Biên soạn tài lệu tham khảo môn thực hành động cơ diesel phần 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BIÊN SOẠN TÀI LIỆU THAM KHẢO CHO
MÔN THỰC TẬP ĐỘNG CƠ DIESEL PHẦN 2

SVTH:

NGUYỄN BẬC HƯNG

MSSV: 14145104
SVTH: DIỆP CẨM HÙNG
MSSV: 14145101
GVHD: GVC.THS. CHÂU QUANG HẢI

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chun ngành:

Cơng nghệ kỹ thuật ô tô

Tên đề tài:

BIÊN SOẠN TÀI LIỆU THAM KHẢO CHO
MÔN THỰC TẬP ĐỘNG CƠ DIESEL PHẦN 2

SVTH: NGUYỄN BẬC HƯNG
MSSV: 14145104
SVTH: DIỆP CẨM HÙNG
MSSV: 14145101
GVHD: GVC.THS. CHÂU QUANG HẢI

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TP. HỒ CHÍ MINH

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TP. Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 12 năm 2017
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. NGUYỄN BẬC HƯNG

MSSV: 14145104

2. DIỆP CẨM HÙNG

MSSV: 14145101

Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Mã ngành đào tạo: 52510205

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Mã hệ đào tạo: 1

Khóa: K2014

Lớp: 141453

1. Tên đề tài
BIÊN SOẠN TÀI LIỆU THAM KHẢO CHO MÔN THỰC TẬP ĐỘNG CƠ
DIESEL PHẦN 2.
2. Nhiệm vụ đề tài
Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc của các hệ thống sử dụng trên động cơ Diesel
• Hệ thống hỗ trợ khởi động
• Xử lý khí thải
• Điều khiển động cơ Diesel bằng điện tử (EDC)
• Cảm biến
3. Sản phẩm của đề tài
 02 quyển thuyết minh
 02 đĩa CD
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 13/10/2017
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 08/01/2018

TRƯỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸTHUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Tên đề tài: BIÊN SOẠN TÀI LIỆU THAM KHẢO CHO MÔN THỰC TẬP
ĐỘNG CƠ DIESEL PHẦN 2
Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN BẬC HƯNG
DIỆP CẨM HÙNG

MSSV: 14145104
MSSV: 14145101

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ơ tơ
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
....................................................................................................................................

....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): ................................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ..................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm
Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: BIÊN SOẠN TÀI LIỆU THAM KHẢO CHO MÔN THỰC TẬP
ĐỘNG CƠ DIESEL PHẦN 2
Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN BẬC HƯNG

MSSV: 14145104

DIỆP CẨM HÙNG

MSSV: 14145101

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ơ tơ
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (Cho phép bảo vệ hay không): . ..............................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): .... ..............................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

Giảng viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

năm


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: BIÊN SOẠN TÀI LIỆU THAM KHẢO CHO MÔN THỰC TẬP ĐỘNG
CƠ DIESEL PHẦN 2
Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN BẬC HƯNG

MSSV: 14145104

DIỆP CẨM HÙNG

MSSV: 14145101

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên
phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo về. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn
chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức.

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng

năm


LỜI CẢM ƠN
Đề tài này được thực hiện dưới sự hướng dẫn tận tâm, tận tình của GVC. ThS. Châu
Quang Hải, giảng viên khoa Cơ khí động lực của trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành

phố Hồ Chí Minh. Chúng em xin được phép gửi đến Thầy lòng biết ơn chân thành và sâu
sắc nhất.
Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo trong trường Đại học Sư
phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung, các Thầy Cơ tại khoa Cơ khí động lực
nói riêng đã tận tuỵ giảng dạy những kiến thức đại cương cũng như chuyên ngành, giúp
cho chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em
trong suốt thời gian thực hiện đồ án này.
Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các Anh (Chị) khóa trước, các bạn đồng mơn đã
động viên, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường.
Sau cùng chúng em xin dành lời cảm ơn tự đáy lịng mình đến gia đình - Những người đã
làm tất cả để cho chúng em có được ngày hơm nay.
Mặc dù chúng em đã có nhiều cố gắng nhưng do sự hạn chế về kinh nghiệm cũng như
về kiến thức nên chắc chắn bài luận này cịn nhiều thiếu sót, chúng em rất mong nhận
được sự chỉ bảo, góp ý của Q Thầy Cơ cùng các bạn.
Tp. HCM, ngày 1 tháng 1 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Diệp Cẩm Hùng
Nguyễn Bậc Hưng

i


TÓM TẮT
Trên thế giới ngày nay, sự thay đổi về công nghệ diễn ra trong từng giây. Điều này
không phải là ngoại lệ đối với lĩnh vực ơ tơ nói chung và động cơ diesel nói riêng. Vì thế,
việc cập nhật và trang bị cho sinh viên những kiến thức liên quan đến các công nghệ mới,
tiên tiến trên thế giới là hết sức cần thiết. Đặc biệt là những kiến thức về động cơ diesel
(rất phổ biến tại Việt Nam). Trong bài luận này, nhóm em sẽ trình bày về cấu tạo và
nguyên lý hoạt động của những thành phần chính trên động cơ diesel (ví dụ như hệ thống
xông máy, hệ thống phun nhiên liệu, bộ điều khiển động cơ diesel bằng điện tử,…), các

