TÌM HIỂU QUY TRÌNH KIỂM TRA NHANH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL COMMON RAIL

i TÌM HIỂU QUY TRÌNH KIỂM NHANH TRA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL COMMON RAIL Tác giả NGUYỄN VĂN CẢNH Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Công nghệ kỹ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU QUY TRÌNH KIỂM TRA NHANH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL COMMON RAIL

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VĂN CẢNH Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Niên khóa: 2009 – 2013

Tháng 6 / 2013

i

TÌM HIỂU QUY TRÌNH KIỂM NHANH TRA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

ĐỘNG CƠ DIESEL COMMON RAIL

Tác giả

NGUYỄN VĂN CẢNH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành

Công nghệ kỹ thuật ô tô

Giáo viên hướng dẫn:

Th.s: THI HỒNG XUÂN

ii

LỜI CẢM ƠN

Hơn bốn năm học tập và rèn luyện tại trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, với sự dạy dỗ, chỉ bảo tận tình của quý thầy cô đã giúp em tiếp thu được rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm trong học tập và trong cuộc sống Qua khoá luận tốt nghiệp đã giúp em ôn tập lại những kiến thức mà thầy cô đã truyền đạt trong suốt bốn năm qua và đây cũng là cơ hội để em học hỏi thêm nhiều kiến thức mới, chuẩn bị một hành trang thật vững vàng để bước chân vào ngưỡng cửa mới - Kỹ sư ô tô

Xin chân thành cảm ơn những công lao mà quý thầy cô đã giành cho em Đặc biệt xin chân thành cảm ơn thầy Th.s Thi Hồng Xuân đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong kỳ khóa luận

Xin chân thành cảm ơn!

T.p Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 5 năm 2013

Nguyễn Văn Cảnh

iii

TÓM TẮT

Đề tài:

TÌM HIỂU QUY TRÌNH KIỂM TRA NHANH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG

CƠ DIESEL COMMON RAIL

Địa điểm:

Xưởng thực hành thí nghiệm ô tô, bộ môn Công nghệ ô tô thuộc khoa Cơ khí – Công nghệ trường đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh

Thời gian:

- Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 04 / 03 / 2013

- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15 / 06 /2013

Nội dung:

- Chương 1: Giới thiệu tầm quan trọng, mục tiêu và ý nghĩa của đề tài

- Chương 2: Giới thiệu về hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail: Khái quát về

lịch sử, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và tình trạng hư hỏng thường gặp của hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail

- Chương 3: Phương pháp tìm hiểu một quy trình kiểm nhanh tra hệ thống nhiên liệu

động cơ Common Rail, chế tạo bộ dụng cụ đo lượng nhiên liệu hồi, kiểm tra nhanh hệ thống nhiên liệu trên động cơ CRDi D-2.0 Hyundai D4EA

- Chương 4: Tìm hiểu quy trình kiểm nhanh tra hệ thống nhiên liệu động cơ Common

Rail, tiến hành kiểm tra nhanh hệ thống nhiên liệu trên động cơ CRDi D-2.0 Hyundai D4EA

- Chương 5: Kết luận vấn đề đã thực hiện được qua bài khóa luận, và đưa ra những đề

xuất cải tiến cần thiết

iv

MỤC LỤC

Trang

TRANG TỰA i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC BẢNG vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH viii

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT x

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Ý nghĩa của đề tài 2

1.3 Mục tiêu của đề tài 2

1.4 Giới hạn đề tài 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Sơ lược về hệ thống 3

2.1.1 Lịch sử hệ thống 3

2.1.2 Đặc tính phun của hệ thống Common Rail 4

2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail 5

2.2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common Rail 6

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail 7

2.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các chi tiết trong hệ thống Common Rail 7

2.3.1 Vùng nhiên liệu áp suất thấp 8

2.3.1.1 Bình chứa nhiên liệu 8

2.3.1.2 Bơm cấp nhiên liệu 9

2.2.1.3 Đường ống nhiên liệu 10

v

2.3.1.4 Lọc nhiên liệu 10

2.3.2 Vùng nhiên liệu áp suất cao 11

2.3.2.1 Bơm cao áp 12

2.3.2.2 Van kiểm soát áp suất 18

2.3.2.3 Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao hay ống phân phối 19

