Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 1 Lớp: 08LTĐL
1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
1.1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ DIESEL
Kỹ sư người Đức có tên là Rodlf Diesel đăng ký bằng sáng chế đầu tiên về loại
động cơ phun dầu, sau này được mang tên ông vào những năm 1892. Từ đó đến nay
loại động cơ này đã có được rất nhiều cải tiến để đến sự hoàn thiện vào những năm đầu
thập niên 70 của thế kỷ XX.
Từ ban đầu khi động cơ này ra đời, hầu như tất cả các hệ thống đều được điều
khiển bằng cơ khí nên công suất động cơ, tiêu hao nhiên liệu, các chế độ hoạt động của
động cơ chưa được hoàn thiện trong quá trình sử dụng và gây rất nhiều khó khăn cho
người sử dụng. Do đó với cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật ra đời vào những năm 50,
60 của thế kỷ XX đã có tác dụng tích cực làm thay đổi khả năng tự động điều khiển
của động cơ, với sự trợ giúp chủ yếu của các cảm biến, các bộ xử lý và các bộ thừa
hành làm cho quá trình điều khiển động cơ thích ứng với điều kiện làm việc nhanh hơn
và chính xác hơn rất nhiều so với các hệ thống điều khiển cơ khí, thuỷ lực thường dùng
trước đây.
Trước sự phát triển đó hệ thống nhiên liệu, loại trừ các cơ cấu điều khiển cơ khí
mà thay vào đó hệ thống điều khiển điện tử thuộc thế hệ mới góp phần cải tiến, điện tử
hoá các cơ cấu, nâng cao tính kinh tế, giảm ô nhiễm môi trường và đơn giản hoá trong
quá trình điều khiển.
1.2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
1.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Nhiệm vụ :
- Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời
gian nhất định, giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống.
- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ : đảm bảo tốt các yêu cầu :
+ Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm
việc của động cơ.
+ Phun nhiên liệu vào đúng thời điểm, đúng quy luật mong muốn.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV

SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 2 Lớp: 08LTĐL
+ Lưu lượng nhiên liêu vào các xylanh phải đồng đều. Phải phun nhiên
liệu vào xylanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước và lỗ phun, để nhiên liệu
được xé tơi tốt.
- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số
lượng và phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng
cháy và với cường độ và phương hướng chuyển động của mỗi chất trong buồng cháy
để hoà khí được hình thành nhanh và đều.
 Yêu cầu :
Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel phải thoả mãn các yêu cầu sau :
- Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao.
- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa .
- Dễ chế tạo, giá thành hạ.
- Nhiên liệu diesel phải rất sạch không chứa tạp chất và nước.
- Nhiên liệu phải có trị số Cetanne cao (40 – 55) đốt cháy ngay khi nó được
phun vào buống đốt, không tồn đọng nhiên liệu và kết quả là động cơ chạy êm.
1.2.2. Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
Đặc điểm khác biệt của động cơ diesel so với động cơ xăng là địa điểm và thời
gian hình thành hỗn hợp nổ. Trong động cơ xăng, hoà khí bắt đầu hình thành ngay từ
khi xăng được hút khỏi vòi phun vào đường nạp (động cơ dùng bộ chế hoà khí) hoặc
được phun vào đường ống nạp (động cơ phun xăng). Quá trình trên được còn tiếp diễn
trong xy lanh, suốt quá trình nạp và quá trình nén cho đến khi được đốt cháy cưỡng
bức bằng tia lửa điện. Ở động cơ diesel gần cuối quá trình nén, nhiên liệu mới được
phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hỗn hợp rồi tự bốc cháy. Dầu diesel có
tính năng đặc biệt về độ bốc hơi, độ nhớt và chi số cetane.
* Hoạt động của hệ thống nhiên liệu:
Bơm chuyển nhiên liệu 9 hút nhiên liệu từ thùng chứa 12, sau đó đẩy tới bầu lọc tinh
2. Tại bầu lọc tinh nhiên liệu được lọc sạch tạp chất, sau đó nhiên liệu theo đường ống
3 tới bơm cao áp 8. Bơm cao áp tạo cho nhiên liệu một áp suất đủ lớn theo đường ống
cao áp 6 đến vòi phun 4 cung cấp cho xylanh động cơ.

Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ bơm
cao áp được theo đường ống dẫn 5 và 11 trở về thùng chứa.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 3 Lớp: 08LTĐL
Nhiên liệu đi vào trong xylanh bơm cao áp không được lẫn không khí vì không
khí sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm không ổn định, thậm chí có thể làm gián đoạn
quá trình cấp nhiên liệu. Không khí lẫn trong hệ thống nhiên liệu có thể là do không
khí hòa tan trong nhiên liệu tách ra khi áp suất thay đổi đột ngột, cũng có thể do khí
trời lọt vào do đường ống không kín, đặc biệt là ở những khu vực mà áp suất nhiên liệu
thấp hơn áp suất khí trời. Để xả không khí ra khỏi hệ thống nhiên liệu trên bầu lọc, trên
vòi phun và trên bơm cao áp có bulông xả khí.

2 3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
13
Hình 1.1 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel

Không khí từ ngoài trời qua lọc khí vào ống nạp rồi qua xupáp nạp đi vào động
cơ. Trong quá trình nén các xupáp hút và xả đều đóng kín, khi piston đi lên không khí
trong xylanh bị nén. Piston càng tới sát điểm chết trên, không khí bên trên piston bị
chèn chui vào phần khoét lõm ở đỉnh piston, tạo ra ở đây dòng xoáy lốc hướng kính

Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
1- Bulông xả khí ; 2- Bầu lọc nhiên liệu ; 3, 5, 6, 10, 11- Ống dẫn nhiên liệu ; 4- Vòi
phu ; 7- Van tràn ; 8- Bơm cao áp ; 9- Bơm chuyển ; 12- Thùng chưa nhiên liệu ; 13-
Bulông xả nước.
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 4 Lớp: 08LTĐL
ngày càng mạnh. Cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào dòng xoáy lốc này,
được xé nhỏ, sấy nóng, bay hơi và hoà trộn đều với không khí tạo ra hoà khí rồi tự bốc
cháy.
1.2.3. Các dạng cấu tạo bơm cao áp trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel
1.2.3.1. Bơm cao áp (Bosch)
Hình 1.2 : Bơm cao áp
Nguyên lý hoạt động : Piston đi xuống nhờ lực đẩy lò xo 19, van cao áp 12
đóng kín, nhờ độ chân không được tạo ra trong không gian phía trên piston, khi mở
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
1- Bulông xả khí ; 2- Vít hãm ; 3- Đầu nối ống nhiên liệu đến vòi phun ; 4- Đầu nối
ống nhiên liệu vào bơm ; 5- Vỏ bộ hạn chế nhiên liệu ; 6- Khớp nối của trục cam ; 7-
Đĩa chắn dầu ; 8- Trục bơm ; 9- Ổ bi ; 10- Vỏ bộ điều tốc ; 11- Lò xo van cao áp ;
12- Van cao áp; 13- Xilanh bơm cao áp ; 14- Lỗ xả ; 15- Piston bơm cao áp ; 16- Vít
; 17- Ống xoay ; 18- Đĩa trên ; 19- Lò xo bơm cao áp ; 20- Đĩa dưới ; 21- Bulông
điều chỉnh ; 22- Con đội ; 23- Con lăn ; 24- Cam
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 5 Lớp: 08LTĐL
các lỗ A, B nhiên liệu được nạp đầy vào không gian này cho tới khi piston nằm ở vị trí
thấp nhất.
Piston đi lên nhờ cam 24, lúc đầu nhiên liệu bị đẩy qua các lỗ A, B ra ngoài ; khi
đỉnh piston che kín hai lỗ A, B thì nhiên liệu ở không gian ở phía trên piston 15 tăng áp
suất, đẩy mở van cao áp 12, nhiên liệu đi vào đường cao áp tới vòi phun. Quá trình cấp
nhiên liệu được tiếp diễn tới khi rãnh nghiêng trên đầu piston mở lỗ xả B thời điểm kết
thúc cấp nhiên liệu, từ lúc ấy nhiên liệu từ không gian phía trên piston qua rãnh dọc
thoát qua lỗ B ra ngoài khiến áp suất trong xilanh giảm đột ngột, van cao áp được đóng
lại.

1.2.3.2. Bơm phân phối
Hình 1.3 : Bơm phân phối
Hình 1.3 : Bơm phân phối

Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
1- Bạc xả ; 2- Thiết bị điều chỉnh thời gian phun ; 3- Vành cam ; 4- Con lăn ; 5- Đĩa
truyền động ; 6- Trục vào ; 7- Bánh răng bơm chuyển ; 8- Trục bộ điều tốc ; 9- Bánh
răng bộ điều tốc ; 10- Quả văn ; 11- Đòn điều chỉnh ; 12- Lò xo điều tốc ; 13- Màng
chân không ; 14- Ống nối đường nạp ; 15- Lò xo màng điều chỉnh chân không ; 16-
Đường ống hồi dầu ; 17- Vít điều chỉnh ; 18- Đòn áp lực ; 19- Van điện từ ; 20-
Piston ; 21- Van cao áp ; 22- Đầu nối với vòi phun
A
B
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 6 Lớp: 08LTĐL
Nguyên lý hoạt động: Dẫn động xoay piston 20 được trục bơm 6 dẫn động, còn
dẫn động định tiến do vành cam 3 trên trục bơm 6 dẫn động. Trên sườn piston có các
lỗ thoát B, khi piston xoay lỗ thoát này sẽ lần lượt ăn thông với các lỗ khoan chéo A
trên đầu bơm. Trong hành trình công tác nhiên liệu nén và phân phối lần lượt qua các
lỗ khoan chéo A, khi đó áp suất nhiên liệu nén đi qua van cao áp 21 rồi đi đến vòi phun
nhiên liệu của xylanh tương ứng. Trên bơm còn có bơm chuyển nhiên liệu kiểu phiến
gạt được nâng lên một áp suất ổn định, quả văng 10 thông qua quan hệ tay đòn, quả
văng tác động vào bạc xả 1 qua đó làm thay đổi thời điểm mở lỗ xả và thực hiện việc
điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp theo chế độ làm việc của động cơ.
Loại bơm này có kết cấu đơn giản hơn so với bơm cao áp thẳng hàng kiểu Bosch cho
nên được sử dụng rộng rãi hơn, nhưng loại bơm cao áp sử dụng trong hệ thống nhiên
liệu Common Rail kết cấu đơn giản hơn ta khảo sát sau.
1.2.4. Đặc điểm hình thành hỗn hợp trong động cơ diesel
Nhiên liệu được phun vào buồng đốt từ 15
0
- 30

0
trước ĐCT/ kỳ nén, khi dấu
phun nhiên liệu “ INJ” ở bánh đà đúng ngay chi thị mà lăng vạch ở ống dẫn hướng
ngay dấu chỉ thị ở cử sổ là thời điểm khơi phun. Hỗn hợp được hình thành bên trong
xilanh động cơ với thời gian rất ngắn tính theo góc quay của trục khuỷu, chỉ bằng 1/10
đến 1/20 so với trường hợp của máy xăng, ngoài ra nhiên liệu diesel lại khó bay hơi
hơn xăng nên phải được phun thật tơi và hoà trộn đều trong không gian buồng cháy. Vì
vậy phải tạo điều kiện để nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi nhanh và hoà trộn đều với
không khí trong buồng cháy nhằm tạo ra hoà khí ; mặt khác phải đảm bảo cho nhiệt độ
không khí trong buồng cháy tại thời gian phun nhiên liệu phải đủ lớn để hoà khí tự bốc
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 hoá của nhiên liệu, sau đó một phần nhiên liệu được
phun vào trước đã tạo thành hỗn hợp thì tự bốc cháy trong khi nhiên liệu vẫn được tiếp
tục phun vào để cung cấp cho xy lanh động cơ. Chính đặc điểm của quá trình hình
thành hỗn hợp và quá 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.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 7 Lớp: 08LTĐL
1.3. HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU
Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong
động cơ, 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....
Khả năng làm việc tối ưu của động cơ 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.
Như vậy, hệ thống điều khiển điện tử phun nhiên liệu trên động cơ gồm ba phần
chủ yếu sau :
1.3.1. Hệ thống thu thập thông tin về điều kiện làm việc của động cơ
Các cảm biến cung cấp cho bộ xử lý về số vòng quay, vị trí bàn đạp chân ga,
nhiệt độ không khí nạp, nhiệt độ nước làm mát của động cơ... các cảm biến làm việc
theo nguyên tắc khác nhau. Các thông tin từ các cảm biến đưa về bộ xử lý dưới dạng
các tín hiệu điện như : tín hiệu dạng xung, tín hiệu điện áp biến đổi, tín hiệu tần số... và
được biến đổi, xử lý sơ bộ trước khi đi vào hệ thống xử lý.
1.3.2 Hệ thống xử lý
Căn cứ vào các tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử lý so sánh với
các thông tin đã được cài đặt sẵn trong bộ nhớ và xác định các thông số đầu ra để điều
khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho động cơ.
1.3.3 Hệ thống thừa hành
Các cơ cấu chấp hành được điều khiển bằng các tín hiệu đầu ra của bộ xử lý.
Các cơ cấu chấp hành như : vòi phun, bơm cao áp... được hệ thống thừa hành điều
khiển sao cho động cơ làm việc phù hợp với các tín hiệu đầu vào.
1.3.4. Định lượng hỗn hợp nhiên liệu, không khí
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 8 Lớp: 08LTĐL
Lượng O
2
, dùng để đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy động cơ, là lượng O
2
trong không khí. Như ta biết không khí gồm hai thành phần là : O
2
và N