công nghệ mới, tiên tiến (ví dụ như các cơng nghệ liên quan đến việc xử lý khí thải), sự
giao tiếp giữa các hệ thống điều khiển thông quan mạng CAN, những cảm biến mới, …
Để đảm bảo độ tin cậy cho bài luận này, nhóm chúng em sẽ sử dụng tài liệu của tập đoàn
BOSCH (một trong những tập đoàn lớn trong lĩnh vực ơ tơ). Cùng với đó, chúng em chủ
động tham khảo các nguồn tài liệu khác nhau (ví dụ như trên internet, giáo trình, sách
báo) và tích cực hỏi ý kiến từ các giảng viên bộ môn, các Anh (Chị) khố trước, các bạn
đồng mơn. Sau khi thực hiện bài luận này, chúng em thu được một số kết quả rất khả
quan (sẽ được nêu chi tiết ở phần sau). Chúng em tin rằng, lượng kiến thức này sẽ giúp
ích rất nhiều cho các bạn sinh viên ở những khoá sau.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................................i
TÓM TẮT ...........................................................................................................................ii
MỤC LỤC ......................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ......................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................................vii
Chương 1. TỔNG QUAN.................................................................................................. 1
1.1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................... 1
1.2. Mục đích nghiên cứu .............................................................................................. 1
1.3. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 2
1.4. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................ 2
Chương 2. HỆ THỐNG HỖ TRỢ KHỞI ĐỘNG........................................................... 3
2.1. Tổng quát ............................................................................................................... 3
2.2. Các hệ thống xông máy .......................................................................................... 4
Chương 3. CÁC BIỆN PHÁP BÊN TRONG ĐỘNG CƠ NHẰM GIẢM THIỂU KHÍ
THẢI ................................................................................................................................ 13
3.1. Q trình cháy ...................................................................................................... 14

3.2. Các tác động khác nhau lên lượng khí thải ơ nhiễm ............................................ 18
3.3. Sự phát triển của quá trình đốt cháy đồng nhất .................................................... 19
3.4. Sự phun dầu diesel................................................................................................ 21
Chương 4. XỬ LÝ KHÍ THẢI ....................................................................................... 41
4.1. Bộ xúc tác lưu trữ NOx ........................................................................................ 42
4.2. Bộ xúc tác chọn lọc SCR (Selective catalytic reduction) .................................... 46
4.3. Bộ lọc muội than (DPF) ....................................................................................... 55
4.4. Bộ xúc tác oxy hóa ............................................................................................... 66
Chương 5. BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DIESEL BẰNG ĐIỆN TỬ (EDC) ........... 70
5.1. Tổng quát về hệ thống .......................................................................................... 70
5.2. Bơm cao áp thẳng hàng ........................................................................................ 74
5.3. Các bơm cao áp phân phối (dạng piston hướng trục) với nhiên liệu được điều
khiển bằng lằn vạt xéo ................................................................................................. 77
5.4. Bơm cao áp phân phối (dạng piston hướng trục hoặc hướng tâm) với nhiên liệu
được điều khiển bằng van điện từ ............................................................................... 79
iii


5.5. Hệ thống nhiên liệu kim liên hợp (UIS) trên xe du lịch ....................................... 80
5.6. Hệ thống nhiên liệu kim liên hợp (UIS) và hệ thống nhiên liệu bơm UP trên xe
thương mại ................................................................................................................... 82
5.7. Hệ thống Common – rail (CRS) trên xe du lịch ................................................... 83
5.8. Hệ thống Common – rail (CRS) trên xe thương mại ........................................... 85
5.9. Quá trình xử lý tín hiệu ........................................................................................ 86
5.10. Điều khiển phun nhiên liệu ................................................................................ 89
5.11. Sự điều khiển theo vòng khép kín dựa theo tín hiệu lamda trên xe du lịch .....102
5.12. Điều khiển và kích hoạt các bộ chấp hành .......................................................108
5.13. Sự trao đổi dữ liệu với các hệ thống khác ........................................................110
5.14. Sự truyền dữ liệu nối tiếp (CAN) .....................................................................112
Chương 6. BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BẰNG ĐIỆN TỬ (ECU) .........................120

6.1. Những điều kiện hoạt động ................................................................................120
6.2. Thiết kế và cấu tạo .............................................................................................121
6.3. Xử lý dữ liệu ......................................................................................................122
Chương 7: CẢM BIẾN ................................................................................................. 128
7.1. Ứng dụng ô tô ....................................................................................................128
7.2. Cảm biến nhiệt độ ..............................................................................................129
7.3. Cảm biến áp suất ................................................................................................131
7.4. Cảm biến áp cao .................................................................................................135
7.5. Cảm biến tốc độ động cơ ...................................................................................136
7.6. Cảm biến tốc độ quay và cảm biến vị trí góc quay ............................................138
7.7. Cảm biến vị trí trục cam.....................................................................................139
7.8. Cảm biến bàn đạp ga ..........................................................................................142
7.9. Bộ đo gió kiểu dây nhiệt ....................................................................................146
7.10. Cảm biến oxy ....................................................................................................149
7.11. Cảm biến hành trình thanh răng .......................................................................151
7.12. Cảm biến mức nhiên liệu ..................................................................................153
Chương 8. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................ 155

iv


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
ABS: Hệ thống phanh chống bó cứng
A/C: Hệ thống điều hịa
ACK: Cơng nhận
ARD: Bộ dập dao động chủ động
AZG: Cân bằng xy lanh kèm theo sự thích ứng
ASIC: Mạch tích hợp dành cho các ứng dụng cụ thể
be: Mức tiêu hao nhiên liệu thực tế (g/kWh)
BIP: Bắt đầu của giai đoạn phun