2.3.2.4 Van giới hạn áp suất 20

2.3.2.5 Van giới hạn dòng chảy 21

2.3.2.6 Cảm biến áp suất nhiên liệu ống phân phối 21

2.3.2.7 Vòi phun 23

2.3 Hệ thống điều khiển động cơ Common Rail 25

2.3.1 Tổng quan 25

2.3.1.1 Yêu cầu 25

2.3.1.2 Cấu tạo 26

2.3.2 Các cảm biến 29

2.3.3 Điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ Common Rail 29

2.4 Các triệu chứng hư hỏng thường gặp của hệ thống Common Rail 31

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 34

3.1 Nơi thực hiện 34

3.2 Phương tiện thực hiện 34

3.3 Phương pháp thực hiện 34

3.3.1 Đối với quy trình kiểm tra nhanh hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail 34

3.3.2 Đối với bộ dụng cụ kiểm tra nhanh vòi phun nhiên liệu 34

3.3.3 Đối với việc kiểm tra nhanh hệ thống nhiên liệu động cơ CRDi D-2.0 Hyundai D4EA 35

3.3 An toàn lao động khi vận hành thiết bị 36

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

4.1 Quy trình kiểm tra nhanh hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail 37

4.1.1 Quy trình kiểm tra mạch áp suất thấp 37

4.1.2 Quy trình kiểm tra lượng nhiên liệu hồi của các vòi phun 40

vi

4.1.3 Kiểm tra điện trở vòi phun 43

4.1.4 Quy trình kiểm tra áp suất của bơm cao áp 44

4.1.5 Quy trình kiểm tra van kiểm soát áp suất 46

4.2 Kiểm tra nhanh hệ thống nhiên liệu động cơ CRDi D-2.0 Hyundai D4EA 47

4.2.1 Kiểm tra áp suất của bơm cấp nhiên liệu 48

4.2.2 Kiểm tra điện trở vòi phun 48

4.2.3 Kiểm tra điện trở van kiểm soát áp suất 49

4.2.4 Kiểm tra lượng nhiên liệu hồi các vòi phun 49

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỂ NGHỊ 53

5.1 Kết luận 53

5.2 Đề nghị 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Nhiệm vụ của các cảm biến cơ bản hệ thống Common Rail 29

Bảng 2.2: Các triệu chứng hư hỏng thường gặp của động cơ Common Rail 31

Bảng 4.1: Giá trị chuẩn áp suất bơm cấp của hãng Bosch 38

Bảng 4.2: Giá trị chẩn áp suất chân không bơm cấp của hãng Bosch, Delphi 40

Bảng 4.3: Giá trị chuẩn đánh giá tình trạng của kim phun của hãng Bosch, Delphi 42

Bảng 4.4: Giá trị áp suất bơm cấp nhiên liệu đo được 48

Bảng 4.5: Giá trị điện trở vòi phun đo được 49

Bảng 4.6: Giá trị điện trở đo được của van kiểm soát áp suất 49

Bảng 4.7: Giá trị nhiên liệu hồi đo được 51

Bảng 4.8: Kết quả lượng nhiên liệu hồi đo được các vòi phun ở các chế độ 51

viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Đường đặc tính phun của hệ thống Common Rail 4

Hình 2.2: Bố trí chung hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 6

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail 6

Hình 2.4: Sơ đồ vùng áp nhiên liệu suất thấp 8

Hình 2.5: Cấu tạo bơm tiếp vận bằng điện loại con lăn 9

Hình 2.6: Cấu tạo bơm tiếp vận loại bánh răng 10

Hình 2.7: Cấu tạo bầu lọc 11

Hình 2.8: Sơ đồ vùng áp nhiên liệu suất cao 11

Hình 2.9: Bơm cao áp loại 2 piston 12

Hình 2.10: Mô hình cấu tạo một nhánh bơm cao áp 13

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cao áp loại 2 piston 13

Hình 2.12: Cấu tạo van SCV 14

Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của van SCV 15

Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo bơm cao áp 17

Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cao áp 17

Hình 2.16: Cấu tạo van kiểm soát áp suất hệ thống Common Rail 18

Hình 2.17: Nguyên lý hoạt động của van kiểm soát áp suất 19

Hình 2.18: Cấu tạo của ống phân phối nhiên liệu 20

Hình 2.19: Cấu tạo van giới hạn áp suất 20

Hình 2.20: Van giới hạn dòng chảy 21

Hình 2.21: Cấu tạo cảm biến áp suất 22

Hình 2.22: Đường đặc tính của cảm biến áp suất nhiên liệu 22

Hình 2.23: Cấu tạo vòi phun hệ thống Common Rail 23

Hình 2.24: Hoạt động của vòi phun 24

Hình 2.25: Sơ đồ bố trí hệ thống của động cơ CRDI Nissan M9R( J10 2007) 26

Hình 2.26: Sơ đồ bố trí hệ thống của động cơ CRDi D-2.0 Hyundai D4EA 27

ix

Hình 2.27: Sơ đồ bố trí hệ thống động cơ Toyota Hiace D4-D 28

Hình 2.28: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển trên động cơ Common Rail 30

