;
22. Đòn cắt nhiên liệu; 23. Ống trượt bộ
điều tốc; 24. Lò xo điều tốc; 25. Cần ga;
26. Quả văng; 27. Bánh răng bộ điều tốc;
28. Bầu lọc nhiên liệu; 29. Trục bộ điều
tốc; 30. Van điều chỉnh áp suất; 31.

Thùng nhiên liệu; 32. Vòi phun.
5

nhiên liệu trong buồng bơm vượt quá giá trị cho phép sẽ đẩy mở van, nhiên
liệu dư được đẩy trở lại đường nạp. Đường dầu hồi (20) được lắp trên nắp
bơm, thông buồng bơm với thùng nhiên liệu (31) để ổn định nhiệt độ và áp
suất trong buồng bơm, đồng thời thường xuyên tự xả e cho bơm chia.
Piston chia (12) vừa chuyển động quay, vừa chuyển động tịnh ti
ến do
đĩa cam (5) truyền tới. Đĩa cam quay nhờ trục truyền (1) qua khớp nối trung
gian, đồng thời các vấu cam trên đĩa cam sẽ trượt trên các con lăn, cùng với sự
tác động của lò xo hồi vị piston tạo nên chuyển động tịnh tiến cho đĩa cam.
Chuyển động quay của piston (12) để đóng, mở đường dầu vào khoang cao áp
(13), còn chuyển động tịnh tiến để nạp và nén nhiên liệu. Trường hợp nạp
nhiên liệu, khi piston
đi xuống và rãnh vát trên đầu piston mở cửa nạp, nhiên
liệu trong khoang bơm qua đường nạp, qua rãnh vát của piston chia vào
khoang cao áp (13). Trường hợp piston đi lên, quá trình nén nhiên liệu được
bắt đầu khi đầu piston đóng cửa nạp (14), tới khi lỗ chia trên piston (9) trùng
với lỗ chia trên xi lanh (8), thì nhiên liệu có áp suất cao đẩy mở van triệt hồi
(11) vào đường ống cao áp và tới vòi phun (32).
Quá trình kết thúc cung cấp nhiên liệu khi bạc điều chỉnh (7) mở cửa xả
trên piston, khi đó nhiên liệu t
ừ khoang cao áp (13) được xả tự do trở lại
khoang bơm. Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ được điều khiển bởi bạc
điều chỉnh (7) thông qua bộ điều tốc ly tâm và cần ga (25) sao cho phù hợp
với các chế độ khác nhau. Khi tốc độ động cơ tăng, góc phun sớm nhiên liệu
được điều chỉnh bằng bộ điều chỉnh phun sớm (4). Khi muốn tắt máy ta ngắ
t
khóa điện, van điện từ (15) đóng đường nạp nhiên liệu vào khoang cao áp

(13).
1.2.3. Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel điện tử dùng bơm VE

a) Bơm VE điều khiển điện tử có một piston hướng trục
* Cấu tạo
:
- Bơm sơ cấp, khớp
chữ thập dẫn động cam,
vành con lăn, cơ cấu điều
khiển phun sớm, van điều
khiển lượng phun SPV,
van điều khiển phun sớm
TCV, cảm biến tốc độ…
Hình 1.3. Cấu trúc của bơm VE loại hướng trục
6

- Không có quả ga và piston không có lỗ ngang. Vì vậy để điều chỉnh
lượng nhiên liệu phun thì bơm sử dụng một van xả áp thông với khoang
xylanh.
* Hoạt động
:
Khi động cơ làm việc thì một bơm sơ cấp loại cánh gạt được bố trí trong
bơm VE sẽ hút dầu từ thùng dầu qua lọc và nén trong khoang bơm đến áp suất
2÷ 7 (kg/cm
2
) và gọi là áp suất sơ cấp. Sau đó dầu có áp suất này được đưa tới
chờ sẵn tại cửa nạp và khi phần xẻ rãnh của piston trùng với cửa nạp thì dầu
được nạp vào khoang xylanh. Khi piston quay lên thì phần không xẻ rãnh ở
đầu piston sẽ che lấp cửa nạp, đồng thời lúc này phần lồi của cam đĩa sẽ tác
động lên con lăn làm cho piston bị đẩy lên để nén dầu trong khoang xylanh.