CAN: Mạng điều khiển vùng
CDPF: Bộ lọc muội than được phủ chất xúc tác
CPU: Bộ xử lý trung tâm
CRC: Kiểm tra độ dư vòng
CRS: Hệ thống Common – rail
CRT: Hệ thống lọc tái tạo liên tục
DCU: Bộ điều khiển động cơ diesel
DI: Phun trực tiếp
DOC: Bộ xúc tác oxy hóa
EAB: Van tắt máy bằng điện tử
ECU: Bộ điều khiển bằng điện tử
EDC: Bộ điều khiển động cơ diesel bằng điện tử
EGR: Tuần hồn khí thải
ELAB: Van ngắt nhiên liệu dư
EOBD: Chuẩn đoán trên xe theo tiêu chuẩn Châu Âu
ESP: Hệ thống cân bằng điện tử
ETC: Bộ điều khiển hộp số tự động bằng điện tử
FGB: Sự giới hạn tốc độ xe
HCCI: Cháy nhờ nén hỗn hợp đồng nhất
IC: Mạch tích hợp
IDE: Bit mở rộng của định danh
v


IDI: Phun gián tiếp
ISO: Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hóa
IMA: Bộ bù nhiên liệu phân phối
LLR: Bộ điều khiển tốc độ cầm chừng
MAR: Bộ điều khiển bù nhiên liệu phun
MMA: Bộ điều chỉnh nhiên liệu phân phối trung bình

n: Tốc độ động cơ (rpm)
NSC: Bộ xúc tác lưu trữ NOx
NTC: Nhiệt điện trở âm
OBD: Chuẩn đoán trên xe
QH: Thể tích nhiên liệu
P: cơng suất động cơ (KW)
PDF: Hệ thống lọc muội than
PTC: Hệ số nhiệt điện trở dương
PWM: Bộ điều khiển độ rộng xung
RAM: Bộ nhớ cho phép viết và đọc
RTR: Yêu cầu truyền từ xa
Rpm: vòng trên phút
SCR: Bộ xúc tác chọn lọc
SRC: Bộ điều khiển êm dị
TDC: Điểm chết trên
TCS: Hệ thống chống trượt
UIS: Hệ thống nhiên liệu kim phun liên hợp
UPS: Hệ thống nhiên liệu bơm UP
Vcat: Thể tích bộ xúc tác
Vstroke: Thể tích cơng tác
VTG: Turbo tăng áp với cánh tua bin có thể thay đổi
z: số xy lanh động cơ
ZRD: Bộ điều khiển tốc độ trung gian
ε: Tỷ số nén
λ: Tỷ lệ hỗn hợp
vi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Các thành phần của hệ thống xơng máy ..................................................................5

Hình 2.2. Bugi xơng loại GSK2 ...............................................................................................6
Hình 2.3. Nhiệt độ của bugi xông theo thời gian trên hệ thống xơng máy kiểu truyền
thống ........................................................................................................................................7
Hình 2.4. Bugi xơng loại ống nhiệt bằng kim loại (Highspeed) ..............................................8
Hình 2.5. Bugi xơng Rapiterm .................................................................................................9
Hình 2.6. Những đường cong so sánh nhiệt độ giữa bugi xơng HighSpeed GSK2
và GSK3 ..................................................................................................................................10
Hình 2.7. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ trên bề mặt bugi xông lên lượng khói đen
trong khí thải ...........................................................................................................................10
Hình 3.1. Phun dầu diesel .......................................................................................................13
Hình 3.2. Các biến số ảnh hưởng trong quá trình cháy ..........................................................15
Hình 3.3. Quá trình cháy truyền thống và sự phát triển trở thành quá trình cháy đồng nhất .21
Hình 3.4. Quá trình cháy trên động cơ phun trực tiếp với kim phun nhiều lỗ tia...................22
Hình 3.5. Đường cong tỷ số A/F đối với một hạt nhiên liệu đứng yên ..................................24
Hình 3.6. Đường cong tỷ số A/F đối với một hạt nhiên liệu chuyển động.............................25
Hình 3.7. Thời điểm khởi phun theo tốc độ động cơ trên xe du lịch ......................................26
Hình 3.8. Lượng khí thải NOx và HC theo thời điểm khởi phun trên xe thương mại
(không sử dụng tuần hồn khí thải) ........................................................................................28
Hình 3.9. Đường cong áp suất phun trên hệ thống phun nhiên liệu truyền thống ..................31
Hình 3.10. Đường cong áp suất phun trên hệ thống Common – rail ......................................32
Hình 3.11. Mơ hình phun nhiên liệu .......................................................................................33
Hình 3.12. Ảnh hưởng của giai đoạn phun trước đến áp suất cháy ........................................35
Hình 3.13. Chuỗi tương tác giữa các thành phần phun nhiên liệu theo góc quay
của trục cam ............................................................................................................................36
Hình 3.14. Sự ảnh hưởng của áp suất phun và thời điểm khởi phun lên mức tiêu hao
nhiên liệu, lượng muội than và lượng khí thải NOx ...............................................................38
Hình 3.15. Sự ảnh hưởng của thiết kế kim phun lên lượng khí thải HC ................................39
Hình 3.16. Các loại kim phun .................................................................................................39
vii