Hình 3.1: Bộ dụng cụ kiểm tra nhanh vòi phun nhiên liệu 35

Hình 4.1: Sơ đồ bố trí dụng cụ kiểm tra bơm áp thấp loại bơm điện 38

Hình 4.2: Sơ đồ bố trí dụng cụ kiểm tra bơm áp thấp loại tích hợp với bơm cao áp 39

Hình 4.3: Sơ đồ bố trí dụng cụ kiểm tra kiểm tra vòi phun 41

Hình 4.4: Cách đo chiều cao của cột nhiên liệu hồi 41

Hình 4.5: Sơ đồ bố trí dụng cụ đo lượng nhiên liệu hồi của các vòi phun 42

Hình 4.6: Hình minh họa giá trị sai lệch lượng nhiên liệu hồi của các vòi phun 43

Hình 4.7: Cách đo điện trở vòi phun 43

Hình 4.8: Sơ đồ bố trí dụng cụ kiểm tra áp suất bơm cao áp 45

Hình 4.9: Sơ đồ bố trí dụng cụ kiểm tra van kiểm soát áp suất 46

Hình 4.10: Động cơ CRDi D-2.0 Hyundai D4EA 47

Hình 4.11: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ CRDi D-2.0 Hyundai D4EA 47

Hình 4.12: Sơ đồ bố trí đo áp suất bơm cấp nhiên liệu 48

Hình 4.13: Lắp bộ dụng cụ kiểm tra nhanh vòi phun 49

Hình 4.14: Thời gian và chế độ đo lượng nhiên liệu hồi các vòi phun 50

Hình 4.15: Lượng nhiên liệu hồi các vòi phun 50

x

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

CB: Cảm biến

STT: Số thứ tự

AC: Hệ thống điều hòa

STA: Tín hiệu khởi động

CRDi: Kí hiệu động cơ Common Rail của hãng Hyundai

SCV (Suction Control Valve): Van điều khiển cửa nạp

PCV (Pressure Control Valve): Van kiểm soát áp suất

EGR (Exhaust Gas Recirculation): Hồi lưu khí thải

ECM (Electronic Control Modun): Bộ điều khiển trung tâm

ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển trung tâm động cơ

EDU ( Electronic Driving Unit): Bộ khuếch đại điện áp để kim phun hoạt động CKP (Crankshaft Position Sensor): Cảm biến vị trí trục khuỷu

CMP (Camshaft Position Sensor): Cảm biến vị trí trục cam

MAF (Mass Air Flow): Cảm biến khối lượng không khí nạp

MAP (Manifold Absolute Pressure): Cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp ETC (Engine Coolant Temprature): Cảm biến nhiệt độ động cơ

IAT (Intake Air Temprature): Cảm biến nhiệt độ không khí nạp

APS (Accelerator Position Sensor): Cảm biến vị trí cánh bướm ga

APP (Accelerator Pedal Position): Cảm biến vị trí bàn đạp ga

VSS (Vihicle Speed Sensor): Cảm biến vận tốc xe

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, ngành công nghiệp ôtô

đã không ngừng cải tiến, sáng tạo nhằm đáp ứng nhu cầu của người sử dụng như nâng cao hiệu suất động cơ, an toàn, tiện nghi Đồng thời giảm tối đa lượng tiêu hao nhiên liệu và bảo vệ môi trường

Nhằm nâng cao công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu, giảm tiếng ồn và đảm bảo tiêu chuẩn khí thải Nên các thế hệ động cơ với hệ thống điều khiển động cơ bằng điện

tử đã ra đời So với động cơ xăng thì động cơ diesel phát triển chậm hơn, nhưng trong những năm gần đây hệ thống phun nhiên liệu trên động cơ diesel được điều khiển bằng điện tử hay còn gọi là động cơ Common Rail đã được sử dụng phổ biến và đang thay thế dần hệ thống cũ

Hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail tương đối mới với thị trường nước ta nên thiết bị, mô hình học tập và tài liệu phục vục học tập còn hạn chế Gây một số trở ngại trong việc đào tạo và nghiên cứu Vì thế đề tài “Tìm hiểu quy trình kiểm tra nhanh hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel Common Rail” được thực hiện nhằm phần nào bổ sung thêm nguồn tài liệu tham khảo, giúp cho sinh viên hiểu được khái quát về

hệ thống này đồng thời biết được quy trình cơ bản để kiểm tra chẩn đoán một hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail

2

1.2 Ý nghĩa của đề tài

- Đề tài “Tìm hiểu quy trình kiểm tra nhanh hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel Common Rail” giúp em cũng cố lại kiến thức, hiểu rõ hơn và bỗ trợ thêm kiến thức để đáp ứng một phần nào nhu cầu của công việc khi em ra trường

- Đề tài giúp em hiểu sâu hơn về hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail, nắm bắt được triệu chứng hư hỏng và biết được quy trình kiểm tra chẩn đoán hệ thống này

- Trong thời gian làm đề tài giúp em trao dồi thêm kỹ năng đọc tài liệu khi nghiên cứu một vấn đề, kỹ năng trình bày một bài khóa luận

- Đề tài này sẽ là nguồn tài liệu bổ sung cho các bạn khóa sau tham khảo

1.3 Mục đích của đề tài

Được sự cho phép của ban chủ nhiệm khoa và dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Th.s Thi Hồng Xuân nên em được giao thực hiện đề tài “ Tìm hiểu quy trình kiểm tra nhanh hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel Common Rail và chế tạo bộ dụng cụ kiểm tra nhanh vòi phun nhiên liệu” Với yêu cầu nội dung và hình thức, sau khi thực hiện xong đề tài cần phải đạt những mục tiêu sau:

- Sơ lược được lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống

- Nắm được cấu tạo, trình bày được nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu động

cơ Common Rail Xác định các triệu chứng hư hỏng của động cơ Common Rail

- Tìm hiểu quy trình cơ bản để kiểm tra nhanh hệ thống một nhiên liệu động cơ Common Rail

- Chế tạo bộ dụng cụ kiểm tra nhanh vòi phun nhiên liệu

- Kiểm tra hệ thống nhiên liệu trên động cơ CRDi D-2.0 Hyundai D4EA

xe tải, máy tĩnh tại, xe lửa và tàu thủy

Để khắc phục những những nhược điểm của động cơ diesel thế hệ cũ được điều khiển bằng cơ khí, hệ thống điều khiển động cơ diesel bằng điện tử đã ra đời Trong thời gian đầu, các hãng chủ yếu sử dụng hệ thống điều khiển bơm cao áp bằng điện trong hệ thống EDC (Electronic Diesel Control) Các hệ thống này vẫn sử dụng bơm cao áp kiểu cũ nhưng có thêm một số cảm biến, cơ cấu điều khiển, cơ cấu chấp hành chủ yếu để chống ô nhiễm và điều tốc bằng điện tử Trong những năm gần đây, hệ thống điều khiển khiển động cơ Common Rail đã ra đời đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi

Hệ thống Common Rail đầu tiên được phát minh vào cuối những những năm 1960 bởi Robert Huber người Thụy Sĩ Công trình này sau đó được tiến sĩ Marco Ganser của viện nghiên cứu của kỹ thuật Thụy Sĩ tại Zurich tiếp tục nghiên cứu và phát triển Đến giữa những năm 1990, tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki của công ty Denso, nhà sản xuất phụ tùng ô tô Nhật Bản, phát triển hệ thống Common Rail thông

2.1.2 Đặc tính phun của hệ thống Common Rail

So với đặc điểm của hệ thống nhiên liệu có vòi phun cơ khí và các hệ thống cải tiến sau này thì các yêu cầu của hệ thống Common Rail đã được thực hiện dựa trên đặc tính phun lý tưởng:

- Lượng nhiên liệu và áp suất phun nhiên liệu được độc lập với nhau trong từng điều kiện hoạt động khác nhau của động cơ

- Nhiên liệu phun nhiều đợt (3 – 5 lần) trong một chu trình

Hình 2.1: Đường đặc tính phun của hệ thống Common Rail

+ Đợt phun trước ( Pre-injection- Pilot injection)

Là một đợt phun rất ngắn, phun một lượng rất bé nhiên liệu từ 1 – 4 mm3

Đợt phun trước xảy ra khoảng 900 trước ĐCT nhằm tăng áp suất cuối thì nén và làm giảm thời gian cháy trể của nhiên liệu dẫn đến giảm áp suất cực đại của quá trình cháy Do đó

5

làm giảm tiếng ồn và giảm lượng oxid nitrogen (NOx) trong khí thải Trên vài loại động cơ có thể có tới hai đợt phun trước

+ Đợt phun chính ( Main injection )

Khi piston đi gần đến điểm chết trên vòi phun sẽ cung cấp một lượng nhiên liệu chính trong lần phun này Áp suất phun không đổi trong suốt quá trình phun Công suất của động cơ phụ thuộc vào đợt phun này

+Đợt phun sau ( Post injection)

