Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

CHƯƠNG
2

1


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

HỆ THỐNG COMMON RAIL TRÊN XE
HYUNDAI SANTA FE
I. CÁC HỆ THỐNG COMMON RAIL CÁC HÃNG
1. Hệ thống i-TEQ Super Common Rail trên xe Isuzu D-Max 2008
Động
cơ 4JJ1
D-Max
2008 là loại
động
cơ
Diesel
4

xylanh,dung tích 3.0L ứng dụng công nghệ i-TEQ super commonrail tiên tiến của
ISUZU. Khi vận hành, động cơ được điều khiển bởi bộ vi xử lý để tối ưu hóa về
lượng, thời điểm và áp suất phun nhiên liệu. Kết hợp với cơ cấu làm mát khí nạp, hệ
thống này giúp động cơ đạt công suất 136 mã lực, mômen xoắn cực đại là 280Nm với
tốc độ tua là 1200-3400 vòng/phút. ISUZU cho biết so với phiên bản cũ, động cơ mới
có công suất lớn hơn 5%, giảm 26% lượng tiêu hao nhiên liệu và đạt tiêu chuẩn khí
thải EURO 2. Động cơ hoạt động êm dịu. Các thế hệ động cơ diesel trước thường bị
phàn nàn về tiếng ồn, D-Max 2008 làm người ta hài lòng hơn, rất có thể loại xe này

sẽ làm nhiều người thay đổi định kiến về máy dầu. Thêm vào đó, phẩm chất tiết kiệm
nhiên liệu cũng là một ưu điểm của hệ thống này
2. Hệ thống Common Rail trên xe Toyota Hiace Commuter

2


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

Động cơ 2KD-FTV
Động cơ diesel của Hiace mới được trang bị công nghệ hàng đầu của Toyota.
Dung tích xy lanh 2.51 liter, 4 xy lanh thẳng hàng. Hệ thống cam kép tác dụng
trực tiếp DOHC 16 xu páp Xe luôn vận hành mạnh mẽ, tăng tốc nhanh, đảm bảo khả
năng leo dốc dù đang trở đầy hàng hoá và hành khách. Đồng thời, tính năng tiết kiệm
nhiên liệu nổi tiếng của xe Toyota giúp giảm chi phí đáng kể, đem lại lợi nhuận cao
hơn.
Là loại động cơ Diesel tua bin tăng áp TOYOTA D-4D có tính năng êm ái như
động cơ xăng, nhưng cùng lúc đó lại mang sức mạnh và tính kinh tế của một động cơ
diesel thực thụ. Và TOYOTA đã đạt được mục tiêu đó với Động cơ 2KD-FTV.
Động cơ diesel 2KD-FTV 2.5l hoàn toàn mới với bộ phận nén turbo và hệ thống
phun dầu trực tiếp sử dụng đường dẫn chung (Common rail fuel supply system) tạo
mô men xoắn lớn nên rất phù hợp với loại xe chuyên vận chuyển hành khách. Khác
hẳn các hệ thống phun nhiên liệu bình thường, hệ thống phun nhiên liệu sử dụng
đường dẫn chung của Toyota đảm bảo lượng hỗn hợp khí – nhiên liệu được phung
vào buồng đốt qua từng xi lanh, cho khả năng tiết kiệm nhiên liệu tuyệt vời và giúp
giảm thiểu khí thải.

3



Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

Áp suất nhiên liệu, lượng phun và
thời điểm phun được điều khiển
điện tử

Điều
Điều khiển
khiển độngcơ
độngcơ với
với độ
độ
chính
chính xác
xác cao
cao

Áp
Áp suất
suất nhiên
nhiên liệu
liệu cao
cao

Nhiên
Nhiên liệu
liệu hòa
hòa trộn
trộn tốt
tốt hơn

hơn

Tích
Tích trữ
trữ áp
áp suất
suất nhiên
nhiên liệu
liệu cao
cao

Nhiên
Nhiên liệu
liệu được
được phun
phun với
với áp
áp
suất
suất cao
cao ởở mọi
mọi dải
dải tốc
tốc độ
độ của
của
động
cơ
động cơ


