Nghiên cứu và xây dựng quy trình chẩn đoán hệ thống nhiên liệu diesel common rail

MỤC LỤCNHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN1MỤC LỤC2LỜI NÓI ĐẦU6Phần I: MỞ ĐẦU71. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ LỊCH SỬ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU71.1 Tính cấp thiết của đề tài71.2 Ý nghĩa của đề tài82. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI83. ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU83.1. Đối tượng nghiên cứu83.2. Khách thể nghiên cứu84. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU85. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU95.1. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn95.2. Phương pháp nghiên cứu tài liệu95.3. Phương pháp phân tích, thống kê mô tả9Phần II: CƠ SỞ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI10CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL101.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL VÀ DIESEL ĐIỆN TỦ101.2. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ121.3. ĐẶC ĐIỂM CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ121.3.1. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm dãy (PE) điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ121.3.2. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm chia (VE) điều khiển điện tử141.3.2.1. Loại bơm cao áp VE hướng trục điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ141.3.2.2. Loại bơm cao áp VE điều khiển điện tử bằng van xả áp – máy bơm piston hướng trục151.3.2.3. Loại bơm cao áp VE điều khiển điện tử bằng van xả áp – máy bơm piston hướng kính161.3.2.4. Sơ đồ điều khiển bơm VE điện tử loại dùng van xả áp181.3.3. Ưu Nhược điểm của hệ thống Diesel điện tử sử dụng các loại bơm cao áp181.3.3.1. Ưu điểm181.3.3.2. Nhược điểm181.3.4. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối(Common Rail)191.3.5. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử EUI (Electronic Unit Injection)191.3.6. Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector)211.4. TÍNH ƯU VIỆT CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL COMMON RAIL22CHƯƠNG II: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG DIESEL COMMONRAIL242.1. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG DIESEL COMMON RAIL (CRSi, CDI,…)242.2. SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CDI VỚI VÒI PHUN ĐIỆN TỪ252.2.1. Khái quát25 2.2.2. Các cụm chi tiết262.2.3. Vị trí lắp đặt các cụm chi tiết272.2.4. Đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail282.3. CÁC CỤM THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG DIESEL COMMON RAIL292.3.1. Bơm áp cao292.3.1.1. Bơm áp cao loại hai piston đối nhau (bơm HP3)292.3.1.2. Bơm áp cao loại 3 piston312.3.1.3. Bơm áp cao 4 Piston kiểu 1 (Cam vành)332.3.1.4. Bơm áp cao 4 piston kiểu 2 (cam ôvan)352.3.1.4. Bơm áp cao loại 3 cam 2 piston362.3.1.5. Van điều khiển nạp (SCV, PCV, IMV,...)372.3.1.6. Van một chiều382.3.4. Ống Rail392.3.4.1. Phân loại402.3.4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cụm chi tiết412.3.5. Vòi phun452.3.5.1. Vòi phun điều khiển bằng van điện từ (Solenoid) điện áp cao452.3.5.2. Đầu kim phun522.3.6. Vòi phun hiệu ứng áp điện (Piezoelectric injector)552.3.7. Đường ống cao áp (tuy ô cao áp)562.3.8. Bình nhiên liệu562.3.9. Đường nhiên liệu áp suất thấp572.3.10. Lọc nhiên liệu572.4. ĐIỀU KHIỂN CDI582.4.1. Cảm biến582.4.1.1. Cảm biến áp suất không khí vào (áp suất tăng áp tua bin)582.4.1.2. Cảm biến vị trí bàn đạp ga602.4.1.3. Cảm biến vị trí trục cam612.4.1.4. Cảm biến vị trí trục khuỷu ( bộ tạo tín hiệu NE)622.4.1.5. Cảm biến lưu lượng khí nạp632.4.1.6. Cảm biến nhiệt độ702.4.1.7. Cảm biến áp suất ống phân phối (áp suất nhiên liệu)722.4.1.8. Cảm biến tiếng gõ (Knock or detonation sensor)732.4.1.9. Cảm biến tốc độ xe742.4.1.10. Cảm biến nhiệt độ khí EGR762.4.1.11 Tín hiệu STA (Máy khởi động) – Tín hiệu NSV (CT khởi động trung gian)762.4.1.12 Tín hiệu AC (điều hoà không khí) – Tín hiệu phụ tải điện772.4.1.13 Các loại công tắc khác782.4.2. ECU (Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử)792.4.2.1. Khái quát792.4.2.2.Cấu tạo802.4.2.3. Cấu trúc ECU812.4.2.4. Mạch giao tiếp ngõ vào822.4.3. Các điều khiển cụ thể trong CDI842.4.3.1. Điều khiển van nạp (SCV, PCV, IMV...)842.4.3.2. Điều khiển vòi phun862.4.4. Một số quy luật điều khiển cụ thể932.4.4.1. Các chức năng khac được điều khiển bởi ECU932.4.4.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ 2KDFTV (TOYOTA)942.4.5. Van EGR (Exhaust Gas Recirculation van tuần hoàn khí xả)1042.4.5.1. Khái quát1042.4.5.2. Phân loại1052.4.5.3. Nguyên lý hoạt động1062.4.6. Bướm ga diesel1072.4.7. Bộ xiết đường nạp1082.4.8. Bộ cắt đường nạp109CHƯƠNG III: CÁC DẠNG HƯ HỎNG, QUY TRÌNH THÁO LẮP, KIỂM TRA, THAY THẾ CÁC CHI TIẾT BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG DIESEL COMMONRAIL1103.1. CÁC DẠNG HƯ HỎNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL CÓ SỬ DỤNG HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON RAIL1103.2. QUY TRÌNH THÁO LẮP HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL1133.2.1. Các chú ý trong quá trình tháo lắp hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel Common Rail1133.2.2. Quy trình tháo tuy ô bơm cao áp, tuy ô vòi phun1163.2.3. Quy trình lắp tuy ô bơm cao áp, tuy ô vòi phun1183.2.4. Quy trình tháo vòi phun ra khỏi động cơ1193.2.5. Quy trình lắp vòi phun1203.2.6. Quy trình đặt bơm áp cao của động cơ Diesel có sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel Common Rail1203.3. QUY TRÌNH KIỂM TRA CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU DIESEL COMMON RAIL1213.3.1. Quy trình kiểm tra bằng các thiết bị thông thường1213.3.1.1. Kiểm tra bơm áp thấp1213.3.1.2. Kiểm tra vòi phun khi động cơ hoạt động1233.3.1.3. Kiểm tra bơm cao áp126 3.3.1.4. Kiểm tra van điều chỉnh áp suất1273.3.2. Kiểm tra và phát hiện lỗi bằng máy chẩn đoán chuyên dụng1283.3.2.1. Kiểm tra bằng cách sử dụng máy chẩn đoán1283.3.2.2. Kiểm tra bằng cách dùng dụng cụ thử mạch1293.3.2.3. Thử kích hoạt bằng máy chẩn đoán1303.3.2.4. Cách xoá mã chẩn đoán130CHƯƠNG IV: MÃ CHẨN ĐOÁN1311. Đầu kết nối dữ liệu DLC31312. Kiểm tra DTC và dữ liệu lưu tức thời (Không dùng máy chẩn đoán IT II)1323. Bảng DTC (Mã chẩn đoán hư hỏng)133Phần III: THẾT KẾ, LẮP ĐẶT MÔ HÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL COMMONRAIL ( trên động cơ TOYOTA 2KD)1383.2. MỤC ĐÍCH CỦA MÔ HÌNH ĐỊNH THIẾT KẾ1383.2. THAM KHẢO CÁC MÔ HÌNH ĐÃ CÓ1383.3. NỘI DUNG CÔNG VIỆC THIẾT KẾ LẮP ĐẶT1393.3.1. chuẩn bị dụng cụ, thiết bị1393.3.2. Quy trình thực hiện1393.3.3. Mô hình1393.4. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH1403.4.1. Các thao tác vận hành1403.4.2. Đo đạc chẩn đoán1423.4.2.1. Đo các cực của ECU1423.4.2.2. Sơ đồ mạch điều khiển của ECU1443.4.2.3. Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất nhiên liệu1463.4.2.4. Sơ đồ kết nối van điều khiển hút1463.4.2.5. Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất tuyệt đối dường ống nạp1463.4.2.6. Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ nước làm mát1473.4.2.7. Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ khí nạp1473.4.2.8. Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ nhiên liệu1473.4.2.9. Sơ đồ kết nối cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam1483.4.2.10. Sơ đồ kết nối cảm biến vị trí van EGR1483.4.2.11. Sơ đồ kết nối cảm biến vị trí bàn đạp ga1493.4.3. Thực hành kiểm tra cơ bản trên mô hình1493.4.3.1. Kiểm tra điện trở các cảm biến1493.4.3.2. Kiểm tra cảm biến áp suất trên đường ống nạp1503.4.3.3. Tìm Pan với hệ thống tự chẩn đoán151Phần IV: KẾT LUẬN1524.1. CÁC KẾT QUẢ VÀ Ý NGHĨA1524.2. HẠN CHẾ, BỔ SUNG PHÁT TRIỂN1524.3. TÀI LIỆU THAM KHẢO153Phần V: PHỤ LỤC154

