BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG
NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ VE-EDC
TRÊN XE HYUNDAI 1T25 H100

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60250116

S K C0 0 4 4 3 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG
NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ VE-EDC
TRÊN XE HYUNDAI 1T25 H100

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60250116


Trần Anh Tuấn


CẢM TẠ
Trong quá trình thực hiện luận văn, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
- TS. Lý Vĩnh Đạt - Giảng viên hướng dẫn. Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Xin
kính chúc Thầy và gia đình luôn luôn mạnh khoẻ, vui tươi và hạnh phúc.
- PGS. TS Đỗ Văn Dũng. Thầy đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi
nhất trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Xin kính chúc Thầy và gia đình
luôn luôn mạnh khoẻ, vui tươi và hạnh phúc.
- Ths. Trần Đình Quý - Cố vấn học tập. Thầy đã tận tình chỉ bảo, cung cấp
những kinh nghiệm, những kiến thức quý báu để em hoàn thành luận văn này. Kính
chúc Thầy và gia đình luôn luôn mạnh khoẻ và hạnh phúc.
- Bộ phận Sau Đại học - Phòng Đào tạo, Khoa cơ khí động lực - Trường Đại
học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh và đặc biệt là quý Thầy giáo giảng dạy lớp
Cao học Kỹ thuật cơ khí động lực khoá 12B.
- Ban Giám Hiệu, Khoa Ô tô trường Đại học Trần Đại Nghĩa và các bạn đồng
nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ nhiệt tình trong thời gian làm luận
văn.
- PTN Trọng Điểm ĐHQG-HCM Động Cơ Đốt Trong, Đại học Bách Khoa Tp.
Hồ Chí Minh đã hỗ trợ trong việc thử nghiệm động cơ.
- Ban Giám đốc xí nghiệp Ô tô – Xí nghiệp liên hợp Z-751/BQP đã giúp đỡ và
tạo điều kiện trong quá trình thử nghiệm động cơ.
- Các bạn học viên lớp Cao học Kỹ thuật cơ khí động lực khoá 12B đã có
nhiều đóng góp ý kiến quý báu giúp em hoàn thành luận văn này.
- Đặc biệt, xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân đã cổ vũ,
động viên và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn thật tốt.
Do nhiều điều kiện khách quan và chủ quan, việc thực hiện luận văn sẽ
không tránh khỏi những thiếu sót, khuyết điểm. Do vậy em rất mong nhận được sự

làm việc thường xuyên của động cơ khi xe chạy trên đường. Điều này cho thấy đảm bảo
khả năng tiết kiệm nhiên liệu và tăng tính kinh tế rất lớn trong thực tế.
Lượng nhiên liệu giảm nhưng hiệu suất tăng. Minh chứng cho luận cứ giả thuyết ban
đầu về góc phun dầu sớm được điều chỉnh tối ưu hơn so với VE-cơ khí.
Chứng minh được tính khả thi và hiệu quả kinh tế của việc cải tiến chuyển đổi VE-cơ
khí thành VE-EDC điều khiển điện tử.


ABSTRACT

This thesis mentions to research and improve diesel engine changing from VE
mechanical control to VE-EDC electronic control for D4BB. The advantages of the
VE-EDC mounted on traditional diesel engine has brought some improvements in
performance, emissions and fuel consumption due to the accurate control of
injection timing and injection volume. In addition, engine emissions are also
significantly reduced. That is why the author chose topic: "RESEARCH, DESIGN
AND CONVERT DIESEL FUEL SYSTEM USING VE-EDC ELECTRONIC
CONTROL ON 1T25 HYUNDAI H100 VEHICLE".
The results of the thesis include:
Develop successfully improvement methods of change from engine using the
mechanical VE pump motors to engine using the electronic controller VE-EDC
pump. Applied and created a model with D4BB engine.
Provides some theoretical arguments are used for selecting the equipment
replacement. They are the premise for popular replacement on many different cars.
This is the differences between improvement engine and previous engine:
+ Me increases 5% - 10%;
+ Ne increases 10% - 15%;
+ ge decreases 12% - 24%;
+ CO and HC are decreased (% it is not substantial because devices are low
sensitivity to CO and HC emissions levels of diesel engines).

3. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 3
4. Các kết quả nghiên cứu đã công bố .................................................................... 7
4.1. Trong nước .................................................................................................. 7
4.2. Quốc tế......................................................................................................... 8
5. Mục đích và nội dung công việc thực hiện ....................................................... 10
6. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 11
7. Giá trị đề tài ...................................................................................................... 13
8. Giới hạn đề tài ................................................................................................... 13
9. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 13
10. Kế hoạch thực hiện ......................................................................................... 14


PHẦN NỘI DUNG .................................................................................................. 15
Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................... 16
1.1. Bơm cao áp VE – EDC điều khiển bằng điện tử ........................................... 16
1.1.1. Giới thiệu ................................................................................................ 16
1.1.2. Yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu ....................................... 16
1.1.3. Nhiệm vụ bơm cao áp............................................................................. 18
1.1.4. Đặc điểm cấu tạo của bơm cao áp VE-EDC .......................................... 18
1.1.4.1. Bơm tiếp vận ................................................................................... 18
1.1.4.2. Đĩa cam và con lăn .......................................................................... 18
1.1.4.3. Pít tông bơm .................................................................................... 19
1.1.4.4. Bộ chấp hành ................................................................................... 19
1.1.5. Nguyên lý hoạt động của hệ thống VE-EDC ......................................... 22
1.2. Cảm biến dùng trên hệ thống phun dầu điện tử VE-EDC ............................. 24
1.2.1. Khái quát về ECU và EDU..................................................................... 24
1.2.2. Cảm biến tốc độ động cơ ( cảm biến Ne – Crankshaft angel sensor) .... 24
1.2.3. Cảm biến vị trí trục khuỷu (TDC sensor – cảm biến G) ........................ 25
1.2.4. Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp (MAP – Manifold
Absolute Pressure sensor) ................................................................................ 25

2.1.7.1. Giới hạn tốc độ có thể thay đổi ....................................................... 35
2.1.7.2. Giới hạn tốc độ cố định ................................................................... 35
2.1.8. Dập tắt rung động ................................................................................... 35
2.1.9. Kiểm soát bù lượng nhiên liệu phun ...................................................... 36
2.1.10. Giới hạn lượng nhiên liệu phun ............................................................ 37
2.1.11. Chức năng phanh động cơ .................................................................... 37
2.1.12. Bù lượng phun theo độ cao .................................................................. 37
2.2. Các ảnh hưởng của thành phần khí xả trên động cơ diesel VE-EDC ............ 38
2.2.1. Nội dung cơ bản về quá trình cháy trong động cơ diesel ....................... 38
2.2.2. Cơ chế hình thành CO ............................................................................ 40
2.2.3. Cơ chế hình thành NOx........................................................................... 40
2.2.4. Cơ chế hình thành HC ............................................................................ 42


2.2.5. Cơ chế hình thành bồ hóng (PM) ........................................................... 42
2.3. Kết luận nội dung chương 2........................................................................... 44
2.3.1. Về vấn đề giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu .............................................. 44
2.3.1.1. Ảnh hưởng của thời điểm phun nhiên liệu...................................... 44
2.3.1.2. Ảnh hưởng của lượng phun nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình ... 46
2.3.1.3. Ảnh hưởng của đặc tính phun ......................................................... 46
2.3.2. Về vấn đề tăng công suất và mô men xoắn động cơ .............................. 47
2.3.2.1. Các vấn đề cơ bản của động cơ ....................................................... 47
2.3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất và mô men xoắn động cơ ..... 49
Chương 3: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HTPNL DIESEL VE THÀNH VE –
EDC ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN XE HYUNDAI 1T25 - H100 .................. 53
3.1. Đánh giá khái quát về tầm chiến lược của hệ thống bơm cao áp điều khiển
bằng điện tử VE – EDC ........................................................................................ 53
3.2. Cơ sở lựa chọn thiết bị và quy trình thực hiện chuyển đổi HTPNL động cơ ....
Huyndai H100 1T25 ............................................................................................. 55
3.2.1. Giới thiệu về mẫu động cơ D4BB trên xe Huyndai H100 1T25 ............ 55

