TÌM HIỂU CẤU TẠO HOẠT ĐỘNG, PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON RAIL CỦA ĐỘNG CƠ D4EA 2.0D TRÊN XE HYUNDAI SANTAFE VÀ TRÊN MÔ HÌNH G D 3004 S

Vì thế, đề tài: “Tìm hiểu cấu tạo hoạt động, phương pháp kiểm tra chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ D4EA CRDi 2.0 trên xe Hyundai Santa Fe, và trên mô hình G - D3004 - S

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU CẤU TẠO HOẠT ĐỘNG, PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON RAIL CỦA ĐỘNG CƠ D4EA 2.0D TRÊN XE HYUNDAI SANTAFE

VÀ TRÊN MÔ HÌNH G - D 3004 - S

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VĂN MINH Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Niên khóa: 2006-2010

TÌM HIỂU CẤU TẠO HOẠT ĐỘNG, PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON RAIL CỦA ĐỘNG

CƠ D4EA 2.0D TRÊN XE HYUNDAI SANTAFE

VÀ TRÊN MÔ HÌNH G - D 3004 - S

Tác giả

NGUYỄN VĂN MINH

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:

Thạc sỹ THI HỒNG XUÂN

Tháng 07 năm 2010

• Chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Khoa Cơ Khí- Công Nghệ và quý Thầy trong bộ môn Công Nghệ Ô Tô đã cung cấp các thiết bị và điều kiện thuận lợi để tôi

có thể thực hiện được đề tài của mình

• Chân thành cảm ơn đến các bạn trong lớp DH06OT đã giúp đỡ Tôi trong thời gian học cũng như trong quá trình thực hiện đề tài của mình

Tôi chân thành cảm ơn

Người thực hiện

NGUYỄN VĂN MINH

TÓM TẮT

1 Tên đề tài:

Đề tài nghiên cứu “Tìm hiểu cấu tạo, hoạt động và phương pháp kiểm tra chẩn đoán

hệ thống nhiên liệu Common rail trên động cơ D4EA CRDi 2.0 trên xe Hyundai Santa Fe

và trên động cơ G - D3004 - S”

2.Thời gian và đia điểm

- Đề tài được tiến hành tại Xưởng Thực Hành - Thí nghiệm Bộ Môn Công Nghệ Ô Tô Khoa Cơ Khí - Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM

- Thời gian thực hiện từ ngày 05/04/2010 đến ngày 15/06 /2010

3 Mục đích đề tài

- Trình bày được cấu tạo, nguyên lí hoạt động, vị trí cũng như tên gọi của các bộ phận trên hệ thống nhiên liêu của động cơ D4EA CRDi 2.0D

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phun nhiên liệu của hệ thống

- Phương pháp kiểm tra áp suất của mạch áp suất thấp áp và cao áp

4 Kết quả đạt được

Qua quá trình kiểm tra và chẩn đoán phát hiện được một số lỗi trên động cơ Qua đó cho biết được một số mã lỗi mà động cơ thường gặp, và toàn bộ mã lỗi của động cơ Ngoài ra cũng đưa ra được phương pháp đo và kiểm tra các cảm biến, các bộ phận cấu thành hệ thống nhiên liệu CRDi

MỤC LỤC

TRANG

TRANG TỰA……… i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG xi

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1Lý do thực hiện và tầm quan trọng của đề tài 1

1.2Mục tiêu của đề tài 1

1.3Giới hạn đề tài 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Sơ lược hệ thống Common rail 3

2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố trên đến quá trình cháy của động cơ 4

2.2.1 Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu 4

2.2.2 Thời gian phun nhiên liệu 4

2.2.3 Đặc tính vòi phun 4

2.3Các dòng xe Hyundai sử dụng hệ thống CRDi 5

2.4 Các thông số kĩ thuật của xe Hyundai Santa Fe 7

2.5Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu Common rail 8

2.5.1 Sơ đồ hệ thống CRDI 8

2.6 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động các bộ phận chính của hệ thống CRDI 12

2.6.1 Lọc nhiên liệu: 12

2.6.2 Bơm tiếp vận nhiên liệu : 13

2.6.3 Bơm cao áp : : 14

2.6.4 Van tiết lưu đường cấp 16

2.6.5 Van ngắt nhánh bơm 16

2.6.6 Van kiểm soát áp suất 17

2.6.7 Đường ống cao áp chung ( Common rail, Fuel rail) 18

2.6.7 Van giới hạn áp suất (Van an toàn) 19

2.6.8 Cảm biến áp suất: 20

2.6.9 Van hạn chế dòng 20

2.6.10 Vòi phun nhiên liệu 21

2.Hệ thống điều khiển động cơ 27

2.8Cấu tạo và hoạt động của các cảm biến 30

2.8.1 Cảm biến khối lượng khí nạp (MAF) loại màng nóng ( Hot film) 30

2.8.2 Cảm biến nhiệt độ không khí nạp( IATS) 30

2.8.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát(ECTS) 31

2.8.4 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 33

2.8.5 Cảm biến vị trí bàn đạp ga(APPS) 34

2.8.6 Cảm biến vị trí trục cam G (CMP) 36

2.8.7 Cảm biến vị trí trục khuỷu ( CKP): 36

2.8.8 Cảm biến vị trí van EGR (EGLS): 38

2.8.9 Cảm biến áp suất tua bin tăng áp (PIM): 39

2.9Sơ đồ điều khiển hệ thống của Bosch 41

2.9.1 Điều khiển lượng phun và thời điểm phun: 42

2.9.2 Điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ CRDI 44

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 49

3.1.2 Phương tiện thực hiện : 49

3.1.3 Công tác chuẩn bị : 49

3.1.4 An toàn lao động khi thực hiện công tác vận hành và kiểm tra 49

3.2Phương pháp thực hiện : 50

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 51

4.1Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của các bộ phận chính trong hệ thống CRDI 51