• Hiệu năng và tính kinh tế nhiên liệu tăng cao
• Tiếng ồn nhỏ và ít rung động
• Khí thải sạch
3. Hệ thống Common Rail sử dụng công nghệ TDCi của Ford (Turbocharge
Common Rail Injection)

4


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

Công nghệ TDCi của Ford khắc phục những nhược điểm cơ bản của động cơ
diesel. Với Ford, tương lai của công nghệ động cơ diesel thuộc về 4 từ: TDCi. Là loại
động cơ diesel tăng áp có tính năng êm ái như động cơ xăng, nhưng cùng lúc đó lại
mang sức mạnh và tính kinh tế của một động cơ diesel thực thụ. Và Ford đã đạt được
mục tiêu đó với “Turbocharge Common Rail injection,” viết tắt là TDCi. Tất cả các
xi lanh của động cơ được lấy nhiên liệu từ một đường ống chung (common rail).
Một bơm nhiên liệu cao áp sẽ cung cấp nhiên liệu cho đường ống chung này, nó
còn gồm cả đường cao áp dầu hồi về với bộ giới hạn áp suất. Nhiên liệu được phân
phối từ các đường ống chung đến từng vòi phun, các vòi phun này sẽ nhận được tín
nhiệu phun từ bộ điều khiển trung tâm ECU và EDU.
Ở động cơ diesel truyền thống, các vòi phun đều được cung cấp nhiên liệu bởi
các bơm cáo áp độc lập. Và một bơm phân phối dẫn động bởi động cơ sẽ cung cấp
nhiên liệu theo các đường độc lập đến vòi phun. Nhưng với hệ thống common rail,
thời điểm phun là lượng nhiên liệu phun các thể được điều chỉnh chính xác theo điều
kiện hoạt động của động cơ. Và ưu điểm của công nghệ TDCi là:
•
Nâng cao khả năng vận hành
•
Kinh tế cao và phát thải độc hại thấp

•
Êm ái
Công nghệ TDCi có thể kiểm soát mức độ ồn của động cơ bằng cách tránh
những điều kiện hoạt động bất lợi. Thiết bị theo dõi sử dụng một cảm biến rung áp
điện. Nó được đặt trong lốc máy của động cơ và giữa các xi lanh để thu nhận tiếng ồn
tại đây. Sau đó tín hiệu được chuyển đến bộ vi xử lý của EDM. Những rung giật có
cường độ mạnh sẽ được xử lý tưc thời bằng cách điều chỉnh lượng nhiên liệu phun.
Chỉ một sự thay đổi nhỏ cũng có thể giúp động cơ êm ái hơn rất nhiều.
Công nghệ TDCi giảm tốc độ tăng áp suất trong xi lanh để khử rung giật Hiệu
quả của công nghệ phun nhiên liệu tiên tiến. Quá trình phun nhiên liệu sẽ quyết định
đến đặc tính êm ái của của động cơ diesel. Nhiên liệu được phun một cách có chủ
đích bằng một lượng nhỏ trước quá trình phun chính, được gọi là phun mồi (pilot
injection), sẽ có ảnh hưởng tốt đến quá trình cháy. Nhiên liệu được phun mồi không
những làm tăng áp suất, hiệu suất của quá trình cháy mà còn làm quá trình cháy trở
lên êm dịu hơn. Kết quả là công suất động cơ vừa tăng, mà lại giảm được rung giật,
ồn, và tiếng gõ của động cơ diesel. Quá trình phun mồi giúp tăng hiệu suất cháy và
làm giảm độ rung cho động cơ Công nghệ TDCi của Ford đã giúp khắc phục được
những điểm yếu cơ bản của động cơ diesel.
Các công nghệ mới trên động cơ diesel nói chung và TDCi của Ford nói riêng
đã giúp động cơ diesel được sử dụng rộng rãi hơn để góp phần tiết kiệm tài nguyên và
bảo vệ môi trường.

5


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

II.

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG COMMON RAIL TRÊN XE HYUNDAI

SANTA FE

Hình 2.1 Hệ thống Common rail trên động cơ
Diesel 2.2l trang bị cho xe Hyundai Santa Fe
Loại
Dung tích xi lanh (cc)
(Displacement)
Đường kính xi lanh và hành trình
piston (mm) (Bore & Stroke )
Tỉ số nén (Compression Ratio)
Công suất cực đại (kw/rpm) (Max.
Power)
Mô men xoắn cực đại (kg.m/rpm)
(Max.Torque)

Diesel 2.2l
2.188
87,0 x 92,0
17,3
110 (150 ps)/4.000
335(34.2kg.m)/1.800-2.500

6


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

III.