2
. Tính theo
thành phần thể tích (thành phần mol) O
2
chiếm 21% còn N
2
chiếm 79%. Do với một
thể tích nhất định, khối lượng khí phụ thuộc vào các thông số trạng thái của nó như : áp
suất, nhiệt độ.... Vì vậy với một dung tích xilanh nhất định, khối lượng không khí nạp
vào là khác nhau nếu ở điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau.
Khi động cơ đang hoạt động, lượng nhiên liệu phun vào xi lanh thay đổi tùy theo
điều kiện làm việc. Để đảm bảo lượng nhiên liệu phù hợp, bộ điều khiển cần biết được
thông tin về trạng thái của lượng khí nạp.
Để xác định chính xác lượng khí nạp, trên động cơ lắp thêm cảm biến đo áp suất
( cảm biến MAF) và nhiệt độ khí nạp (IAT), chính xác hơn nữa là cảm biến lưu lượng
khí nạp, thể tích khí nạp được xác định thông qua thể tích công tác và hiệu suất thể tích
động cơ. Thể tích công tác phụ thuộc đường kính xi lanh và hành trình piston, còn hiệu
suất thể tích phụ thuộc kết cấu của động cơ và đường ống nạp. Vì mỗi loại động cơ có
một kích thước và kết cấu khác nhau nên để đảm bảo cho điều kiện phun nhiên liệu
được chính xác, các thông số kết cấu và hiệu suất thể tích được nạp sẵn vào bộ nhớ
ROM của bộ điều khiển điện tử.
Lượng nhiên liệu phun không chỉ phụ thuộc vào lượng khí nạp, buồng cháy
động cơ mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việc của động cơ,
ví dụ như số vòng quay động cơ, nhiệt độ nước làm mát... Bộ xử lý cũng sử dụng các
tín hiệu nhận được từ các cảm biến đo các yếu tố đặc trưng cho tình trạng làm việc của
động cơ để điều chỉnh lượng phun sao cho đạt được tỉ lệ hỗn hợp thích ứng với điều
kiện làm việc của động cơ.
1.3.5. Xác định góc phun sớm
Cũng tương tự như nguyên tắc điều khiển lượng phun, bộ xử lý điều khiển góc
phun sớm trên cơ sở tín hiệu thu được từ cảm biến đo số vòng quay động cơ và các

cảm biến xác định trạng thái động cơ.
Để lựa chọn góc phun sớm tốt nhất được xác định nhờ thực nghiệm bằng cách
xây dựng đặc tính điều chỉnh góc phun sớm của động cơ. Đặc tính điều chỉnh góc phun
sớm được thực hiện ở điều kiện không thay đổi tốc độ n và lượng nhiên liệu cấp cho
chu trình.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 9 Lớp: 08LTĐL
Từ những thực nghiệm người ta đưa ra dãy góc phun sớm tuỳ thuộc vào tốc độ
động cơ và tải trọng, góc phun sớm nằm trong giới hạn từ 15 ÷ 35
0
. Từ đó người ta
đưa ra bảng giá trị góc phun sớm ứng với từng tốc độ và tải trọng động cơ gọi là góc
phun sớm cơ sở.
Như vậy khi động cơ hoạt động, bộ xử lý nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí trục
khuỷu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, áp suất trên đường ống nạp để xác định số vòng
quay và tải trọng, động cơ tại thời điểm đó. Với hai thông số này, bộ xử lý đối chiếu
vào bảng góc phun sớm cơ sở để lấy ra giá trị góc phun sớm, sau đó bộ xử lý căn cứ
vào giá trị thu được từ các cảm biến khác nhau như : cảm biến nước làm mát, cảm biến
nhiệt độ khí nạp để hiệu chỉnh và có giá trị góc phun sớm thích hợp. Giá trị được bộ xử
lý dùng để điều khiển bộ phận thừa hành ở đầu ra : bơm, và vòi phun ...
1.3.6. Bộ xử lý
Hình 1.4: Sơ đồ khối điều khiển điện tử phun nhiên liệu.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 10 Lớp: 08LTĐL
Như đã trình bày trên, căn cứ vào tín hiệu gởi về từ các cảm biến, hệ thống xử
lý so sánh với các thông tin đã được lập trình sẵn trong bộ nhớ và xác định các thông
số đầu ra để điều khiển các bộ phận thừa hành, đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu cho
động cơ.
1.3.6.1 Bộ ổn áp bên trong
Vì bộ xử lý và các cảm biến đòi hỏi một điện áp làm việc rất ổn định, nên trong

bộ điều khiển có lắp một bộ ổn áp. Bộ ổn áp điện này cung cấp cho bộ xử lý một điện
áp có giá trị xác định và ổn định.
1.3.6.2. Xử lý tín hiệu vào
Bộ xử lý tín hiệu đầu vào thu nhập những tín hiệu từ các cảm biến, dưới dạng tín
hiệu xung, tín hiệu điện áp biến đổi, tín hiệu tần số…. Để đưa vào xử lý, biến đổi
chúng thành các tín hiệu số. Tín hiệu là sự kết hợp giữa các mức điện áp có và không,
mức điện áp có là số 1 và mức điện áp không là số 0. Tín hiệu phải được biến sang
dạng số vì bộ xử lý chỉ có thể làm việc với các tín hiệu 0 và 1.
Một trong các bộ biến đổi dùng phổ biến trong bộ điều khiển là bộ biến đổi
tương tự số, viết tắt là A/D(Analog to digital converters). Bộ này dùng để biến đổi tín
hiệu điện áp một chiều có giá trị thay đổi sang tín hiệu dạng số để bộ xử lý có thể làm
việc được.
Các cảm biến mạch tương tự, như cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt độ,
cảm biến vị trí trục bơm cao áp ... là những ví dụ của cảm biến tạo ra tín hiệu điện áp
tương tự thay đổi.
2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV
2.1. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ 2KD-FTV
Hãng sản xuất TOYOTA Fortuner
Loại động cơ 2.5L Diesel Common Rail tăng áp
Số xy lanh và cách bố trí 4 xy lanh thẳng hàng, 16 xupap
Cơ cấu xupap dẫn động đai và bánh răng
Kiểu động cơ 2KD-FTV
Dung tích xi lanh (cc) 2494cc
Đường kính xylanh (mm) 92
Hành trình S (mm) 93,8
Tỷ số nén 18,5
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 11 Lớp: 08LTĐL
Công suất lớn nhất (KW/v/ph) 75/3600
Momen xoắn cực đại (N.m/v/ph) 260/2400