4.1.1 Cấu tạo hệ thống CRDI của động cơ D4EA 51

4.1.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống : 53

4.2.Sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển của xe Hyundai Santa Fe CRDi 2.0D 54

4.3Sơ đồ chân của ECM 58

4.4 Kiểm tra và điều chỉnh hệ thống 63

4.4.1 Bugi xông 1,2,3,4 64

4.4.2 Kim phun 1,2,3,4 64

4.4.3 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 64

4.4.4 Bơm tiếp vận 65

4.4.5 Solenoid điều tiết áp suất nhiên liệu 65

4.4.6 Cảm biến áp suất đường ống chung 65

4.4.7 Cảm biến lưu lượng khí nạp 66

4.4.8 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 66

4.4.9 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ 66

4.4.10 Cảm biến vi trí trục khuỷu 67

4.4.11 Cảm biến vi trí trục cam 67

4.4.12 Cơ cấu van hoạt động tuần hoàn khí xã 67

4.4.13 Mô đun điều khiển động cơ 67

4.4.14 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 68

4.4.15 Công tắt vị trí bàn đạp li hợp 69

4.4.16 Công tắt vị trí bàn đạp phanh 69

4.5.1 Các bộ phận của thiết bị CNT-1500 70

4.5.2 Kiểm tra áp suất thấp 71

4.5.3 Kiểm tra áp suất cao áp 77

4.5.4 Kiểm tra áp suất cuối kì nén: 82

4.6 Cách chẩn đoán lỗi và một số mã lỗi thường gặp trong hệ thống nhiên liệu 83

4.6.1 Chẩn đoán lỗi: 83

4.6.2 Cách xóa mã lỗi: 83

4.6.3 Một số mã lỗi thường gặp trong hệ thống nhiên liệu của động cơ D4EA 83

4.7Các thông số khảo sát trên động cơ CRDi 2.0 bằng thiết bị chẩn đoán X-431 84

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 86

5.1 Kết luận 86

5.2Đề nghị 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Elantra với động cơ D4EA 6

Hình 2.2: Getz và Matrix với động cơ D3EA 6

Hình 2.3 Santa Fe với động cơ D4EA 7

Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CRDI cơ bản 8

Hình 2.5 : Hệ thống nhiên liệu của động cơ Common rail 9

Hình2.6 :Mạch áp suất cao 10

Hình2.7 : Mạch áp suất thấp 10

Hình 2.8 : ECM và các cảm biến 11

Hình 2.9 : Van điều khiển áp suất 11

Hình 2.10 : Sơ đồ điều khiển hệ thống nhiên liệu CRDI cơ bản của Bosch 12

Hình 2.11 : Lọc nhiên liệu 12

Hình 2.12 : Cấu tạo lọc nhiên liệu 13

Hình 2.13 :Vị trí bơm tiếp vận 14

Hình 2.15 : Kết cấu bơm cao áp 14

Hình 2 16: Cấu tạo và hoạt động bơm cao áp 15

Hình 2.17: Cấu tạo hoạt động của van tiết lưu đường cấp 16

Hình 2.18 : Sơ đồ hoạt động của Solenoid 17

Hình 2.19 : Cấu tạo của van kiểm soát áp suất (đường cao áp) 17

Hình 2.20 : Đường ống cao áp thực tế 18

Hình 2.21: Mặt cắt của van an toàn và vị trí trên động cơ 19

Hình 2.22: Van giới hạn áp suất 19

Hình 2.23 Nguyên lí hoạt động của van giới hạn áp suất 19

Hình 2.26: Cấu tạo của kim phun 21

Hình 2.27: Nguyên lý hoạt động của kim phun 22

Hình 2.28: Cấu tạo vòi phun nhiên liệu Common rail loại solenoid ( Bosch) 23

Hình 2.29 : Mặt cắt kim phun 24

Hình 2.30: Nguyên lý hoạt động của phần tử áp điện (Piezoelectric element) 25

Hình 2.31: Cấu tạo và hoạt động của bộ phận kích hoạt 25

Hình 2.32: Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của vòi phun loại áp điện 26

Hình 2.33: Biểu đồ quan hệ giữa áp suất phun, độ nâng kim phun theo thời gian 27

Hình 2.34 : Quan hệ giữa dòng điều khiển, hành trình van, lưu lượng theo thời gian 27

Hình 2.35: Sơ đồ khối của ECM 28

Hình 2.36: Cấu tạo và đường đặc tính của MAFS 30

Hình 2.37 : Sơ đồ mạch và đường đặc tính của cảm biến nhiệt độ khí nạp 31

Hình 2.38: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát và đặc tính của nó 32