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG COMMON RAIL


Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống Common rail trên xe Hyundai Santa Fe
1.
2.
3.
4.
5.

Cảm biến lưu lượng khí nạp
ECM
Bơm cao áp
Ống phân phối
Các kim phun

6. Cảm biến vị trí trục khuỷu
7. Cảm biến nhiệt độ nước làm
mát
8. Lọc nhiên liệu
9. Cảm biến vị trí bàn đạp ga

Hệ thống Common rail có thể được phân ra làm 3 phần:






Mạch áp suất thấp:
• Thùng chứa nhiên liệu
• Bơm cung cấp

• Các lọc nhiên liệu
• Các đường ống áp suất thấp
Mạch áp suất cao:
• Bơm cao áp với van điều khiển áp suất
• Các đường ống áp suất cao
• Ống phân phối với cảm biến áp suất trên đường ống
• Van giới hạn áp suất
• Ống cao áp đến kim phun
• Kim phun
• Đường dầu hồi về
ECM (Engine Control Modul) và các cảm biến (Sensor)

7


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

IV.

CHI TIẾT CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG COMMON RAIL TRÊN XE
HYUNDAI SANTA FE

Hình 2.4 Các bộ phận của hệ thống Common rail
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1.


Thùng nhiên liệu
Lọc thô
Bơm cung cấp
Lọc tinh
Các đường ống áp suất thấp
Bơm cao áp

7. Các đường ống áp suất cao
8. Ống phân phối
9. Kim phun
10. Đường hồi dầu
11. ECM

THÙNG NHIÊN LIỆU

Dùng để chứa và dự trữ nhiên liệu đủ để cho động cơ hoạt động trong thời gian
nhất định. Thùng nhiên liệu được làm từ vật liệu chống ăn mòn, không bị rò rỉ ở áp
suất gấp đôi ở áp suất hoạt động bình thường và khi xe bị rung xóc nhỏ, cũng như khi
xe vào cua hoặc dừng hay chạy trên đường dốc.

8


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

2.

BƠM CUNG CẤP NHIÊN LIỆU


Bơm cung cấp được đặt trong thùng nhiên liệu hoặc đặt giữa thùng nhiên liệu và
lọc nhiên liệu. Bơm cung cấp hút nhiên liệu từ thùng chứa, đưa qua lọc thô rồi
chuyển đến bơm cao áp một cách liên tục, không phụ thuộc tốc độ động cơ. Phần
nhiên liệu thừa sẽ được hồi về thùng chứa.
1

4

5

10

8

3
2

7

1
1.
2.
3.
4.
5.

6

3


1
1

9

Hình 2.5 Cấu tạo bơm cung cấp
Vỏ
Đường nhiên liệu vào
Con lăn
Cuộn dây tạo từ
Chổi than
Rô to

7. Van giới hạn áp suất
8. Đường nhiên liệu ra
9. Van một chiều
10. Đĩa bơm
11. Vỏ đĩa

Rotor bơm được kích hoạt và quay khi có dòng điện chạy qua cuộn dây tạo từ.
Đĩa quay được đặt lệch tâm với rotor bơm. Trên đĩa có khắc nhiều rãnh, trong mỗi
rãnh có lắp một con lăn (con lăn dịch chuyển tự do được). Nhiên liệu được hút thông
qua việc mở khe hở đường nạp vào buồng bơm, buồng bơm được tạo từ khe hở giữa
vỏ đĩa bơm, đĩa quay và các con lăn. Khi rotor bơm quay kéo theo đĩa bơm quay, nhờ
lực quán tính làm cho các con lăn bị văng ra áp sát vào vỏ đĩa ép và đẩy nhiên liệu ra
ngoài.
3.