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Đồ án tốt nghiệp Trang 1

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1

MỤC LỤC 2

LỜI NÓI ĐẦU 6

Phần I: MỞ ĐẦU 7

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ LỊCH SỬ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 7

1.2 Ý nghĩa của đề tài 8

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 8

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU 8

3.1 Đối tượng nghiên cứu 8

3.2 Khách thể nghiên cứu 8

4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 8

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

5.1 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 9

5.2 Phương pháp nghiên cứu tài liệu 9

5.3 Phương pháp phân tích, thống kê mô tả 9

Phần II: CƠ SỞ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 10

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL 10

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL VÀ DIESEL ĐIỆN TỦ 10

1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ 12

1.3 ĐẶC ĐIỂM CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ 12

1.3.1 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm dãy (PE) điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ 12

1.3.2 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm chia (VE) điều khiển điện tử 14

1.3.2.1 Loại bơm cao áp VE hướng trục điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ 14

1.3.2.2 Loại bơm cao áp VE điều khiển điện tử bằng van xả áp – máy bơm piston hướng trục 15

1.3.2.3 Loại bơm cao áp VE điều khiển điện tử bằng van xả áp – máy bơm piston hướng kính 16

1.3.2.4 Sơ đồ điều khiển bơm VE điện tử loại dùng van xả áp 18

1.3.3 Ưu - Nhược điểm của hệ thống Diesel điện tử sử dụng các loại bơm cao áp 18

1.3.3.1 Ưu điểm 18

1.3.3.2 Nhược điểm 18

1.3.4 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối(Common Rail) 19

1.3.5 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử EUI (Electronic Unit Injection) 19

1.3.6 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector) 21

1.4 TÍNH ƯU VIỆT CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL COMMON RAIL 22

CHƯƠNG II: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG DIESEL COMMONRAIL 24

2.1 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG DIESEL COMMON RAIL (CRS-i, CDI,…) 24

2.2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CDI VỚI VÒI PHUN ĐIỆN TỪ 25

2.2.1 Khái quát 25

2.2.2 Các cụm chi tiết 26

2.2.3 Vị trí lắp đặt các cụm chi tiết 27

2.2.4 Đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail 28

2.3 CÁC CỤM THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG DIESEL COMMON RAIL 29

Đồ án tốt nghiệp Trang 2

2.3.1 Bơm áp cao 29

2.3.1.1 Bơm áp cao loại hai piston đối nhau (bơm HP3) 29

2.3.1.2 Bơm áp cao loại 3 piston 31

2.3.1.3 Bơm áp cao 4 Piston kiểu 1 (Cam vành) 33

2.3.1.4 Bơm áp cao 4 piston kiểu 2 (cam ôvan) 35

2.3.1.4 Bơm áp cao loại 3 cam 2 piston 36

2.3.1.5 Van điều khiển nạp (SCV, PCV, IMV, ) 37

2.3.1.6 Van một chiều 38

2.3.4 Ống Rail 39

2.3.4.1 Phân loại 40

2.3.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cụm chi tiết 41

2.3.5 Vòi phun 45

2.3.5.1 Vòi phun điều khiển bằng van điện từ (Solenoid) điện áp cao 45

2.3.5.2 Đầu kim phun 52

2.3.6 Vòi phun hiệu ứng áp điện (Piezoelectric injector) 55

2.3.7 Đường ống cao áp (tuy ô cao áp) 56

2.3.8 Bình nhiên liệu 56

2.3.9 Đường nhiên liệu áp suất thấp 57

2.3.10 Lọc nhiên liệu 57

2.4 ĐIỀU KHIỂN CDI 58

2.4.1 Cảm biến 58

2.4.1.1 Cảm biến áp suất không khí vào (áp suất tăng áp tua bin) 58

2.4.1.2 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 60

2.4.1.3 Cảm biến vị trí trục cam 61

2.4.1.4 Cảm biến vị trí trục khuỷu ( bộ tạo tín hiệu NE) 62

2.4.1.5 Cảm biến lưu lượng khí nạp 63

2.4.1.6 Cảm biến nhiệt độ 70

2.4.1.7 Cảm biến áp suất ống phân phối (áp suất nhiên liệu) 72

2.4.1.8 Cảm biến tiếng gõ (Knock or detonation sensor) 73

2.4.1.9 Cảm biến tốc độ xe 74

2.4.1.10 Cảm biến nhiệt độ khí EGR 76

2.4.1.11 Tín hiệu STA (Máy khởi động) – Tín hiệu NSV (CT khởi động trung gian) .76

2.4.1.12 Tín hiệu A/C (điều hoà không khí) – Tín hiệu phụ tải điện 77

2.4.1.13 Các loại công tắc khác 78

2.4.2 ECU (Electronic Control Unit - Bộ điều khiển điện tử) 79

2.4.2.1 Khái quát 79

2.4.2.2.Cấu tạo 80

2.4.2.3 Cấu trúc ECU 81

2.4.2.4 Mạch giao tiếp ngõ vào 82

2.4.3 Các điều khiển cụ thể trong CDI 84

2.4.3.1 Điều khiển van nạp (SCV, PCV, IMV ) 84

2.4.3.2 Điều khiển vòi phun 86

2.4.4 Một số quy luật điều khiển cụ thể 93

2.4.4.1 Các chức năng khac được điều khiển bởi ECU 93

2.4.4.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ 2KD-FTV (TOYOTA) 94

2.4.5 Van EGR (Exhaust Gas Recirculation - van tuần hoàn khí xả) 104

2.4.5.1 Khái quát 104

2.4.5.2 Phân loại 105

2.4.5.3 Nguyên lý hoạt động 106

2.4.6 Bướm ga diesel 107

2.4.7 Bộ xiết đường nạp 108

Đồ án tốt nghiệp Trang 3

2.4.8 Bộ cắt đường nạp 109

CHƯƠNG III: CÁC DẠNG HƯ HỎNG, QUY TRÌNH THÁO LẮP, KIỂM TRA, THAY THẾ CÁC CHI TIẾT - BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG DIESEL COMMONRAIL 110

3.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL CÓ SỬ DỤNG HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON RAIL 110