Hình 2.39: Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nước 32

Hình 2.40: Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 33

Hình 2.41: Dãy hoạt động cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và hình dạng 34

Hình 2.42 : Sơ đồ cấu tạo cảm biến bàn đạp ga 34

Hình 2.43: Sơ đồ chân cảm biến bàn đạp ga 35

Hình 2.44: Cảm biến vị trí trục cam và tín hiệu 36

Hình 2.45: Sơ đồ mạch cảm biến Ne và G 37

Hình 2.46: Tín hiệu NE và tín hiệu 37

Hình 2.47: Cảm biến vị trí van EGR 38

Hình 2.48: Sơ đồ mạch và tín hiệu ra cảm biến EGR 38

Hình 2.49: Sơ đồ mạch cảm biến 39

Hình 2.50: Sơ đồ điều khiển hệ thống CRDI của Bosch 41

Hình 2.51 Sơ đồ diều chỉnh lượng phun theo áp suất khí nạp 42

Hình 2.52: Sơ đồ điều chỉnh lượng phun theo nhiệt độ khí nạp 43

Hình 2.55 :Sơ đồ xác định thời điểm phun mong muốn 44

Hình 2.56: Sơ đồ các yếu tố điều khiển cung cấp nhiên liệu 44

Hình 2.57 : Sơ đồ điều khiển cung cấp nhiên liệu khi khởi động 45

Hình 2.58: Sơ đồ điều khiển cung cấp nhiên liệu khi chạy cầm chừng 46

Hình 2.59: Sơ đồ điều khiển cung cấp nhiên liệu khi chạy bình thường 46

Hình 2.60: Sơ đồ hệ thống điều khiển lượng nhiên liệu cực đại 47

Hình 2.61: Sơ đồ hệ thống điều khiển cắt nhiên liệu khi giảm tốc 47

Hình 2.62: Sơ đồ hệ thống điều khiển thời điểm phun nhiên liệu 48

Hình 4.1: Sơ đồ bố trí của hệ thống nhiên liệu CRDI 51

Hình 4.2: Hình dạng thực tế của các chân của ECM 58

Hình 4.3: Các bộ phận của thiết bị CNT-1500 70

Hình 4.4 : Sơ đồ nối các bộ phận để kiểm tra mạch áp suất thấp 72

Hình 4.5: Sơ đồ nối các bộ phận để kiểm tra bơm điện loại Bosch II 72

Hình 4.6: Cách ngắt ồng kiểu chữ “A” và nhiên liệu hồi về các bình chứa 74

Hình 4.7 : Sơ đồ bố trí cách lắp các bộ phận để kiểm tra theo phương pháp tĩnh 75

Hình 4.8: Thể hiện áp suất đo được trên đồng hồ đo áp suất cao áp 75

Hình 4.9: Sơ đồ bố trí cách lắp 76

Hình 4.10: Thể hiện quá trình kiểm tra từ lúc khởi động tới lúc tắt động cơ 77

Hình 4.11: Các bình chứa nhiên liệu hồi sau khi kiểm tra 77

Hình 4.12: Sơ đồ lắp các bộ phận để thực hiện kiểm tra bơm cao áp 78

Hình 4.13: Máy đo áp suất cao áp 79

Hình 4.14: Sơ đồ lắp các bộ phận để thực hiện kiểm tra PCV 80

Hình 4.15: Ống nhiên liệu hồi được đặt vào bình chứa 80

Hình 4.16 : Làm sạch bằng súng bắn khí nén 81

Hình 4.17: Bọc khăn giấy để tránh nhiễm bẩn cho khoan động cơ 81

Hình 4.18: Lắp các kim phun thay thế vào động cơ 82

Hình 4.19: Bộ nối nhanh đồng hồ đo áp suất vào kim phun thay thế 82

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 : Tên xe và loại động cơ của một số xe Hyundai 5

Bảng 2.2: Một số thông số kĩ thuật của động cơ CRDi D4EA 2.0D 7

Bảng 2.3: Số liệu tham khảo của MAFS trên động cơ G4KC-GSL2.4 30

Bảng 2.4 : Số liệu tham khảo đặc tính của IATS trên động cơ G4KC-GSL2.4 31

Bảng 2.5 : Số liệu tham khảo đặc tính của ECTS trên ĐC G4KC-GSL2.4 33

Bảng 2.6 : Thông số hoạt động của cảm biến bàn đạp ga 35

Bảng 2.7 : Thông số hoạt động cảm biến EGR 39

Bảng 2.8 : Giá trị hoạt động cảm biến áp suất tăng áp 40

Bảng 4.1: Chú thích các bộ phận trên sơ đồ mạch điện 54

Bảng 4.2: Tên các chân của ECM và giá trị 58

Bảng 4.3: Thông số chẩn đoán tình trạng của mạch áp suất thấp 73

Bảng 4.4 : Chẩn đoán tình trạng của hệ thống bằng lượng nhiên liệu hồi 75

Bảng 4.5: Các mã lỗi thường gặp 83

Bảng 4.6 : Các thông số đo trên động cơ D4EA CRDi 2.0 85

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

HTNL: Hệ Thống Nhiên Liệu

EGR: Exhaust Gas Recirculation

CRDI: Common Rail Diesel Injection

A/C: Air Control

CAN: Controller Area Network

TDC: Top Dead Center

ECT: Engine Coolant Termperature

IAT: Intake Air Termperature

MAF: Mass Air Flow

VSS: Vihecle Speed Sensor

SCV: Suck Control Valve

APP: Accelerater Pedal Position

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Lý do thực hiện và tầm quan trọng của đề tài

