ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT VÀ TÍNH KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG
PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN ĐỘNG CƠ
SKYACTIVE - G2.0L TRÊN Ô TÔ MAZDA CX-5

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

TS. NGUYỄN QUANG TRUNG
CAO TRUNG HUY

Đà Nẵng, 2020


Khảo soát và tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp trên ô tô Mazda CX-5

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội thì phương tiện giao thông cũng phát
triển không ngừng kéo theo đó là vấn đề ô nhiễm môi trường mà những phương tiện này
thải ra ngày càng trầm trọng, thậm chí ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người. Bên cạnh
đó sự gia tăng giá đột biến của giá xăng dầu và tiêu chuẩn của khí thải của động cơ ôtô
ngày càng khắt khe buộc các nhà khoa học trên thế giới không ngừng nghiên cứu tìm ra
biện pháp nhằm tiết kiệm nhiên liệu kèm theo giảm khí thải ở động cơ đốt trong. Nghành
công nghiệp ôtô đã cho ra đời rất nhiều loại ôtô với các tinh năng và công dụng khác

LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ XE MAZDA CX-5 VÀ ĐỘNG CƠ SKYACTIVE ..... 4
1.1 Giới thiệu về xe Mazda CX-5 và động cơ Skyactiv-G: ................................................ 4
1.2 Giới thiệu về cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền-piston .................................................. 5
1.3. Hệ thống phân phối khí ............................................................................................. 7
1.4. Hệ thống đánh lửa .................................................................................................... 8
1.5. Hệ thống bôi trơn .................................................................................................... 10
1.6 Hệ thống làm mát..................................................................................................... 11
Chương 2: KHẢO SOÁT HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN ĐỘNG
CƠ SKYACTIVE .......................................................................................................... 13
2.1 Phân tích hệ hống phun xăng trực tiếp trên động cơ Skyactive................................. 13
2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng trực tiếp ................................................. 13
2.1.2 Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp trên động cơ Skyactiv .................................... 17
2.2 Kết cấu các chi tiết trong hệ thống phun xăng trực tiếp GDI .................................... 17
2.2.1 Bơm cao áp ........................................................................................................... 17
2.2.2.1 Điều khiển bơm cao áp....................................................................................... 19
2.2.2 Van điều chỉnh nhiên liệu FPRV ........................................................................... 20
2.2.3 Cảm biến ống rail FPS.......................................................................................... 21
2.2.4 Các đường ống cao áp và ống rail ........................................................................ 22
2.2.5 Kim phun .............................................................................................................. 22
2.2.6 Bơm xăng điện ...................................................................................................... 24
2.2.7 Lọc nhiên liệu ....................................................................................................... 25
2.2.8 ECU điều khiển ..................................................................................................... 26
2.3 Các cảm biến của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI ............................................... 27
2.3.1 Cảm biến ôxy. (Oxygen sensor) ............................................................................ 27
2.3.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp.................................................................................... 28
2.3.3 Cảm biến vị trí bướm ga (TPS).............................................................................. 29
2.3.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.(ECT) ............................................................... 30
2.3.5. Cảm biến vị trí trục cam....................................................................................... 31
2.3.6 . Cảm biến vị trí góc quay trục khuỷu. ................................................................... 32

4.1.3 Bảo dưỡng cấp hai ................................................................................................ 55
4.1.4 Các công việc khi bảo dưỡng kỹ thuật ................................................................... 55
4.2 Các hư hỏng của hệ thống cung cấp nhiên liệu trên ô tô .......................................... 56
4.2.1 Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu ........................................................................ 56
4.2.2 Các hư hỏng của vòi phun..................................................................................... 56
4.3 Kiểm tra chẩn đoán bằng thiết bị. ............................................................................ 56
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 57

Hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung

SVTH: Cao Trung Huy

Trang 3


Khảo soát và tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp trên ô tô Mazda CX-5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ XE MAZDA CX-5 VÀ ĐỘNG CƠ SKYACTIVE
1.1 Giới thiệu về xe Mazda CX-5 và động cơ Skyactiv-G:
Các thông số kỹ thuật của xe và động cơ:
Động cơ Skyactiv-G do hãng MAZDA sản xuất, được lắp trên xe Mazda CX-5.
Cùng với các trang thiết bị tiêu chuẩn là những cải tiến về các trang thiết bị nội, ngoại
thất làm cho Skyactiv-G 2.0L có những tính năng vượt trội so với các dòng xe đương
thời. Về ngoại thất, được thiết kế theo ngôn ngữ Kudo, những đường nét khỏe khoắn, đèn
xi nhan được bố trí trên gương chiếu hậu có thiết kế sắc lẹm và giúp phương tiện dễ nhận
biết hơn khi tín hiệu này sáng, đèn sương mù sám mờ lắp chìm mang lại tầm nhìn tốt hơn
cho người điều khiển. Bên trong cabin, bảng điều khiển trung tâm cụm đồng hồ dễ nhìn
thực tế, sử dụng vật liệu cao cấp cùng với ánh sáng xanh của các nút điều khiển giúp
người lái dễ dàng quan sát đảm bảo tính an toàn khi điều khiển xe. Hệ thống phanh gồm
phanh ABS bốn kênh,bốn cảm biến, phân bố lực phanh điện tử. Sáu túi khí cùng dây đai

4550 x 1840 x 1680

2

Chài dài cơ sở (mm)

2700

3

Khoảng sáng gầm(mm)

200

4

Khối lượng không tải(kg)

1550

5

Khối lượng toàn tải(kg)

2058

6

Dung tích nhiên liệu(L)


194/4100

12

Hệ thống treo trước

McPherson

13

Hệ thống treo sau

Liên kết đa điểm

14

Hệ thống phanh trước

Đĩa thông gió

15

Hệ thống phanh sau

Đĩa đặc

16

Kích thước lốp


Có

1.2 Giới thiệu về cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền-piston
Động cơ Skyactiv-G trên xe Mazda CX-5 sử dụng cụm piston-thanh truyền dạng
lệch tâm, có ưu điểm làm giảm lực ngang tác dụng lên piston, làm giảm đường kính cổ
trục, tăng độ cứng vảy piston, giảm lực bung của xéc măng. Piston được làm bằng hợp
Hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung

SVTH: Cao Trung Huy

Trang 5


Khảo soát và tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp trên ô tô Mazda CX-5

kim nhôm có đường kính 83.5(mm), đỉnh piston bằng để tránh tổn thất nhiệt. Xéc măng
số 1, 2 có phân biệt mặt trên.

Hình 1-2: Nhóm piston động cơ Skyactiv-G
Thanh truyền của động cơ được đúc bằng thép hợp kim, kết cấu thanh truyền được
mô tả như dưới đây:
Bảng 1.2: Thông số của cụm thanh truyền
Hạng mục

Skyactiv-G 2.0

Khoảng cách đầu to và đầu nhỏ thanh truyền(mm)

155.2



Trang 7


Khảo soát và tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp trên ô tô Mazda CX-5

Hình 1.5. Hệ thống phân phối khí trên động cơ Skyactiv-G
Với cơ cấu điều khiển thời điểm phân phối thông minh được sử dụng trên cam nạp
và cam xả nhằm cải thiện hiệu suất nhiên liệu từ đó giảm thiểu độ ô nhiễm môi trường.
Cam nạp sử dụng cảm biến vị trí cam nạp( Intake CMP sensor).Cam xả sử dụng cảm biến
vị trí cam xả( Exhaust CMP sensor).
Ngoài ra, cơ cấu phân phối dùng trục cam có bề mặt được gia công với độ nhẵn cao.
Xupáp sử dụng bạc đạn bi kim tại cò mổ làm giảm tải trọng đặt lên lò xo xupáp. Sên cam
được sử dụng có độ cứng cao giúp giảm sức căng lên sên cam.
1.4. Hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa trong động cơ Skyactive trên xe Mazda CX-5 là loại đánh lửa
trực tiếp (đánh lửa trực tiếp đơn chiếc), nghĩa là mỗi bugi sẽ được đánh lửa bởi một bô
bin đánh lửa và có thự tự đánh lửa là 1-3-4-2. Bugi đánh lửa được dùng loại có số hiệu là
PE011810, được thể hiện như hình bên dưới.

Hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung

SVTH: Cao Trung Huy

Trang 8


Khảo soát và tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp trên ô tô Mazda CX-5

Hình 1-6: Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ Skyactiv-G

Van solenoid điều khiển áp lực dầu trong hệ thống bôi trơn, áp lực dầu hồi được
điều khiển bởi cơ cấu thủy lực (2 cấp độ hồi).
Hệ thống bôi trơn sử dụng điều khiển áp lực dầu hai cấp độ giúp làm giảm lực cản
mạch dầu và giảm áp đầu vào các thiết bị.

Hình 1-7: Sơ đồ hệ thống bôi trơn trên động cơ Skyactiv-G
Áp lực dầu hệ thống sử dụng (kPa) [rpm]: 110-175 [1,500]
Loại bơm có thông số áp lực mở đường dầu hồi (kPa) [rpm] là 300-430 [4,500], loại
Hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung

SVTH: Cao Trung Huy

Trang 10


Khảo soát và tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp trên ô tô Mazda CX-5

bánh răng (Trochoid)
Loại lọc có thông số áp lực mở đường dầu tắt (kPa) là 78-118
Dưới đây là sơ đồ đường đi của dầu bôi trơn trong hệ thống:

Hình 1-8: Sơ đồ đường đi của bôi trơn trên động cơ Skyactiv-G
1.6 Hệ thống làm mát
Sử dụng hệ thống làm mát dung dịch và quạt điện. Dung tích 8.1L. Sử dụng bơm ly
tâm và dẫn động đai. Van hằng nhiệt loại sáp, nhiệt độ mở van 80.5-83.5 C, nhiệt độ mở
van tối đa 95C, độ mở van tối đa 8.5mm
Két nước loại Colgate(Sealed) của nhà cung cấp Visteon. Nắp két nước có áp suất
mở van 90-110Kpa
Quạt két nước thuộc loại dẫn động điện của nhà cung cấp Bosch, đường kính quạt
390mm và có 7 cánh. Bộ cánh bơm cái tiến được làm từ plastic làm giảm lực cản mạch

Ly tâm, dẫn động bằng đai

Loại

Sáp

Nhiệt độ mở van (ºC)

80,5-83,5

Nhiệt độ mở tối đa van (ºC)
Độ mở van tối đa (mm)
Két nước

Nhà cung cấp

Quạt két nước

8,8 or more
Visteon

Loại
Nắp két nước

95

Colgate (Sealed)

Áp suất mở van (kPa)


trực tiếp vào buồng cháy bằng vòi phun áp suất cao.

Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng trực tiếp của động cơ
Ở động cơ GDI, nhiên liệu được đưa trực tiếp vào buồng đốt ở kỳ nạp hoặc kỳ nén.
Để đưa được nhiên liệu vào buồng đốt động cơ trong kỳ nén, hệ thống nhiên liệu phải
đáp ứng được yêu cầu áp suất phun nhiên liệu của kim phun phải lớn hơn áp suất trong
buồng đốt ở kỳ nén, đồng thời để nhiên liệu được phun tơi hòa trộn tốt với không khí
trong buồng đốt thì áp suất phun đòi hỏi phải lớn hơn áp suất không khí trong buồng đốt
ở kỳ nén rất nhiều (tỷ lệ này sẽ được xét phần sau).
Việc tạo hỗn hợp trong buồng đốt động cơ GDI liên quan trực tiếp đến quá trình
cung cấp nhiên liệu. Nếu việc cung cấp nhiên liệu không đạt yêu cầu sẽ dẫn tới quá trình
tạo hỗn hợp không tốt và quá trình cháy sẽ không phát huy hết công suất của động cơ,
nhiên liệu không được đốt cháy hoàn toàn sẽ gây ra tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi
trường. Dựa trên cở sở điều khiển cung cấp nhiên liệu ở động cơ PFI, hệ thống cung cấp
nhiên liệu DISC (direct – injection stratified – charge) của động cơ Diesel, hệ thống
Hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung

SVTH: Cao Trung Huy

Trang 13


Khảo soát và tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp trên ô tô Mazda CX-5

TCCS (Texeco controlled combustion system). dùng cho động cơ Diesel, hệ thống
PROCO (Fordpro grammed combustion control system), … các nhà nghiên cứu đã cho ra
đời hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ GDI.Những năm gần đây, nhờ sự phát triển
của điện tử, máy tính, … hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ GDI ngày càng hoàn
thiện hơn. Sau đây chúng ta sẽ xét những yêu cầu, cấu tạo, hoạt động của hệ thống nhiên
liệu động cơ GDI.


