1

Table of Contents

1


2

LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang đứng trước
những cơ hội tiềm năng và ngành công nghiệp ô tô Việt Nam cũng không
ngoại lệ. Ở nước ta, số lượng ô tô hiện đại lưu hành ngày một tăng cao. Các
loại ô tô này đều được cải tiến chủ yếu tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu
hao nhiên liệu, điện tử hóa quá trình điều khiển và hạn chế mức thấp nhất
thành phần ô nhiễm trong khí xả động cơ.
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin trong vai trò dẫn đường,
quá trình tự động hóa đi sâu vào các ngành sản xuất và các sản phẩm của
chúng, một trong số đó là ô tô. Nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá
trình làm việc nhằm đạt hiệu quả cao và chống ô nhiễm môi trường, tối ưu
hóa quá quá trình điều khiển dẫn đến kết cấu của động cơ và ô tô thay đổi rất
phức tạp làm cho người sử dụng và cán bộ công nhân kĩ thuật ngành ô tô
nước ta còn nhiều lúng túng và sai sót nên cần có những nghiên cứu cụ thể về
hệ thống điện tử trên động cơ ô tô.
Vì vậy là một sinh viên của ngành công nghệ kĩ thuật ô tô sắp ra trường, em
chọn đề tài : “ Khảo sát hệ thống nhiên liện Common Rail động cơ DW10
ATED” làm đề tài tốt nghiệp của mình. Em mong với đề tài này em sẽ củng
cố tốt hơn kiến thức của mình để khi ra trường có thể đóng góp vào ngành
công nghiệp ô tô của nước ta, để góp phần vào sự phát triển chung của ngành.
Cuối cùng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn TS.
Nguyễn Can đã chỉ bảo em tận tình giúp em vượt qua những khó khăn vướng

trong buồng cháy để hoà khí được hình thành nhanh và đều.

3


4
1.1.2 Yêu cầu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel phải thoả mãn các yêu
cầu sau
- Hoạt động ổn định, có độ tin cậy và tuổi thọ cao.
- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sữa chữa.
- Dễ chế tạo, giá thành hạ.
1.1.3 Phân loại
Dựa vào các loại bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu ta có thể phân loại
sơ bộ hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel thành 3 loại sau.
a : Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel sử dụng bơm cao áp loại bơm
dãy.
Bơm cao áp là 1 loại bơm gồm nhiều tổ bơm ghép thành 1 khối có vấu
cam điều khiển nằm trong thân bơm và điều khiển chung bằng 1 thanh răng.
5

6

7

8

1

4

B

8

11
12

A

C

Hình 1.2 : Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp loại bơm
phân phối .
1 - Thùng chứa nhiên liệu; 2 - Bơm tiếp vận; 3- Bầu lọc tinh;

4-

Van điều áp; 6- Vòi phun; 7 - Buồng cháy; 8 - Bơm cao áp phân phối; 9
- Van cao áp; 10- Piston ; 11 - Lỗ đưa nhiên liệu đến các vòi phun ;

12

- Vành điều lượng.

5


6

c : Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail.

18

19

Hình 1.3 : Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail
1- Thùng chứa; 2- Ống tản nhiệt; 3- Bộ lọc ; 4- Van đóng mở(theo nhiệt độ);
5 -Bơm chuyển nhiên liệu; 6- Van điều áp suất thấp; 7- Van điều áp suất cao;
8- Đường ống dự trữ; 9 -Cảm biến áp suất nhiên liệu; 10-Bơm cao áp;
11- ECU; 12-Kim phum: 13- Bơm điện; 14- Cảm biến nhiệt độ nước làm
mát; 15- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 16- Cảm biến áp suất; 17- Cảm biến vị
trí trục cam: 18 - Cảm biến vị trí bàn đạp ga: 19- Cảm biến nhiệt độ nhiên
liệu.
Nguyên lý:
Nhiên liệu có áp suất cao được bơm vào ống phân phối để từ đó cung
cấp cho các kim phun. Nhiên liệu từ thùng chứa 1 được bơm qua bơm điện và
6


7
đi vào bộ lọc 3 qua bơm chuyển 5 qua van điều áp 6 vào bơm cao áp 10 nhiên
liệu áp suất cao được bơm vào ống dự trữ qua van điều chỉnh áp suất 7. Tại
đường ống phân phối sẽ có các đường ống cao áp nối tới kim phun để phun
nhiên liệu vào buồng đốt động cơ và quá trình phun nhiên liệu được điều
khiển bởi ECU.
ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến (cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí
trục cam, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến
nhiệt độ nước làm mát, cảm biến áp suất…) sau khi xử lý các tín hiệu đầu vào
này ECU sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển kim phun.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel không ngừng được cải tiến với
các giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiệm môi