Công nghệ ô tô là một ngành khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng trên toàn cầu

Sự tiến bộ trong thiết kế, vật liệu và kỹ thuật sản xuất đã góp phần tạo ra những chiếc xe ô

tô hiện đại với đầy đủ tiện nghi, tính an toàn cao, và đáp ứng được các yêu cầu về tiêu chuẩn môi trường Trong xu thế phát triển ấy, nhiều hệ thống và trang thiết bị trên ô tô ngày nay được điều khiển bằng điện tử, đặc biệt là các hệ thống an toàn như hệ thống phanh, hệ thống điều khiển ổn định ô tô… Ngoài ra, để đảm bảo đạt tiêu chuẩn về ô nhiểm môi trường, về tính năng hoạt động, các cải tiến liên quan đến động cơ cũng không kém phần quan trọng, đó là các hệ thống điều khiển động cơ bằng điện tử cho cả động cơ xăng và động cơ diesel đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới Một trong những

hệ thống rất mới liên quan đến điều khiển động cơ đó là hệ thống nhiên liệu Common rail Đây là hệ thống tương đối mới với thị trường Việt nam, tài liệu phục vụ cho học tập còn

hạn chế, gây một số trở ngại cho việc nắm bắt kịp thời các công nghệ mới của thế giới

Vì thế, đề tài: “Tìm hiểu cấu tạo hoạt động, phương pháp kiểm tra chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ D4EA CRDi 2.0 trên xe Hyundai Santa Fe, và trên mô hình G - D3004 - S” được thực hiện nhằm phần nào bổ sung thêm nguồn tài liệu tham khảo, giúp sinh viên thấy được bức tranh tổng quát về hệ thống này, đồng thời cũng phần nào giúp các kỹ thuật viên hiểu được cơ bản nguyên lý hoạt động và một số lưu ý trong khi bảo dưỡng, chẩn đoán, sửa chữa hệ thống này

1.2 Mục tiêu của đề tài

Với yêu cầu nội dung của đề tài, mục tiêu cần đạt được sau khi hoàn thành đề tài như

• Nắm được cơ bản lịch sử ứng dụng hệ thống Comomon rail, biết được các model xe Hyundai ở Việt Nam ứng dụng công nghệ này

• Biết được cấu tạo và hoạt động tổng quát của hệ thống cũng như tên gọi và chức năng của các chi tiết trong hệ thống này trên xe Hyunhdai

• Biết được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các chi tiết và hệ thống điều khiển điện tử trong hệ thống

• Nắm được các lưu ý cơ bản trong khi bảo dưỡng, chẩn đoán và sửa chữa hệ thống này

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Sơ lược hệ thống common rail

• Động cơ Diesel phát triển vào năm 1897 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên

lý tự cháy Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy Tuy nhiên nó vẫn còn những hạn chế trong quá trình

sử dụng như: Thải khói đen khá lớn khi tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu còn cao và tiếng ồn lớn… Đến năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao áp (Bơm phun Bosch lắp cho động cơ diesel ô tô thương mại và ôtô khách vào năm 1936)

HTNL Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mức

độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn các chất ô nhiễm Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề:

- Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu- không 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 trình phun để làm giảm HC

- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả (EGR:Exhaust Gas Recirculation).Hiện nay, các nhược điểm của HTNL Diesel đã được khắc phục bằng cải tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ

sự phát triển của công nghệ (năm 1986 Bosch đưa vào thị trường việc điều khiển điện tử cho động cơ diesel ) Đó là HTNL Common Rail Diesel

- Áp suất phun

- Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu

- Thời gian phun nhiên liệu

- Đặc tính của vòi phun ( Đường cong lưu lượng)

2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố trên đến quá trình cháy của động cơ

2.2.1 Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu

Thời điểm phun nhiên liệu ảnh hưởng đến mức độ khí xả, lượng tiêu thụ nhiên liệu và tiếng nổ của động cơ Thời điểm tối ưu bắt đầu phun nhiên liệu thay đổi theo tải trọng của động cơ Trên động cơ ô tô, thời điểm phun tối ưu ở chế độ không tải trong khoảng từ 20trước ĐCT đến 40 sau ĐCT Tại tải trọng một phần góc này thay đổi từ 60 trước ĐCT đến

40 sau ĐCT, trong khi ở chế độ toàn tải góc này thay đổi từ 60 – 150 trước ĐCT Thời gian cháy tại chế độ toàn tải từ 400-600 góc quay trục khuỷu.Thời điểm phun quá sớm khi piston vẫn đang đi lên, làm giảm hiệu suất vì thế làm tăng lượng tiêu hao nhiên liệu Áp suất trong xy lanh tăng nhanh làm động cơ nổ lớn