3.2 QUY TRÌNH THÁO LẮP HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL 113

3.2.1 Các chú ý trong quá trình tháo lắp hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel Common Rail 113

3.2.2 Quy trình tháo tuy ô bơm cao áp, tuy ô vòi phun 116

3.2.3 Quy trình lắp tuy ô bơm cao áp, tuy ô vòi phun 118

3.2.4 Quy trình tháo vòi phun ra khỏi động cơ 119

3.2.5 Quy trình lắp vòi phun 120

3.2.6 Quy trình đặt bơm áp cao của động cơ Diesel có sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel Common Rail 120

3.3 QUY TRÌNH KIỂM TRA CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU DIESEL COMMON RAIL 121

3.3.1 Quy trình kiểm tra bằng các thiết bị thông thường 121

3.3.1.1 Kiểm tra bơm áp thấp 121

3.3.1.2 Kiểm tra vòi phun khi động cơ hoạt động 123

3.3.1.3 Kiểm tra bơm cao áp 126

3.3.1.4 Kiểm tra van điều chỉnh áp suất 127

3.3.2 Kiểm tra và phát hiện lỗi bằng máy chẩn đoán chuyên dụng 128

3.3.2.1 Kiểm tra bằng cách sử dụng máy chẩn đoán 128

3.3.2.2 Kiểm tra bằng cách dùng dụng cụ thử mạch 129

3.3.2.3 Thử kích hoạt bằng máy chẩn đoán 130

3.3.2.4 Cách xoá mã chẩn đoán 130

CHƯƠNG IV: MÃ CHẨN ĐOÁN 131

1 Đầu kết nối dữ liệu DLC3 131

2 Kiểm tra DTC và dữ liệu lưu tức thời (Không dùng máy chẩn đoán IT II) 132

3 Bảng DTC (Mã chẩn đoán hư hỏng) 133

Phần III: THẾT KẾ, LẮP ĐẶT MÔ HÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL COMMONRAIL ( trên động cơ TOYOTA 2KD) 138

3.2 MỤC ĐÍCH CỦA MÔ HÌNH ĐỊNH THIẾT KẾ 138

3.2 THAM KHẢO CÁC MÔ HÌNH ĐÃ CÓ 138

3.3 NỘI DUNG CÔNG VIỆC THIẾT KẾ LẮP ĐẶT 139

3.3.1 chuẩn bị dụng cụ, thiết bị 139

3.3.2 Quy trình thực hiện 139

3.3.3 Mô hình 139

3.4 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH 140

3.4.1 Các thao tác vận hành 140

3.4.2 Đo đạc chẩn đoán 142

3.4.2.1 Đo các cực của ECU 142

3.4.2.2 Sơ đồ mạch điều khiển của ECU 144

3.4.2.3 Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất nhiên liệu 146

3.4.2.4 Sơ đồ kết nối van điều khiển hút 146

3.4.2.5 Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất tuyệt đối dường ống nạp 146

3.4.2.6 Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ nước làm mát 147

3.4.2.7 Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ khí nạp 147

3.4.2.8 Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 147

3.4.2.9 Sơ đồ kết nối cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam 148

3.4.2.10 Sơ đồ kết nối cảm biến vị trí van EGR 148

3.4.2.11 Sơ đồ kết nối cảm biến vị trí bàn đạp ga 149

Đồ án tốt nghiệp Trang 4

3.4.3 Thực hành kiểm tra cơ bản trên mô hình 149

3.4.3.1 Kiểm tra điện trở các cảm biến 149

3.4.3.2 Kiểm tra cảm biến áp suất trên đường ống nạp 150

3.4.3.3 Tìm Pan với hệ thống tự chẩn đoán 151

Phần IV: KẾT LUẬN 152

4.1 CÁC KẾT QUẢ VÀ Ý NGHĨA 152

4.2 HẠN CHẾ, BỔ SUNG - PHÁT TRIỂN 152

4.3 TÀI LIỆU THAM KHẢO 153

Phần V: PHỤ LỤC 154

Đồ án tốt nghiệp Trang 5

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn hiện nay ngành ôtô có vai trò rất quan trọng trong nền kinh tếquốc dân, ôtô được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế như: Vận tải, xây dựng, du lịch;lĩnh vực quốc phòng an ninh Cùng với sự phát trển vượt bậc của mình ngành côngnghệ ôtô ngày càng khẳng định vai trò quan trọng không thể thiếu trong sự phát triểncủa một quốc gia

Nhờ sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và công nghệ, ngành ôtô

đã không ngừng tự làm mới mình để đáp ứng được những yêu cầu bức thiết trong vấn

đề sử dụng Ngành ôtô đã có những bước tiến bộ vượt bậc về thành tựu kỹ thuật mớinhư: Điều khiển điện tử và kỹ thuật bán dẫn cũng như các phương pháp tính toán hiệnđại đều được áp dụng trên ôtô Khả năng cải tiến, hoàn thiện và nâng cao để đáp ứngmục tiêu chủ yếu về năng suất, vận tốc, tải trọng có ích, tăng tính kinh tế, giảm cường

độ cho người lái, tính tiện nghi sử dụng cho khách hàng và giảm tối ưu lượng nhiênliệu

Việc giảm tối ưu lượng nhiên liệu mà công suất của động cơ vẫn đảm bảo đang

là vấn đề bức thiết và là nhu cầu hàng đầu trong mục đích sử dụng của khách hàng.Công nghệ phun xăng điện tử, công nghệ phun Diesel điện tử cũng đã được nghiêncứu và ứng dụng trong ngành ôtô

Sau 4 năm học tập và rèn luyện tại trường chúng em đã được khoa tin tưởnggiao cho để tài: “Nghiên cứu và xây dựng quy trình chẩn đoán hệ thống nhiên liệuDiesel Common Rail” Đây là một để tài còn khá mới và có nhiều khó khăn Với sự cố

gắng của bản thân và dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy TS Đinh Ngọc Ân cùng với

sự giúp đỡ của các thầy cô trong Khoa Cơ khí Động lực, các bạn trong lớp ĐLK4,công ty Cổ Phần Thiết Bị Và Phát Triển Công Nghệ ACT, chúng em đã hoàn thành đềtài đáp ứng được yêu cầu đưa ra Tuy nhiên trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, vớikhả năng và trình độ còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy chúng emrất mong sự góp ý của các thầy cô trong khoa và các bạn trong lớp cũng như các bạn

có sự đam mê về đề tài này để đề tài được hoàn thiện hơn nữa

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa, đặc biệt là thầy TS Đinh Ngọc Ân đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn chúng em và sự hỗ trợ quý báu của công ty Cổ phần thiết bị và phát triển công nghệ ACT để đề tài được hoàn thành.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Hùng Cường Phạm Văn Tùng

Đồ án tốt nghiệp Trang 6

- Trải qua rất nhiều năm phấn đấu và phát triển, hiện nay nước ta đã là mộtthành viên của khối kinh tế quốc tế WTO Với việc tiếp cận với các quốc gia có nềnkinh tế phát triển chúng ta có thể giao lưu học hỏi kinh nghiệm, tiếp thu và ứng dụngcác thành tựu khoa học tiên tiến để phát triển hơn nữa nền kinh tế trong nước, bướcnhững bước đi vững chắc trên con đường xây dựng CNXH.

- Trong các ngành công nghiệp mới đang được nhà nước chú trọng phát triểnthì ngành công nghiệp ô tô là một trong những ngành có tiềm năng và được đầu tưphát triển mạnh mẽ Do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật quá trình công nghiệp hóa,hiện đại hóa phát triển mạnh mẽ, nhu cầu của con người ngày càng được nâng cao Đểđảm bảo độ an toàn, độ tin cậy cho con người vận hành và chuyển động của xe, rấtnhiều hãng sản xuất như : FORD, TOYOTA, MESCEDES, KIA MOTORS, … đã cónhiều cải tiến về mẫu mã, kiểu dáng công nghệ cũng như chất lượng phục vụ của xenhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng

- Để đáp ứng được những yêu cầu đó thì các hệ thống, cơ cấu điều khiển ô tônói chung và về “Hệ thống cung cấp nhiên liệu DIESEL ” nói riêng phải có sự hoạtđộng chính xác, độ bền cao và giá thành rẻ, giảm ô nhiễm môi trường nâng cao côngsuất động cơ Dựa trên hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển cơ khí thông thường các

hãng xe đã phát triển các “hệ thống nhiên liệu diesel điện tử, trong đó có thệ thống

Common Rail”.