Hình 4.1. Giảm thiểu sự ơ nhiễm bằng cách quản lý khí thải
(trên xe sử dụng hệ thống Common – rail) .............................................................................42
Hình 4.2. Sơ đồ hệ thống khí thải sử dụng bộ xúc tác lưu trữ NOx .......................................43
Hình 4.3. Hệ thống khí thải sử dụng bộ xúc tác chọn lọc SCR ..............................................47
Hình 4.4. Sự so sánh lượng khí thải NOx bên trong chu trình chuyển tiếp
(ETC - European Transient Cycle) .........................................................................................49
Hình 4.5. Thiết kế của hệ thống DENOXTRONIC 1 .............................................................50
Hình 4.6. Tổng qt về sơ đồ trộn ..........................................................................................53
Hình 4.7. Mơ hình chuẩn ........................................................................................................54
Hình 4.8. Bộ lọc muội than làm từ gốm .................................................................................56
Hình 4.9. Thiết kế bộ lọc muội than làm từ gốm ....................................................................56
Hình 4.10. Bộ lọc muội than làm từ kim loại thiêu kết ..........................................................57
Hình 4.11. Hệ thống khí thải sử dụng bộ xúc oxy hóa và bộ lọc muội than
với hệ thống phụ gia................................................................................................................58
Hình 4.12. Những chức năng điều khiển của hệ thống lọc muội than....................................62
Hình 4.13. Nhiệt độ khí thải thơng thường theo hàm tốc độ và tải động cơ ..........................65
Hình 4.14. Những phương pháp bên trong động cơ nhằm tăng nhiệt độ khí thải ..................66
Hình 4.15. Sự biến đổi HC và CO theo nhiệt độ của bộ xúc tác ............................................69
Hình 5.1. Các thành phần chính của bộ điều khiển động cơ diesel bằng điện tử ...................71
Hình 5.2. Sơ lược về các thành phần của EDC trên bơm cao áp thẳng hang .........................74
Hình 5.3. Sơ lược về cách thành phần của EDC trên bơm cao áp (dạng piston hướng trục)
với nhiên liệu được điều khiển bằng lằn vạt xéo (VE – EDC) ...............................................77
Hình 5.4. Sơ lược về cách thành phần của EDC trên bơm cao áp (dạng piston hướng trục
hoặc hướng tâm) với nhiên liệu được điều khiển bằng van điện từ (VE – M, VR – M) ........79
Hình 5.5. Sơ lược về các thành phần của EDC trên hệ thống nhiên liệu kim liên hợp
(UIS) dành cho xe du lịch .......................................................................................................80
Hình 5.6. Sơ lược về các thành phần của EDC trên hệ thống nhiên liệu kim liên hợp
(UIS) và hệ thống nhiên liệu bơm UP dành cho xe thương mại .............................................82
Hình 5.7. Sơ lược về các thành phần của EDC trên hệ thống Common – rail dành cho xe

du lịch......................................................................................................................................83
Hình 5.8. Sơ lược về các thành phần của EDC trên hệ thống Common – rail (CRS) dành
viii


cho xe thương mại ...................................................................................................................85
Hình 5.9. Bộ điều khiển động cơ diesel bằng điện tử (EDC): chuỗi điều khiển cơ bản ........87
Hình 5.10. Sự tính tốn của q trình phun nhiên liệu trong hộp ECU ..................................89
Hình 5.11. Thử nghiệm về bộ dập dao động chủ động (ARD) ..............................................94
Hình 5.12. Bộ điều khiển thời điểm khởi phun ......................................................................98
Hình 5.13. Sự điều phối tín hiệu từ cảm biến dịch chuyển kim phun ....................................99
Hình 5.14. Cảm biến tốc độ quay/góc quay giúp tạo ra tín hiệu IWZ ...................................100
Hình 5.15. Sự phát hiện thời điểm bắt đầu phân phối ...........................................................102
Hình 5.16. Sơ lược về hệ thống .............................................................................................103
Hình 5.17. Sơ lược về hoạt động của bộ điều chỉnh nhiên liệu phân phối trung bình ở chế
độ “điều khiển gián tiếp” .......................................................................................................105
Hình 5.18. Nguyên lý hoạt động của bộ giới hạn khởi ở chế độ toàn tải sử dụng vịng điều
khiển khép kín dựa theo tín hiệu lamda .................................................................................106
Hình 5.19. Van ngắt dịng khí nạp vào xy lanh .....................................................................109
Hình 5.20. Những thành phần trao đổi dữ liệu với EDC .......................................................111
Hình 5.21. Bus đường thẳng ..................................................................................................113
Hình 5.22. Gắn địa chỉ và lọc thơng điệp ..............................................................................115
Hình 5.23. Sự phân xử theo từng bit ......................................................................................115
Hình 5.24. Định dạng khung của thơng điệp .........................................................................117
Hình 6.1. Thiết kế của ECU của hệ thống Common rail với kim phun Piezo ......................121
Hình 6.2. Xử lý tín hiệu trong ECU .......................................................................................123
Hình 6.3. Tín hiệu PWM........................................................................................................126
Hình 7.1: Mức độ tích hợp cảm biến .....................................................................................129
Hình 7.2: Cảm biến nhiệt độ làm mát ....................................................................................129
Hình 7.3: Đường cong đặc trưng của cảm biến nhiệt NTC ...................................................130