Thời điểm phun quá trễ cũng làm giảm hiệu suất, giảm momen, nhiên liệu cháy không hoàn toàn do đó làm tăng lượng hydro carbon trong khí thải

2.2.2 Thời gian phun nhiên liệu

Đối với động cơ phun xăng, lượng nhiên liệu phun được xem như tỉ lệ thuận với thời gian mở của vòi phun nhưng đối với vòi phun của động cơ diesel lượng nhiên liệu phun

sẽ phụ thuộc vào sai biệt giữa áp suất phun và áp suất buồng cháy, tỉ trọng của nhiên liệu ( Nhiệt độ nhiên liệu) và độ nén động học của nhiên liệu Vì vậy những yếu tố này phải được đưa vào trong tính toán thời gian phun tiêu chuẩn ( Lượng phun cơ bản)

2.2.3 Đặc tính vòi phun

Trên động cơ diesel trước đây vòi phun chỉ cung cấp nhiên liệu một lần trong một chu

kỳ làm việc của động cơ Trên động cơ CRDI vòi phun có thể cung cấp đến bốn lần phun khác nhau:

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

trể của nhiên liệu dẫn đến giảm áp suất cực đại của quá trình cháy Do đó 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 giảm làm lượng muội than trong khí thải

• Đợt phun trễ (Retarded post injection)

Khi trục khuỷu quay thêm được 1800 có thể có thêm một lần phun trễ nữa Lần phun trễ xảy ra trong thì xã của động cơ nên nhiên liệu phun vào tiếp tục cháy khi vào hệ thống

xã 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 xã 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

2.3 Các dòng xe Hyundai sử dụng hệ thống CRDi

Bảng 2.1 : Tên xe và loại động cơ của một số xe hyunhdai dùng công nghệ CRDi

TÊN XE DUNG TÍCH MÃ ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT (kw/rpm)

Getz

Matrix

Tucson 2.0D CRDI D4EA 83/4000 (2004-07) 103/4000 (2006- 09)

D4FB-H 85/4000 D4FB-L 66/4000

D4EA- V 92/4000 (2005- 06) 2.2D CRDI D4EB -V 110/4000 (2006- 09)

Hình 2.1: Xe Elantra với động cơ D4EA

Hình 2.2: Xe Getz và Matrix với động cơ D3EA

Hình 2.3 Xe Santa Fe với động cơ D4EA

Bảng 2.2: Một số thông số kĩ thuật của động cơ CRDi D4EA 2.0D

General information

with other cars

Main features, safety and ecconomy

Engine and transmission

Max torque: 285.00 Nm (29.1 kgf-m or 210.2 ft.lbs) at 2600

Rev per min

2.5 Cấu tạo, nguyên lí hoạt động của hệ thống cung nhiên liệu Common rail

2.5.1 Sơ đồ hệ thống CRDI

Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CRDI cơ bản

(1)Thùng nhiên liệu; (2)Lọc sơ; (3)Bơm cấp nhiên liệu; (4)Lọc tinh; (5)Bơm cao áp; (6)Cảm biến áp suất đường cao áp chung; (7)Đường cao áp chung; (8)Van giảm áp; (9) Vòi phun;(10)Van kiểm soát áp suất; (11)Bộ điều khiển điện tử ; (12)Cảm biến vị trí trục khuỷu; (13)Cảm biến vị trí trục cam; (14)Cảm biến vị trí bàn đạp ga; (15)Cảm biến áp suất đường nạp; (16)Cảm biến nhiệt độ không khí nạp; (17)Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; (18)Cảm biến khối lượng không khí nạp(19) đường nhiêu liệu hồi về của kim phun

2.5.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống :

Nhiên liệu từ thùng chứa (1) được bơm cấp (3) đưa qua lọc sơ (2) và lọc tinh (4), nhiên liệu sau khi được lọc các tạp chất cơ học được đưa đến bơm cao áp (5) Nhiên liệu được

soát áp suất (10) Nhiên liệu từ đường ống cao áp chung qua các đường ống riêng biệt đến từng vòi phun Để tránh nguy hiểm khi áp suất quá cao van giảm áp (8) sẽ mở cho dầu về thùng khi áp suất của hệ thống vượt quá qui định Các cảm biến dùng ghi nhận tình trạng làm việc của động cơ như nhiệt độ KK nạp, nhiệt độ nước làm mát… và biến đổi các giá trị vật lý này thành tín hiệu điện cung cấp cho ECM Dựa vào tín hiệu cung cấp từ các cảm biến, ECM xử lý, tính toán và ra lệnh điều khiển vòi phun ( Lượng nhiên liệu và thời điểm phun) Khi có xung tín hiệu điều khiển vòi phun từ ECM, vòi phun mở nhiên liệu có

áp cao được phun vào buồng đốt của động cơ.nhiên liệu thừa sau khi phun sẽ theo đường ống (19) về thùng chứa

• Dưới đây là sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel common rail dùng trên các xe thương mại

Hình 2.5 : Hệ thống nhiên liệu của động cơ Common rail

dùng trên các xe thương mại

2.5.3 Các thành phần cơ bản của hệ thống Common rail :

a Mạch áp suất cao : bao gồm có bơm cao áp, van điều khiển áp suất, cảm biến

áp suất, rail, kim phun Nhiệm vụ chủ yếu của mạch áp suất cao là ổn định áp suất trên đường rail và trong suốt quá trình phun vào buồng đốt của động cơ