Dầu trong khoang xylanh bị nén tới gầ
n áp suất phun thì cửa chia dầu trên
piston trùng với một đường dẫn ra một vòi phun nào đó. Do vậy, khi dầu trong
khoang xylanh đạt tới áp suất phun thì van ngắt dầu mở, dầu theo đường cao
áp tới kim phun. Nó sẽ mở kim phun và phun dầu vào buồng cháy động cơ.
Lượng dầu phun vào động cơ nhiều hay ít phụ thuộc vào thời điểm mở van xả
áp. Nếu vòi phun đang phun mà van xả áp mở ra thì dầu trong khoang xylanh
sẽ thông qua van xả áp về khoang bơm làm m
ất áp suất phun.
b) Bơm VE điều khiển điện tử loại nhiều piston hướng kính
* Cấu tạo
:
Bơm VE loại này vẫn có
một bơm sơ cấp để tạo ra áp
suất sơ cấp nạp vào trong
khoang bơm. Trục bơm được
nối với roto và ở roto bố trí 4
piston hướng kính chịu tác
động của các con lăn thông qua
đế con lăn, ở giữa là một lỗ
khoang dọc tâm, lỗ khoang này
thông với cửa nạp dầu và cửa
chia dầu. Phía ngoài roto là một
vành cam.
* Hoạt động
:
Khi động cơ làm việc thì dầu có áp suất sơ cấp sẽ chờ sẵn ở cửa nạp dầu
và đến khi một lỗ xẻ rãnh ở trên roto trùng với cửa nạp thì dầu sẽ được nạp
vào trong khoang xylanh, tiếp sau đó thì lỗ xẻ rãnh trên roto sẽ che lấp lỗ nạp
Hình 1.4. Cấu trúc bơm VE loại hướng kính

7

dầu đồng thời các con lăn sẽ lăn lên phần lồi của vành cam nên các piston có
xu hướng chuyển động dập vào với nhau để nén dầu trong khoang xylanh. Khi
áp suất dầu gần đạt tới áp suất phun thì một lỗ xẻ rãnh khác trên roto lại trùng
với cửa chia dầu ra một vòi phun nào đó. Nên khi dầu trong khoang xylanh đạt
tới áp suất phun thì vòi phun sẽ phun dầu vào buồng cháy động cơ, còn lượng
phun nhiều hay ít phụ thuộc vào thời điểm mở
van xả áp.
1.2.4. Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel điều khiển điện tử (Common
Rail)
a) Cấu tạo

Hình 1.5. Cấu tạo hệ thống Common Rail
1. Thùng nhiên liệu; 2. Bơm
cao áp Common rail; 3. Lọc
nhiên liệu; 4. Đường cấp
nhiên liệu cao áp; 5. Đường
nối cảm biến áp suất đến
ECU ; 6. Cảm biến áp suất;
7. Common Rail tích trữ &
điều áp nhiên liệu; 8. Van an
toàn (giới hạn áp suất); 9.
Vòi phun; 10. Các cảm biến
nối đến ECU và Bộ điều
khiển thiết bị (EDU);
11.Đường về nhiên liệu
(thấp áp)

8

+ Hệ thống cung cấp nhiên liệu: gồm thùng nhiên liệu, lọc nhiên liệu,
bơm cao áp, ống phân phối, kim phun, các đường ống cao áp. Hệ thống cung
cấp nhiên liệu có công dụng hút nhiên liệu từ thùng chứa sau đó nén nhiên liệu
lên áp suất cao và chờ tín hiệu điều khiển từ ECM sẽ phun nhiên liệu vào
buồng đốt.
+ Hệ thống điều khiển điện tử: gồm bộ xử lý trung tâm ECM, bộ

