TÌM HIỂU CẤU TẠO HOẠT ĐỘNG, PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON RAIL CỦA ĐỘNG CƠ D4EA 2.0D TRÊN XE HYUNDAI SANTAFE VÀ TRÊN MÔ HÌNH G D 3004 S

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU CẤU TẠO HOẠT ĐỘNG, PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA
CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON
RAIL CỦA ĐỘNG CƠ D4EA 2.0D TRÊN XE HYUNDAI SANTAFE
VÀ TRÊN MÔ HÌNH G - D 3004 - S

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VĂN MINH
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Niên khóa: 2006-2010

Tháng 7/2010


TÌM HIỂU CẤU TẠO HOẠT ĐỘNG, PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẨN
ĐOÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON RAIL CỦA ĐỘNG
CƠ D4EA 2.0D TRÊN XE HYUNDAI SANTAFE
VÀ TRÊN MÔ HÌNH G - D 3004 - S

Tác giả

NGUYỄN VĂN MINH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Giáo viên hướng dẫn:

Thạc sỹ THI HỒNG XUÂN

Tháng 07 năm 2010

i


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập và làm đề tài tại Trường Đại Học Nông Lâm TP HCM tôi chân
thành cảm ơn:
•

Chân thành cảm ơn Gia Đình đã tạo điều kiện thuận lợi và cổ vũ động viên để tôi
hoàn thành tốt khóa học cũng như đề tài của mình.

•

Đặc biệt chân thành cảm ơn Th.S Thi Hồng Xuân là giáo viên hướng dẫn đã tận tình
chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuân lợi trong suốt thời gian tôi hoàn thành đề tài của
mình.

•

Chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Khoa Cơ Khí- Công Nghệ và quý Thầy
trong bộ môn Công Nghệ Ô Tô đã cung cấp các thiết bị và điều kiện thuận lợi để tôi
có thể thực hiện được đề tài của mình.

•

Chân thành cảm ơn đến các bạn trong lớp DH06OT đã giúp đỡ Tôi trong thời gian
học cũng như trong quá trình thực hiện đề tài của mình.

Tôi chân thành cảm ơn

Người thực hiện

NGUYỄN VĂN MINH

ii


TÓM TẮT
1. Tên đề tài:
Đề tài nghiên cứu “Tìm hiểu cấu tạo, hoạt động và phương pháp kiểm tra chẩn đoán
hệ thống nhiên liệu Common rail trên động cơ D4EA CRDi 2.0 trên xe Hyundai Santa Fe
và trên động cơ G - D3004 - S”.
2.Thời gian và đia điểm
- Đề tài được tiến hành tại Xưởng Thực Hành - Thí nghiệm Bộ Môn Công Nghệ Ô Tô
Khoa Cơ Khí - Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM.
- Thời gian thực hiện từ ngày 05/04/2010 đến ngày 15/06 /2010.
3. Mục đích đề tài
- Trình bày được cấu tạo, nguyên lí hoạt động, vị trí cũng như tên gọi của các bộ
phận trên hệ thống nhiên liêu của động cơ D4EA CRDi 2.0D.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phun nhiên liệu của hệ thống.
- Phương pháp kiểm tra áp suất của mạch áp suất thấp áp và cao áp.
4. Kết quả đạt được
Qua quá trình kiểm tra và chẩn đoán phát hiện được một số lỗi trên động cơ. Qua đó cho
biết được một số mã lỗi mà động cơ thường gặp, và toàn bộ mã lỗi của động cơ. Ngoài ra
cũng đưa ra được phương pháp đo và kiểm tra các cảm biến, các bộ phận cấu thành hệ

thống nhiên liệu CRDi.

iii


MỤC LỤC
TRANG
TRANG TỰA………........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................ii
TÓM TẮT ................................................................................................................................ iii
MỤC LỤC.................................................................................................................................iv
DANH SÁCH CÁC HÌNH .................................................................................................. viii
DANH SÁCH CÁC BẢNG....................................................................................................xi
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................xii
Chương 1 MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1
1.1Lý do thực hiện và tầm quan trọng của đề tài .................................................................. 1
1.2Mục tiêu của đề tài............................................................................................................... 1
1.3Giới hạn đề tài ...................................................................................................................... 2
Chương 2 TỔNG QUAN ......................................................................................................... 3
2.1 Sơ lược hệ thống Common rail. ........................................................................................ 3
2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố trên đến quá trình cháy của động cơ. ................................. 4
2.2.1

Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu .................................................................... 4

2.2.2

Thời gian phun nhiên liệu .................................................................................. 4

2.2.3

Đặc tính vòi phun ............................................................................................... 4