Do vậy, đòi hỏi người kỹ thuật viên phải có trình độ hiểu biết, học hỏi, sáng tạo

để bắt nhịp với khoa học kỹ thuật tiên tiến để có thể chẩn đoán hư hỏng và đề raphương pháp sửa chữa tối ưu

Đồ án tốt nghiệp Trang 7

- Trên thực tế, trong các trường kỹ thuật của nước ta hiện nay thì trang thiết bịcho học sinh, sinh viên còn thiếu thốn rất nhiều, chưa đáp ứng được nhu cầu dạy vàhọc, đặc biệt là trang thiết bị, mô hình thực tập tiên tiến hiện đại.

Các tài liệu, sách tham khảo về các hệ thống đó, các bài tập hướng dẫn thực hành cũngcòn thiếu Dẫn đến người kỹ thuật viên khi ra trường gặp nhiều khó khăn và bỡ ngỡvới những kiến thức, trang bị tiên tiến trong thực tế

Chính vì vậy việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu và xây dựng quy trình chẩnđoán hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail” là cần thiết và cấp bách

1.2 Ý nghĩa của đề tài

- Đề tài giúp cho những sinh viên năm cuối củng cố lại kiến thức để chuẩn bịcho sinh viên khi ra trường để đáp ứng được phần nào nhu cầu của công việc Đề tài

nghiên cứu về “Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel common rail injection ” giúp cho

chúng em hiểu rõ hơn nữa và bổ trợ thêm kiến thức mới về hệ thống này

- Nội dung và kết quả của đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho học sinh,sinh viên các khoá Ngoài ra tài liệu còn có thể dùng cho các thợ sửa chữa, các gara,các thợ bảo hành

- Kết quả đạt được sẽ làm cơ sở để phát triển đề tài ở mức cao hơn

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail

- Đề xuất những giải pháp, phương án kiểm tra, chẩn đoán, khắc phục những hưhỏng của hệ thống

- Đưa ra các mã lỗi và các khu vực nghi ngờ có liên quan của hệ thống nhiênliệu Diesel Common Rail

- Thiết kế, lắp đặt mô hình hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail

3.2 Khách thể nghiên cứu

Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel Common Rail của các hãng: TOYOTA,KIA, AUDI, MERCEDES

4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Phân tích đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống cung cấp nhiênliệu Diesel Common Rail

- Nghiên cứu và tham khảo một số thông số ảnh hưởng tới hệ thống này

Đồ án tốt nghiệp Trang 8

- Tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước để hoàn thiện thành đề tài của mình.

- Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt mô hình hệ thống nhiên liệu Diesel CommonRail

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

5.1 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

● Nghiên cứu lý thuyết:

- Đọc các tài liệu, tìm hiểu, quan sát các hệ thống trên xe

- Phân tích kết cấu và nguyên lý làm việc để hiểu sâu về hệ thống

● Nghiên cứu thực nghiệm:

- Xây dựng mô hình

- Xây dựng phương pháp chẩn đoán hệ thống

5.2 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Là phương pháp nhiên cứu thu thập thông tin trên cơ sở nghiên cứu các vănbản, tài liệu đã có sẵn bằng tư duy lô gíc

- Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích các tài liệu nói về hệ thốngcung cấp nhiên liệu Diesel Common Rail Phân tích kết cấu, nguyên

lý làm việc một cách khoa học

- Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích được, hệ thống hoá lại cáckiến thức tạo ra một hệ thống lý thuyết đầy đủ và sâu sắc

5.3 Phương pháp phân tích, thống kê mô tả

- Là phương pháp tổ hợp các kết quả nghiên cứu thực tiễn và nghiên cứu tài liệu

để đánh giá và đưa ra những kết luận chính xác

- Chủ yếu được sử dụng để đánh giá các mối quan hệ thông qua các số liệu thuđược

Các bước thực hiện:

- Từ thực tiễn nghiên cứu về hệ thống và nghiên cứu các tài liệu lý thuyết đưa

ra phương án thiết kế, lắp đặt mô hình, bảo dưỡng, sửa chữa, khắc phục hư hỏng của

hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel Common Rail

Đồ án tốt nghiệp Trang 9

Phần II: CƠ SỞ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây ô nhiễm môi trường.Động cơ Diesel với tính hiệu quả kinh tế hơn là động cơ xăng, tuy nhiên vấn đề vềtiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong sử dụng động cơ Diesel

Động cơ Diesel được phát minh vào năm 1892 nhờ Rudolf Diesel hoạt độngtheo nguyên lý tự cháy Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồngcháy động cơ để hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy Đến năm 1927 Robert Bosh mới

phát triển bơm cao áp ( bơm phun Bosh lắp cho động cơ Diesel trên ôtô thương mại và

ô tô khách vào năm 1936).

Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp kỹthuật tối ưu nhắm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu Cácnhà động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chứcquá trình cháy nhằm hạn chế các chất ô nhiễm Các biện pháp chủ yếu tập chung vàogiải quyết các vấn đề:

-Tăng tốc độ phun để giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệukhông khí

- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp

- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trìnhphun để làm giảm HC

- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả

Hiện nay các nhược điểm đó đã được khắc phục bằng cách cải tiến một số bộphận của hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử như:

- Bơm cao áp điều khiển điện tử

- Vòi phun điện tử

- Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao ( ống Rail)

Với các ứng dụng mạnh mẽ về điều khiển tự động trong hệ thống nhiên liệuDiesel nhờ sự phát triển về công nghệ Năm 1986 Bosh đã đưa ra thị trường việc điều

Đồ án tốt nghiệp Trang 10

khiển điện tử cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel được gọi là hệ thống nhiên liệuCommon Rail Diesel Cho đến ngày nay hệ thống cung cấp nhiên liệu Common RailDiesel đã được hoàn thiện Trong động cơ Diesel hiện đại áp suất phun được thực hiệncho mỗi vòi phun một cách riêng rẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống chứa(Rail) và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu So với các hệ thống cungcấp nhiên liệu Diesel thông thường thì Common Rail Diesel đã đáp ứng và giải quyếtđược những vấn đề:

- Giảm tối đa mức độ tiếng ồn

- Nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, ápsuất phun có thể đạt tới 184 MPa Thời gian phun cực ngắn và tốc độ phun cực nhanh(khoảng 1,1 ms)

- Có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm phun tùy theo chế độ làm việc củađộng cơ

Do đó làm tăng hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu được nâng cao hơn

Đồ án tốt nghiệp Trang 11

1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ

1.3 ĐẶC ĐIỂM CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ 1.3.1 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm dãy (PE) điều khiển điện

tử bằng cơ cấu điều ga điện từ

Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử BơmVòi phun kết hợp

điện

tử bằng

cơ cấu

điều

ga điện từ

Bơm

VE điều khiển điện

tử bằng van xả áp

Theo một số tiêu chí Hình 2.1 (Trang 25) Loại EUI HEUILoại

Bơm VE nhiều Piston hướng kính

Bơm VE 1

Piston hướng

trục

Những cơ cấu chính như bơm PE thông thường chỉ khác các điểm sau:

- Bộ điều tốc ly tâm ở phía cuối trục cam được thay bằng cảm biến tốc độ động

cơ

- Cơ cấu điều khiển thanh răng loại cơ khí hoặc loại chân không được thay bằng

cơ cấu điều ga điện từ nhận xung điều khiển từ ECU động cơ

kk, loại nhiên liệu, áp suất đường nạp nhiên liệu )