− Cảm biến tốc độ trục cam.
− Cảm biến bàn đạp ga.
Kim phun được nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail) bằng
một đường ống ngắn. Kết hợp với đầu phun và van điện từ được cung cấp
điện qua ECU. Khi van solenoid không được cấp điện thì kim ngừng
phun. Nhờ áp suất phun không đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với
độ dài của xung điều khiển solenoid. Yêu cầu mở nhanh solenoid được
đáp ứng bằng việc sử dụng điện áp cao và dòng lớn. Thời điểm phun được
điều khiển bằng hệ thống điều khiển góc phun sớm. Hệ thống này dùng
một cảm biến trên trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và một cảm
biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động. Lợi ích của vòi phun
common rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra với áp
suất rất cao đồng thời kết hợp hệ thống điều khiển điện tử để kiểm soát lượng
phun, thời điểm phun một cách chính xác. Do đó làm hiệu suất động cơ và
tính kinh tế nhiên liệu cao hơn
8


9
+ So với hệ thống cũ dẫn động bằng trục cam thì hệ thống nhiên liệu
Common Rail khá linh hoạt trong việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun
nhiên liệu cho động cơ diesel như:
− Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách,tải nhẹ, tải nặng, xe
lửa và tàu thủy).
− Áp suất phun đạt đến 1350 bar.
− Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ.
− Có thể thay đổi thời điểm phun.
Phun nhiên liệu chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và
phun kết thúc.Các giai đoạn phun sơ khởi làm giảm thời gian cháy trễ và phun
thứ cấp tạo cho quá trình cháy hoàn thiện. Với phương pháp này áp suất phun

giữa nhiên liệu và không khí . Vì vậy để quá trình cháy diễn ra 1 cách hiệu
quả nhất thì ta cần điều chỉnh thật tốt chùm tia nhiên liệu trong buồng cháy.
Diễn biến thời gian tạo hỗn hợp được điều khiển bởi kết cấu buồng cháy bằng
cách phân chia nhiên liệu thành hạt nhỏ mịn kết hợp với xoáy lốc của không
khí để tạo được sự tối ưu trong quá trình cháy của nhiên liệu trong buồng
cháy của động cơ.
Quá trình hình thành hỗn hợp của động cơ Diesel chỉ chiếm một thời
gian nhỏ do đặc điểm kết cấu của động cơ và hình thành hỗn hợp nhiên liệu là
hỗn hợp không đồng nhất. Vì vậy quá trình hình thành hỗn hợp là một quá
trình rất phức tạp và diễn ra ở nhiều giai đoạn khác nhau.
Hơn nữa quá trình bay hơi của các hạt nhiên liệu rất phức tạp, điều kiện
cho việc bay hơi của các hạt nhiên liệu ở mỗi vị trí của chùm tia là khác nhau
do đó việc tính toán là rất phức tạp và chỉ mang tính gần đúng. Nhiên liệu
10


11
phun vào buồng cháy có đường kính khác nhau mà sự sấy nóng và bay hơi
của các hạt nhiên liệu lại phụ thuộc rất nhiều vào đường kính, nhiệt độ, áp
suất của các hạt nhiên liệu phun vào. Ngoài ra còn phụ thuộc vào tính chất vật
lý của nhiên liệu. Thời gian để bay hơi hoàn toàn các hạt nhiên liệu trong xy
lanh động cơ phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ ở thời điểm phun. Khi tăng áp
suất không khí nạp sẽ ảnh hưởng mạnh tới sự bay hơi bởi vì áp suất và nhiệt
độ của không khí cuối quá trình nén sẽ tăng. Sự xoáy lốc mạnh của không khí
nạp trong buông cháy cũng có tác dung nâng cao cường độ và tốc độ bay hơi
của nhiên liệu.
Quá trình hình thành hoà khí tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau
nhưng chủ yếu là phụ thuộc vào kết cấu của buồng cháy trong động cơ.
Đối với động cơ diesel có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy
trong động cơ, trong các yếu tố đó có nhiều yếu tố thuộc khâu kết cấu, thiết kế

Vòi phun

Ống phân phối

phun

Hình 2.2 : Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu chung của động cơ
Common Rail