khuyếch đại điện áp để mở kim phun EDU, các cảm biến đầu vào và bộ chấp
hành. ECM thu thập các tín hiệu từ nhiều cảm biến khác nhau để nhận biết
tình trạng hoạt động của động cơ, sau đó tính toán lượng phun, thời điểm phun
nhiên liệu và gửi tín điều khiển phun đến EDU để EDU điều khiển mở kim
phun. Ngoài ra hệ thống điều khiển đ
iện tử còn tính toán và điều khiển áp suất
nhiên liệu và tuần hoàn khí xả.
b) Nguyên lý làm việc
+ Vùng nhiên liệu áp suất thấp: Bơm tiếp vận (nằm trong bơm cao áp)
hút nhiên liệu từ thùng chứa → qua lọc nhiên liệu để lọc sạch cặn bẩn và tách
nước và đưa đến van điều khiển hút (SCV) lắp trên bơm cao áp.
+ Vùng nhiên liệu áp suất cao: Nhiên liệu từ van điều khiển hút (SCV)
được
đưa vào buồng bơm, tại đây nhiên liệu sẽ được bơm cao áp nén lên áp
suất cao và thoát ra đường ống dẫn cao áp đi đến ống phân phối và từ ống
phân phối đi đến các kim phun chờ sẵn. Áp suất nhiên liệu sẽ được quyết định
bởi tính toán của ECM tùy theo chế độ làm việc của động cơ thông qua các tín
hiệu cảm biến gửi về. ECM sẽ điều khiển mức độ
đóng mở của van SCV để
điều khiển áp suất hệ thống.
+ Điều khiển phun nhiên liệu: ECM tính toán thời điểm và lượng nhiên
liệu phun ra tối ưu cho từng chế độ làm việc cụ thể của động cơ dựa vào tín
hiệu từ cảm biến gửi về và gửi tín hiệu yêu cầu phun nhiên liệu đến EDU.
EDU có nhiệm vụ khuyếch đại điện áp t
ừ 12V → 85V cấp đến kim phun để
mở kim → nhiên liệu có áp suất cao đang chờ sẵn trong ống phân phối sẽ
phun vào buồng đốt khi kim mở và dứt phun khi EDU ngừng cấp điện cho
kim phun. Thời điểm bắt đầu phun được quyết định bởi thời điểm ECM phát
tín hiệu phun, lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi độ dài thời gian

phát tín hiệu phun của ECM. Tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng s
ớm thời
điểm phun càng sớm và ngược lại, tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng dài
lượng nhiên liệu phun ra càng nhiều và ngược lại.


9

CHƯƠNG 2
HỆ THỐNG PHUN DIESEL ĐIỆN TỬ

2.1. Đặc tính phun của hệ thống nhiên liệu diesel
2.1.1. Hệ thống nhiên liệu kiểu cũ
Hệ thống phun kiểu cũ dùng
bơm phân phối hay bơm thẳng hàng
(distributor or inline injection pumps),
việc phun nhiên liệu chỉ có một giai
đoạn gọi là giai đoạn phun chính (main
injection phase), không có khởi phun
và phun kết thúc.
Việc tạo ra áp suất và cung cấp lượng nhiên liệu diễn ra song song với
nhau bởi cam và piston bơ
m cao áp, điều này tạo ra các tác động xấu đến
đường đặc tính phun như:
- Áp suất phun tăng đồng thời với tốc độ và lượng nhiên liệu được
phun.
- Suốt quá trình phun, áp suất phun tăng lên và lại giảm xuống theo áp
lực đóng của ty kim ở cuối quá trình phun.
Kết quả là:
- Khi phun với lượng dầu ít thì áp suất phun cũng nhỏ và ngược lại.