- Điều khiển thời điểm phun bằng cách xoay trục cam và được thực hiện quahai cơ cấu:

+ Cơ cấu ly tâm

+ Cơ cấu khớp dầu điều khiển qua ECU

1.3.2 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử loại bơm chia (VE) điều khiển điện tử

1.3.2.1 Loại bơm cao áp VE hướng trục điều khiển điện tử bằng cơ cấu điều ga điện từ

Cấu tạo

Những cơ cấu chính giống như bơm VE cơ khí Điểm khác biệt là thay bộ điềutốc cơ khí loại ly tâm và hệ đòn dẫn ga bằng cơ cấu điều ga điện từ Cơ cấu này sẽthực hiện việc dịch chỉnh quả ga trên piston để thay đổi lượng phun

2 Van điện từ cắt nhiên liệu

3 Bộ điều khiển phun sớm (Van

TCV)

4 Xy lanh bơm

5 Piston

6 Cơ cấu điều ga điện từ

7 Van triệt hồi

- Điều khiển lượng phun thông qua cơ cấu điều ga điện từ Cơ cấu điều ga điện

từ điều khiển công suất động cơ và kiểm soát tốc độ tối đa của động cơ để ngăn động

cơ chạy quá tốc độ và giữ ổn định tốc độ chạy không tải

- Điều khiển thời điểm phun thông qua van TCV Van này được điều khiểnbằng tỷ lệ hiệu dụng (tỷ lệ theo chu kỳ làm việc) thời gian tắt/bật của dòng điện chạyqua cuộn dây Khi điện bật, độ dài thời gian mở van sẽ điều khiển áp suất nhiên liệutrong piston của bộ định thời

1 3 2

2 Loại bơm cao áp VE điều khiển điện tử bằng van xả áp – máy bơm piston hướng trục

Cấu tạo

Bơm VE điện tử kiểu mới một piston hướng trục do không có quả ga nên đểđiều khiển lượng nhiên liệu phun (Tức là muốn thay đổi tốc độ động cơ, công suất củađộng cơ) thì bơm sử dụng một khoang xả áp thông với khoang xylanh

- Điều khiển lượng phun thông qua hoạt động của van xả áp SPV

Hành trình nạp: SPV đóng lại,piston chuyển động sang trái Khi

đó nhiên liệu được hút vào buồngbơm

Phun: SPV đóng lại Pistonchuyển động sang phải, áp suấtnhiên liệu tăng lên và nhiên liệuđược bơm đi

Kết thúc phun: SPV mở ra, donhiên liệu giảm nên áp suất cũnggiảm xuống Quá trình phun kếtthúc Khi các điều khiện ngắtnhiên liệu được thực hiện, áp suấtkhông tăng lên do SPV vẫn đang trong trạng thái mở

- Điều khiển thời điểm phun thông qua van TCV

1.3.2.3 Loại bơm cao áp VE điều khiển điện tử bằng van xả áp – máy bơm piston hướng kính

Cấu tạo

Trục bơm được nối với rôto chia và ở rôto chia bố trí 4 piston hướng kính, ởgiữa là một lỗ khoan dọc tâm,lỗ khoan này thông với cửa nạp dầu và cửa chia dầu.Phía ngoài rôto chia là một vành có các con lăn và toàn bộ cụm này được đặt trongmột vành cam

khiển điện tử

Hình 1.7: Cấu trúc bơm VE điều khiển điện tử bằng van xả áp – máy bơm piston hướng kính

- Điều khiển lượng phun thông qua van SPV giống như máy bơn piston hướngtrục ở trên

- Điều khiển thời điểm phun thông qua van TCV Nguyên tắc hoạt động giốngnhư van TCV của các bơm VE trước

Điều khiển thời điểm phun:

Khi độ dài thời gian mở van rút ngắnlại (Tỷ lệ của dòng điện đang được sửdụng thấp), thì lượng nhiên liệu đi tắtgiảm xuống Do đó, piston của bộ địnhthời chuyển động sang trái làm quayvành con lăn theo chiều làm sớm thờiđiểm phun

Khi độ dài thời gian mở van dài (tỷ lệcủa dòng điện đang được sử dụng cao),thì lượng nhiên liệu đi tắt tăng lên Do

đó piston của bộ định thời chuyển sangphải do lực của lò xo làm quay vànhcon lăn theo chiều làm muộn thời điểmphun

Đồ án tốt nghiệp Trang 17

Hình 1.8: Hoạt động của van TCV bơm

VE điều khiển điện tử - máy bơm hướng

kính

1.3.2.4 Sơ đồ điều khiển bơm VE điện tử loại dùng van xả áp

1.3.3 Ưu - Nhược điểm của hệ thống Diesel điện tử sử dụng các loại bơm cao áp

1.3.3.1 Ưu điểm

- Là một cụm kết cấu gọn, được cải tiến từ bơm cao áp cơ khí truyền thống và

có thêm phần điều khiển điện tử

- Chi phí sản xuất không cao

- Dễ lắp đặt, sửa chữa

1.3.3.2 Nhược điểm

- Tạo ra quá trình cháy kích nổ, dẫn tới sinh ra tiếng gõ động cơ

- Điều khiển bằng hai cơ cấu (điều khiển lượng phun, điều khiển thời điểmphun) nên quá trình điều khiển phức tạp

- Đa số là cơ cấu cơ điện nên dễ bị mòn, sinh ra sự cố

- Do cháy kích nổ nên làm tăng lượng NOx trong khí xả

- Áp suất phun thấp dẫn tới phun không tơi làm ảnh hưởng tới quá trình cháy(áp suất phun Pphun = 115 – 175 bar)

Từ những nhược điểm này cho ra đời hệ thống Diesel điện tử được ưa chuộng:Common Rail và bơm vòi phun kết hợp EUI và HEUI

Đồ án tốt nghiệp Trang 18

Hình 1.9: Sơ đồ điều khiển bơm VE điện tử loại dùng van xả áp

1.3.4 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối(Common Rail)

- Khối cấp dầu thấp áp: Thùng dầu, bơm tiếp dầu, bộ lọc dầu, ống dẫn dầu vàđường dầu hồi

- Khối cấp dầu cao áp: Bơm áp cao, ống phân phối dầu cao áp đến các vòi phun(ống Rail), các tuy ô 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)

- Điều khiển lượng phun và thời điểm phun bằng một xung duy nhất từ ECUdựa vào các tín hiệu từ các cảm biến và công tắc Áp suất phun rất cao: 1300 – 1900bar

Đồ án tốt nghiệp Trang 19

Hình 1.10: Sơ đồ một hệ thống nhiên liệu Diesel

điện tử với ống phân phối tiêu biểu

1.3.5 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử EUI (Electronic Unit Injection)

Hệ thống nhiên liệu EUI có 5 bộ phận cấu thành:

- Các vòi phun EUI: Tạo ra áp suất phun tới 207000 kPa (30.000 psi) và ở tốc

độ định mức nó phun tới 19 lần/s

- Bơm chuyển nhiên liệu: Cung cấp nhiên liệu cho các vòi phun bằng cách hútnhiên liệu từ thùng chứa và tạo ra một áp suất từ 60-125 psi

- Mô đun điều khiển điện tử (ECM – Electronic Control Module): Là một máy

vi tính công suất lớn điều khiển các hoạt động chính của động cơ

- Các cảm biến: Là những thiết bị điện tử kiểm soát các thông số của các động

cơ như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ và cung cấp các thông tin cho ECM bằng một điệnthế tín hiệu

- Các thiết bị tác động: Là những thiết bị điện tử sử dụng các cường độ dòngđiện từ ECM để làm việc hoặc thay đổi hoạt động của động cơ Ví dụ thiết bị tác độngvòi phun là công tắc điện từ