LỌC NHIÊN LIỆU


1. Nắp bầu lọc
2. Đường dầu vào
3. Phần giấy lọc
4. Bọng chứa dầu sau khi lọc
5. Phần chứa nước có lẫn trong dầu
6. Thiết bị báo mực nứơc trong bầu
lọc khi vựơt mức cho phép
7. Đường dầu ra
Hình 2.6 Cấu tạo lọc nhiên liệu

9


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

Những cặn bẩn lẫn trong nhiên liệu có thể làm hư hỏng các chi tiết của bơm, van
phân phối và kim phun. Do đó cần thiết phải trang bị bộ lọc nhiên liệu để gạn lọc
nước, các tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, giúp các chi tiết hoạt động tốt và kéo
dài tuổi thọ. Nhiên liệu phải được lọc sạch tối đa trước khi đến bơm cao áp và kim
phun vì hai bộ phận này có các chi tiết được chế tạo có độ chính xác rất cao.
4.

BƠM CAO ÁP

Piston bơm

Trục dẫn động
Cam lệch tâm

Nhận nhiên liệu từ bơm cung cấp chuyển đến, bơm cao áp nén nhiên liệu để tạo

ra nhiên liệu có áp suất cao, chuyển nhiên liệu có áp suất cao đó đến kim phun thông
qua hệ thống ống cao áp và ống phân phối chung.
Nhiên liệu đựơc nén bằng 3 piston bơm được bố trí hướng kính và các piston
cách nhau 120o. Do 3 piston bơm hoạt động luân phiên trong 1 vòng quay nên chỉ làm
tăng nhẹ lực cản của bơm. Do đó, ứng suất trên hệ thống dẫn động vẫn giữ đồng bộ.
Điều này có nghĩa là hệ thống Common Rail đặt ít tải trọng lên hệ thống truyền động
hơn so với hệ thống cũ. Công suất yêu cầu để dẫn động bơm rất nhỏ và tỉ lệ với áp
suất trong ống phân phối và tốc độ bơm.
1
7

8

2
3
4

9
6

5

Hình 2.7 Cấu tạo bơm cao áp

10


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

1

1.
2.
3.
4.

Van nạp
Xy lanh bơm
Piston bơm
Trục dẫn động
Cam lệch tâm

6.
7.
8.
9.

Khoang ép nhiên liệu
Đường nhiên liệu cao áp ra
Van an toàn
Van điều khiển áp suất

Khi trục dẫn động quay làm cho cam gắn trên nó quay theo, làm cho các piston
bơm di chuyển lên xuống nhịp nhàng có thứ tự thông qua vòng cam. Khi piston bơm
đi xuống thì nhiên liệu được hút vào buồng ép thông qua van nạp. Khi piston đi lên
nhiên liệu trong buồng ép bị piston bơm nén ép tạo ra nhiên liệu có áp suất cao, nhiên
liệu có áp suất cao này được đẩy đến ống cao áp.
Việc bố trí 3 piston bơm giúp cho dòng nhiên liệu có áp suất cao được tạo ra
liên tục, ổn định.
5.


ỐNG PHÂN PHỐI.

Nhiên liệu có áp suất cao từ bơm cao áp được dẫn tới ống phân phối thông qua
đường ống cao áp. Ống phân phối sẽ giữ nhiên liệu có áp suất cao đó một cách ổn
định để phân phối đến các kim phun bằng các đường ống riêng biệt.
Ưu điểm lớn khi sử dụng ống phân phối là nó có đảm bảo áp suất của nhiên liệu
khi phân phối đến các kim phun là bằng nhau.
Ngay cả khi một lượng nhiên liệu bị mất đi khi phun, ống vẫn duy trì áp suất
thực tế bên trong không đổi. Điều này bảo đảm cho áp suất phun của kim không đổi
ngay từ khi kim mở.
Thể tích bên trong của ống thường xuyên được điền đầy bằng nhiên liệu có áp
suất. Khả năng nén của nhiên liệu dưới áp suất cao được tận dụng để tạo hiệu quả tích
trữ. Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun ra thì áp suất thực tế trong bộ tích trữ nhiên
liệu áp suất cao vẫn được duy trì không đổi. Sự thay đổi áp suất là do bơm cao áp
thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào phần nhiên liệu vừa phun.

Hình 2.8 Ống phân phối

11


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

1.
2.
3.
4.
5.
6.