Hình 2.2 Chế độ vận hành phân lớp
Trong phương pháp dẫn hướng hòa khí bằng tia phun, hòa khí phân lớp được hình
thành nhờ van phun phun nhiên liệu vào khu vực đầu bugi và hòa trộn với không khí có ở
đó thành một đám mây hòa khí cháy được. Bên ngoài đám mây hòa khí rất nhạt.
Để giảm lượng NOx sinh ra trong lúc cháy, lượng khí thải hồi lưu tùy lúc có thể lên
đến 40% thể tích khí nạp. Do van bướm ga mở hoàn toàn trong chế độ vận hành phân
lớp, momen xoắn động cơ được điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ không khí- nhiên
liệu.
Chế độ vận hành đồng nhất
Khi momen xoắn lớn hoặc tốc độ quay động cơ lớn động cơ vận hành với hòa khí
đồng nhất có =1 hoặc để đạt được công suất tối đa với 
tác dụng hấp thụ các dao động nhỏ của áp suất nhiên liệu do sự phun nhiên liệu gây ra,
sau đó qua ống phân phối rồi đến bơm nhiên liệu áp lực cao để tăng áp suất cho nhiên
liệu và cuối cùng tới vòi phun phun trực tiếp vào buồng cháy . Nhiên liệu thừa được đưa
trở lại bình xăng qua ống hồi … Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp tùy
theo các tín hiệu phun được ECU tính toán.
2.2 Kết cấu các chi tiết trong hệ thống phun xăng trực tiếp GDI
2.2.1 Bơm cao áp
Có thể nói bộ phận quang trọng đầu tiên trong hệ thống này là bơm cao áp, bơm cao
áp có nhiệm vụ nén nhiên liệu áp suất thấp từ bơm tiếp vận lên nhiên liệu áp suất cao để
tích trữ trong ống rail. Nhờ có cảm biến áp suất ống rail mà ECU nhận biết được áp suất
thực tế trong ống rail là bao nhiêu để điều chỉnh van FPRV( Fuel Pressure Regular Valve
Hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung

SVTH: Cao Trung Huy

Trang 17


Khảo soát và tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp trên ô tô Mazda CX-5

: van điều áp) trên bơm cao áp. Sau đó ECU sẽ điều chỉnh kim phun nhiên liệu dưới áp
suất cao vào buồng đốt động cơ.

Hình 2.5 Cấu tạo bơm cao áp
1: Xi lanh; 2: Đầu ra nhiên liệu; 3: Đầu vào nhiên liệu; 4: Bầu tích năng
5: Chỗ nối điện; 6:Solenoid;; 7: Lò xo
Bơm cao áp được dẫn động bởi trục cam, do đó bơm được đặt trên nắp giàn cò và
tiếp xúc với vấu cam trục cam. Thường thì bơm này được dẫn động bởi 2,3 hoặc 4 vấu
cam. Một số động cơ hình chữ V có thể có tới 2 bơm cao áp ( mỗi dãy 1 bơm).
Hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung

-

Động cơ đang hoạt động

-

Trong khi động cơ đang làm việc

-

Động cơ dừng tạm thời bởi điều khiển i-stop

Động cơ dừng (ngoại trừ trường hợp dừng tạm thời bởi điều khiển istop)

Hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung

SVTH: Cao Trung Huy

Trang 19


Khảo soát và tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp trên ô tô Mazda CX-5