Hình2.6 :Mạch áp suất cao

b Mạch áp suất thấp : gồm có thùng nhiên liệu, bầu lọc, bơm cung cấp có

nhiệm vụ lọc sạch nhiên liệu đưa đến mạch cao áp

Hình2.7 : Mạch áp suất thấp

khiển các cơ cấu chấp hành Chức năng chính là điều khiển phun nhiên liệu đúng thời điểm, đúng lượng, đúng áp suất phù hợp từng chế độ làm việc của động cơ

Hình 2.8 : ECM và các cảm biến

d Mạch hồi dầu :khi áp suất đường ống chung ( rail ) quá giới hạn cho phép,qua

van điều khiển áp suất nhiên liệu theo mạch dầu hồi sẽ về thùng nhiên liệu làm giảm áp suất mạch cao áp

Hình 2.9 : Van điều khiển áp suất mở cho

phép nhiên liệu về lại thùng

e Sơ đồ khối hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu CRDI đơn giản :

Hình 2.10 : Sơ đồ điều khiển hệ thống nhiên liệu CRDI cơ bản của Bosch

Trên một số hệ thống nhiên liệu Common rail phức tạp hơn, ngoài các cảm biến kể trên còn có thể thêm nhiều cảm biến khác như:

Hình 2.12 : Cấu tạo lọc nhiên liệu

Lọc nhiên liệu được lắp giữa thùng nhiên liệu và bơm cao áp, có công dụng tách nước và cặn bẩn lẩn trong nhiên liệu trước khi đưa đến bơm cao áp

Lọc nhiên liệu có lõi lọc bằng giấy, vỏ ngoài bằng nhựa và được lắp thêm:

• Bơm tay để bơm mồi nhiên liệu từ thùng chứa lên bơm cao áp khi tháo lắp hệ thống

• Công tắc cảnh báo mực nước lắng đọng trong lọc và tình trạng nghẹt lọc để hiển thị đèn cảnh báo tình trạng lọc nhiên liệu Khi mực nước trong cốc lọc cao, đèn báo trên đồng hồ táp lô sẽ nháy liên tục Khi lọc nghẹt, đèn báo sẽ luôn sáng

2.6.2 Bơm tiếp vận nhiên liệu :

Bơm cấp nhiên liệu trong hệ thống CRDI có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng chứa và cung cấp đến bơm cao áp (áp suất đường dầu cấp khoảng 3.5 bar) Trên động cơ hyunhdai CDRI 2.0 sử dụng loại bơm điện đặt ngoài thùng nhiên liệu

Hình 2.13 :Vị trí bơm nhiên liệu

Hình 2.14 : Sơ đồ cấu tạo bơm điện cấp nhiên liệu

Với kiểu bơm pittông bố trí hình sao lệch nhau 1200 Hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt và năng suất cao, giảm được tải trọng động trên động cơ Ở HTNL Hyundai CRDI 2.0 áp suất phun là 1350 bar,

Hình 2.15 : Kết cấu bơm cao áp

Hình 2 16: Cấu tạo và hoạt động bơm cao áp

(1)Trục cam lệch tâm; (2)Vòng bạc; (3)Piston bơm; (4)Van nạp; (4a Lò xo van; (5)Van Thoát; (6)Đường dầu nạp; (7)Đường dầu thoát áp suất cao; (8)Van kiểm soát áp suất đường cao áp; (9)Van Bi; (10)Đường dầu về; (11) Đường cấp dầu từ bơm cấp; (12) Van tiết lưu đường cấp

(A) Hành trình nạp nhiên liệu; (B) Hành trình nén nhiên liệu

Nhiên liệu được bơm tiếp vận hút từ thùng qua lọc nhiên liệu đi vào đường nạp (6) Khi cam bơm cao áp di chuyển từ vị trí cao xuống thấp (A), lò xo hồi vị đẩy piston đi xuống theo hành trình của cam Thể tích của xy lanh tăng lên, áp suất giảm, van thoát đóng, van nạp mở, nhiên liệu được nạp vào trong xylanh bơm Hành trình đi lên của cam (B), vòng bạc cam 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

Bơm cao áp là bơm hướng kính có ba nhánh bơm như sơ đồ cấu tạo trên Bơm được dẫn động bởi trục khuỷu động cơ qua bộ truyền bằng xích hay đai răng, được bôi trơn bởi chính nhiên liệu diesel

2.6.4 Van tiết lưu đường cấp (Throttle valve)

Hình 2.17: Cấu tạo hoạt động của van tiết lưu đường cấp

(1) Đường cấp dầu; (2) Cổng cao áp; (3) Lò xo trả về; (4) Piston bơm cao áp; (5) trục cam; (6) Vòng bạc cam; (7) Đường dầu từ bơm cấp; (8) Lò xo van tiết lưu; (9) Piston van tiết lưu; (10) Lỗ tiết lưu; (11) Buồng dầu bôi trơn bơm( Dầu về thùng)