2.3Các dòng xe Hyundai sử dụng hệ thống CRDi ................................................................ 5
2.4 Các thông số kĩ thuật của xe Hyundai Santa Fe ............................................................. 7
2.5Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu Common rail ....... 8
2.5.1

Sơ đồ hệ thống CRDI ......................................................................................... 8

2.5.2

Nguyên lí hoạt động của hệ thống : ................................................................... 8

2.5.3 Các thành phần cơ bản của hệ thống Common rail : ............................................. 10
iv


2.6 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động các bộ phận chính của hệ thống CRDI ................. 12
2.6.1

Lọc nhiên liệu: ................................................................................................. 12

2.6.2

Bơm tiếp vận nhiên liệu : ................................................................................. 13

2.6.3

Bơm cao áp : : .................................................................................................. 14

2.6.4

Van tiết lưu đường cấp. .................................................................................... 16

2.6.5

Van ngắt nhánh bơm. ....................................................................................... 16

2.6.6

Van kiểm soát áp suất. ..................................................................................... 17

2.6.7

Đường ống cao áp chung. ( Common rail, Fuel rail) ....................................... 18

2.6.7

Van giới hạn áp suất. (Van an toàn)................................................................. 19

2.6.8

Cảm biến áp suất: ............................................................................................. 20

2.6.9

Van hạn chế dòng. ............................................................................................ 20

2.6.10

Vòi phun nhiên liệu .......................................................................................... 21

2.Hệ thống điều khiển động cơ.............................................................................................. 27
2.8Cấu tạo và hoạt động của các cảm biến .......................................................................... 30
2.8.1

Cảm biến khối lượng khí nạp (MAF) loại màng nóng ( Hot film) .................. 30

2.8.2

Cảm biến nhiệt độ không khí nạp( IATS) ........................................................ 30

2.8.3

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát(ECTS)......................................................... 31

2.8.4

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ........................................................................... 33

2.8.5

Cảm biến vị trí bàn đạp ga(APPS) ................................................................... 34

2.8.6

Cảm biến vị trí trục cam G (CMP).................................................................. 36

2.8.7

Cảm biến vị trí trục khuỷu ( CKP): .................................................................. 36

2.8.8

Cảm biến vị trí van EGR (EGLS): ................................................................... 38

2.8.9

Cảm biến áp suất tua bin tăng áp (PIM): ......................................................... 39

2.9Sơ đồ điều khiển hệ thống của Bosch ............................................................................. 41
2.9.1

Điều khiển lượng phun và thời điểm phun: ..................................................... 42

2.9.2

Điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ CRDI. ....................................... 44

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ............................................................. 49
3.1Phương pháp và phương tiện............................................................................................ 49
3.1.1

Nơi thực hiện : ................................................................................................. 49
v


3.1.2

Phương tiện thực hiện : .................................................................................... 49

3.1.3

Công tác chuẩn bị :........................................................................................... 49

3.1.4

An toàn lao động khi thực hiện công tác vận hành và kiểm tra. ...................... 49

3.2Phương pháp thực hiện : ................................................................................................... 50
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................................ 51
4.1Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của các bộ phận chính trong hệ thống CRDI .......... 51
4.1.1

Cấu tạo hệ thống CRDI của động cơ D4EA ................................................... 51

4.1.2

Nguyên lí hoạt động của hệ thống : ................................................................. 53

4.2.Sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển của xe Hyundai Santa Fe CRDi 2.0D ........... 54
4.3Sơ đồ chân của ECM ......................................................................................................... 58
4.4 Kiểm tra và điều chỉnh hệ thống ..................................................................................... 63
4.4.1

Bugi xông 1,2,3,4 ............................................................................................. 64

4.4.2.

Kim phun 1,2,3,4.............................................................................................. 64

4.4.3

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ........................................................................... 64

4.4.4

Bơm tiếp vận .................................................................................................... 65

4.4.5

Solenoid điều tiết áp suất nhiên liệu. ............................................................... 65

4.4.6

Cảm biến áp suất đường ống chung. ................................................................ 65

4.4.7

Cảm biến lưu lượng khí nạp............................................................................. 66

4.4.8

Cảm biến nhiệt độ khí nạp ............................................................................... 66

4.4.9

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ ....................................................... 66

4.4.10

Cảm biến vi trí trục khuỷu. .............................................................................. 67

4.4.11

Cảm biến vi trí trục cam................................................................................... 67

4.4.12

Cơ cấu van hoạt động tuần hoàn khí xã. .......................................................... 67

4.4.13

Mô đun điều khiển động cơ. ............................................................................ 67