Hình 7.4: Nắp đậy và thiết bị đo áp suất ................................................................................132
Hình 7.5: Thiết bị đo cảm biến áp suất với với nắp chân khơng ...........................................132
Hình 7.6: Thành phần thiết bị đo cảm biến áp suất với nắp chân khơng ...............................133
Hình 7.7: Đồ thị đặc tính của cảm biến tăng áp .....................................................................133
Hình 7.8: Thiết bị đo cảm biến áp suất chân khơng ..............................................................134
Hình 7.9: Cảm biến áp cao .....................................................................................................136
ix


Hình 7.10: Đồ thị đặc tính của cảm biến áp cao ....................................................................136
Hình 7.11: Cảm biến tốc độ động cơ .....................................................................................137
Hình 7.12 Cấu tạo cảm biến tốc độ quay hoặc cảm biến góc quay .......................................139
Hình 7.13: Ngun lý cảm biến tốc độ quay hoặc cảm biến góc quay..................................139
Hình 7.14: Cảm biến Hall đơn ...............................................................................................140
Hình 7.15: Thiết bị Hall .........................................................................................................141
Hình 7.16: Cảm biến Hall dạng đơi .......................................................................................142
Hình 7.17: Các loại cảm biến bàn đạp ga ..............................................................................143
Hình 7.18: Đồ thị đặc tính của cảm biến bàn đạp ga .............................................................144
Hình 7.19: Cảm biến ARS1 ...................................................................................................144
Hình 7.20: Cơ cấu hoạt động ARS1 ......................................................................................145
Hình 7.21: Cảm biến ARS2 ...................................................................................................145
Hình 7.22: Mạch bộ đo gió ....................................................................................................146
Hình 7.23: Điện áp của phần khí vào.....................................................................................147
Hình 7.24: Ngun lý hoạt động của bộ đo gió .....................................................................148
Hình 7.25: Hoạt động cảm biến oxy ......................................................................................150
Hình 7.26: Thiết kế cảm biến hành trình thanh răng .............................................................152
Hình 7.27. Cảm biến mức nhiên liệu .....................................................................................153

x

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Trong quá trình cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước hiện nay, sự vận chuyển
đóng vai trị hết sức quan trọng trong việc lưu thơng hàng hóa trong và ngồi nước. Nó
được thực hiện thơng qua nhiều hình thức khác nhau (ví dụ như các phương tiện đường
bộ, tàu, thuyền, máy bay, …). Thông dụng nhất là các loại xe thương mại, do chúng đáp
ứng tốt các yêu cầu về tính kinh tế cũng như khả năng chuyên chở nặng theo mong muốn
của người sử dụng. Để đạt được điều này, động cơ diesel trở thành lựa chọn phù hợp
nhất, nó giúp tạo ra cơng suất vượt trội và đồng thời đảm bảo tính kinh tế cao. Tuy nhiên,
các quy định ngày càng nghiêm khắc về các tiêu chuẩn khí thải cũng như những yêu cầu
về độ tiện nghi dành cho người tài xế, đòi hỏi phải tiến hành các cải tiến lớn đối với loại
động cơ này. Nắm bắt được xu hướng trên, tập đoàn BOSCH đã phát triển và cho ra đời
rất nhiều phát minh mang tính cách mạng trên động cơ Diesel. Có thể kể đến một vài
thành tựu như các loại bơm cao áp, các loại kim phun, các phần mềm hiện đại, bộ xúc tác
oxy hóa, bộ lọc muội than, …Vì vậy, việc áp dụng các tài liệu của tập đồn này trong
cơng tác giảng dạy và học tập sẽ trở nên vô cùng cần thiết ở thời điểm hiện tại và cả trong
tương lai.
Với bổn phận là những sinh viên năm tư của Trường đại học Sư phạm kỹ thuật Thành
phố Hồ Chí Minh, chúng em luôn khao khát cống hiến chút sức lực của mình dành cho
sự phát triển và sự thành cơng của nhà trường. Sau ba năm theo học tại trường, chúng em
đã được tiếp thu một lượng kiến thức rất đầy đủ về chuyên ngành của mình và đồng thời,
nhờ vào sự tạo điều kiện của nhà trường, chúng em đã được trang bị thêm nhiều kỹ năng
bổ ích. Đặc biệt là kỹ năng về ngoại ngữ. Chính vì vậy, khi được GVC. ThS. Châu Quang
Hải gợi ý về đề tài “Biên soạn tài liệu tham khảo cho môn thực tập động cơ Diesel phần
2”, cụ thể là việc sử dụng tài liệu của tập đồn BOSCH, nhóm chúng em cảm thấy rất vui
mừng và tin đây là một cơ hội để củng cố lượng kiến thức đã được học trong nhiều năm
qua. Cuối cùng, chúng em thật sự rất cảm ơn Thầy Châu Quang Hải đã dành cho nhóm
chúng em cơ hội hết sức quý báu này.
1.2. Mục đích nghiên cứu