Ống phân phối
Đường nhiên liệu từ bơm cao áp đến
Cảm biến áp suất trên đường ống
Đường nhiên liệu hồi về thùng chứa
Các đường phân phối đến từng kim phun
VAN GIỚI HẠN ÁP SUẤT NHIÊN LIỆU

Nhằm mục đích đảm bảo tính an toàn cho hệ thống Common rail lúc van điều
khiển áp suất nhiên liệu hoạt động không tốt hoặc hư hỏng. Nếu có sự trục trặc trong
việc điều khiển áp suất nhiên liệu thì áp suất nhiên liệu có thể tăng cao quá giới hạn
cho phép. Do đó trên ống phân phối còn được trang bị van giới hạn áp suất.
4

5

1. Bệ giữ lò xo
2. Lò xo
3. Van.
4. Đường hồi nhiên liệu
5. Thân van

Hình
2.9
3
2 Cấu
1 tạo van giới hạn áp suất
Van giới hạn áp suất được lắp ở một đầu của ống phân phối có tác dụng tự động
xả nhiên liệu có áp suất cao về thùng chứa khi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối
tăng cao vượt giới hạn cho phép. Nhờ vậy áp suất nhiên liệu trong ống phân phối
được giới hạn ở một mức ổn định, tránh được sự hỏng hóc của một số bộ phận

do áp suất nhiên liệu quá cao gây ra.
Một đầu của van kim chịu tác dụng của nhiên liệu có áp suất cao, đầu còn lại
chịu lực ép của lò xo. Hai lực này tác động vào van kim ngược chiều nhau.

Hình 2.10 Mô tả hoạt động của van giới hạn áp suất
Bình thường khi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối ở mức cho phép thì áp
lực nhiên liệu tác dụng vào một đầu của van kim không đủ lực để thắng lực đẩy của
lò xo, van bị lò xo ép sang trái đóng đường thông giữa ống phân phối chứa nhiên liệu
có áp suất cao với đai ốc xả nhiên liệu về thùng chứa.
Khi nhiên liệu trong ống phân phối tăng cao vượt quá giới hạn áp suất cho phép
thì áp lực của nhiên liệu có áp suất cao tác dụng lên van thắng được lực đẩy của lò
xo, đẩy van dịch chuyển sang phải mở, đường thông giữa buồng có áp suất cao và đai

12


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

ốc xả dầu về, nhiên liệu trong ống phân phối được xả về thùng chứa. Do đó áp suất
nhiên liệu được giảm xuống tới mức cho phép. Lúc áp suất nhiên liệu đã giảm xuống
thấp, qua mức giới hạn thì áp lực của nhiên liệu tác dụng lên van trở nên yếu hơn lực
tác dụng của lò xo. Vì vậy thân van bị lò xo đẩy sang trái đóng đường thông giữa ống
phân phối và đường nhiên liệu hồi về thùng chứa.
7.

KIM PHUN

Thời điểm phun và lượng nhiên liệu phun vào xylanh được điều khiển bởi các
kim phun điều khiển điện.


Hình 2.11 Cấu tạo kim phun
A: Kim phun đang đóng

B: Kim phun mở

13


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

7. Nhiên liệu hồi về
8. Giắc nối điện
9. Van solenoid
10. Vị trí nhiên liệu được cấp đến
từ ống phân phối
11. Van bi

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Lỗ tiết lưu
Lỗ cấp nhiên liệu
Buồng điều khiển van
Piston điều khiển van
Nhiên liệu cấp đến lỗ tia
Đót kim