4.2.2.4. Đo nồng độ khí thải......................................................................... 83
4.3. Các phương pháp giảm phát thải ô nhiễm cho động cơ diesel (động cơ cháy
với hỗn hợp hòa khí nghèo) .................................................................................. 86
4.4 Kết luận nội dung chương 4............................................................................ 87
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 88
1. Kết luận các kết quả đã thực hiện được của đề tài ........................................... 89
2. Tự nhận xét những đóng góp mới của đề tài .................................................... 89
3. Một số khó khăn trong việc thực hiện đề tài .................................................... 90
4. Kiến nghị hướng nghiên cứu mở rộng .............................................................. 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 91


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU
Bảng 1. Tiêu chuẩn chung Euro đối với từng loại xe. ............................................ 4
Bảng 2. Thông số kỹ thuật xe Hyundai H100 ...................................................... 12
Bảng 3. Kế hoạch thực hiện luận văn thạc sĩ ........................................................ 14
PHẦN NỘI DUNG
Chương 2: KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH PHUN NHIÊN LIỆU VÀ THÀNH
PHẦN KHÍ XẢ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL VE-EDC
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu của nhiên liệu Diesel ........................................................ 44
Bảng 2.2. Tác động của những yếu tố chính của quá trình phun đến sự làm việc
của động cơ diesel. ................................................................................................ 47
Chương 3: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HTPNL DIESEL VE THÀNH VE –
EDC ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN XE HYUNDAI 1T25 - H100
Bảng 3.1. Thông số cơ bản động cơ 4DBB .......................................................... 55
Bảng 3.2. Thông số cơ bản động cơ xe Hyundai Starex ...................................... 56
Bảng 3.3. Thông số cơ bản động cơ xe Toyota Hilux .......................................... 57
Bảng 3.4. Thông số cơ bản động cơ xe Toyota Hiace .......................................... 57

Hình 1.5. Cấu tạo van SPV thông thường. ........................................................... 20
Hình 1.6. Quá trình làm việc của van SPV thông thường. ................................... 20
Hình 1.7. Cấu tạo van TCV. ................................................................................. 21
Hình 1.8. Cấu tạo bộ định thời.............................................................................. 21
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý hoạt động. .................................................................. 22
Hình 1.10. Điều khiển phun sớm hơn ................................................................... 22
Hình 1.11. Điều khiển phun muộn hơn ................................................................ 22
Hình 1.12. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điện tử VE-EDC. ............................. 23
Hình 1.13. Sơ đồ và mạch điều khiển van SPV. ................................................... 24
Hình 1.14. Cảm biến tốc độ động cơ và dang tín hiệu ra của cảm biến. .............. 25


Hình 1.15.Cảm biến vị trí trục khuỷu (a) và dạng tín hiệu ra của cảm biến (b). .. 25
Hình 1.16. Cảm biến áp suất đường ống nạp........................................................ 26
Hình 1.17. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. ....................................................... 26
Hình 1.18. Cảm biến nhiệt độ khí nạp. ................................................................. 27
Hình 1.19. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu. ............................................................. 27
Hình 1.20. Cảm biến vị trí bàn đạp ga (a) và cảm biến vị trí bướm ga (b.) ......... 27
Hình 1.21. Kết cấu vòi phun kín có chốt trên kim phun. ...................................... 28
Hình 1.22. Dạng tia phun của vòi phun kín có chốt trên kim phun. ..................... 29
Chương 2: KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH PHUN NHIÊN LIỆU VÀ THÀNH
PHẦN KHÍ XẢ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL VE-EDC
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống EDC (a) và tính toán quá trình phun nhiên liệu trong
ECU (b) ................................................................................................................. 33
Hình 2.2. Chức năng dập tắt rung động. ............................................................... 36
Hình 2.3. Chức năng điều khiển vận hành êm dịu................................................ 37
Hình 2.4. Ảnh hưởng của thời điểm phun đến hàm lượng NOx và HC của động
cơ diesel. xe tải (không tuần hoàn khí thải). ......................................................... 45
Chương 3: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HTPNL DIESEL VE THÀNH VE –
EDC ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN XE HYUNDAI 1T25 - H100