• Van tiết lưu có nhiệm vụ duy trì áp suất trên đường cấp của bơm cao áp khi động cơ

ngừng hoạt động và loại bỏ không khí có lẫn trong nhiên liệu Dầu từ bơm cấp theo đường cấp (7) vào van tiết lưu Không khí có trong dầu sẽ đi qua lỗ tiết lưu (10) theo đường dầu về thùng Khi dầu từ bơm cấp có áp suất cao hơn 0,4 bar thắng lực căng lò

xo van, đẩy piston van (9) làm mở van tiết lưu, dầu đi vào đường cấp dầu (1) Khi bơm cao áp hoạt động, lượng dầu nhỏ từ buồng ép thoát qua khe hở piston và xylanh bơm đi vào thân bơm và về thùng

2.6.5 Van ngắt nhánh bơm

• Khi động cơ hoạt động ở chế độ tải trọng thấp, để giảm công suất tiêu thụ do bơm cao

áp, ECU sẽ giảm lưu lượng cung cấp của bơm bằng cách cho ngừng cung cấp nhiên liệu của một nhánh bơm Việc ngưng cung cấp nhiên liệu của một nhánh bơm nhờ một solenoid giữ cho van nạp của nhánh bơm đó luôn luôn mở Tuy nhiên khi một nhánh bơm ngưng hoạt động thì áp suất của hệ thống sẽ dao động lớn hơn khi cả ba nhánh bơm cùng hoạt động

Hình 2.18 : Sơ đồ hoạt động của Solenoid

điều khiển ngắt nhánh bơm

(1) Điện cực; (2) Thanh trượt; (3) Cuộn dây solenoid; (4) Lò xo trả về; (5) Chốt đẩy; (6) Đường dầu nạp; (7) Van nạp; (8) Piston bơm cao áp; (9) Đường thoát; (10) Van thoát

2.6.6 Van kiểm soát áp suất ( Pressure control valve)

Hình 2.19 : Cấu tạo của Van kiểm soát áp suất (đường cao áp)

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

• 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 (3) được làm mát bằng diesel và được điều khiên bởi ECU 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 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 ( Chế

độ không tải hay tải trọng thấp)

2.6.7 Đường ống cao áp chung ( Common rail, Fuel rail)

• Đường ống cao áp chung có nhiệm vụ tích trữ một lượng nhiên liệu có áp suất không

đổi để cung cấp cho các vòi phun 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 đường ống lắp một cảm biến áp suất và một van giới hạn áp suất

2.6.7 Van giới hạn áp suất (Van an toàn)

Hình 2.21: Mặt cắt của van an toàn và vị trí trên động cơ

Hình 2.22: Van giới hạn áp suất

(1) Mạch cao áp; (2) Kim van; (3) Lỗ thoát dầu; (4) Piston van (5) Lò xo van;

(6 )Vít điều chỉnh; (7) Thân Van; (8) Lỗ thoát dầu; (9) Mạch dầu về thùng

• Van giới hạn áp suất được lắp trên đường ống cao áp chung 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 Áp suất mở van giới hạn thường cao hơn áp suất hoạt động của hệ thống khoảng 150bar Nếu áp suất hệ thống quá cao có thể gây nguy hiểm do nổ vở đường ống do đó van này còn được gọi là van an toàn

2.6.8 Cảm biến áp suất:

Hình 2.24 cấu tạo cảm biến áp suất

• Dùng để đo áp suất nhiên liệu thực tế trong ống phân phối và báo về ECM, ECM dùng

tín hiệu giá trị thực này để so sánh với giá trị áp suất mong muốn sau đó điều khiển mức độ mở của van SCV để điều chỉnh áp suất nhiên liệu đạt giá trị mong muốn

2.6.9 Van hạn chế dòng

Hình 2.25: Van hạn chế dòng

• 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

2.6.10 Vòi phun nhiên liệu

• Vòi phun của hệ thống nhiên liệu Common rail và vòi phun trên hệ thống phun xăng đa điểm đều được điều khiển bằng cuộn dây solenoid, nhưng có nguyên lý làm việc hoàn toàn khác nhau Do áp suất của hệ thống Common rail quá cao nên việc điều khiển vòi phun phải sử dụng hệ thống trợ lực thủy lực Trong cấu tạo này solenoid không điều khiển trực tiếp kim phun mà chỉ điều khiển một valve bi nhỏ để điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu thoát ra từ một buồng nhiên liệu bên trong vòi phun

Hình 2.26: Cấu tạo của kim phun

(1) Van điều khiển kim phun; (2) Lỗ giảm áp; (3) Buồng áp suất trên (Buồng điều khiển); (4)Lỗ tiết lưu; (5) Piston điều khiển; (6) Lò xo kim phun; (7) Buồng áp suất dưới; (8) Kim phun; (9) Đường dầu về; (10) Điện cực; (11) Cuộn dây solenoid; (12) Lò xo van

• Có nguyên lý làm việc như sau: Nhiên liệu cao áp từ common rail theo đường cao áp