HOẠT ĐỘNG CỦA KIM PHUN
Nhận tín hiệu từ ECM gởi tới, kim phun nhấc lên để phun nhiên liệu vào buồng
đốt động cơ. Nhiên liệu được phun vào buồng đốt của động cơ dưới dạng hơi sương,
gặp môi trường trong buồng đốt có nhiệt độ và áp suất cao nên hạn chế được một số
tia nhiên liệu trực tiếp va chạm vào thành xi lanh và đỉnh piston.
Phối hợp với dạng đặc biệt của buồng đốt để hơi nhiên liệu hòa trộn với không
khí có áp suất và nhiệt độ cao tạo thành một hỗn hợp tự bốc cháy.
Nhiên liệu được chuyển vào trong kim phun từ ống cao áp thông qua đường nối
với ống cao áp. Khi vào trong kim phun thì đường dẫn nhiên liệu chia ra làm hai lối.
Một lối đi vào mặt dưới của đót kim, lối còn lại đi vào buồng điều khiển van thông
qua lỗ tiết lưu.
Quá trình phun được chia thành 3 giai đoạn
1. Chưa phun :
Khi không có dòng điện cung cấp từ ECM đến solenoid, van 2 chiều đóng lỗ
thoát bởi lực lò xo. Lúc này áp suất của đầu cuối đót kim cân bằng với áp suất trong
buồng điều khiển, áp suất trên bề mặt đỉnh piston chính cộng với lực lò xo kim phun
sẽ cân bằng với áp suất ở đầu đót kim làm cho đót kim bị đẩy xuống đóng kín lỗ tia.
2. Phun nhiên liệu:
Van solenoid được cung cấp dòng điện kích lớn để đảm bảo nó mở nhanh. Lực
tác dụng bởi van solenoid lớn hơn lực lò xo lỗ xả và làm mở lỗ xả ra. Gần như tức
thời, dòng điện cao được giảm xuống thành dòng nhỏ hơn chỉ đủ để tạo ra lực điện
từ để giữ ty. Điều này thực hiện được là nhờ khe hở mạch từ bây giờ đã nhỏ hơn.
Khi lỗ xả mở ra, nhiên liệu có thể chảy vào buồng điều khiển van vào khoan bên trên
nó và từ đó trở về bình chứa thông qua đường dầu về. Lỗ xả làm mất cân bằng áp
suất nên áp suất trong buồng điều khiển van giảm xuống. Điều này dẫn đến áp suất
trong buồng điều khiển van thấp hơn áp suất trong buồng chứa ty kim (vẫn còn bằng
với áp suất của ống). Áp suất giảm đi trong buồng điều khiển van làm giảm lực tác
dụng lên piston điều khiển ty kim mở ra và nhiên liệu bắt đầu phun.
Tốc độ mở ty kim được quyết định bởi sự khác biệt tốc độ dòng chảy giữa lỗ

nạp và lỗ xả. Piston điều khiển tiến đến vị trí vùng phía trên mà nó vẫn còn chịu tác
dụng của đệm dầu được tạo ra bởi dòng chảy của nhiên liệu giữa lỗ nạp và lỗ xả.
Kim phun giờ đây đã mở hoàn toàn, và nhiên liệu được phun vào buồng đốt ở áp
suất gần bằng áp suất trong ống.
3. Kết thúc phun :

14


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

Khi dòng qua van solenoid bị ngắt, lò xo đẩy van 2 chiều xuống và van 2 chiều
đóng lỗ xả lại. Lỗ xả đóng làm áp suất trong buồng điều khiển van tăng lên thông
qua lỗ nạp. Áp suất này tương đương với áp suất trong ống và làm tăng lực tác dụng
lên đỉnh piston điều khiển. Lực này cùng với lực của lò xo bây giờ cao hơn lực tác
dụng của buồng chứa và ty kim đóng lại, quaù trình phun keát thuùc. Tốc độ đóng của
ty kim phụ thuộc vào dòng chảy của nhiên liệu qua lỗ nạp.
Đầu kim phun
Ty kim mở khi van solenoid được kích hoạt để nhiên liệu chảy qua. Chúng
phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy. Lượng nhiên liệu dư cần để mở ty kim sẽ
được đưa trở lại bình chứa thông qua đường ống dầu về. Nhiên liệu hồi về từ van
điều áp và từ vùng áp suất thấp cũng được dẫn theo đường dầu về cùng với nhiên
liệu được dùng như để bôi trơn cho bơm cao áp. Thiết kế đầu kim phun được quyết
định bởi:
 Việc kiểm soát nhiên liệu phun ra
 Việc điều khiển nhiên liệu
Lỗ tia phun được định vị dựa vào hình nón phun, số lượng lỗ tia, và đường
kính của chúng dựa vào:
 Lượng nhiên liệu phun ra
 Hình dạng buồng cháy

 Sự xoáy lốc trong buồng cháy
VI.