4.4.14 Cảm biến vị trí bàn đạp ga ................................................................................... 68
4.4.15 Công tắt vị trí bàn đạp li hợp ............................................................................... 69
4.4.16 Công tắt vị trí bàn đạp phanh ............................................................................... 69
4.4.17 Cảm biến tốc độ xe .............................................................................................. 69
4.5.Cách kiểm tra hệ thống nhiên liệu CRDI bằng thiêt bị cầm tay NCT-1500 ............. 70
vi


4.5.1 Các bộ phận của thiết bị CNT-1500 ...................................................................... 70
4.5.2 Kiểm tra áp suất thấp. ............................................................................................ 71
4.5.3

Kiểm tra áp suất cao áp .................................................................................... 77

4.5.4

Kiểm tra áp suất cuối kì nén: ........................................................................... 82

4.6. Cách chẩn đoán lỗi và một số mã lỗi thường gặp trong hệ thống nhiên liệu ........... 83
4.6.1 Chẩn đoán lỗi: ........................................................................................................ 83
4.6.2 Cách xóa mã lỗi: .................................................................................................... 83
4.6.3. Một số mã lỗi thường gặp trong hệ thống nhiên liệu của động cơ D4EA ............ 83
4.7Các thông số khảo sát trên động cơ CRDi 2.0 bằng thiết bị chẩn đoán X-431 ......... 84
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................. 86
5.1 Kết luận .............................................................................................................................. 86
5.2Đề nghị ................................................................................................................................ 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 88
PHỤ LỤC .....................................................................................................................................

vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Elantra với động cơ D4EA ..................................................................................... 6
Hình 2.2: Getz và Matrix với động cơ D3EA........................................................................ 6
Hình 2.3 Santa Fe với động cơ D4EA .................................................................................... 7
Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CRDI cơ bản. .............................................................. 8
Hình 2.5 : Hệ thống nhiên liệu của động cơ Common rail .................................................. 9
Hình2.6 :Mạch áp suất cao..................................................................................................... 10
Hình2.7 : Mạch áp suất thấp .................................................................................................. 10
Hình 2.8 : ECM và các cảm biến .......................................................................................... 11
Hình 2.9 : Van điều khiển áp suất ........................................................................................ 11
Hình 2.10 : Sơ đồ điều khiển hệ thống nhiên liệu CRDI cơ bản của Bosch .................. 12
Hình 2.11 : Lọc nhiên liệu .................................................................................................... 12

Hình 2.12 : Cấu tạo lọc nhiên liệu ........................................................................................ 13
Hình 2.13 :Vị trí bơm tiếp vận ............................................................................................. 14
Hình 2.15 : Kết cấu bơm cao áp. .......................................................................................... 14
Hình 2. 16: Cấu tạo và hoạt động bơm cao áp. ................................................................... 15
Hình 2.17: Cấu tạo hoạt động của van tiết lưu đường cấp................................................. 16
Hình 2.18 : Sơ đồ hoạt động của Solenoid .......................................................................... 17
Hình 2.19 : Cấu tạo của van kiểm soát áp suất (đường cao áp) ........................................ 17
Hình 2.20 : Đường ống cao áp thực tế.................................................................................. 18
Hình 2.21: Mặt cắt của van an toàn và vị trí trên động cơ ................................................. 19
Hình 2.22: Van giới hạn áp suất ............................................................................................ 19
Hình 2.23 Nguyên lí hoạt động của van giới hạn áp suất. ................................................ 19
Hình 2.24 Cấu tạo cảm biến áp suất .................................................................................... 20
Hình 2.25: Van hạn chế dòng. ............................................................................................... 20
viii


Hình 2.26: Cấu tạo của kim phun. ........................................................................................ 21
Hình 2.27: Nguyên lý hoạt động của kim phun .................................................................. 22
Hình 2.28: Cấu tạo vòi phun nhiên liệu Common rail loại solenoid ( Bosch) ................ 23
Hình 2.29 : Mặt cắt kim phun. ............................................................................................... 24
Hình 2.30: Nguyên lý hoạt động của phần tử áp điện (Piezoelectric element) ............... 25
Hình 2.31: Cấu tạo và hoạt động của bộ phận kích hoạt.................................................... 25
Hình 2.32: Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của vòi phun loại áp điện.................................... 26
Hình 2.33: Biểu đồ quan hệ giữa áp suất phun, độ nâng kim phun theo thời gian. ........ 27
Hình 2.34 : Quan hệ giữa dòng điều khiển, hành trình van, lưu lượng theo thời gian ... 27
Hình 2.35: Sơ đồ khối của ECM ........................................................................................... 28
Hình 2.36: Cấu tạo và đường đặc tính của MAFS. ............................................................. 30
Hình 2.37 : Sơ đồ mạch và đường đặc tính của cảm biến nhiệt độ khí nạp .................... 31
Hình 2.38: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát và đặc tính của nó. ....................... 32
Hình 2.39: Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nước ................................................................. 32