Đợt phun sau xảy ra ngay sau khi đợt phun chính vừa kết thúc Lượng nhiên liệu cung cấp trong đợt phun này rất bé nhằm tiếp tục đốt cháy lượng nhiên liệu cháy không hoàn toàn trong đợt phun chính Do đó làm giảm lượng muội than trong khí thải +Đợt phun trễ ( Retarded post injection)

Sau cùng, khi trục khuỷu quay thêm được 1800 có thể có thêm một lần phun trễ nữa Lần phun trễ xảy ra trong kỳ xả của động cơ nên nhiên phun vào tiếp tục cháy khi vào

hệ thống xả và không có tác dụng nâng công suất động cơ mà chỉ tham gia vào quá trình xử lý khí thải Tác dụng làm giảm tác nhân hình thành NOx cho bộ chuyển đổi xúc tác loại tích trữ NOx (NOx accumulator type catalytic converter) và nâng cao nhiệt độ khí xả để phục hồi bộ lọc phần tử rắn (particulate filter)

Lượng nhiên liệu cung cấp của vòi phun có khả năng thay đổi rất lớn từ 1mm3

cho lần phun trước và có thể đến 50 mm3

cho lần phun chính (chế độ toàn tải) Thời gian phun

từ 1 - 2 ms

2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail

Hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail cung cấp nhiên liệu áp suất cao cho tất cả các vòi phun, tách rời riêng biệt nhiệm vụ tạo nhiên liệu cao áp và phun nhiên liệu vì vậy có thể cung cấp nhiên liệu với thời điểm phun thay đổi rộng hơn và áp suất cao hơn hệ thống trước đây

6

Hình 2.2: Bố trí chung hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ

2.2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common Rail

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail

7

(1) Thùng nhiên liệu; (2) Bơm cấp nhiên liệu; (3) Lọc nhiên liệu; (4) Bơm cao áp; (5) Đường cao áp chung (Common rail); (6) Van kiểm soát áp suất; (7) Cảm biến áp suất đường cao áp chung; (8) Vòi phun; (9) Bộ điều khiển điện tử (ECU, DCU); (10) Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP); (11) Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; (12) Một số cảm biến khác như: Cảm biến vị trí trục cam (CMP), cảm biến vị trí bàn đạp ga (APP), cảm biến áp suất tăng áp (BPS), cảm biến nhiệt độ không khí nạp (IAT), cảm biến khối lượng không khí nạp (MAF)

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu động cơ Common Rail

Nhiên liệu từ thùng chứa (1) được bơm cấp nhiên liệu (2) đưa qua lọc nhiên liệu (3), nhiên liệu sau khi được lọc các tạp chất cơ học được đưa đến bơm cao áp (4) Nhiên liệu được bơm cao nén với áp suất rất cao (1350 Bar – 2500 Bar) và đưa đến đường cao áp chung Nhiên liệu trong đường cao áp chung được duy trì ở một áp suất

cố định bởi van kiểm soát áp suất (6) Nhiên liệu từ đường ống cao áp chung qua các đường ống riêng biệt đến từng vòi phun, các vòi phun được điều khiển phun bởi ECU ECU sau khi nhận được tín hiệu từ các cảm biến (cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến

vị trí trục cam, cảm biến nhiệt độ không khí nạp, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến khối lượng không khí nạp, cảm biến vị trí bàn đạp ga…) sẽ xử lý các tín hiệu này nhờ vào chương trình điều khiển được cài đặt sẵn và sau đó sẽ đưa ra các xung vuông điều khiển kim phun

Khi ECU phát ra xung OFF (điện áp bằng 0 vôn), lúc này dòng điện không còn qua cuộn dây trong kim phun Lực điện từ của cuộn dây không còn nữa, kim phun sẽ bị lò

xo ép đóng lại, nhiên liệu không còn phun vào động cơ, quá trình phun chấm dứt Khi ECU cho phép phun thì sẽ phát ra xung ON làm cuộn dây bị từ hóa và hút van bi làm kim phun mở, nhiên liệu được phun vào buồng đốt, nếu chiều dài của xung ON càng dài thì kim phun mở càng lâu, do đó lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt càng nhiều

2.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các chi tiết trong hệ thống Common Rail

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng xe, dòng xe sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail Tuy nhiên các chi tiết và cách bố trí hệ thống nhiên liệu Common Rail không khác nhau nhiều

8

Một hệ thống nhiên liệu hệ thống Common Rail bao gồm:

- Vùng nhiên liệu áp suất thấp

- Vùng nhiên liệu áp suất cao

- Thiết bị điều khiển: ECU, EDU và các cảm biến

2.3.1 Vùng nhiên liệu áp suất thấp

Vùng nhiên liệu áp suất thấp gồm các bộ phận: Bình chứa nhiên liệu, bơm cấp nhiên liệu, bộ lọc nhiên liệu, các đường ống nhiện liệu áp suất thấp