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ COMMON RAIL

Điều khiển phun dầu bằng điện tử trên hệ thống Common rail bao gồm 3 cụm hệ
thống chính

15


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

Những cảm biến và bộ phát tín hiệu ghi nhận các giá trị, thông số và điều kiện
hoạt động của xe. Những đại lượng đo được sẽ được chuyển đổi thành các tín hiệu số.
ECM phát những tín hiệu điện điều khiển các cơ cấu chấp hành theo từng điều
kiện hoạt động của động cơ.
Các cơ cấu chấp hành chuyển các tín hiệu điện phát ra từ ECM sang các hoạt
động cơ khí.
* CÁC CẢM BIẾN
1. CẢM BIẾN VỊ TRÍ TRỤC KHUỶU

1. Nam châm vĩnh cửu

2. Thân
3. Carte
4. Lõi từ
5. Cuộn dây
6. Bánh đà
Hình 2.15 Cấu tạo kim phun


Cảm biến vị trí trục khuỷu ghi nhận vị trí góc quay của trục khuỷu đồng thời ghi
nhận tốc độ (số vòng quay) của động cơ. Thông tin ghi nhận được gởi tới ECM bằng
tín hiệu điện áp. ECM dựa vào thông tin đó và các tín hiệu khác để điều khiển thời
điểm phun nhiên liệu hợp lý.
Cảm biến có một nam châm vĩnh cửu tạo từ trường, cuộn dây quấn quanh lõi sắt
non được gắn trên một bánh răng tạo xung. Các răng được chia đều nhau, riêng có
một vị trí khoảng cách giữa 2 răng lớn hơn những vị trí khác (bỏ trống 2 răng). Vì
vậy khi cảm biến quét qua vị trí này thì tín hiệu phát ra sẽ thay đổi, dựa vào đó ECM
sẽ nhận biết vị trí xylanh số 1.
Khi bánh răng tạo xung quay, gây ra sự thay đổi từ thông gởi qua cuộn dây do
sự thay đổi khe hở giữa bánh răng tạo xung và lõi từ. Lúc vị trí răng đứng đối diện
với lõi từ thì từ thông gởi qua cuộn dây là lớn nhất. Lúc vị trí khe hở giữa 2 răng đối
diện với lõi từ thì từ thông gởi qua cuộn dây là nhỏ nhất. Sự thay đổi từ thông làm
cho cuộn dây xuất hiện một sức điện động cảm ứng, sức điện động cảm ứng là các
xung mà mỗi xung tương ứng với một răng.
Bánh răng bộ tạo xung với xung khoảng cách 10 độ, gồm 34 răng và 2 răng
thiếu (cho 2 xung ). Cứ mỗi 360 độ thì cảm biến sẽ tạo ra 34 xung.

16


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

Hinh 2.16 Các xung được tạo ra từ cảm biến
2. CẢM BIẾN VỊ TRÍ TRỤC CAM
Cảm biến vị trí trục cam để xác định piston số 1 đang ở điểm chết trên khi bắt
đầu kỳ nạp, tín hiệu từ cảm biến trục cam này sẽ giúp ECM kích hoạt kim phun ở
xylanh số 1. Sau đó ECM sẽ dựa vào cảm biến trục khuỷu để kích hoạt cho các kim
phun ở các xylanh còn lại bằng cách dò tìm ở các vị trí 1800 quay của trục khuỷu.

Nếu thứ tự phun của động cơ là 1-3-4-2 thì sau khi kim phun ở xylanh số 1 được
kích hoạt, cứ mỗi 1800 góc quay của trục khuỷu thì kim phun ở xylanh số 3, xylanh
số 4 và xylanh số 2 sẽ hoạt động theo thứ tự trên. Vậy sau khi các kim phun ở các
xylanh đều phun thì trục khuỷu của động cơ sẽ quay 1800 * 4 = 720 0 (2 vòng).

3. CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT

1. Nhiệt điện trở
2. Vỏ
3. Giắc nối

Hình 2.17 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ghi nhận nhiệt độ của nước làm mát (nhiệt độ
động cơ) gởi thông tin nhiệt độ nước làm mát về ECM bằng tín hiệu điện. Dựa vào
thông tin này kết hợp với tín hiệu khác, ECM sẽ tính toán và điều chỉnh lượng phun
nhiên liệu phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ.