13


14
Hệ thống Common Rail gồm các khối chức năng :
− Khối cấp dầu thấp áp : Thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫn
dầu và đường dầu hồi.
− Khối cấp dầu cao áp : Bơm áp cao, Ống phân phối dầu cao áp đến các
vòi phun ( ống rail, ống chia chung), các tyo cao áp, van an toàn và van
xả áp, vòi phun.
− Khối cơ – điện tử : các cảm biến và tín hiệu, ECU và EDU (nếu có),
vòi phun, các van điều khiển nạp(còn gọi là van điều khiển áp suất rail )
1.2 Nguyên lý hoạt động
Nhiên liệu được dẫn lên từ bơm tiếp dầu đặt trong bơm áp cao được nén
tới áp suất cần thiết. Pittong trong bơm áp cao tạo ra áp suất phun cần thiết ,
áp suất này thay đổi theo tốc độ động cơ và điều kiện tải từ 20 Mpa ở chế độ
không tải đến 135 Mpa ở chế độ tải cao và tốc độ vận hành cao ( trong các hệ
thống Diesel điện tử thông thường thì áp suất này từ 10 đến 80 Mpa.
ECU điều khiển SCV ( van điều khiển nạp ) để điều chỉnh áp suất nhiên
liệu, điều chỉnh lượng nhiên liệu đi vào bơm áp cao.
ECU luôn theo dõi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối bằng cảm

2.2 Bơm áp cao loại 3 pitton
a. Cấu tạo

Hình 2.4 : Cấu tạo bơm áp cao loại 3 pitton
1. Trục lệch tâm 6. Bơm cấp liệu
2. Cam lệch tâm

7. PCV- Van ĐK nạp

3. Piston bơm

8. Đường dầu hồi

4. Van nạp

9.Dầu hồi về từ ống rail

5. Lò xo hồi vị

10.Đường dầu đến ống rail

b. Nguyên lý vận hành
Nguyên lý của bơm cao áp dùng có ba píttông như được mô tả và gửi
nhiên liệu vào ống phân phối bằng cách lần lượt hút vào và bơm ra.

16


17
Bơm áp cao điều khiển lượng nhiên liệu dẫn vào pittông bằng PCV (van


2.3 Ống phân phối
Ống phân phối chứa nhiên liệu sáp suất cao được tạo ra bởi bơm cao áp, và
phân phối nhiên liệu đó qua các ống phun tới các vòi phun của xi lanh
Cảm biến áp suất nhiên liệu phát hiện áp suất trong ống phân phối và truyền
tín hiệu tới ECU.
Trong trường hợp hệ thống bị trục trặc, trong đó áp suất trong ống phân phối
lên cao tới mức không bình thường thì van này mở và xả áp suất. Nhiên liệu được
hồi về bình nhiên liệu.

Hình 2.7 : Cấu tạo ống phân phối


20

2.3.1 Bộ hạn chế áp suất

Bộ hạn chế áp suất không hoạt động

Bộ hạn chế áp suất hoạt động

Hình 2.8 : Hoạt động của bộ hạn chế áp suất

Bộ hạn chế áp suất được vận hành cơ khí thông thường để xả áp suất trong
trường hợp áp suất trong ống phân phối lên cao tới mức không bình thường.
2.3.2 Van xả áp ( Bộ điều chỉnh áp suất )

Hình 2.9 : Hoạt động của bộ điều chỉnh áp suất.



Vòi phun của Common rail khác với vòi phun của hệ thống nhiên liệu Diesel
thông thường ở chỗ gồm 2 phần :
+ Phần trên là một van điện tử được điều khiển từ ECU hoặc EDU
+ Phần dưới là phần vòi phun cơ khí nhưng cũng rất khác vơí vòi phun thông
thường: Đó là lò xo rất cứng của vòi phun thông thường được thay bằng một chốt
tỳ khá dài ( dài nhất của vòi phun).
Để đóng chặt kim phun thì phải cấp áp suất rail vào khoang chốt tỳ . Khoang
chốt tỳ có 2 van tiết lưu :


23

+ Tiết lưu số 1 : Thông với reco tyo cao áp từ ống phân phối đến
+ Tiết lưu số 2 : Thông với khoang của van điện ( để nếu van điện mở thì áp
suất ở khoang chốt tỳ sẽ xả về đường dầu hồi ).

Hình 2.11 : Cấu tạo vòi phun
1. Van ngoài ; 2. Tiết lưu 2; 3. Tiết lưu 1 ; 4. Đường dẫn từ ống phân phối ; 5.
Chốt tỳ; 6. Van trong; 7. Đường dầu hồi; 8. Khoang chốt tỳ ;
9. Lò xo hồi vị ; 10. Kim phun.


24

2.5.2 Hoạt động
Khi động cơ khởi động bơm áp cao sẽ nén dầu đến áp suất rail cấp vào ống
phân phối và từ ống phân phối thông qua các tyo cao áp cấp điện đến các vòi phun
chờ sẵn. Ở đường vào của vòi phun thì dầu cao áp chia thành 2 hướng:
+ Hướng 1 : Cấp xuống khoang kim phun
+ Hướng 2 : Thông qua van tiết lưu 1 được cấp vào khoang chốt tỳ