Hình 2.4: Sơ đồ vùng áp nhiên liệu suất thấp

(1) Bình chứa nhiên liệu; (2) Bơm cấp nhiên liệu; (3) Lọc nhiên liệu; (4) Các đường ống áp suất thấp

2.3.1.1 Bình chứa nhiên liệu

Bình chứa nhiên liệu phải làm từ vật liệu chống ăn mòn và phải giữ không cho bị rò rỉ

ở áp suất gấp đôi hoạt động bình thường Bình nhiên liệu và động cơ phải nằm cách xa nhau để trong trường hợp tai nạn xảy ra sẽ hạn chế nguy cơ cháy nổ

9

2.3.1.2 Bơm cấp nhiên liệu

Bơm cấp nhiên liệu trong hệ thống Common Rail có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng chứa và cung cấp đến bơm cao áp Bơm cấp của hệ thống là một bơm điện, hay có thể

là một bơm bánh răng, hoặc bơm cánh gạt Bơm có thể được đặt trong thùng chứa nhiên liệu, trên đường ống trước lọc nhiên liệu hoặc tích hợp trên bơm cao áp

 Bơm điện loại con lăn:

10

 Bơm bánh răng:

- Cấu tạo

Loại ăn khớp trong Loại ăn khớp ngoài

Hình 2.6: Cấu tạo bơm tiếp vận loại bánh răng

Đường ống nhiên liệu áp suất thấp được sử dụng phổ biến là những ống nhựa mềm có

độ bền cao Các ống này cần được bảo vệ một lớp cánh nhiệt để tránh tác dụng của nhiệt độ Để đảm bảo an toàn các đường ống nhiên liệu không được bố trí trong không gian hành khách hay trong cabin xe

2.3.1.4 Lọc nhiên liệu

Lọc nhiên liệu được bố trí giữa thùng nhiên liệu và bơm cao áp Dùng để lọc bụi bẩn

và nước lẫn trong nhiên liệu trước khi đưa đến bơm cao áp và do đó ngăn ngừa sự mài mòn nhanh của các chi tiết của bơm

11

Hình 2.7: Cấu tạo bầu lọc

2.3.2 Vùng nhiên liệu áp suất cao

Vùng nhiên liệu áp suất cao của hệ thống gồm các bộ phận: Bơm cao áp, ống phân phối chung, đường ống nhiên liệu áp suất cao, van kiểm soát áp suất

Hình 2.8: Sơ đồ vùng áp nhiên liệu suất cao

12

(1) Bơm cao áp; (2) Đường ống nhiên liệu áp suất cao; (3) Đường cao áp chung (Common Rail); (4) Vòi phun; (5) Cảm biến áp suất đường cao áp chung; (6) Van kiểm soát áp suất

2.3.2.1 Bơm cao áp

Bơm cao áp có nhiệm vụ tạo áp lực cho nhiên liệu đạt áp suất cao (1350 – 2500 bar) Nhiên liệu áp suất cao di chuyển đến đường ống cao áp và đưa đến phân phối chung, sau đó phân phối đến từng vòi phun

Bơm cao áp được lắp đặt tốt nhất ngay trên động cơ Nó được dẫn động bằng động

cơ thông qua khớp nối, xích hay dây đai răng và được bôi trơn bằng dầu diesel

Tùy thuộc vào từng hãng và thế hệ bơm cao áp, van điều khiển áp suất được lắp trên bơm hay lắp xa bơm (lắp trên đường ống cao áp chung)

Bơm cao áp hiện nay có nhiều kiểu, trong đó kiểu bơm piston hướng tâm được sử dụng phổ biến với hai loại: Loại 2 piston và loại 3 piston

 Bơm cao áp kiểu hướng tâm sử dụng 2 piston:

Bơm cao áp sử dụng 2 piston đặt lệch nhau 1800, được dẫn động bởi trục khuỷu động

cơ qua cơ cấu bánh răng Áp suất của bơm đạt 1500 – 1800 bar

- Cấu tạo chung

Hình 2.9: Bơm cao áp loại 2 piston

13

- Cấu tạo của tổ bơm

Cấu tạo của mỗi tổ bơm gồm có: Xilanh bơm trên đó có lắp piston bơm, van bi, phía van bi có khâu nối ren để gắn với ống dầu cao áp để đưa nhiên liệu cao áp đến ống phân phối chung