- Áp suất đỉnh cao gấp đôi áp suất phun trung bình.
Để quá trình cháy hiệ
u quả, đường cong mức độ phun nhiên liệu thực tế
có dạng tam giác.
Áp suất đỉnh quyết định tải trọng đặt lên các thành phần của bơm và các
thiết bị dẫn động. Ở hệ thống nhiên liệu cũ, nó còn ảnh hưởng đến tỉ lệ hỗn
hợp A/F trong buồng cháy.
2.1.2. Hệ thống phun diesel điện tử CDI
Hệ thống common rail, với đặc
điểm phun 2 lần: phun s
ơ khởi và phun
chính.
a) Phun sơ khởi (pilot injection)
Phun sơ khởi có thể diễn ra sớm
đến 90
o
trước điểm chết trên (BTDC).
Hình 2.1. Đặc tính phun dầu thường
Hình 2.2. Đường đặc tính phun
của hệ thống common rail

10

Nếu thời điểm khởi phun xuất hiện nhỏ hơn 40
o
BTDC, nhiên liệu có
thể bám vào bề mặt của piston và thành xylanh và làm loãng dầu bôi trơn.

Trong giai đoạn này, một lượng nhỏ nhiên liệu (1÷4 mm
3

) được phun
vào xylanh để "mồi". Kết quả là quá trình cháy được cải thiện và đạt được
hiệu quả: Áp suất cuối quá trình nén tăng lên nhờ vào giai đoạn phun sơ khởi
và nhiên liệu cháy một phần. Điều này giúp giảm thời gian trễ cháy, tăng
nhanh áp suất khí cháy và áp suất cực đại dẫn đến quá trình cháy êm dịu hơn.
Kết quả là giảm tiếng ồn của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và trong
nhi
ều trường hợp giảm được nồng độ các chất độc hại trong khí thải. Quá trình
phun sơ khởi đóng vai trò gián tiếp trong việc làm tăng công suất của động cơ.
b) Giai đoạn phun chính (main injection)
Công suất đầu ra của động cơ xuất phát từ giai đoạn phun chính tiếp
theo giai đoạn phun sơ khởi. Điều này có nghĩa là giai đoạn phun chính giúp
tăng lực kéo của động cơ. Với h
ệ thống common rail, áp suất phun vẫn giữ
không đổi trong suốt quá trình phun.
Ngoài ra trên một số kiểu động cơ còn có giai đoạn phun thứ cấp (sec-
ondary injection) để giảm lượng phát thải độc hại, đốt cháy NO
x
.
2.2. Hệ thống phun diesel điện tử EFI thông thường
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý
Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển điện tử dùng bơm cao áp phân
phối kiểu VE (VE EDC) hình 2.3 tương tự như ở hệ thống diesel điều khiển cơ
khí, nhiên liệu cao áp được tạo ra từ bơm và được đưa đến từng kim phun nhờ
ống cao áp nhưng việc điều khiển thời đ
iểm và lưu lượng phun được ECU
quyết định thông qua việc điều khiển hai van điện từ là TCV - timing control
valve và SPV - spill control valve.

Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu VE – EDC

11

Sơ đồ vị trí của bơm cao áp, các cảm biến và ECU trên xe như trên hình vẽ:















2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận
a) Bơm cao áp
* Bơm tiếp vận
:
Thuộc loại bơm cánh gạt có bốn
cánh và một rotor. Khi trục dẫn động
quay làm roto quay, các cánh gạt dưới
tác dụng của lực ly tâm ép sát vào vách
buồng áp suất và ép nhiên liệu tới thân
bơm. Khi bơm cấp liệu quay sẽ hút
nhiên liệu từ thùng chứa, qua bộ lọc

nhiên liệu đi vào trong thân bơm với
một áp suất được giới hạn bởi van điều
khiển.
* Cảm biến t
ốc độ:
Cảm biến này được lắp trên bơm
cao áp bao gồm một roto ép dính với
trục dẫn động và một cảm biến (là một
cuộn dây). Khi roto quay các xung tín
H
ình 2.4. Vị trí các bộ
p
hận của hệ thốn
g
t
r
ên ô tô
Hình 2.5. Cấu tạo bơm tiếp vận
Hình 2.6. Tín hiệu phát ra của
cảm biến