Loại xe SUV
Hộp số 5 số sàn
Hệ thống nhiên liệu Loại ống phân phối
Loại nhiên liệu Diesel
Mức độ tiêu thụ nhiên liệu 8.7lít/100 km
Dài (mm) 4695mm
Rộng (mm) 1840mm
Cao (mm) 1850mm
Chiều dài cơ sở (mm) 2750mm
Chiều rộng cơ sở trước/sau 1540/1540mm
Trọng lượng không tải (kg) 1790-1810kg
Số cửa 5cửa

2.2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 2KD-FTV
Động cơ 2KD-FTV của hãng TOYOTA là loại động cơ 4 kỳ 4 xylanh được đặt
thẳng hàng và làm việc theo thứ tự nổ 1-3-4-2. Động cơ có công suất lớn 75 KW/3600
v/ph, hệ thống phối khí của các xupap được dẫn động trực tiếp từ trục cam thông qua
con đội thuỷ lực, sử dụng con đội thuỷ lực và cách bố trí 4 xupap trên một xylanh tạo
đươc chất lượng nạp và thải (nạp đầy, thải sạch), nhằm tăng công suất động cơ, giảm
được lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường. Với hệ thống phun nhiên liệu
diesel bằng hệ thống tích luỹ nhiên liệu và điều khiển bằng ECU và hệ thống tuần hoàn
khí xả tạo cho động cơ luôn làm việc ở chế độ an toàn và hiệu quả cao.
2.2.1.Các bộ phận chính trong đông cơ
*Nhóm piston: Chốt piston, vòng hãm, xécmăng dầu, xécmăng khí
*Thanh truyền: Đầu nhỏ thanh truyền, đầu to thanh truyền, bạc lót
*Trục khuỷu : Cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu.
*Bánh đà:
*Thân máy và nắp xylanh: Nắp xylanh, gioăng, thân máy của động cơ.
*Cơ cấu phân phối khí: Bánh răng dẫn động cam nạp, bánh răng dẫn động
cam xả, cam nạp, cam xả, lò xò xupap, xupap, đai dẫn động.

*Hệ thống làm mát.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 12 Lớp: 08LTĐL
*Hệ thống bôi trơn.
2.2.2. Hệ thống tăng áp
Hệ thống tăng áp trên động cơ 2KD-FTV là loại tăng áp kiểu tuabin khí, được
làm mát trung gian. Bộ tuabin tăng áp gồm hai phần chính là tuabin và máy nén khí,
cùng với các cơ cấu phụ khác như bạc đỡ trục, thiết bị bao kín, hệ thống bôi trơn và
làm mát ....
Hình 2.1 : Sơ đồ tăng áp tuabin khí.
Tuabin tăng áp trên động cơ là loại tuabin tăng áp hướng kính
Hình 2.2 : Kết cấu tuabin - máy nén.
1- Vỏ máy nén ; 2- Vỏ tuabin ; 3- Thân tuabin máy nén; 4- Bánh công tác máy nén ; 5-
Bánh công tác tuabin; A- Cửa hút không khí vào máy nén; B- Của thoát khí xả ra khỏi
tuabin; C- Cửa thông đường khí xả động cơ; D- Cung cấp dầu bôi trơn; E- Đường dầu
về.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 13 Lớp: 08LTĐL
Nguyên lý làm việc: Khí thải động cơ qua đường ống, thổi vào cánh của tuabin,
sau khi giãn nở tới áp suất khí trời thì thoát qua cửa thải của tuabin ra ngoài. Máy nén do
tuabin dẫn động được quay cùng vận tốc của tuabin nhờ trục, làm tăng áp suất và vận
tốc của không khí đi trong bánh công tác của máy nén, sau đó một phần động năng của
dòng khí qua vành tăng áp đựơc chuyển thành áp năng. Nhờ đó, sau khi đi qua bộ tuabin
tăng áp, không khí đã được nén sơ bộ trước khi đi vào xilanh động cơ.
Khí thải từ động cơ qua cửa miệng phun tác động vào bánh công tác làm quay
trục rôto. Khí thải được thải qua hệ thống thải, đồng thời ở máy nén khi trục rôto quay
dẫn động bánh công tác quay, hút không khí từ ngoài môi trường xung quanh qua bầu
lọc, vào máy nén qua cửa nạp. Dưới tác dụng quay của bánh công tác không khí nạp lần
lượt được nén qua bánh công tác, qua vành tăng áp, vòng xoắn ốc, sau đó theo đường
ống nạp nạp vào xilanh động cơ qua cửa nạp.

Máy nén dùng để tăng áp cho động cơ có nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành năng
lượng của dòng khí tạo ra áp suất nào đó để cung cấp vào xylanh động cơ. Loại máy
nén trên đông cơ 2KD-FTV là loại máy nén ly tâm.
Ưu điểm: Tuốc bin tăng áp trong động cơ là loại tuốc bin khí xả nên tiết kiệm
được năng lượng dẫn động máy nén, đồng thời tận dụng được năng lượng khí xả. Do
vậy, nâng cao được công suất có ích của động cơ, cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu
của động cơ.
Nhược điểm: Do tuốc bin tăng áp không có liên hệ động lực với trục khuỷu động
cơ nên ở các chế độ tải bộ phận, do năng lượng khí xả nhỏ, công suất tuốc bin giảm, do
vậy áp suất tăng áp giảm nhanh, đến một lúc nào đó sẽ nhỏ hơn áp suất khí xả nên làm
xấu chất lượng quét. Mặt khác, hệ số dư lượng không khí giảm làm xấu chất lượng
cháy. Do đó, làm giảm công suất của động cơ.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 14 Lớp: 08LTĐL
2.3. KHẢO SÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV
2.3.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ
ECU
EDU
NE
G
Caím biãún
khaïc
3
12
2
1
6
10
13
9