Hình 4.17 Cân điện tử VIBRA ............................................................................. 80
Hình 4.18 Đồ thị so sánh lượng phun dầu diesel trước và sau khi cải tiến. ......... 80
Hình 4.19 Đồ thị so sánh suất tiêu hao nhiên liệu trước và sau khi cải tiến ........ .82
Hình 4.20 Máy đo khí xả NHT-6.......................................................................... 83
Hình 4.21 Đo nồng độ khí xả trên động cơ D4BB trước cải tiến ......................... 84
Hình 4.22 Đồ thị so sánh nồng độ CO trước và sau cải tiến. ............................... 85
Hình 4.23 Đồ thị so sánh nồng độ HC trước và sau cải tiến. ............................... 85
Hình 4.26. Đồ thị so sánh nồng độ HC trước và sau cải tiến. .............................. 90


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BCA .................................................................................................. Bơm cao áp
DOC ............................................................................ Diesel Oxidation Catalyst
DPF ................................................................................. Diesel Particulate Filter
ĐCD ............................................................................................. Điểm chết dưới
ĐCT .............................................................................................. Điểm chết trên
ECU ................................................................................ Electronic Control Unit
EDC ............................................................................. Electronic Diesel Control
EGR ............................................................................Exhaust-gas Recirculation
0

GQTK ............................................................................ độ góc quay trục khuỷu

HTĐKĐT ................................................................. Hệ thống điều khiển điện tử
HTPNL ........................................................................ Hệ thống phun nhiên liệu
MAP .............................................................Manifold Absolute Pressure sensor
NE sensor........................................................Crankshaft position (CKP) sensor
PM ........................................................................................... Particulate Matter
SCR........................................................................ Selective Catalyst Reduction
SCV ................................................................................... Suction control valve


Hình 1 Động cơ Jeep CRD

Hình 2 Động cơ Mercedes SLK 320

Công nghệ hiện đại đang khắc phục được nhiều nhược điểm của động cơ
diesel. Sự ra đời của các công nghệ như tăng áp và hệ thống phun nhiên liệu trực
tiếp cách đây vài năm đã khiến động cơ diesel mạnh mẽ không thua kém gì những
động cơ xăng tốt nhất, mà vẫn giữ nguyên ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu. Chính từ
những sự phát triển về công nghệ mà những động cơ diesel sử dụng bơm cao áp
thường (điều khiển bằng cơ khí) dần được thay thế bằng các loại bơm cao áp điều

2


khiển bằng điện tử ECU như: HTPNL VE – EDC và bước tiến mới là HTPNL
Common Rail.
2 Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu và xây dựng phương pháp chuyển đổi HTPNL VE kiểu cơ khí
thành VE-EDC kiểu điều khiển điện tử phù hợp (qui tắc chọn lựa thiết bị, thiết kế
cải tạo, lắp đặt, cân chỉnh và thử nghiệm), đáp ứng với mục tiêu nâng cao hiệu suất
nhiệt của động cơ (công suất Ne và mô men xoắn Me tăng với suất tiêu hao nhiên
liệu ge nhỏ hơn) và giảm lượng phát thải ô nhiễm (nồng độ HC, CO, NOx, PM) ra
môi trường.
3 Lý do chọn đề tài
- Hiện nay ô tô là một phương tiện giao thông rất quan trọng trong sự phát
triển của xã hội. Ngành công nghiệp ô tô cũng rất phát triển và là một trong các
ngành công nghiệp mũi nhọn. Từ đây đặt ra một số yêu cầu cho sự phát triển không
ngừng của ngành động cơ đốt trong như:
+ Yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất động cơ phải lớn hơn;

Xăng

3,16

NOx

Diesel

Xăng

Diesel

1,13

Xe du lịch Euro II

2,20

1,00

(g/km)

