HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
1. TỔNG QUAN VỀ
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 :
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
- 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.

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.
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
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
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

áp suất trong xilanh giảm đột ngột, van cao áp được đóng lại.
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
1.2.3.2. Bơm phân phối
Hình 1.3 : Bơm phân phối
Hình 1.3 : Bơm phân phối

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
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
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

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
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
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.
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
1.3.4. Định lượng hỗn hợp nhiên liệu, không khí
Lượng O
2

của động cơ, ví dụ như số vòng quay động cơ, nhiệt độ nước làm mát Bộ xử
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
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.
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
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
1.3.6. Bộ xử lý
Hình 1.4: Sơ đồ khối điều khiển điện tử phun nhiên liệu.

Dung tích xi lanh (cc) 2494cc
Đường kính xylanh (mm) 92
Hành trình S (mm) 93,8
Tỷ số nén 18,5
Công suất lớn nhất (KW/v/ph) 75/3600
Momen xoắn cực đại 260/2400
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
(N.m/v/ph)
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

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
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
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.
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
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

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.
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.
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
+ 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.

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
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
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, 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

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.
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
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