Hiệu dụng

Tốc độ bơm

Điều kiện làm việc

95%


5%

0

Khi động cơ dừng( loại trừ trường hợp
dừng tạm thời theo điều khiển i-stop

2.2.2 Van điều chỉnh nhiên liệu FPRV
Trên bơm có một van solenoid điều khiển điện, thường gọi là van điều chỉnh áp
suất nhiên liệu FPRV. Van này nhìn chung có chức năng như van SCV( Suction Control
Valve) trên động cơ phun xăng điện tử. Van có 2 dây được điều khiển bởi hộp ECM động
cơ theo dạng điều chế độ rộng xung. Nếu van mở càng nhiều, lượng nhiên liệu nạp vào
bơm cao áp sẽ càng nhiều dẫn đến áp suất nhiên liệu tăng cao và ngược lại. Van này được
kiểm tra bằng cách đo điện trở nằm trong khoảng 0.5Ω kết hợp với việc kích hoạt trên
máy chuẩn đoán. Khi bạn kích hoạt, van di chuyển nghe tiếng click có nghĩa là van vẫn
còn hoạt động.
Về phần áp suất mà bơm cao áp này tạo ra sẽ có mức áp suất khác nhau tùy từng
loại bơm và từng loại xe. Áp suất buồng đốt của động cơ GDI cao hơn động cơ MPI,
động cơ MPI thông thường có áp suất buồng đốt 9-13 bar thì với động cơ GDI: muốn
thắng được áp suất buồng đốt thì áp suất phun phải cao hơn rất nhiều thông thường từ
35kg/cm2 ở tốc độ không tải đến 160kg/cm2

Hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung

SVTH: Cao Trung Huy

Trang 20



Chức năng
ECM dựa vào tín hiệu này để điều khiển lượng phun nhiên liệu vào buồng đốt động
cơ. Điều khiển van FPRV như đã nói ở trên tùy thuộc vào từng chế độ hoạt động của
động cơ. Giảm sát van FPRV có hoạt động tốt hay không

Hình 2.8 Cảm biến ống rail
2.2.4 Các đường ống cao áp và ống rail
Tất cả các đường ống được làm từ thép hợp kim không gỉ chống ăn mòn về hóa
học. Ống rail bên ngoài hay còn gọi là ống sáo, thuật ngữ rail này lấy từ hệ thống phun
dầu điện tử Common Rail vì hình dạng của nó tương tự bên hệ thống phun dầu và nhiệm
vụ cũng là để tích trữ nhiên liệu áp suất cao từ bơm cao áp lên.
2.2.5 Kim phun
Một chi tiết cực kì quan trọng trong hệ thống này là kim phun. Không giống như
động cơ phun xăng thông thường, kim phun GDI được thiết kế với độ chính xác và phun
áp suất cao hơn rất nhiều.
Nếu như động cơ phun xăng đa điểm MPI, kim phun phun vào trước đường ống
nạp thì động cơ GDI, kim phun phun thẳng trực tiếp vào buồng đốt của động cơ giống
như động cơ Diesel.
Ở động cơ MPI, kim phun được cấp nguồn dương sẵn 12V và được điều khiển
mass. Còn trên GDI cả 2 dây kim phun được điều khiển bởi hộp ECM.
Hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung

SVTH: Cao Trung Huy

Trang 22


Khảo soát và tính kiểm nghiệm hệ thống phun xăng trực tiếp trên ô tô Mazda CX-5

Hình 2.9 Kết cấu kim phun cao áp

2.2.6 Bơm xăng điện
Kết cấu và nguyên lý hoạt động:
Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, do đó loại bơm này
ít sinh ra tiếng ồn và rung động hơn so với loại trên đường ống. Các chi tiết chính của
bơm bao gồm: Mô tơ, hệ thống bơm nhiên liệu, van một chiều, van an toàn và bộ lọc
được gắn liền thành một khối.

Hình 2.10: Kết cấu của bơm xăng điện.
1:Van một chiều; 2:Van an toàn; 3:Chổi than; 4:Rôto; 5:Stato; 6,8:Vỏ bơm;
7,9:Cánh bơm; 10:Cửa xăng ra; 11:Cửa xăng vào.

Hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung

SVTH: Cao Trung Huy

Trang 24