12

hiệu đươc tạo ra trong cảm biến dưới dạng các xung điện áp hình sin và
được gửi về ECU. Điện trở cuộn dây ở 20
0
C khoảng 205Ω ÷ 255Ω.
* Đĩa cam và con lăn
:
Đĩa cam được dẫn động bởi trục dẫn

động. Khi rotor quay các vấu cam trên đĩa cam
tỳ lên con lăn làm cho piston bơm chuyển
động vừa quay vừa tịnh tiến tạo áp suất cao
cho nhiên liệu, số vấu cam bằng với số xy lanh
động cơ.
* Piston bơm:

- Cấu tạo: Piston bơm (hình 2.8) có bốn rãnh hút, một cửa phân phối và
được bắt chặt với đĩa cam. Piston và đĩa cam tỳ chặt lên mặt con lăn nhờ lò xo
piston bơm. Số rãnh hút bằng với số xy lanh động cơ (động cơ có bốn xy lanh
nên có bốn rãnh hút). Khi đĩa cam quay một vòng thì piston cũng quay một
vòng và tịnh tiến 4 lần, mỗi lần tịnh tiến ứng với một lần phun của một kim
phun.








- Nguyên lý hoạt động:
+ Giai đoạn nạp: Van SPV đóng do tác dụng của lò xo van, piston bơm
dịch chuyển về phía trái, cửa nạp được mở và nhiên liệu từ trong thân bơm
được hút vào xylanh bơm.
+ Giai đoạn phun: ECU sẽ gửi tín hiệu đến van SPV, SPV vẫn ở trạng
thái đóng, piston bơm bắt đầu dịch chuyển sang phải, nhiên liệu bắt đầu bị nén
và nhiên liệu được đưa đến các kim phun qua ống phân phố
i.
+ Giai đoạn kết thúc phun: ECU ngắt tín hiệu gửi tới van SPV, van

SPV mở, áp suất nhiên liệu trong xylanh bơm giảm xuống, quá trình phun kết
thúc.
Hình 2.7. Đĩa cam và con lăn
Hình 2.8. Cấu tạo piston bơm Hình 2.9. Nguyên lý hoạt động của piston bơm
13

* Van điều khiển lượng phun (SPV):
Điện trở của cuộn dây ở 20
0
C khoảng 1÷ 2Ω. Có 2 loại van điều khiển SPV:
- Loại thông thường: Được sử dụng trong loại bơm piston hướng trục
- Loại trực tiếp: Được sử dụng trong loại bơm piston hướng kính.









- Thời kỳ nạp: Trong thời kỳ nạp, piston di chuyển về bên trái hút nhiên
liệu vào buồng bơm. Lúc này ECU chưa gửi tín hiệu đến van SCV, lỗ B mở
nhưng van chính vẫn đóng.

a. Thời kỳ nạp; b. Thời kỳ phun; c. Thời kỳ chuẩn bị dứt phun; d. Dứt phun
- Thời kỳ phun: Đến cuối quá trình nạp ECU sẽ gửi tín hiệu đến van
SCV, van chính vẫn ở trạng thái đóng. Sau đó piston bắt đầu đi lên nén nhiên
liệu, nhiên liệu được đưa đến kim phun. Nếu áp suất nhiên liệu đủ lớn nén
được lò xo van kim thì nhiên liệu sẽ được phun vào động cơ.
- Chuẩn bị dứt phun: Khi ECU ngắt tín hiệu, dòng điện trong cuộn dây
bị ngắt, van phụ mở lỗ B. Do lỗ B lớn h
ơn lỗ C nên áp suất nhiên liệu trong
van chính sẽ nhỏ hơn bên ngoài nên van chính sẽ bị mở ra.
- Dứt phun: Khi van chính mở, nhiên liệu trong xi1anh bơm hồi về
trong thân bơm làm cho áp suất nhiên liệu trong xylanh bơm giảm xuống, van
Hình 2.10. Hai loại van điều khiển
lượng nhiên liệu

Hình 2.11. Cấu tạo van SCV
thông thường

Hình 2.12. Quá trình điều khiển vòi phun
a)
b) c)
d)