- Điều khiển lượng phun và thời điểm phun bằng một xung từ ECM

Đồ án tốt nghiệp Trang 20

3 Bơm chuyển nhiên liệu 6 ECU

7 Các cảm biến

Hình 1.11: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI

1.3.6 Hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử HEUI (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector)

Các bộ phận cấu thành hệ thống nhiên liệu HEUI tương tự như hệ thống nhiênliệu EUI

- Điều khiển lượng phun và thời điểm phun thông qua một xung từ ECM

- Áp suất đầu vòi phun lên đến 21000 psi

1.4 TÍNH ƯU VIỆT CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL COMMON RAIL

Hệ thống phun nhiên liệu Diesel Common Rail có nhiều ưu việt hơn hẳn hệthống phun nhiên liệu truyền thống và hệ thống phun nhiên liệu Diesel điện tử thôngthường

Trước hết phải nói về cấu trúc: Hệ thống phun nhiên liệu Diesel Common Railcho phép đơn giản bớt đáng kể kết cấu cơ khí của bơm cao áp, chẳng hạn như các rãnhcắt nhiên liệu, bộ điều tốc, cơ cấu kiểm soát thời điểm phun Do vậy chức năng củabơm áp cao chỉ thực hiện tạo nên áp suất nhiên liệu cao, cho phép tối ưu kết cấu theohướng tạo nên áp suất cao, thực hiện phun tơi nhiên liệu và tăng tuổi thọ của bơm

Tiếp theo, khả năng điều chỉnh được thực hiện theo nhiều tín hiệu cấp choECU, do vậy tính chất tinh chỉnh sẽ cao hơn, đáp ứng chính xác nhiều chế độ làm việccủa động cơ Có thể nói gọn là: thực hiện thoả mãn nhu cầu làm việc của động cơtrong nhiều trạng thái làm việc mà không gây nên hiện tượng thừa,thiếu nhiên liệu,công suất phát huy hoàn hảo và chất lượng khí xả tốt

Về quá trình cháy của hỗn hợp công tác: đối với hệ thống điều khiển điện tử, ápsuất phun cao hơn và tỉ số nén của động cơ có thể cao hơn, quá trình phun có thể diễn

ra gồm nhiều giai đoạn nên qua trình cháy diễn ra với áp suất đỉnh nhỏ hơn nên động

cơ làm việc êm hơn, ít phát sinh tiếng ồn Thời gian cháy rớt ngắn hơn, ít gây tổn thấtcông suất và ô nhiễm Với áp suất đỉnh thấp hơn nên động cơ không đòi hỏi kết cấu,vật liệu chịu bền cao như hệ thống điều khiển cơ khí, nhiệt độ cháy đỉnh cũng bé hơn,nhất là dùng vòi phun hai giai đoạn nên tổn thất nhiệt cũng ít hơn, các chi tiết chịunhiệt độ thấp hơn nên sẽ bền hơn

Về công tác kiểm tra, bảo dưỡng, sửachữa: Đối với người thợ, công tác lắp ráp hệthống cơ khí sẽ khó khăn hơn, vì khôngnhững phải lắp đúng về mặt vị trí mà cònphải điều chỉnh thật chính xác các cơ cấu lắpghép, nhất là các cơ cấu điều chỉnh có ảnhhưởng đến tính năng làm việc của hệ thống.Trong quá trình làm việc, nếu hệ thống có hưhỏng, để phát hiện chính xác hư hỏng, đòihỏi kinh nghiệm của người thợ nhiều hơn trong khi đối với hệ thống Diesel EFI nhờ cóECU trợ giúp thông báo mã lỗi

Vấn đề ô nhiễm môi trường: Trong khí thải của động cơ Diesel có những chấtgây ô nhiễm môi trường như HC, CO, CO2, NOx, khói, muội than Quá trình hình

Đồ án tốt nghiệp Trang 22

Hình 1.13: So sánh lượng phun giữa

phun một giai đoạn và phun hai giai

đoạn

thành các chất ô nhiễm này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố có thể kể ra như: Chấtlượng nhiên liệu, quáy trình hình thành hỗn hợp công tác, quá trình cháy, quá trìnhđiều khiển hoạt động của động cơ

Trong những yết tố đó, bỏ qua nhữngyếu tố khách quan ngoài phạm vi đề cậpcủa chuyên đề chư chất lượng nhiênliệu, kết cấu buồng đốt, kim phun, cònlại các yếu tố như quá trình điều khiểnhoạt động của động cơ ta thấy rằng hệthống điều khiển cơ khí dễ dẫn đến ônhiễm môi trường hơn, vì điều khiển cơkhí mặc dù tin cậy, bền nhưng độ linhhoạt kém hơn so với điều khiển điện tử.Với hệ thống cảm biến, ECU sẽ thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình cung cấpnhiên liệu tốt hơn từ đó hỗn hợp công tác sẽ được hoà trộn tốt hơn,sẽ cháy tốt hơn vànhất là cảm biến khí xả có khả năng nhận biết mức độ ô nhiễm khí thải giúp ECU điềuchỉnh lượng nhiên liệu cung cấp.Bên cạnh đó sự ô nhiễm về tiếng ồn ở hệ thống EDC

sẽ ít hơn

Đồ án tốt nghiệp Trang 23

Hình 1.14: So sánh tiếng ồn giữa phun

một giai đoạn và phun hai giai đoạn

CHƯƠNG II: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ

THỐNG DIESEL COMMONRAIL2.1 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG DIESEL COMMON RAIL (CRS-i, CDI,…)

Đồ án tốt nghiệp Trang 24

Phương pháp phun

1 Phun mồi một lần

2 Phun mồi hai lần

Theo áp suất phun

+ Giắc cắm bốn chân (pin)

2 Loại áp điện

Theo bơm áp cao

1 Bơm áp cao loại

hai piston đối nhau

5 Bơm áp cao loại

bốn piston kiểu hai

(Cam ô van)

6 Bơm áp cao loại

ba cam hai piston

Hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail

Hình 2.1: Sơ đồ phân loại hệ thống

Diesel Common Rail

2.2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CDI VỚI VÒI PHUN ĐIỆN TỪ

2.2.1 Khái quát

Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo chung

1.Bơm cao áp 2.Pistton 3.Bơm nạp 4.Van phân phối 5.SCV (van điều khiển hút) 6.Ống phân phối 7.Cảm biến áp suất ống phân phối 8.Van xả áp 9.Bộ giới hạn

áp suất 10.Vòi phun 11 ECU động cơ 12 EDU 13.Các loại cảm biến 14 Phin lọc nhiên liệu 15.Bình nhiên liệu

Hệ thống Common Rail là hệ thống phun kiểu tích áp Một bơm áp cao riêngbiệt được đặt trong thân máy tạo ra áp suất liên tục Áp suất này chuyển tới và tích lạitrong ống Rail cung cấp tới các vòi phun theo thứ tự làm việc của từng xylanh ECUđiều khiển lượng nhiên liệu phun và thời điểm phun một cách chính xác bằng cách sửdụng các van điện từ

Khi bật khoá điện nhiên liệu được một bơm điện đặt trong thùng nhiên liệuđược ECU điều khiển đẩy nhiên liệu qua bầu lọc nhiên liệu cung cấp cho bơm áp thấpkiểu bánh răng nằm trong bơm áp cao Khi khởi động động cơ bơm bánh răng làm việc

sẽ cung cấp nhiên liệu cho bơm áp cao làm việc Khi động cơ làm việc ECU sẽ điềukhiển cho bơm điện ngừng hoạt động Nhiên liệu có áp suất cao được tạo ra từ bơm ápcao đưa đến ống Rail Từ Rail nhiên liệu được phân phối thường trực tại các vòi phuncủa động cơ ECU nhân tín hiệu từ các cảm biến và phát tín hiệu đến các vòi phun