Hình 2.40: Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ......................................................... 33
Hình 2.41: Dãy hoạt động cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và hình dạng ............................ 34
Hình 2.42 : Sơ đồ cấu tạo cảm biến bàn đạp ga. ................................................................. 34
Hình 2.43: Sơ đồ chân cảm biến bàn đạp ga ....................................................................... 35
Hình 2.44: Cảm biến vị trí trục cam và tín hiệu. ................................................................. 36
Hình 2.45: Sơ đồ mạch cảm biến Ne và G........................................................................... 37
Hình 2.46: Tín hiệu NE và tín hiệu ....................................................................................... 37
Hình 2.47: Cảm biến vị trí van EGR .................................................................................... 38
Hình 2.48: Sơ đồ mạch và tín hiệu ra cảm biến EGR ........................................................ 38
Hình 2.49: Sơ đồ mạch cảm biến .......................................................................................... 39
Hình 2.50: Sơ đồ điều khiển hệ thống CRDI của Bosch. ................................................. 41
Hình 2.51 Sơ đồ diều chỉnh lượng phun theo áp suất khí nạp. ........................................ 42
Hình 2.52: Sơ đồ điều chỉnh lượng phun theo nhiệt độ khí nạp ...................................... 43
Hình 2.53 :Sơ đồ điều khiển lượng phun theo nhiệt độ nước làm mát ............................ 43
Hình 2.54 : Điều chỉnh lượng phun theo nhiệt độ nhiên liệu ............................................ 43
ix


Hình 2.55 :Sơ đồ xác định thời điểm phun mong muốn .................................................... 44
Hình 2.56: Sơ đồ các yếu tố điều khiển cung cấp nhiên liệu............................................. 44
Hình 2.57 : Sơ đồ điều khiển cung cấp nhiên liệu khi khởi động ..................................... 45
Hình 2.58: Sơ đồ điều khiển cung cấp nhiên liệu khi chạy cầm chừng. .......................... 46
Hình 2.59: Sơ đồ điều khiển cung cấp nhiên liệu khi chạy bình thường. ........................ 46
Hình 2.60: Sơ đồ hệ thống điều khiển lượng nhiên liệu cực đại. ...................................... 47
Hình 2.61: Sơ đồ hệ thống điều khiển cắt nhiên liệu khi giảm tốc. .................................. 47
Hình 2.62: Sơ đồ hệ thống điều khiển thời điểm phun nhiên liệu. .................................. 48
Hình 4.1: Sơ đồ bố trí của hệ thống nhiên liệu CRDI ........................................................ 51
Hình 4.2: Hình dạng thực tế của các chân của ECM. ......................................................... 58
Hình 4.3: Các bộ phận của thiết bị CNT-1500 .................................................................... 70
Hình 4.4 : Sơ đồ nối các bộ phận để kiểm tra mạch áp suất thấp ..................................... 72

Hình 4.5: Sơ đồ nối các bộ phận để kiểm tra bơm điện loại Bosch II .............................. 72
Hình 4.6: Cách ngắt ồng kiểu chữ “A” và nhiên liệu hồi về các bình chứa. ................... 74
Hình 4.7 : Sơ đồ bố trí cách lắp các bộ phận để kiểm tra theo phương pháp tĩnh ......... 75
Hình 4.8: Thể hiện áp suất đo được trên đồng hồ đo áp suất cao áp. .............................. 75
Hình 4.9: Sơ đồ bố trí cách lắp ............................................................................................. 76
Hình 4.10: Thể hiện quá trình kiểm tra từ lúc khởi động tới lúc tắt động cơ .................. 77
Hình 4.11: Các bình chứa nhiên liệu hồi sau khi kiểm tra ................................................. 77
Hình 4.12: Sơ đồ lắp các bộ phận để thực hiện kiểm tra bơm cao áp. ............................. 78
Hình 4.13: Máy đo áp suất cao áp......................................................................................... 79
Hình 4.14: Sơ đồ lắp các bộ phận để thực hiện kiểm tra PCV .......................................... 80
Hình 4.15: Ống nhiên liệu hồi được đặt vào bình chứa ..................................................... 80
Hình 4.16 : Làm sạch bằng súng bắn khí nén...................................................................... 81
Hình 4.17: Bọc khăn giấy để tránh nhiễm bẩn cho khoan động cơ. ................................. 81
Hình 4.18: Lắp các kim phun thay thế vào động cơ. .......................................................... 82
Hình 4.19: Bộ nối nhanh đồng hồ đo áp suất vào kim phun thay thế............................... 82
Hình 4.20: Nối đồng hồ đo áp suất và các giá trị đọc được. .............................................. 83