• Hiểu rõ và trình bày được các nội dung trọng tâm của động cơ Diesel
1


• Hiểu được các nguyên lý hoạt động của từng bộ phận
• Nắm bắt được các cải tiến và những phát minh mới của tập đồn BOSCH
• Nhìn ra được những hạn chế của động cơ Diesel để đưa ra những đề xuất nghiên
cứu
• Chuyển đổi những kiến thức lý thuyết này thành những kiến thức thực nghiệm (ví
dụ như việc chuẩn đốn trên xe)
• Cải thiện khả năng đọc tài liệu nước ngồivà khả năng tìm kiếm thơng tin bằng
tiếng việt cũng như bằng tiếng anh
• Tăng cường kỹ năng làm việc nhóm và khả năng xử lý các tình huống khó
• Áp dụng những kỹ năng đã được học để khai thác thông tin từ Thầy (Cô), các anh
khóa trước, bạn bè.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
• Các phần trọng tâm trên động cơ Diesel
• Các cơng nghệ và phần mềm mới của tập đồn BOSCH
• Các phương pháp giảm thiểu khí thải bên trong động cơ
• Các phương pháp xử lý khí thải
• Bộ điều khiển động cơ Diesel bằng điện tử
1.4. Phạm vi nghiên cứu
Chúng em thực hiện nghiên cứu trong phạm vi các công nghệ của tập đoàn BOSCH
trên động cơ Diesel.

2


Chương 2. HỆ THỐNG HỖ TRỢ KHỞI ĐỘNG
• Động cơ càng lạnh thì càng khó khởi động. Ngun nhân được cho là việc rò rỉ và

mất mát nhiệt đã làm giảm áp suất nén trong xy lanh và cùng với đó là sự giảm nhiệt độ
của khí nén. Ở nhiệt độ thấp, động cơ chỉ có thể hoạt động tại một nhiệt độ môi trường
nhất định và dưới điều kiện nhiệt độ môi trường như thế chúng không thể khởi động được
nếu khơng có những thiết bị hỗ trợ khởi động.
• So với xăng, dầu diesel cũng rất dễ cháy. Điều này giải thích tại sao động cơ diesel
sử dụng buồng cháy phụ, buồng cháy xoáy lốc hay động cơ phun dầu trực tiếp có thể tự
khởi động khi nhiệt độ bên ngoài thấp (trên 0°C). Trong điều kiện nhiệt độ bên ngoài
thấp như thế nhưng nhiệt độ tự cháy của dầu Diesel (khoảng 250°C) vẫn có thể được tạo
ra trong buồng đốt khi động cơ quay ở tốc độ khởi động. Những động cơ sử dụng buồng
cháy trước và buồng cháy xoáy lốc cần thiết bị hỗ trợ để khởi động khi nhiệt độ bên
ngoài thấp (dưới 40°C đối với động cơ sử dụng buồng cháy trước và dưới 20°C đối với
động cơ sử dụng buồng cháy xoáy lốc). Trong khi đó, động cơ phun dầu trực tiếp phải
đến dưới 0°C mới cần sự can thiệp của những thiết bị hỗ trợ này.
2.1. Tổng quát
2.1.1. Những hệ thống dành cho xe khách và xe thương mại loại nhẹ
• Hệ thống xông máy được sử dụng cho xe khách và xe thương mại loại nhẹ. Những
hệ thống này làm động cơ dễ khởi động, giúp động cơ hoạt động êm ái, giảm tối đa lượng
khí thải ơ nhiễm sau khi khởi động và trong q trình hâm nóng.
• Hệ thống xông máy bao gồm bugi xông, công tắc hoặc chương trình điều khiển hệ
thống xơng nằm trong hệ thống điều khiển động cơ. Những hệ thống xông kiểu truyền
thống sử dụng bugi xông với một điện áp định mức 12V, dòng điện này được lấy từ hệ
thống điện trên xe. Những hệ thống xông máy mới sử dụng điện áp thấp, sử dụng bugi
xông với điện áp định mức dưới 12V, phù hợp với những động cơ sử dụng hệ thống điều
khiển xơng điện tử.
• Trong những động cơ sử dụng buồng cháy trước và buồng cháy xốy lốc, bugi
xơng thường được đặt ở buồng cháy phụ. Trong khi động cơ phun trực tiếp bugi xông
được đặt ngay bên trong buồng cháy chính.