7
8
11
4
14
5
Hình 2.3 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV.
Bơm cao áp 3 có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu có áp suất cao cho quá trình phun.
Bơm này được lắp đặt trên một ngăn của hệ thống. Thường thì giống như vị trí đặt
bơm phân phối trước đây (của các động cơ cổ truyền). Nhiên liệu sau khi ra khỏi bơm
cao áp được vận chuyển vào bộ phận tích luỹ cao áp.
Ống Rail 4 này là bộ phận tích luỹ cao áp và luôn được cấp nhiên liệu để phục
vụ cho việc phun nhiên liệu. Nhiên liệu trong ống luôn có áp suất 180MPa để phun vào
xylanh vào đúng thời điểm. Một số thành phần của hệ thống Common Rail được đặt
trực tiếp trên ống này, như cảm biến áp suất, van điều áp.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
1- Thùng nhiên liệu ; 2- Lọc nhiên liệu ; 3- Bơm cao áp HP3 ; 4- Common Rail tích
trữ điều áp ; 5- Vòi phun ; 6- Két làm mát nhiên liệu ; 7- EDU ; 8- ECU ; 9- Đường
nhiên liệu cao áp ; 10- Đường dầu hồi ; 11- Các cảm biến ; 12- Van SVC ; 13- Van
an toàn áp suất ; 14- Cảm biến áp suất nối với ECU.
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 15 Lớp: 08LTĐL
Vòi phun 5 có chức năng phun nhiên liệu vào xylanh động cơ. ECU quyết định
lượng nhiên liệu được phun, thời điểm phun và điều khiển nam châm điện trong vòi
phun, thông qua bộ EDU. Nam châm điện này mở vòi phun và nhiên liệu được phun
vào buồng cháy động cơ khi áp suất tồn tại trong ống tích luỹ cao áp.
Common Rail là một hệ thống phun được điều khiển bằng ECU. EDU điều
khiển và giám sát quá trình phun bằng những giá trị cần thiết được mặc định sẵn cho
quá trình phun nhiên liệu.
Hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ 2KD-FTV có những đặc tính sau:
+ Áp suất nhiên liệu, lượng phun, và thời điểm phun được điều khiển bằng điện

tử vì vậy điều khiển tốc độ động cơ đạt độ chính xác cao.
+ Áp suất nhiên liệu cao cho nên việc hoà trộn nhiên liệu – không khí trong
buồng cháy tốt hơn.
+ Tích trữ nhiên liệu áp suất cao, nhiên liệu được phun vào áp suất cao ở mỗi
dải tốc độ động cơ.
Với những đặc tính như trên thì động cơ 2KD-FTV có tính hiệu năng, tính kinh
tế nhiên liệu tăng cao, tiếng ồn nhỏ ít rung động và khí thải sạch.
2.3.2. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV
Hệ thống nhiên liệu động cơ có những nhiệm vụ sau :
- Chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một
khoảng thời gian quy định.
- Lọc sạch nước và các tạp chất cơ học có lẫn trong nhiên liệu
- Cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho mỗi chu trình ứng với chế độ làm việc
quy định của động cơ.
- Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xy lanh theo trình tự làm việc quy định
của động cơ.
- Cung cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ đúng lúc theo một quy luật đã định.
- Phun tơi và phân bố đều nhiên liệu trong thể tích môi chất trong buồng cháy,
bằng cách phối hợp chặt chẽ hình dạng kích thước và phương hướng của các tia nhiên
liệu với hình dạng buồng cháy và cường độ vận động của môi chất trong buồng cháy.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 16 Lớp: 08LTĐL
Diễn biến chu trình công tác của động cơ Diesel chủ yếu phụ thuộc vào tình
hình hoạt động của thiết bị cung cấp nhiên liệu. Tốc độ toả nhiệt của nhiên liệu và
dạng đường cong của áp suất môi chất công tác trong quá trình cháy biến thiên theo
góc quay trục khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào những yếu tố sau:
- Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu (tức là góc phun sớm ϕ1).
- Biến thiên của tốc độ phun (tức là quy luật cấp nhiên liệu ).
- Chất lượng phun (thể hiện bằng mức phun nhỏ và đều).
- Sự hoà trộn giữa nhiên liệu với khí nạp trong buồng cháy.

- Thời gian cung cấp nhiên liệu kéo dài 20÷45
0
độ góc quay trục khuỷu (tức là
khoảng 0,0033÷0,0075 [s]) khi n = 100 [vg/ph]. Trong khoảng thời gian đó áp suất
nhiên liệu từ 0,15÷0,2 [MN/m
2
]. Trong đường dẫn nhiên liệu tới vòi phun, trong vòi
phun áp suất tăng lên tới mấy chục [MN/m
2
]. Áp suất phun nhiên liệu cao như vậy là
nhằm đảm bảo yêu cầu phun nhỏ và đều, đồng thời nhằm đảm bảo cấp nhiên liệu vào
xy lanh động cơ với một tốc độ cần thiết.
2.3.3. Common Rail là một hệ thống phun tích luỹ - chức năng
Việc tạo ra áp suất và việc phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ
thống Common Rail. Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ động cơ và lượng
nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong bộ tích áp suất cao (high-
pressure accumulator) và sẵn sàng để phun. Lượng nhiên liệu phun ra được quyết định
bởi tài xế, và thời điểm phun cũng như áp lực phun được tính toán bằng ECU và các
biểu đồ đã lưu trong bộ nhớ của nó. Sau đó ECU sẽ điều khiển các kim phun phun tại
mỗi xy lanh động cơ để phun nhiên liệu.
Động cơ 2KD-FTV với hệ thống nhiên liệu Common Rail có các chức năng sau
2.3.3.1. Chức năng chính
Chức năng chính là việc điều khiển việc phun nhiên liệu đúng thời điểm, đúng
lưu lượng, đúng áp suất, đảm bảo cho động cơ diesel không chỉ hoạt động êm diu mà
còn tiết kiệm nhiên liệu.
2.3.3.2. Chức năng phụ
Chức năng phụ của hệ thống là điều khiển vòng kín và vòng hở, không những
giảm độ độc hại của khí thải và lượng nhiên liệu tiêu thụ mà còn làm tăng tính an toàn,
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 17 Lớp: 08LTĐL