x


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 : Tên xe và loại động cơ của một số xe Hyundai ................................................ 5
Bảng 2.2: Một số thông số kĩ thuật của động cơ CRDi D4EA 2.0D .................................. 7
Bảng 2.3: Số liệu tham khảo của MAFS trên động cơ G4KC-GSL2.4............................ 30
Bảng 2.4 : Số liệu tham khảo đặc tính của IATS trên động cơ G4KC-GSL2.4 .............. 31
Bảng 2.5 : Số liệu tham khảo đặc tính của ECTS trên ĐC. G4KC-GSL2.4.................... 33
Bảng 2.6 : Thông số hoạt động của cảm biến bàn đạp ga. ................................................. 35
Bảng 2.7 : Thông số hoạt động cảm biến EGR .................................................................. 39
Bảng 2.8 : Giá trị hoạt động cảm biến áp suất tăng áp ....................................................... 40
Bảng 4.1: Chú thích các bộ phận trên sơ đồ mạch điện. .................................................... 54

Bảng 4.2: Tên các chân của ECM và giá trị. ....................................................................... 58
Bảng 4.3: Thông số chẩn đoán tình trạng của mạch áp suất thấp. .................................... 73
Bảng 4.4 : Chẩn đoán tình trạng của hệ thống bằng lượng nhiên liệu hồi. ...................... 75
Bảng 4.5: Các mã lỗi thường gặp......................................................................................... 83
Bảng 4.6 : Các thông số đo trên động cơ D4EA CRDi 2.0 . ............................................. 85

xi


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
HTNL: Hệ Thống Nhiên Liệu.
EGR: Exhaust Gas Recirculation.
CRDI: Common Rail Diesel Injection.
A/C: Air Control.
CAN: Controller Area Network
CKP: Crankshaft Position.
ECM: Engine Control Module
GND: Ground.
MIL: Malfunction Indicator Lamp.
TACH: Tachometer
TDC: Top Dead Center.
ECT: Engine Coolant Termperature.
IAT: Intake Air Termperature.
MAF: Mass Air Flow.
VSS: Vihecle Speed Sensor.
SCV: Suck Control Valve
APP: Accelerater Pedal Position

xii

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Lý do thực hiện và tầm quan trọng của đề tài
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 ấy, nhiều hệ thống và trang thiết bị trên ô tô
ngày nay được điều khiển bằng điện tử, đặc biệt là các hệ thống an toàn như hệ thống
phanh, hệ thống điều khiển ổn định ô tô… Ngoài ra, để đảm bảo đạt tiêu chuẩn về ô
nhiểm môi trường, về tính năng hoạt động, các cải tiến liên quan đến động cơ cũng không
kém phần quan trọng, đó là các hệ thống điều khiển động cơ bằng điện tử cho cả động cơ
xăng và động cơ diesel đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Một trong những
hệ thống rất mới liên quan đến điều khiển động cơ đó là hệ thống nhiên liệu Common rail.
Đây là hệ thống tương đối mới với thị trường Việt nam, tài liệu phục vụ cho học tập còn
hạn chế, gây một số trở ngại cho việc nắm bắt kịp thời các công nghệ mới của thế giới.
Vì thế, đề tài: “Tìm hiểu cấu tạo hoạt động, phương pháp kiểm tra chẩn đoán hệ thống
cung cấp nhiên liệu của động cơ D4EA CRDi 2.0 trên xe Hyundai Santa Fe, và trên mô
hình G - D3004 - S” được thực hiện nhằm phần nào bổ sung thêm nguồn tài liệu tham
khảo, giúp sinh viên thấy được bức tranh tổng quát về hệ thống này, đồng thời cũng phần
nào giúp các kỹ thuật viên hiểu được cơ bản nguyên lý hoạt động và một số lưu ý trong
khi bảo dưỡng, chẩn đoán, sửa chữa hệ thống này.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Với yêu cầu nội dung của đề tài, mục tiêu cần đạt được sau khi hoàn thành đề tài như
sau:

1


• Nắm được cơ bản lịch sử ứng dụng hệ thống Comomon rail, biết được các

model xe Hyundai ở Việt Nam ứng dụng công nghệ này
• Biết được cấu tạo và hoạt động tổng quát của hệ thống cũng như tên gọi và
chức năng của các chi tiết trong hệ thống này trên xe Hyunhdai
• Biết được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các chi tiết và hệ thống điều khiển
điện tử trong hệ thống.
• Nắm được các lưu ý cơ bản trong khi bảo dưỡng, chẩn đoán và sửa chữa hệ
thống này.
1.3 Giới hạn đề tài
Với yêu cầu về nội dung, các mục tiêu và thời gian có hạng cộng với nguồn tài liệu
hiện có, đề tài chỉ giới hạn tập trung khảo sát, phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của
hệ thống nhiên liệu Common rail cũng như cấu tạo, nguyên lý hoạt động của từng chi tiết
trong hệ thống và các lưu ý trong bảo dưỡng, chẩn đoán hư hỏng và sửa chữa hệ thống.
Đề tài không tập trung vào tính toán, thiết kế các chi tiết trong hệ thống.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Sơ lược hệ thống common rail.
•

Động cơ Diesel phát triển vào năm 1897 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. Tuy nhiên nó vẫn còn những hạn chế trong quá trình
sử dụng như: Thải khói đen khá lớn khi tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu còn cao và tiếng ồn
lớn… Đến năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao áp (Bơm phun Bosch lắp cho
động cơ diesel ô tô thương mại và ôtô khách vào năm 1936).
HTNL Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối ưu 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 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 HC
- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả (EGR:Exhaust Gas Recirculation).Hiện nay, các
nhược điểm của HTNL Diesel đã được khắc phục bằng cải tiến các bộ phận như: Bơm
cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ
sự phát triển của công nghệ (năm 1986 Bosch đưa vào thị trường việc điều khiển điện tử
cho động cơ diesel ). Đó là HTNL Common Rail Diesel.
• Hê thống cung cấp nhiên liệu CRDI được điều khiển điện tử nên cho phép điều khiển
riêng biệt từng yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy như:
3


-

Áp suất phun.

-

Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu.

-

Thời gian phun nhiên liệu.

-

Đặc tính của vòi phun. ( Đường cong lưu lượng)

2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố trên đến quá trình cháy của động cơ.
2.2.1 Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu
Thời điểm phun nhiên liệu ảnh hưởng đến mức độ khí xả, lượng tiêu thụ nhiên liệu và
tiếng nổ của động cơ. Thời điểm tối ưu bắt đầu phun nhiên liệu thay đổi theo tải trọng của
động cơ. Trên động cơ ô tô, thời điểm phun tối ưu ở chế độ không tải trong khoảng từ 20
trước ĐCT đến 40 sau ĐCT. Tại tải trọng một phần góc này thay đổi từ 60 trước ĐCT đến
40 sau ĐCT, trong khi ở chế độ toàn tải góc này thay đổi từ 60 – 150 trước ĐCT . Thời
gian cháy tại chế độ toàn tải từ 400-600 góc quay trục khuỷu.Thời điểm phun quá sớm khi
piston vẫn đang đi lên, làm giảm hiệu suất vì thế làm tăng lượng tiêu hao nhiên liệu. Áp
suất trong xy lanh tăng nhanh làm động cơ nổ lớn.
Thời điểm phun quá trễ cũng làm giảm hiệu suất, giảm momen, nhiên liệu cháy không
hoàn toàn do đó làm tăng lượng hydro carbon trong khí thải.
2.2.2 Thời gian phun nhiên liệu
Đối với động cơ phun xăng, lượng nhiên liệu phun được xem như tỉ lệ thuận với thời
gian mở của vòi phun nhưng đối với vòi phun của động cơ diesel lượng nhiên liệu phun
sẽ phụ thuộc vào sai biệt giữa áp suất phun và áp suất buồng cháy, tỉ trọng của nhiên liệu (
Nhiệt độ nhiên liệu) và độ nén động học của nhiên liệu. Vì vậy những yếu tố này phải
được đưa vào trong tính toán thời gian phun tiêu chuẩn ( Lượng phun cơ bản).
2.2.3 Đặc tính vòi phun
Trên động cơ diesel trước đây vòi phun chỉ cung cấp nhiên liệu một lần trong một chu
kỳ làm việc của động cơ. Trên động cơ CRDI vòi phun có thể cung cấp đến bốn lần phun
khác nhau:
• Đợt phun trước. ( Pre-injection- Pilot injection)
Là một đợt phun rất ngắn, phun một lượng rất bé nhiên liệu từ 1-4mm3. Đợt phun trước
xãy ra khoảng 900 trước ĐCT nhằm tăng áp suất cuối thì nén và làm giảm thời gian cháy
4