Hình 2.10: Mô hình cấu tạo một nhánh bơm cao áp

(1) Xilanh bơm; (2) Piston bơm; (3) Van bi; (4) Lò xo hồi; (5) Khâu nối ren; (6) Lò

xo hồi piston bơm; (7) Cam vòng

- Nguyên lý hoạt động

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cao áp loại 2 piston

và không đội piston bơm Khi piston bơm không được cam đội, piston bơm bị lò xo ép xuống, khi đó nhiên liệu được hút vào trong bơm Khi piston được cam đội đi lên, piston bơm sẽ nén nhiên liệu đi qua van một chiều rồi đưa đến ống phân phối chung Khi một piston bơm hút nhiên liệu thì piston đối diện sẽ nén nhiên nhiên liệu, do đó trong một vòng quay cốt bơm thì bơm cao áp sẽ nén nhiên liệu 2 lần để cung cấp lên ống phân phối Hình 2.10 piston A đang bơm (nén), piston B đang hút Lượng dầu được bơm hay áp suất ống phân phối chung phụ thuộc vào độ mở của van điều khiển cửa nạp SCV (Suction Control Valve), van này mở càng lớn hay thời gian dài lượng dầu bơm càng nhiều đồng nghĩa là áp lực của ống phân phối càng cao Van SCV được điều khiển bởi ECU

- Hoạt động của van SCV

Van này được điều khiển bởi ECU động cơ qua cuộn selenoid ECU sẽ điều khiển việc đóng mở van SCV một cách linh hoạt Lúc cần giảm áp suất dầu phun thì van SCV sẽ đóng kín hơn, và khi cần tăng áp suất thì van sẽ mở lớn hơn

Hình 2.12: Cấu tạo van SCV

16

 Bơm cao áp kiểu hướng tâm sử dụng 3 piston:

Bơm cao loại 3 piston bố trí các nhánh bơm cách nhau một góc 1200

, được dẫn động bởi trục khuỷu qua cơ cấu bánh răng hoặc đai răng Tùy theo từng hãng và thế hệ bơm

mà bơm cấp nhiên liệu và van kiểm soát áp (van PCV) suất bố trí rời hoặc tích hợp trên bơm cao áp

- Cấu tạo

Bơm cao áp loại 3 piston gồm các chi tiết chính như: 3 cặp piston và xilanh bơm, trục dẫn động, cam vòng lệch tâm, van hút, van cao áp tới ống phân phối chung, van kiểm soát áp suất, đường nhiên liệu hồi về thùng (xem Hình 2.14)

17

Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo bơm cao áp

(1) Trục dẫn động lệch tâm; (2) Cam vòng; (3) Piston bơm; (4) Van hút; (5) Cửa nạp; (6) Cửa đến ống phân phối chung; (7) Van thoát; (8) Xilanh bơm; (9) Lò xo hồi piston

- Nguyên lý hoạt động

Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cao áp

18

Nhiên liệu được bơm tiếp vận hút từ thùng qua lọc nhiên liệu đi vào đường nạp qua van PCV (van điều khiển nạp) Khi cam lệch tâm bơm cao áp di chuyển từ vị trí cao xuống thấp, lò xo hồi vị đẩy piston đi xuống theo hành trình của cam Thể tích của xilanh tăng lên, áp suất giảm, van thoát đóng, van nạp mở, nhiên liệu được nạp vào trong xilanh bơm Hành trình đi lên của cam lệch tâm đẩy piston đi lên, van nạp đóng, nhiên liệu trong xy lanh bị nén đến khi đạt đến áp suất cao hơn áp suất đường cao, lúc

đó van thoát mở dầu đi vào đường ống cao áp chung

Nhiên liệu được nén đến áp suất rất cao có thể đến 2500 bar (thế hệ bơm cao áp CP4 của hãng Bosch) tùy theo thế hệ động cơ

2.3.2.2 Van kiểm soát áp suất

Van kiểm soát khiển áp suất (Pressure Control Valve) giữ cho nhiên liệu trong ống phân phối đạt áp suất thích hợp tùy theo tải của động cơ và duy trì ở mức này

- Cấu tạo

Van kiểm soát áp suất được lắp trên bơm cao áp hay trên đường ống cao áp chung, cấu tạo gồm một cuộn dây solenoid, lõi thép đẩy van bi vào vị trí đóng kín để ngăn cách khu vực áp suất cao và khu vực áp suất thấp, lực tác dụng lên lõi thép bỡi lò xo

và lực điện từ và được điều khiển bởi ECU Nhằm bôi trơn và giải nhiệt, lõi thép được dầu diesel bao xung quanh