Euro III

2,60

0,64

0,20



0,90

Loại 1

2,72

0,97

0,14

Loại 2

5,17

1,40

0,19

Loại 3

6,90

1,70

0,25

Loại 1

2,20


0,64

0,20

0,56

1,50

0,50

Loại 2

4,17

0,80

0,25

0,72

0,18

0,65

Loại 3

5,22

0,94


0,69

0,10

4


Loại 3

2,27

0,40

0,15

0,46

0,11

0,39

Động cơ

Euro I

4,90

1,20


Loại 1: xe có trọng lượng < 1300 kg
Loại 2: từ 1300 kg đến 1760 kg

Nguồn: European Union

Loại 3: lớn hơn 1760 kg

Hình 5 Tiêu chuẩn khí thải của một số nước khu vực Đông Nam Á
- Sự ra đời và phát triển của các HTPNL điều khiển bằng máy tính có một số
ưu điểm cơ bản như: linh hoạt trong vận hành; dễ dàng tối ưu các thông số làm việc
của HTPNL theo sự hoạt động của động cơ để đồng thời đáp ứng các yêu cầu về
hiệu suất nhiệt và phát thải ô nhiễm trong mọi điều kiện tải và tốc độ, cũng nhưng
tạo ra các chức năng hỗ trợ giúp động cơ vận hành tốt hơn trong các điều kiện vận
hành khác nhau. Trong khi đó, các hệ thống điều khiển bằng cơ khí chỉ đáp ứng (tối
ưu) được 1 vài điều kiện vận hành của động cơ.
- Nhu cầu các ô tô dùng động cơ sử dụng BCA VE kiểu cơ khí cần phải thay
bằng động cơ tiết kiệm nhiên liệu hơn và ít phát thải ô nhiễm môi trường hơn, nhằm
mục đích tăng tính kinh tế trong khai thác và vận hành, góp phần giảm áp lực nguồn

5


cung nhiên liệu và bảo vệ môi trường. Từ đây, phương án thay thế động cơ cũ sử
dụng BCA điều khiển cơ khí bằng động cơ mới dùng VE-EDC hoặc Common Rail
điều khiển điện tử đã được đề xuất. Tuy nhiên, vấn đề hạn chế về khả năng tài chính
trong nước dẫn đến phương án chỉ thay đổi HTPNL trên động cơ từ VE kiểu cơ khí
thành VE-EDC hay Common Rail nhằm phù hợp với trình độ công nghệ và khả
năng tài chính hơn.
- Từ những nhận định như trên, đã đặt ra một số lý do để lựa chọn đề tài như
sau:

Tóm tắt: nghiên cứu, trình bày nguyên lý cấu tạo, nguyên lý hoạt động của
HTPNL động cơ diesel (EDC).
Kết quả: xây dựng giáo trình hướng dẫn môn học về HTPNL động cơ diesel.
b. Nghiên cứu, thiết kế chế tạo bộ điều tốc điện tử cho động cơ diesel sử dụng
bơm cao áp VE.
Tác giả: Phan Nguyễn Quí Tâm.
Nguồn : luận văn thạc sĩ tại trường ĐH SPKT Tp.HCM.
Năm : 2005 - 2007.
Tóm tắt : nghiên cứu cơ sở lý thuyết của hệ thống VE - EDC, thiết kế chế tạo
mô hình bộ điều tốc điện tử cho động cơ diesel sử dụng bơm cao áp VE.
Kết quả: chuyển đổi và chế tạo thành công mô hình động cơ diesel sử dụng bộ
điều tốc điện tử trên bơm cao áp VE.
c. Thiết kế chế tạo hệ thống Common Rail cho động cơ 1 xi lanh.
Tác giả: Nguyễn Phụ Thượng Lưu.
Nguồn : luận văn thạc sĩ tại trường ĐH SPKT Tp.HCM.
Năm : 2006 - 2008.
Tóm tắt : nghiên cứu cơ lý thuyết của hệ thống Common Rail, thiết kế chế tạo
mô hình cho động cơ diesel 1 xy lanh.
Kết quả: chuyển đổi và chế tạo thành công mô hình động cơ diesel Kubota 1
xy lanh sử dụng HTPNL Common Rail.
d. Nghiên cứu chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu kép cho động cơ diesel
Ford Ranger.
Tác giả: Đỗ Khắc Phú.

7


Nguồn : luận văn thạc sĩ tại trường ĐH SPKT Tp.HCM.
Năm : 2008 – 2010.
Tóm tắt : nghiên cứu cơ sở lý thuyết động cơ diesel sử dụng hệ thống