trể của nhiên liệu dẫn đến giảm áp suất cực đại của quá trình cháy. Do đó làm giảm tiếng
ồn và giảm lượng oxid nitrogen (NOx) trong khí thải. Trên vài loại động cơ có thể có tới
hai đợt phun trước.
• Đợt phun chính.(Main injection)
Khi piston đi gần đến điểm chết trên vòi phun sẽ cung cấp một lượng nhiên liệu chính
trong lần phun này. Áp suất phun không đổi trong suốt quá trình phun.Công suất của động
cơ phụ thuộc vào đợt phun này.
• Đợt phun sau (Post injection)
Đợt phun sau xảy ra ngay sau khi đợt phun chính vừa kết thúc. Lượng nhiên liệu cung
cấp trong đợt phun này rất bé nhằm tiếp tục đốt cháy lượng nhiên liệu cháy không hoàn
toàn trong đợt phun chính. Do đó giảm làm lượng muội than trong khí thải.
• Đợt phun trễ. (Retarded post injection)
Khi trục khuỷu quay thêm được 1800 có thể có thêm một lần phun trễ nữa. Lần phun
trễ xảy ra trong thì xã của động cơ nên nhiên liệu phun vào tiếp tục cháy khi vào hệ thống
xã và không có tác dụng nâng công suất động cơ mà chỉ tham gia vào quá trình xử lý khí
thải. Tác dụng làm giảm tác nhân hình thành NOx cho bộ chuyển đổi xúc tác loại tích trữ
Nox (NOx accumulator type catalytic converter) và nâng cao nhiệt độ khí xã để phục hồi
bộ lọc phần tử rắn (particulate filter).
Lượng nhiên liệu cung cấp của vòi phun có khả năng thay đổi rất lớn từ 1mm3 cho lần
phun trước và có thể đến 50 mm3 cho lần phun chính ( Chế độ toàn tải). Thời gian phun từ
1-2 ms.
2.3 Các dòng xe Hyundai sử dụng hệ thống CRDi
Bảng 2.1 : Tên xe và loại động cơ của một số xe hyunhdai dùng công nghệ CRDi
TÊN XE
Getz
Matrix
Accent
Excel

DUNG TÍCH

MÃ ĐỘNG CƠ

CÔNG
(kw/rpm)

1.5D CRDI

D3EA

60/4000

5

SUẤT


H1
H200
Grand starex
Satellite
Elentra
Trajet
Tucson
i30

2.5D CRDI

D4CB

82/4500

2.0D CRDI

D4EA

83/4000

2.0D CRDI

D4EA

1.6D CRDI
2.0D CRDI

santafe

2.0D CRDI
2.2D CRDI

D4FB-H
D4FB-L
D4EA
D4EA
D4EA- V
D4EB -V

83/4000 (2004-07)

103/4000 (2006- 09)
85/4000
66/4000
83/4000
83/4000 (2001-06)
92/4000 (2005- 06)
110/4000 (2006- 09)

Hình 2.1: Xe Elantra với động cơ D4EA

Hình 2.2: Xe Getz và Matrix với động cơ D3EA

6


Hình 2.3 Xe Santa Fe với động cơ D4EA
2.4

Các thông số kĩ thuật của xe Hyundai Santa Fe
Bảng 2.2: Một số thông số kĩ thuật của động cơ CRDi D4EA 2.0D
General information
Model:

Hyundai Santa Fe 2.0 CRDi VGT 4WD

Year:

2006

Category:

SUVs

Rating:

57.3 out of 100. Show full rating and compare
with other cars
Main features, safety and ecconomy

Engine size:

1991 ccm (121.49 cubic inches)

Fuel type:

Diesel

Fuel mixed driving:

7.6 litres/100 km (30.95 miles per gallon)

Seats:

5

Drive:

4WD

Airbags:

4. Front airbags. Side airbags.
Engine and transmission

Engine location:

Front, transverse

Displacement:

1991 ccm (121.49 cubic inches)

Engine type:

Inline, 4 cylinder

Max power:

125.00 PS (92 kW or 123 HP) at 4000 Rev. per
min.
7


Max torque:

285.00 Nm (29.1 kgf-m or 210.2 ft.lbs) at 2600
Rev. per min.

2.5

Compression:

17.7:1

Bore x stroke:

83.0 x 92.0 mm (3.3 x 3.6 inches)

Cấu tạo, nguyên lí hoạt động của hệ thống cung nhiên liệu Common rail
2.5.1 Sơ đồ hệ thống CRDI

Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CRDI cơ bản.
(1)Thùng nhiên liệu; (2)Lọc sơ; (3)Bơm cấp nhiên liệu; (4)Lọc tinh; (5)Bơm cao
áp; (6)Cảm biến áp suất đường cao áp chung; (7)Đường cao áp chung; (8)Van
giảm áp; (9) Vòi phun;(10)Van kiểm soát áp suất; (11)Bộ điều khiển điện tử ;
(12)Cảm biến vị trí trục khuỷu; (13)Cảm biến vị trí trục cam; (14)Cảm biến vị trí
bàn đạp ga; (15)Cảm biến áp suất đường nạp; (16)Cảm biến nhiệt độ không khí
nạp; (17)Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; (18)Cảm biến khối lượng không khí
nạp(19) đường nhiêu liệu hồi về của kim phun
2.5.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống :
Nhiên liệu từ thùng chứa (1) được bơm cấp (3) đưa qua lọc sơ (2) và lọc tinh (4), nhiên
liệu sau khi được lọc các tạp chất cơ học được đưa đến bơm cao áp (5). Nhiên liệu được
bơm cao nén với áp suất rất cao (1350 Bar – 2000 Bar) và đưa đến đường cao áp chung.
Nhiên liệu trong đường cao áp chung được duy trì ở một áp suất cố định bởi van kiểm
8


soát áp suất (10). Nhiên liệu từ đường ống cao áp chung qua các đường ống riêng biệt đến
từng vòi phun. Để tránh nguy hiểm khi áp suất quá cao van giảm áp (8) sẽ mở cho dầu về
thùng khi áp suất của hệ thống vượt quá qui định. Các cảm biến dùng ghi nhận tình trạng

làm việc của động cơ như nhiệt độ KK nạp, nhiệt độ nước làm mát… và biến đổi các giá
trị vật lý này thành tín hiệu điện cung cấp cho ECM. Dựa vào tín hiệu cung cấp từ các
cảm biến, ECM xử lý, tính toán và ra lệnh điều khiển vòi phun ( Lượng nhiên liệu và thời
điểm phun). Khi có xung tín hiệu điều khiển vòi phun từ ECM, vòi phun mở nhiên liệu có
áp cao được phun vào buồng đốt của động cơ.nhiên liệu thừa sau khi phun sẽ theo đường
ống (19) về thùng chứa.
• Dưới đây là sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel common rail dùng trên
các xe thương mại.

Hình 2.5 : Hệ thống nhiên liệu của động cơ Common rail
dùng trên các xe thương mại.

9


2.5.3 Các thành phần cơ bản của hệ thống Common rail :
a. Mạch áp suất cao : bao gồm có bơm cao áp, van điều khiển áp suất, cảm biến
áp suất, rail, kim phun. Nhiệm vụ chủ yếu của mạch áp suất cao là ổn định áp
suất trên đường rail và trong suốt quá trình phun vào buồng đốt của động cơ.

Hình2.6 :Mạch áp suất cao
b. Mạch áp suất thấp : gồm có thùng nhiên liệu, bầu lọc, bơm cung cấp. có
nhiệm vụ lọc sạch nhiên liệu đưa đến mạch cao áp

Hình2.7 : Mạch áp suất thấp
c. ECM và các cảm biến : các cảm biến chịu trách nhiệm cho việc đo lường các
đại lượng vật lí quan trọng. ECU nhận tín hiệu của các cảm biến , xử lý và điều
10

khiển các cơ cấu chấp hành. Chức năng chính là điều khiển phun nhiên liệu
đúng thời điểm, đúng lượng, đúng áp suất phù hợp từng chế độ làm việc của
động cơ.

Hình 2.8 : ECM và các cảm biến
d. Mạch hồi dầu :khi áp suất đường ống chung ( rail ) quá giới hạn cho phép,qua
van điều khiển áp suất nhiên liệu theo mạch dầu hồi sẽ về thùng nhiên liệu làm
giảm áp suất mạch cao áp

Hình 2.9 : Van điều khiển áp suất mở cho
phép nhiên liệu về lại thùng

11


e. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu CRDI đơn giản :

Hình 2.10 : Sơ đồ điều khiển hệ thống nhiên liệu CRDI cơ bản của Bosch
Trên một số hệ thống nhiên liệu Common rail phức tạp hơn, ngoài các cảm biến kể trên
còn có thể thêm nhiều cảm biến khác như:
-

Cảm biến tốc độ xe.

-

Cảm biến nhiệt độ khí xả.

-

Cảm biến oxy.

-

Các cảm biến áp suất khác nhau để xác định lực cản hay tình trạng hoạt động của

các bộ phận xử lý khí thải.
2.6

Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động các bộ phận chính của hệ thống CRDI 2.0D

Huyndai :
2.6.1 Lọc nhiên liệu:

Hình 2.11 : Lọc nhiên liệu

12