Hình 2.16: Cấu tạo van kiểm soát áp suất hệ thống Common Rail

19

(1) Van bi; (2) Thanh đẩy; (3) Cuộn dây solenoid; (4) Lò xo van; (5) Điện cực; (6) Đầu cắm dây; (7) Đường dầu cao áp; (8) Lổ thoát dầu về thùng

- Nguyên lý hoạt động

Hình 2.17: Nguyên lý hoạt động của van kiểm soát áp suất

(1) Van bi; (2) Thanh dẩy; (3) Cuộn dây solenoid ; (4) Đường dầu cao áp; (5) Lực hút của solenoid; (6) Lực căng của lò xo; Hình A van đóng; Hình B van mở

Khi chưa có xung điện điều khiển, lò xo van (4) duy trì một áp suất khoảng 100 bar trên đường ống cao áp Khi có xung điện cung cấp từ ECU, lực nam châm điện do cuộn solenoid tạo ra cộng với lực căng của lò xo van tác dụng lên van bi (1) làm đóng nhỏ tiết diện thông qua của van, làm tăng áp suất đường dầu cao áp Áp suất đường cao áp được cài đặt trước, nếu áp suất tăng hay giảm hơn áp suất cài đặt, ECU nhận biết ngay nhờ tín hiệu của cảm biến áp suất và điều biến độ dài xung cung cấp cho solenoid để duy trì một áp suất cố định trên đường cao áp Tần số xung điện khoảng 1kHz sẽ đủ để ngăn chuyển động ngoài của lõi thép và sự thay đổi áp suất trong ống Van kiểm soát áp suất cũng có tác dụng như một bộ giảm dao động áp suất bằng

cơ học và làm giảm dao động áp suất tần số cao nhất là khi có một nhánh bơm cao áp không hoạt động

2.3.2.3 Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao hay ống phân phối

Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao có nhiệm vụ tích trữ một lượng nhiên liệu áp suất không đổi để cung cấp cho các vòi phun Đồng thời dập tắt dao động của áp suất nhiên liệu khi bơm cao áp chuyển đến Đường cao áp phải có thể tích chứa nhiên liệu đủ lớn

để khi vòi phun làm việc thì không làm giảm áp suất đường ống Trên ống phân phối

20

thường lắp một cảm biến áp suất và một van giới hạn áp suất hoặc van kiểm soát áp suất

Hình 2.18: Cấu tạo của ống phân phối nhiên liệu

2.3.2.4 Van giới hạn áp suất

Van giới hạn áp suất được lắp trên đường ống cao áp chung, có chức năng như một van an toàn Khi áp suất đường cao áp chung tăng quá mức cho phép, thường do nguyên nhân hư hỏng hệ thống kiểm soát áp suất cao áp thì van giới hạn áp suất mở ra

cho phép dầu từ đường cao áp thoát về thùng

- Cấu tạo

Hình 2.19: Cấu tạo van giới hạn áp suất

(1) Mạch dầu cao áp; (2) Van kim; (3) Piston van; (4) Lò xo van; (5) Than van; (6) Mạch dầu về thùng; (7) Lỗ thoát dầu

- Nguyên lý hoạt động

Ở áp suất hoạt động bình thường, lò xo đẩy piston đi sang trái (hình 2.19) làm kín van Khi áp lực dầu của hệ thống vượt quá mức, áp lực dầu thắng lực căng lò xo đẩy piston

21

van sang phải làm van kim mở Nhiên liệu có áp suất cao được thoát qua lỗ thoát dầu rồi đi qua đường dầu trở về thùng Áp suất trong ống phân phối giảm xuống Áp suất

mở van giới hạn áp suất khoảng 1500 bar (tùy thuộc thế hệ bơm cao áp)

2.3.2.5 Van giới hạn dòng chảy

Van hạn chế dòng có nhiệm vụ ngăn không cho vòi phun phun liên tục tránh cho dầu phun quá nhiều vào buồng đốt động cơ trong trường hợp vòi phun không đóng kín Khi lượng dầu phun vượt quá mức giới hạn, dầu không thoát kịp qua lỗ tiết lưu nên đẩy piston van đi xuống đóng kín van không cho dầu đến vòi phun

Hình 2.20: Van giới hạn dòng chảy

(1) Đệm chặn; (2) Van; (3) Lò xo van; (4) Thân van; (5) Đế van; (6) Lỗ tiết lưu

2.3.2.6 Cảm biến áp suất nhiên liệu ống phân phối

Cảm biến áp suất ống phân phối có nhiệm vụ đo áp suất tức thời trong ống phân phối

và gởi tín hiệu về ECU với độ chính xác cao và áp suất đủ nhanh

- Cấu tạo

Thành phần chính của cảm biến là một thiết bị bán dẩn được gắn trên màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện áp rồi gởi đến ECU