sự thoải mái và tiện nghi. Ví dụ như hệ thống luân hồi khí thải (EGR- exhaust gas
recircalation), điều khiển turbo tăng áp, điều khiển ga tự động và thiết bị chống trộm.
Hệ thống Common Rail thực hiện những chức năng sau :
+ Cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel.
+ Tạo ra áp suất sự cần thiết cho quá trình phun nhiên liệu và phân phối nhiên
liệu đến những xylanh riêng lẻ.
+ Phun một lượng nhiên liệu chính xác tại một thời điểm thích hợp khác với
các hệ thống phun khác Common Rail là một hệ thống phun tích luỹ.
2.3.3.3 Chức năng hạn chế ô nhiễm
2.3.3.3.1. Thành phần hỗn hợp và tác động đến quá trình cháy
So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn (nhiệt độ sôi
cao), nên việc tạo hỗn hợp khí không chỉ diễn ra trong giai đoạn phun và bắt đầu cháy,
mà còn trong suốt quá trình cháy. Kết quả là hỗn hợp không đồng nhất. Động cơ diesel
luôn hoạt động ở chế độ nghèo, mức tiêu hao nhiên liệu, muội than, CO, HC sẽ tăng
lên nếu không đốt cháy ở chế độ nghèo hợp lý.
Tỉ lệ hỗn hợp được quyết định bởi các thông số :
- Áp suất phun.
- Thời gian phun.
- Kết cấu lỗ tia.
- Thời điểm phun.
- Vận tốc dòng khí nạp.
- Khối lượng không khí nạp.
Tất cả các đại lượng trên đều ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên liệu và nồng độ
khí thải. Nhiệt độ quá trình cháy quá cao và lượng ôxy nhiều sẽ làm tăng lượng NO
x
.
Muội than sinh ra khi hỗn hợp quá nghèo.
2.3.3.3.2. Hệ thống nạp lại khí thải ( EGR )
Khi không có EGR, khí NO
x

sinh ra vượt mức quy định về khí thái, ngược lại
muội than sinh ra sẽ nằm trong giới hạn. EGR là một phương pháp để giảm lượng NO
x
sinh ra mà không làm tăng nhanh lượng khói đen. Điều này có thể thực hiên rất hiệu
quả với hệ thống common rail với tỉ lệ hòa khí mong muốn đạt được nhờ vào áp suất
phun cao. Với EGR, một phần của khí thải được đưa vào ống nạp ở chế độ tải nhỏ của
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 18 Lớp: 08LTĐL
động cơ. Điều này không chỉ làm giảm lượng Oxy mà còn làm giảm hiệu quả của quá
trình cháy và nhiệt độ cực đại. Kết quả là làm giảm lượng NO
x
. Nếu có quá nhiều khí
thải được nạp lại (quá 40% thể tích khí nạp), thì khói đen, CO và HC sẽ sinh ra nhiều
cũng như tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng vì thiếu Oxy.
2.3.3.3.3. Ảnh hưởng của việc phun nhiên liệu
Thời điểm phun, đường đặc tính phun, sự phun sương tơi của nhiên liệu cũng
ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải.
* Thời điểm phun.
Nhờ vào nhiệt độ quá trình thấp hơn, phun nhiên liệu trễ làm giảm lượng NO
x
.
Nhưng nếu phun quá trễ thì lượng HC sẽ tăng và tiêu hao nhiên liệu sẽ nhiều hơn, và
khói đen sinh ra ở chế độ tải lớn. Nếu thời điểm phun chỉ lệch đi 1
o
khỏi giá trị lí tưởng
thì lượng NO
x
có thể tăng lên 5%. Ngược lại thời điểm phun sai lệch hơn 2
o
thì có thể

làm cho áp suất đỉnh tăng lên 10 bar, trễ đi 2
o
có thể làm tăng nhiệt độ khí thải thêm
20
o
C. Với các yếu tố cực kì nhạy cảm nêu trên, ECU cần phải điều chỉnh thời điểm
phun chính xác tối đa.
* Đường đặc tính phun.
Đường đặc tính phun quy định sự thay đổi lượng nhiên liệu được phun vào
trong suốt một chu kỳ phun (từ lúc bắt đầu phun cho đến lúc kết thúc phun ). Đường
đặc tính phun quyết định lượng nhiên liệu phun ra trong suốt giai đoạn cháy trễ (giữa
thời điểm bắt đầu phun và bắt đầu cháy). Hơn nữa nó cũng ảnh hưởng đến sự phân
phối của nhiên liệu trong buồng đốt và có tác dụng tận dụng hiệu quả của dòng khí
nạp. Đường đặc tính phun phải có độ dốc từ từ để nhiên liệu phun ra trong quá trình
cháy trễ được giữ thấp nhất, nhiên liệu diesel bốc cháy tức thì, ngay khi quá trình cháy
bắt đầu gây ra tiếng ồn và sự tạo thành NO
x
. Đường đặc tính phun phải có đỉnh không
quá nhọn để đề phòng hiện tượng nhiên liệu không được phun sương tơi - yếu tố dẫn
đến lượng HC cao, khói đen và tăng tiêu hao nhiên liệu suốt giai đoạn cuối cùng của
quá trình cháy.
* Sự phun sương tơi nhiên liệu.
Nhiên liệu được phun sương tơi tốt thúc đẩy hiệu quả hòa trộn giữa không khí
và nhiên liệu. Nó đóng góp vào việc giảm HC và khói đen trong khí thải. Với áp suất
phun cao và hình dạng hình học tối ưu của lỗ tia kim phun giúp cho sự phun sương tơi
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 19 Lớp: 08LTĐL
nhiên liệu tốt hơn. Để ngăn ngừa muội than, lượng nhiên liệu phun ra phải được tính
dựa vào lượng khí nạp. Điều này đòi hỏi lượng khí nạp phải nhiều hơn từ 10 - 40 %.
2.3.4. Đặc tính phun của hệ thống Common Rail

So với đặc điểm của hệ thống nhiên liệu cũ thì các yêu cầu sau đã được thực
hiện dựa vào đường đặc tính phun lý tưởng :
- Lượng nhiên liệu và áp suất nhiên liệu phun độc lập với nhau trong từng điều
kiện hoạt động của động cơ (cho phép dễ đạt được tỉ lệ hỗn hợp A/F lí tưởng).
- Lúc bắt đầu phun, lượng nhiên liệu phun ra chỉ cần một lượng nhỏ.
Các yêu cầu trên đã được thỏa mãn bởi hệ thống Common Rail. Với đặc điểm
phun hai lần : phun sơ khởi và phun chính.

P
R
(Pm)
Giai âoaûn phun så khåíi
Giai âoaûn
phun chênh.
Hình. 2.4 : Đường đặc tính phun của hệ thống Common Rail.
Hệ thống Common Rail là hệ thống thiết kế theo module, có các thành phần
- 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 lực cao)
Các thiết bị sau được sự hoạt động điều khiển của hệ thống :
- ECU
- Cảm biến tốc độ trục khuỷu.
- Cảm biến tốc độ trục cam.
- Các loại cảm biến khác.
Về cơ bản, 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 (solenoid) 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 tỉ 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
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV

SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 20 Lớp: 08LTĐL
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.
* Phun sơ khởi ( pilot injection ).
Phun sơ khởi diễn ra sớm đến 90
o
trước điểm chết trên (ĐCT). Nếu thời điểm
phun sơ khởi xuất hiện nhỏ hơn 40
0
, nhiên liệu có thể bám vào bề mặt của piston và
thành xi lanh và làm loãng dầu bôi trơn.
Trong giai đoan phun sơ khởi, một lượng nhỏ nhiên liệu (1-4 mm
3
) được phun
vào xy lanh để ‘’mồi’’. Kết quả là quá trình cháy được cải thiện và đạt được một số
hiệu quả sau :
Áp suất cuối quá trình nén tăng một ít nhờ vào giai đoạn phun sơ khởi và nhiên
liệu cháy một phần. Điều này giúp giảm thời gian trễ cháy, sự tăng đột ngột của áp suất
khí cháy và áp suất cực đại (quá trình cháy êm dịu hơn). Kết quả là giảm tiếng ồn của
động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và trong nhiều trường hợp giảm được độ độc hại của
khí thải. Quá trình phun sơ khởi góp phần gián tiếp vào việc tăng công suất động cơ.
* Giai đoạn phun chính ( main injection ).
Công suất đầu ra của động cơ phụ thuộc vào 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 hệ thống Common Rail, áp suất phun vẫn giữ không đổi trong suốt quá
trình phun.
* Giai đoạn phun thứ cấp ( secondary injection ).
Theo quan điểm xử lý khí thải, phun thứ cấp có thể được áp dụng để đốt cháy
NO

x
. Nó diễn ra sau ngay giai đoạn phun chính và được xác định để xảy ra trong quá
trình giãn nở. Ngược lại so với quá trình phun sơ khởi và phun chính, nhiên liệu phun
vào không được đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải ở ống thải.
Trong suốt kỳ thải hỗn hợp khí thải và nhiên liệu được đẩy ra ngoài hệ thống thoát khí
thải thông qua xupap thải. Tuy nhiên một phần của nhiên liệu được đưa lại buồng đốt
thông qua hệ thống luân hồi khí thải EGR và có tác dụng tương tự như chính giai đoạn
phun sơ khởi. Khi bộ hóa khử được lắp để làm giảm NO
x
, chúng tận dụng nhiên liệu
trong khí thải như là một nhân tố hóa học để làm giảm nồng độ NO
x
trong khí thải.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 21 Lớp: 08LTĐL
2.4. KẾT CẤU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2KD-FTV
Kết cấu hệ thống nhiên liệu Common Rail của động cơ 2KD-FTV chia thành hai
vùng : Vùng áp suất thấp và vùng áp suất cao.
2.4.1. Vùng áp suất thấp
Vùng áp suất thấp có nhiệm vụ đưa nhiên liệu lên vòng cao áp, bao gồm các bộ
phận :
+ Thùng chứa nhiên liệu.
+ Các đường ống nhiên liệu áp suất thấp
+ Lọc nhiên liệu.
2.4.1.1 Bình chứa nhiên liệu
Bình chứa nhiên liệu phải làm từ vật liệu chống ăn mòn và giữ cho không bị rò rỉ
ở áp suất gấp đôi áp suất hoạt động bình thường. Van an toàn trong bình phải được lắp
để khi áp suất quá cao có thể tự thoát ra ngoài. Nhiên liệu cũng không được rò rỉ ở cổ
nối với bình lọc nhiên liệu hay ở thiết bị bù áp suất khi xe rung xóc nhỏ, cũng như khi
xe vào đường vòng hoặc dừng hay chạy trên đường dốc. Bình nhiên liệu và động cơ

phải đặt xa nhau để khi tai nạn xảy ra không có nguy cơ cháy nổ.
2.4.1.2. Đường nhiên liệu áp suất thấp
Đường ống nhiên liệu mềm được bọc thép thay thế cho đường ống bằng thép
và được dùng trong ống áp suất thấp, như đường ống nhiên liệu từ bình chứa nhiên liệu
tới bơm cao áp. Tất cả các bộ phận mang nhiên liệu phải được bảo vệ khỏi tác động
của nhiệt độ.
2.4.1.3. Lọc nhiên liệu
Sự làm việc lâu dài làm cho hiệu quả của bơm cung cấp nhiên liệu cũng như vòi
phun và bơm phân phối phụ thuộc vào chất lượng lọc của lọc nhiên liệu.
* Nhiệm vụ của bầu lọc tinh :
Bầu lọc tinh lọc tạp chất cơ học có kích thước 0,002÷0,003 mm ra khỏi nhiên
liệu (trong khi đó khe hở xy lanh và piston bơm 0,0025mm) nên bầu lọc đảm bảo cho
hệ thống làm việc tốt.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 22 Lớp: 08LTĐL
9
1
2
6
8
7
5
4
3
10
B
A
Hình. 2.5 : Bình lọc nhiên liệu.
Bình lọc này gồm có vỏ 7 làm bằng nhựa, lõi lọc 6 gồm các phiến lọc làm bằng
sợi bông, bao lụa và lưới lọc để lọc tạp chất bẩn trong nhiên liệu, bơm tay 2 để bơm xả

không khí khi bình chứa nhiên liệu bị cạn, thay lọc nhiên liệu hoặc không khí bị lọt vào
trong ống dẫn nhiên liệu, công tắc cảnh báo lọc nhiên liệu 3 để cảnh báo bình lọc nhiên
liệu khi có sự cố (như tắc bộ lọc), vành đai ốc 5 dùng để bắt chặt nắp đậy vỏ và lõi lọc
với nhau, công tắc cảnh báo mức nước lắng đọng 8 và vít xã nước lắng đọng.
Nhiên liệu từ bình chứa vào bình lọc từ ống 1 đến đường ống 10 nằm phía dưới
nắp đậy được nối thông với khoang A nhiên liệu từ khoang A đi qua lõi lọc 6 tại đây
tạp chất bẩn tách khỏi nhiên liệu và lắng đọng xuống dưới đáy khoang A nhiên liệu lọc
sạch đi vào khoang B và đi ra đến bơm cao áp từ đầu nối 4 , nhiên liệu bẩn được xả ra
từ vít 9 ra khỏi bình lọc.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
1- Đường ống vào ; 2- Bơm tay ; 3- Công tắc cảnh báo bình lọc ; 4- Đường ra ; 5-
Vành đai ốc ; 6- Lõi lọc nhiên liệu ; 7- Vỏ ; 8- Công tắc cảnh báo mức nước lắng
đọng ; 9- Vít xả khí
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 23 Lớp: 08LTĐL
Hình.2.6 : Sơ đồ mạch điện công tắc cảnh báo lọc NL
Trong bình lọc nhiên liệu của của hệ thống Common Rail lõi lọc làm sợi bông.
Một bộ lọc nhiên liệu không thích hợp có thể dẫn đến hư hỏng cho các thành phần của
bơm, van phân phối và kim phun. Bộ lọc nhiên liệu làm sạch nhiên liệu trước khi đưa
đến bơm cao áp, và do đó ngăn ngừa sự mài mòn nhanh của các chi tiết bơm.
Nước xâm nhập vào hệ thống nhiên liệu có thể làm hư hỏng hệ thống ở dạng ăn
mòn. Vì vậy bình lọc này có gắn công tắc cảnh báo nước lắng đọng để báo mức nước
quá giới hạn cho phép của bình lọc, để xả nước ra khỏi bình lọc và bình lọc này cũng
có gắng công tắc cảnh báo lọc nhiên liệu, báo khi bình lọc tắc nghẽn làm cho hệ thống
nhiên liệu làm việc ổn định và an toàn hình. 2.6 là sơ đồ làm việc các công tắc bộ lọc
với ECU.
2.4.2. Vùng áp suất cao
Vùng áp suất cao của hệ thống Common Rail động cơ 2KD-FTV có nhiệm vụ
tạo ra một áp suất cao không đổi trong đường ống tích luỹ áp suất và phun nhiên liệu
vào buồng cháy động cơ, bao gồm :
- Bơm cao áp với van điều khiển áp suất.