3

• Hỗn hợp khơng khí và dầu diesel được sấy nóng khi trực tiếp đi qua ống nhiệt
nóng của bugie xơng và được sấy nóng. Kết hợp với việc nhiệt độ khí nạp tăng lên trong
q trình nén nên nhiệt độ trong buồng đốt sẽ đạt đến nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu.
• Đối với động cơ có dung tích xy lanh trên 1 lít trở lên trên mỗi xy lanh (xe thương
mại), người ta thường dùng hệ thống hỗ trợ khởi động bằng ngọn lửa.
2.1.2. Những yêu cầu
Những đòi hỏi về việc điều khiển động cơ thuận lợi, dễ dàng hơn đã hình thành nên
sự phát triển của những hệ thống xông hiện đại. Ngày nay, người lái xe khơng cịn chấp
nhận việc khởi động động cơ mà mất quá nhiều thời gian. Những hạn chế nghiêm ngặt
hơn về khí thải và sự mong muốn đạt được cơng suất cao hơn, đã dẫn đến việc phát triển
động cơ với tỉ số nén thấp. Khả năng vận hành động cơ này ở chế độ khởi động lạnh và
chạy lạnh cịn gặp khó khăn, nhưng điều này có thể được kiểm sốt nhờ vào việc tăng
nhiệt độ xơng cao hơn và tăng thời gian xơng lâu hơn.
Tóm lại, hệ thống xông máy phải đáp ứng sự thỏa mãn theo những u cầu sau:
• Tốc độ xơng nhanh nhất (1000°C/s), thậm chí khi xảy ra hiện tượng sụt áp trong
hệ thống điện trên xe
• Tuổi thọ hệ thống xơng cao (tương đương với thời gian bảo dưỡng động cơ)
• Có thể kéo dài thời gian xơng trong vài phút
• Nhiệt độ xơng phải phù hợp với u cầu của động cơ
• Có thể xơng liên tục lên đến 1150°C đối với động cơ có tỷ số nén thấp
• Giảm sự tiêu thụ điện năng trên hệ thống điện ơ tơ
• Tn thủ tiêu chuẩn khí xả EURO IV và US 07
• Việc chẩn đoán trên xe dựa theo hệ thống OBD II và hệ thống EOBD
2.2. Các hệ thống xông máy
2.2.1. Những giai đoạn xơng
Q trình xơng bao gồm 5 giai đoạn:
• Trong giai đoạn xơng đầu, bugie xơng được đốt nóng lên đến nhiệt độ hoạt động.
• Trong giai đoạn xơng chờ, hệ thống xơng duy trì nhiệt độ cần thiết cho việc khởi
động động cơ tốt nhất.

• Hệ thống xông cũng được sử dụng khi động cơ tăng tốc trong quá trình khởi động.
4


• Giai đoạn xông sau bắt đầu khi máy khởi động đã ngừng hoạt động.
• Bugie xơng thực hiện việc xơng, sau khi động cơ được làm mát (vì nó chạy quá
mức) hoặc khi hỗ trợ việc tái tạo bộ lọc muội than.
2.2.2. Những hệ thống xơng truyền thống

Hình 2.1. Các thành phần của hệ thống xông máy

2.2.2.1. Thiết kế và cấu tạo
Hệ thống xơng truyền thống bao gồm:
•

Bugie xơng bằng kim loại với điện áp định mức là 12V.

•

Bộ điều khiển xơng bằng rơ le.

• Phần mềm điều khiển hệ thống xơng máy được tích hợp trong ECU.
2.2.2.2. Cách thức hoạt động
Phần mềm xông máy trong ECU sẽ điều khiển q trình xơng tương ứng với việc
đóng – mở công tắc xông máy và các thông số được lưu trữ trong phần mềm. Bộ điều
khiển xơng máy kích hoạt các bugi xông với điện áp của hệ thống, thông qua một relay
trong suốt đầu q trình xơng, xơng chờ, xông trong lúc khởi động, xông sau. Lượng
nhiệt tạo ra phụ thuộc điện áp trong hệ thống điện trên xe và điện trở nhiệt của bu-gi
xơng. Bugi xơng có khả năng tự điều chỉnh nhiệt độ nhờ sự điều khiển của ECU tránh
quá nhiệt. Những điều chỉnh thời gian xông sau theo các yêu cầu của động cơ, giúp nâng

cao tuổi thọ của bugi xơng và tăng cường tính năng chạy lạnh của động cơ.

5


2.2.2.3. Bugi xơng Duraterm
Thiết kế và những đặc điểm

Hình 2.2. Bugi xông loại GSK2

Bugi xông gồm ống nhiệt, nằm bên trong thân kín khí (hình 2.2, 3). Ống nhiệt (4) có
khả năng chống ăn mịn và chịu được nhiệt độ cao, nó bao quanh cuộn dây và có bột cách
điện Magnesium Oxide (6) bên trong. Cuộn dây bao gồm hai điện trở mắc nối tiếp với
nhau, cuộn dây nhiệt (7) được đặt ở giữa đỉnh của ống nhiệt và cuộn hiệu chỉnh (5).
Trong khi cuộn dây nhiệt có trở kháng khơng phụ thuộc vào nhiệt độ, thì cuộn hiệu
chỉnh lại có hệ số nhiệt dương (PTC). Thế hệ mới nhất của bugi xơng (loại GSK2) có trở
kháng tăng nhanh hơn rất nhiều (trong lúc nhiệt độ tăng) so với thế hệ cũ (S-RSK). Vì
thế, bugi xơng loại GSK2 nhanh đạt đến nhiệt độ yêu cầu hơn (850°C trong 4 giây) và
đồng thời có nhiệt độ ở trạng thái ổn định thấp hơn. Nghĩa là nhiệt độ được giữ dưới mức
nhiệt tới hạn của bugi xơng. Do đó, nó có thể duy trì hoạt động lên đến 3 phút sau khi
động cơ đã khởi động. Chức năng xông sau giúp cho giai đoạn chạy cầm chừng (lúc động
cơ lạnh) trở nên hiệu quả hơn cùng với đó là việc giảm tiếng ồn và giảm ơ nhiễm trong
khí thải một cách đáng kể.
Cuộn dây nhiệt được hàn vào ống nhiệt và nối mass. Cuộn hiệu chỉnh được tiếp xúc
với điện cực trung tâm và được kết nối với hệ thống điện trên xe.