Đồ án tốt nghiệp Trang 25

Dòng phun nhiên liệu Dòng hồi nhiên liệu

Hình 2.3: Sơ đồ các cụm chi tiết

ECU tính toán, quyết định lượng nhiên liệu cung cấp và thời điểm phun cho động cơ.Lượng dầu hồi từ ống Rail và các vòi phun sẽ theo hai đường dầu hồi một đường quaytrở lại bơm bánh răng, còn một đường quay trở lại thùng nhiên liệu

2.2.2 Các cụm chi tiết

Đồ án tốt nghiệp Trang 26

1 Bơm cao áp

2 SCV (van điều khiển hút)

3 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

20 Tín hiệu công tắc IG

21 Tín hiệu bộ khởi động

22 Tín hiệu làm nóng động cơ

23 Tín hiệu tốc độ xe

2.2.3 Vị trí lắp đặt các cụm chi tiết

Hình 2.4: Vị trí lắp đặt các cụm chi tiết

1 SCV (van điều khiển hút)

2 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

3 Cảm biến áp suất ống phân phối

2.2.4 Đặc điểm chung của hệ thống nhiên liệu Diesel Common Rail

- Áp suất phun: xấp xỉ 1834 Kg/cm2 (180 Mpa) Điều này có thể ví như 16 convoi Châu Phi ở độ tuổi trưởng thành (5,2 tấn) đứng trên tấm danh thiếp (45 cm2)

- Khe hở piston: Khe hở của piston từ 0,5 đến 2 μm (nhỏ hơn rất nhiều so vớimặt cắt sợi tóc của con người từ 70-100μm)

- Tốc độ và lưu lượng phun:

Tốc độ phun của lần phun sơ khởi (phun thí điểm) và phun chính cực kỳ nhanh,

cả hai giai đoạn xấp xỉ 1,1 msec (trong khi đó một cái chớp mắt thông thường của conngười từ 300 – 400 msec)

Lưu lượng phun:

áp suất trong ống Rail

Đồ án tốt nghiệp Trang 28

Hình 2.5: So sánh giữa hệ thống phun xăng

và hệ thống phun Diesel Common Rail

Piston Bơm

cấp dầu

Van phân phối

SCV (Van điều khiển hút)

Cảm biến nhiệt độ dầu

Van một

chiều

Cam không đồng trục

Cam không đồng trụcCam vòng

PistonTrục quay

Hình 2.6: Cấu tạo bơm HP3

2.3 CÁC CỤM THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG DIESEL COMMON RAIL

Đồ án tốt nghiệp Trang 29

Piston B

Van 1 chiều

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động

của bơm áp cao

Hai piston của bơm được đặt đối diện nhau,phía bên ngoài cam không đồngtrục

Cam không đồng trục được gắn vào trục quay và cam vòng Long-gơ và van hútđược gắn vào cam vòng Khi trục dẫn động quay, bánh xe cam sẽ quay không đồngtrục, vòng cam sẽ di chuyển lên và xuống làm cho piston cũng di chuyển lên và xuống

Hoạt động

Bơm cao áp được xem như là trái tim của hệ thống common rail Bộ ổn định áp suất ống nhiên liệu (FRP) và cảm biến nhiệt độ nhiên liệu là các bộ phận trong tổ hợp bơm cao áp

Khi quay cam nó lần lượt đội và không đội các piston bơm Khi piston bơmkhông được cam đội, nó bị lò xo ép xuống, nhiên liệu được hút vào trong bơm Khipiston được cam đội đi lên, nó sẽ ép nhiên liệu đẩy đến ống cao áp

Bơm áp cao được xem như là trái tim của hệ thống Common Rail Bộ ổn định

áp suất ống nhiên liệu (FRP) và cảm biến nhiệt độ nhiên liệu là các bộ phận trong tổhợp trong bơm áp cao

Nhiên liệu được lấy ra từ thùng chứa đến bơm áp cao bằng cách sử dụng bơmtiếp vận đặt ở bên trong thùng chứa hoặc thông qua bơm chuyển

Khi động cơ quay, 2 piston cung cấp áp suất cao đến đường ống nhiện liệu KhiECU điều khiển dòng nhiên liệu vào trong buồng 2 piston,nó sẽ điều khiển lượng và

áp suất nhiên liệu cung cấp đến đường ống nhiên liệu Nhờ hoạt động tối ưu này đãcho thấy tính kinh tế nhiên liệu và giảm thiểu phần NOx trong khí thải

Bơm cấp liệu

Bơm nạp loại roto sẽ hút nhiên liệu từ bình nhiên liệu đến buồng bơm cao ápthông qua bình lọc và van điều khiển hút (SCV) Trục điều khiển quay roto trong vàngoài của bơm nạp Khi roto quay làm khoảng trống tăng và giảm, bơm nạp sẽ hút

Đồ án tốt nghiệp Trang 30

nhiên liệu vào bộ phận hút và đẩy nhiên liệu ra khỏi bộ phận xả Bơm roto được lắptrong bơm áp cao.

2.3.1.2 Bơm áp cao loại 3 piston

Bơm áp cao loại 3 piston gồm các bộ phận cơ bản: Trục lệch tâm, cam lệch

tâm,piston, van hút, bơm bánh răng, van kiểm soát áp suất (van điều khiển nạp) Trục

lệch tâm dẫn động cam lệch tâm và bánh răng chủ động của bơm bánh răng

Hoạt động

Khi quay cam nó lần lượt đội vàkhông đội các piston bơm Khi piston bơmkhông được cam đội, nó bị lò xo ép xuống,nhiên liệu được hút vào trong bơm Khipiston được cam đội đi lên nó sẽ ép nhiênliệu đẩy đến ống cao áp

Nhiên liệu được lấy từ thùng chứa đếnbơm áp cao bằng cách sử dụng bơm tiếpvận (bánh răng ăn khớp ngoài) lắp trongbơm áp cao

Khi động cơ quay, 3 piston lần lượtcung cấp dầu áp suất cao đến đường ống nhiên liệu Khi ECU điều khiển dòng nhiên

liệu vào trong buồng 3 piston, nó sẽ điều khiển lượng và áp suất dầu cung cấp đến

đường ống nhiên liệu

trục) Khi trục chủ động được dẫn động thì bánh răng chủ động quay và dẫn động bánh

răng bị động quay theo chiều ngược lại Dầu từ khoang áp thấp A được bơm guồng

sang khoang B ( có thể tích nhỏ hơn khoang A) áp suất cao,từ đây dầu được điền đầy

vào khoang bơm của bơm áp cao

2.3.1.3 Bơm áp cao 4 Piston kiểu 1 (Cam vành)

Cấu tạo

xilanh, 2 van một chiều (van hút và van xả) Ngoài ra bơm còn có các bộ phận cơ

bản: Van điều chỉnh áp suất, van giới hạn áp suất, cảm biến nhiệt độ dầu, IMV (van

nạp)

Hoạt động

Khi bơm hoạt động, trục bơm làm quay đĩa tròn

và làm cụm xi lanh, piston quay theo Khi đó cácviên bi sẽ tác động vào vấu cam Khi viên bi gặpđỉnh cam là đang trong quá trình nén nhiên liệu,hai piston ép vào phía tâm đĩa,lúc này áp suấtnhiên liệu thắng sức căng lò xo van một chiều

xả, van mở ra và nhiên liệu được đưa đến ốngcao áp Khi viên bi thoát khỏi đỉnh cam, lúc nàyhai piston dãn ra làm áp suất dầu giảm so với ápsuất dầu ở khoang bơm Dầu từ khoang bơm

4 Van giới hạn áp suất

5 Cảm biến nhiệt độ dầu

6 IMV

7 Đường đầu ra áp suất cao

Hình 2.12: Bơm áp cao 4 piston kiểu 1

Hình 2.13: Nguyên lý hoạt động 4

piston kiểu 1

được điền đầy vào trong xylanh thông qua van một chiều hút Hoạt động của bơm lặplại theo chu kỳ tương tự.Dầu trong khoang bơm được cung cấp bởi bơm cấp liệu.