- Đường ống nhiên liệu áp suất cao, tức ống phân phối đóng vai trò của bộ tích
áp suất cao cùng với cảm biến áp suất nhiên liệu, van giới hạn áp suất, kim phun và
đường ống dầu về.
2.4.2.1. Bơm cao áp
Bơm cao áp có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu có áp suất cao cho quá trình phun.
Bơm này được lắp đặt trên một ngăn của hệ thống. Nhiên liệu sau khi ra khỏi bơm cao
áp được vận chuyển vào bộ phận tích luỹ cao áp.
Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
11
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 24 Lớp: 08LTĐL
Bơm cao áp tạo áp lực nhiên liệu đến một áp suất lên đến 180MPa. Bơm cao áp
được lắp đặt tốt nhất ngay trên động cơ như ở hệ thống nhiên liệu của bơm phân phối loại
cũ. Nó được dẫn động bằng động cơ (tốc độ quay bằng 1/2 tốc độ động cơ, nhưng tối đa là
8000 vòng/phút) thông qua khớp nối bằng bánh răng với động cơ và được bôi trơn bằng
chính nhiên liệu nó bơm. Van điều khiển áp suất được lắp trên bơm
Bên trong bơm cao áp nhiên liệu được nén bằng 2 piston bơm được bố trí đối
xứng. Do 2 bơm piston hoạt động luân phiên trong một vòng quay tạo được áp suất cao
và liên tục nhiên liệu đến ống phân phối và cách đặt bơm như vậy chỉ làm tăng nhẹ lực
cản của bơm. Do đó ứng suất trong hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ. Điều này có
nghĩa hệ thống Common Rail đặt ít tải trọng lên hệ thống truyền động hơn so với hệ
thống cũ. Công suất yêu cầu để dẫn động bơm rất nhỏ và tỉ lệ với áp suất trong đường
ống phân phối và tốc độ bơm.
Hình 2.7 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động bơm cao áp.

Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV
11
1- Cam không đồng trục và cam vòng ; 2- Lò xo hồi của piston bơm ; 3- Piston
bơm ; 4- Van một chiều ; 5- Van hút ; 6- Van đẩy ; 7- Đường nhiên liệu đến ống
phân phối ; 8- Đường nhiên liệu vào ; 9- Bơm nạp ; 10- Van SCV ; 11- Trục bơm.
SVTH: Lê Anh Vũ Trang: 25 Lớp: 08LTĐL

Bơm nạp đưa nhiên liệu từ bình chứa qua bộ lọc đến đường dầu vào bơm cao áp
được lắp trực tiếp trên bơm. Nó đẩy nhiên liệu qua van SCV đến hai piston của bơm
cao áp, cùng trục với bơm cao áp. Nhiên liệu được đưa vào hai piston bơm cao áp ít
hay nhiều phụ thuộc vào van SCV dưới sự điều khiển của ECU. Nhiên liệu dư của bơm
nạp đi qua van và theo đường dầu hồi trở về bình chứa
Trục của bơm cao áp có các cam lệch tâm làm di chuyển 2 piston lên xuống tùy
theo hình dạng các vấu cam làm cho 2 piston hút nén đối xứng nhau. Van nạp mở ra
nhiên liệu từ bơm nạp qua van SCV được hút vào bơm piston của bơm cao áp tại đây
nhiên liệu được nén dưới áp suất cao khi piston lên tới điểm chết trên, áp suất nhiên liệu
thắng lực lò xo của van nén, nhiên liệu thoát ra ngoài đến ống phân phối.
Piston tiếp tục phân phối cho đến khi nó đi đến điểm chết trên (ĐCT), sau đó do
áp suất bị giảm xuống nên van nén đóng lại. Khi áp suất trong buồng bơm của thành
phần bơm giảm xuống thì van nạp mở ra và quá trình lặp lại lần nữa.
Bơm cao áp phân phối lượng nhiên liệu tỷ lệ với tốc độ quay của nó. Và do đó,
nó là một hàm của tốc độ động cơ. Trong suốt quá trình phun, tỉ số truyền được tính
sao cho một mặt thì lượng nhiên liệu mà nó cung cấp không quá lớn, mặt khác các yêu
cầu về nhiên liệu vẫn còn đáp ứng trong suốt chế độ hoạt động. Tùy theo tốc độ trục
khuỷu mà tỉ số truyền là : 1: 2 hoặc 1:3. Đó là nguyên lý làm việc chung của bơm cao
áp, sau đây ta nguyên cứu vào cấu tạo, nguyên lý làm việc của một số chi tiết trong
bơm cao áp gồm : Bơm piston, bơm nạp, cảm biến áp suất nhiên liệu.
2.4.2.1.1. Bơm piston
Bơm piston của bơm cao áp làm nhiệm vụ bơm nhiên liệu áp suất cao đến ống
phân phối, lượng nhiên liệu được bơm ít hay nhiều phụ thuộc vào van SCV.
Bơm gồm hai piston A , B đặt đối xứng nhau , hai piston này được đẩy lên nhờ
cam vòng 8 và cam không đồng trục 1, hành trình đi xuống của piston nhờ lò xo 2. Khi
Piston A đi xuống nhờ lực đẩy của lò xo 2, van 6 đóng lại, van 5 mở ra nhờ độ chân
không phía trên piston nhiên liệu được nạp vào không gian này cho đến khi piston nằm
ở vị trí thấp nhất. Piston đi lên nhờ cam vòng 8 quay lệch tâm với cam lệch tâm 1(cam
không đồng trục) thì nhiên liệu ở khoảng không gian phía trên piston bị nén tăng áp

Đồ án tổng hợp: Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ: 2KD-FTV