6


Hoạt động

Hình 2.3. Nhiệt độ của bugi xơng theo thời gian trên hệ thống xông máy kiểu truyền
thống

Lúc đầu, khi điện áp được đặt vào bugi xông, phần lớn năng lượng điện của cuộn dây
nhiệt sẽ biến thành nhiệt. Nhiệt độ tại đỉnh bugi xơng tăng lên nhanh chóng. Nhiệt độ
cuộn hiệu chỉnh – và trở kháng của nó – tăng lên theo thời gian. Sau đó, cường độ dịng
điện giảm và vì thế, tổng lượng nhiệt tỏa ra của bugi xông giảm và nhiệt độ sẽ đạt trạng
thái ổn định. Những đặc tính nhiệt được thể hiện trên hình 2.3.
2.2.3. Hệ thống xông máy điện áp thấp
2.2.3.1. Thiết kế và cấu tạo
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, hệ thống xơng này bao gồm:
• Bugi xơng loại ống nhiệt bằng sứ (Rapiterm) hoặc bugi xông loại ống nhiệt bằng
kim loại (Highspeed), sử dụng điện áp thấp dưới 11V.
• Bộ điều khiển xơng bằng điện tử
• Phần mềm điều khiển hệ thống xơng máy được tích hợp trong ECU.
2.2.3.2. Ngun lý hoạt động
Bộ điều khiển xơng máy kích hoạt những bugi xông để cho nhiệt độ xông sinh ra phù
hợp với những yêu cầu của động cơ trong giai đoạn xơng trước, xơng chờ, xơng trong
q trình khởi động, xơng sau và xông trung gian. Trong lúc xông trước, nhằm đạt được
nhiệt độ yêu cầu càng nhanh càng tốt để động cơ khởi động, bugi xơng nhanh chóng
được kích hoạt với điện áp cực đại, hơn cả điện áp định mức của bugi xơng. Sau đó, điện

7


áp này được giảm xuống điện áp định mức của bugi xông ở giai đoạn xông chờ.
Trong lúc xông khi đang khởi động, điện áp tăng lên một lần nữa để bù cho lượng
nhiệt bị mất do khơng khí nạp lạnh. Điều tương tự sẽ diễn ra ở giai đoạn xông sau và
xông trung gian. Điện áp yêu cầu được lấy từ hệ thống điện trên xe thông qua bộ điều

khiển độ rộng xung (PWM). Ở đây, những giá trị của bộ điều khiển độ rộng xung được
lấy từ biểu đồ chương trình. Biểu đồ này được lưu trữ trong bộ điều khiển xông máy của
phần mềm điều khiển động cơ và nó chứa các thơng số sau:
• Tốc độ
• Lương nhiên liệu phun
• Thời gian xơng sau khi máy khởi động ngưng khởi động (hiện nay có ba giai đoạn
xông sau được xác định, tương ứng với nhiệt độ xơng phù hợp)
• Nhiệt độ nước làm mát
Việc kích hoạt được điều khiển bằng biểu đồ, ngăn chặn sự quá nhiệt của bugi xông ở
tất cả các chế độ hoạt động của động cơ.
2.2.4. Bugi xông loại ống nhiệt bằng kim loại (Highspeed)

Hình 2.4. Bugi xơng loại ống nhiệt bằng kim loại (Highspeed)
Hình 2.4 cho ta thấy bugi xơng loại này với điện áp định mức là 4.4V (xông với điện
áp cực đại (11V) trong khoảng 1,8 giây, sau đó giảm về điện áp định mức) đối với loại
kích thước M8.
Thiết kế cơ bản và hoạt động của bugi xông Highspeed cũng giống với bugi xông
8


Duraterm. Cuộn dây nhiệt và cuộn điều chỉnh được thiết kế nhằm sử dụng điện áp định
mức thấp hơn và đạt được chỉ số xơng máy cao hơn.
Hình dáng nhỏ gọn giúp nó thích hợp với những khơng gian hạn chế trong những
động cơ sử dụng 4 xupap. Bugi xông (đường kính khoảng 4/3.3 mm) được làm cơn ở
phía đầu nhằm bố trí cuộn dây nhiệt gần với ống nhiệt hơn. Điều này cho phép chỉ số
xông máy lên đến 1000°C/3s với điện áp cực đại. Nhiệt độ xông cực đại có thể vượt qua
1000°C. Nhiệt độ khi ở giai đoạn xông dự trữ và giai đoạn xông sau xấp xỉ 980°C.
Những tính năng hoạt động này phù hợp với những yêu cầu của động cơ diesel có tỷ số
nén ε ≥ 18.
2.2.5. Bugi xơng Rapiterm

Hình 2.5. Bugi xơng Rapiterm
Bugi xơng loại này (hình 2.5) có những thành phần xơng được làm từ vật liệu
composite sứ mới, chịu được nhiệt độ cao với khả năng dẫn điện có thể thay đổi. Do tính
chống oxy hóa rất cao và chịu được sốc nhiệt nên bugi xông loại này cho phép việc khởi
động diễn ra ngay tức thời, nhiệt độ xông tối đa 1300°C, xông sau và xông trung gian,
kéo dài trong vài phút ở nhiệt độ 1150°C. Việc tiêu thụ ít năng lượng và tuổi thọ cao giúp
nó tốt hơn những loại bugi xơng khác.
Điều này đạt được nhờ vào:
• Những tính năng đặc biệt của vật liệu composit.
• Hình dạng của bugi xơng điện áp thấp.
• Khu vực xơng.
9