Van giới hạn áp suất (2) có tác dụng giới hạn áp suất của bơm nếu áp suất bơmlớn hơn quay định thì van sẽ mở cho dầu đi về

Van một chiều (5) có tác dụng giữ áp suất dầu trong đường ống mặc dù khibơm không làm việc và vẫn sẵn sàng cho lần khởi động sau

Bơm roto điện có thể lắp trong bình dầu hoặc được lắp ở ngoài bình dầu Hình

2.15

2.3.1.4 Bơm áp cao 4 piston kiểu 2 (cam ôvan)

Đồ án tốt nghiệp Trang 34

1 Đường dầu vào 2 Van giới hạn áp suất 3 Con lăn 4 Roto bơm

5 Van một chiều 6 Đường dầu ra 7 Stato

Hình 2.14: Cấu tạo bơm điện

Hình 2.15: Bơm điện lắp ngoài

bình dầu

Cấu tạo

Tương tự như loại bơm áp cao 4 piston kiểu 1, bơm áp cao 4 piston kiểu 2 baogồm 4 xylanh được gắn trên 2 đĩa hình ôvan(4) song song với nhau, mỗi đĩa ô van nàyđược đặt trong một trụ tròn

Bộ phận chính của bơm gồm: piston(3), van một chiều hút (2), van một chiều

xả (5) – van phân phối, van điều khiển nạp

Hoạt động

Khi hoạt động, cam ô van (4)quay Dầu được nạp bởi bơm cấpliệu sẽ di chuyển qua van nạp vàvan một chiều (2), quá trình nạpdiễn ra khi 2 đầu piston giãn ra xalàm mở van nạp do chênh lệch ápsuất.Quá trình nén và xả nhiênliệu đến đường ống cao áp diễn rakhi 2 piston tiến lại gần nhau làmcho áp suất tăng nhanh và thắngđược sức căng van một chiều xảnên nhiên liệu được xả ra.Do cam

ô van quay làm cho đường kínhđường tròn tiếp xúc với 2 pistonlúc tăng,lúc giảm nên 2 piston cóthể giãn ra xa nhau và tiến lại gần nhau.Dầu được nén bởi piston và được bơm qua vanphân phối đến đường ống cao áp dẫn vào ống phân phối

Đồ án tốt nghiệp Trang 35

Hình 2.16: Cấu tạo bơm áp cao 4 piston kiểu 2

Hình 2.17: Hoạt động của bơm áp cao 4 piston

kiểu 2

Hoạt động

Khi bơm hoạt động, trục bơm quay dẫn động bơm cấp liệu hút dầu qua van điềukhiển nạp (PCV) vào trong khoang bơm của bơm áp cao Trục bơm dẫn động camquay,các vấu cam tác động lên cơ cấu con đội con lăn đẩy piston đi lên thực hiện quátrình nén dầu, khi cam thôi tác động thì dưới sức ép của lò xo đẩy piston đi xuống thựchiện quá trình nạp

Ứng với từng quá trình nạp của mỗi piston tín hiệu điều khiển từ ECU làm chodòng điện từ khoá điện lần lượt qua từng van PCV tương ứng và mở van điều khiểnnạp Việc mở lớn hay nhỏ là do dòng điều khiển từ ECU quyết định

Đồ án tốt nghiệp Trang 36

Hình 2.18: Cấu tạo bơm 3 cam 2 piston

Ứng với quá trình xả, các van PCV được ngắt điện Piston đi lên ép dầu tạo ra

áp lực cao thắng sức căng van một chiều và đưa dầu vào đường cao áp

Bơm cấp liệu

Bơm cấp liệu của bơm áp cao loại 3 cam 2 piston giống bơm cấp liệu của bơm

áp cao 2 piston đối đỉnh (HP3)

2.3.1.5 Van điều khiển nạp (SCV, PCV, IMV, )

Bộ phận rất quan trọng ở bơm áp cao là van điều khiển nạp, nó đượcđiều khiển bởi ECU động cơ và nó quyết định áp suất Rail Van điều khiển nạp điềuchỉnh khối lượng nhiên liệu được hút vào bơm áp cao

- Nếu dòng đến van nạp trong một thời gian dài Vì cường độ trung bình củadòng điện chạy đến cuộn dây tăng, van kim sẽ mở ra ngoài, van nạp mở rộng hơn Do

đó, lượng nhiên liệu hút tăng

- Nếu dòng đến van nạp trong một thời gian ngắn Cường độ trung bình củadòng điện chạy đến cuộn dây giảm, lực lò xo sẽ hút van kim vào, van nạp mở hẹp đi

Do đó lượng nhiên liệu hút giảm

Đồ án tốt nghiệp Trang 37

Hình 2.19: Hoạt động bơm áp cao loại 3 cam 2 piston

Dòng nhiên liệu qua van điều khiển hút:

Chú ý: Mối tương quan giữa độ mở của van nạp và lượng nhiên liệu hút vào có

thể ngược với mô tả trên đây điều này tuỳ thuộc vào loại xe Ở một số hãng xe vanđiều khiển nạp được ký hiệu bằng các tên khác nhau như: IMV, SCV, PCV

2.3.1.6 Van một chiều

Van phân phối(van một chiều) và bơm áp cao được hợp nhất thành một khối

Do đó, nó bao gồm một van bi, lò xo, giá đỡ và thân van Khi áp suất ở piston vượtquá áp suất trong ống phân phối, van bi sẽ mở để xả nhiên liệu ra

Hình 2.21: Đường đi của dòng nhiên liệu qua van điều khiển nạp

2.3.4 Ống Rail

đến các vòi phun của xylanh Cảm biến áp suất ống phân phối (cảm biến PC), bộ giới

hạn áp suất và một van xả áp suất được gắn trên ống phân phối

Khi kim phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun thì áp suất nhiên liệu

trong ống vẫn phải không đổi Điều này thực hiện được nhờ vào sự co giãn của nhiên

phân phối

4 Bộ giới hạn áp suất

Hình 2.23: Cấu tạo ống phân phối

Hình 2.22: Van một chiều

liệu Áp suất nhiên liệu được đo bởi cảm biến áp suất trên ống phân phối và được duytrì bởi van điều khiển áp suất nhằm giới hạn áp suất tối đa là 220 MPa.

Ống trữ nhiên liệu áp suất cap (ống Common) trên Hình 2.23 dùng để chứa

nhiên liệu áp suất cao, đồng thời sự dao động của áp suất do bơm áp cao tạo ra đượcgiảm chấn bởi thể tích ống Ống Common này dùng chung cho tất cả các xylanh do đótên nó là “đường ống chung” hoặc là Common Rail Khi một lượng nhiên liệu bị mất

đi khi phun, ống vẫn duy trì áp suất thực tế bên trong không đổi Điều này đảm bảo ápsuất phun của kim phun không đổi ngay từ khi kim mở Để thích hợp với các điều kiệnlắp đặt khác nhau trên động cơ, ống phải được thiết kế với nhiều kiểu để phù hợp với

bộ hạn chế dòng chảy và dự phòng chỗ để gắn các cảm biến, van điều khiển áp suất,van hạn chế áp suất Thể tích bên trong ống thường xuyên được điền đầy bằng nhiênliệu có áp suất Khả năng nén của nhiên liệu dưới áp suất cao được tận dụng để tạohiệu quả tích trữ Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun ra thì áp suất thực tế trong bộtích trữ nhiên liệu áp suất cao vẫn được duy trì không đổi Sự thay đổi áp suất là dobơm áp cao thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào lượng nhiên liệu vừa phun