(13) vào vòi phun, mạch cao áp trong vòi phun chia làm hai đường, một đường đi qua

lỗ tiết lưu (4) vào buồng áp suất trên (3), một đường đi vào buồng áp suất dưới (7) của vòi phun Khi chưa có xung điện điều khiển vòi phun từ ECM, do tác dụng của lực căng lò xo van điều khiển (12) làm van bi (1) đóng lỗ giảm áp (2) Khi đó kim phun chịu một lực ép xuống do tác dụng của áp suất buồng trên và lực lò xo (6) lên piston (5), tổng của hai lực này lớn hơn lực hướng lên do tác dụng của áp suất buồng dưới lên mặt côn của kim phun, do đó vòi phun đóng kín Khi có một xung điện điều khiển

từ ECM đến cuộn dây solenoid, lực hút của nam châm điện làm mở van bi, dầu từ buồng áp suất trên thoát nhanh qua lỗ giảm áp về thùng làm cho áp suất buồng trên giảm đột ngột, lực ép xuống giảm đột ngột kim phun được đẩy lên, các lỗ phun được

mở thông, nhiên liệu có áp suất cao thoát qua các lỗ phun có đường kính rất bé với vận tốc rất lớn được hóa sương khi phun vào buồng đốt của động cơ

Hình 2.27: Nguyên lý hoạt động của kim phun

1 Đầu nối điện

Hình 2.29 : Mặt cắt kim phun

• Trong hệ thống nhiên liệu CRDI thế hệ mới, áp suất phun từ 1600-2000 bar và số lần

phun trong một chu kỳ sinh công của xy lanh có thể từ 3 đến 5 lần đòi hỏi vòi phun phải có thời gian đáp ứng nhanh và lượng nhiên liệu phun chính xác ở mỗi lần phun Vòi phun nhiên liệu sử dụng phần tử kích hoạt loại áp điện đáp ứng được các yêu cầu trên nên được sử dụng rộng rãi trên hệ thống CRDI hiện nay Sau đây chúng ta tìm hiểu nguyên lý hoạt động của loại vòi phun này

Kim phun

Piston

Cuộn dây điện từ

Lò xo đầu phun

Hồi về

bình

Vật liệu áp điện có đặc tính khi tác động cơ học ( Nén, kéo) thì phát ra dòng điện, ngược lại khi có dòng điện áp vào thì vật liệu sẽ biến dạng nở ra hay co lại Vật liệu áp điện được ứng dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm khác nhau như micro, loa áp điện, motor bước, cảm biến áp suất, cảm biến kích nổ, vòi phun nhiện liệu…Các loại vật liệu có tính áp điện như: Bismuth ferrite(Bi Fe O3), Lead titanate (Pb Ti O3), Lead Zirconate Titanate (Pb[Zrx

Tix-1]O3), Zinc Oxid dưới dạng nanocrystal

Hình 2.30: Nguyên lý hoạt động của phần tử áp điện (Piezoelectric element)

Hình 2.31: Cấu tạo và hoạt động của bộ phận kích hoạt

(1) Bộ phận kích hoạt; (2) Nắp tựa; (3) Vỏ; (4)Hộp di động; (5)Lò xo đĩa; (6) Thân vòi

phun; (7) Cần điều khiển van

• Bộ phận kích hoạt (chấp hành) gồm nhiều tấm áp điện (từ 300-350 tấm) được ghép chồng lên nhau thành một khối hình trụ (1) được đặt dọc trong thân vòi phun (6), phần

tử này bị nén trước trong hộp di động (4) bởi các lò xo đĩa (5) Khi có dòng điện cung

áp suất trên thoát nhanh qua lỗ giảm áp về thùng làm cho áp suất buồng trên giảm đột ngột, lực ép xuống giảm đột ngột kim phun được đẩy lên, các lỗ phun được mở ra, nhiên liệu phun vào buồng đốt của động cơ

Hình 2.32: Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của vòi phun loại áp điện

• Vòi phun của Bosch trên hệ thống CRDI hiện nay sử dụng loại vòi phun áp điện thay thế cho loại van solenoid Phần tử kích hoạt có 350 tấm áp điện ghép chồng lên nhau, điện áp điều khiển lên đến 150 V, hành trình mở van điều khiển 40 µm

• Đầu vòi phun của CRDI có cấu tạo tương tự như vòi phun của động cơ diesel trước

đây nhưng có nhiều lỗ phun hơn và đường kính lỗ phun nhỏ hơn (Số lỗ phun từ 6-8 lỗ, Φ=0,14 - 0,15 mm)

• Theo tính toán của Bosch, vòi phun phải đóng mở hơn một tỉ lần trong điều kiện làm

việc khắc nghiệt suốt tuổi thọ của nó Vì vậy đòi hỏi vật liệu chế tạo, độ chính xác gia công và chất lượng nhiên liệu sử dụng rất cao

Hình 2.33: Biểu đồ quan hệ giữa áp suất phun, độ nâng kim phun theo thời gian

(Vòi phun có ba lần phun trong một chu kỳ của Bosch)

Hình 2.34 : Quan hệ giữa dòng điều khiển, hành trình van, lưu lượng theo thời gian ( Vòi

phun có năm lần phun trong một chu kỳ của Denso)

2.7 Hệ thống điều khiển động cơ

Hệ thống điều khiển động cơ diesel common rail phải đáp ứng các yêu cầu sau:

• Cung cấp nhiên liệu với một áp suất ổn định rất cao ( 2000 bar)

• Thay đổi lượng nhiên liệu phun, áp suất đường nạp và thời điểm bắt đầu phun theo tình trạng hoạt động của động cơ