17


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

Cảm biến có cấu tạo là một điện trở nhiệt, là phần tử cảm nhận thay đổi điện trở
theo nhiệt độ. Nó làm bằng vật liệu bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm NTC (negative
temperature coefficient). Khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm và ngược lại. Sự thay đổi
giá trị điện trở làm thay đổi giá trị điện áp gởi đến ECM. Điện áp 5V qua điện trở
chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ, tới cảm biến về ECM về mass.
Điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp
điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu ADC. Khi nhiệt độ động cơ thấp
thì giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gởi đến bộ biến đổi lớn. Tín hiệu được

chuyển đổi thành một dạng xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo
cho ECM biết động cơ đang lạnh. Khi nhiệt độ động cơ cao, giá trị điện trở cảm biến
giảm kéo theo điện áp giảm sẽ báo cho ECM biết là động cơ đang nóng.
4. CẢM BIẾN ĐO KHỐI LƯỢNG KHÍ NẠP

1
2
3
4
5
6
7

Giắc nối điện
Kết nối bên trong
Mạch tích hợp
Đường không khí vào
Phần tử cảm biến
Đường khí ra
Vỏ cảm biến

Hinh 2.18 Cảm biến đo khối lượng khí nạp
Cảm biến lưu lượng khí nạp được đặt trên đường ống nạp để đo lưu lượng khí
nạp qua đường ống nạp.
Khối lượng không khí nạp vào trong động cơ phải được đo chính xác. ECM cần
thông tin này để tính toán lượng nhiên liệu tương đương cần phun ra. Cảm biến dây
nhiệt đo trực tiếp khối lượng không khí nạp. Nó gồm một dây bạch kim (platinum) bố
trí trên đường ống nạp. Dây bạch kim được nung nóng nhờ một dòng điện thường
trực xuyên qua nó. Nhiệt độ của dây từ 170-300 độ C. Không khí nạp thổi ngang qua
làm nguội dây. Lưu lượng khí nạp càng lớn, dây bạch kim càng mất nhiệt. Hệ thống

cung cấp dòng điện qua dây luôn luôn duy trì một nhiệt độ quy định cho dây bạch
kim. Vì vậy nếu dây mất nhiều nhiệt thì cường độ dòng điện cung cấp cho dây càng

18


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

phải tăng thêm. Trị số cường độ dòng điện do dây bạch kim yêu cầu phải tỉ lệ thuận
với lượng không khí nạp. ECM chỉ cần đọc cường độ dòng điện sẽ biết ngay bao
nhiêu không khí nạp vào trong động cơ.
5. CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ KHÍ NẠP
Cảm biến nhiệt độ khí nạp dùng để ghi nhận nhiệt độ của không khí nạp đi vào
đường ống nạp. Những thông tin về nhiệt độ khí nạp này được gởi tới ECM bằng tín
hiệu điện. ECM dựa trên giá trị của tín hiệu đó, kết hợp với một số tín hiệu khác tính
toán và điều khiển phun nhiên liệu cho phù hợp với từng chế độ hoạt động của động
cơ.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp có cấu tạo tương tự như cảm biến nhiệt độ nước làm
mát. Bộ phận chính có trong cảm biến là một dây nhiệt điện trở hai đầu dây nối với
hai dây ra, dây nhiệt điện trở thường làm bằng kim loại có nhiệt điện trở âm được đặt
bên trong vỏ. Vỏ được thiết kế sao cho có thể gắn chắc chắn vào đường ống nạp.

1. Nhiệt điện trở
2. Vỏ
3. Giắc nối

Hình 2.20 Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Khi nhiệt độ không khí nạp tăng lên thì điện trở của cảm biến giảm xuống và
ngược lại.
Ứng với mỗi giá trị nhiệt độ của khí nạp thì cảm biến sẽ có mỗi giá trị điện trở

tương ứng. Mỗi giá trị điện trở được chuyển đổi sang giá trị điện áp tương ứng để gởi
tới ECM.

Điện
trở
(kΩ)

Chiều tăng nhiệt độ
Hình 2.21 Đường đặc tính
19


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

6. CẢM BIẾN VỊ TRÍ BÀN ĐẠP GA
Chế độ tải của động cơ được thể hiện qua vị trí của bàn đạp ga. Cảm biến vị trí
bàn đạp ga ghi nhận bàn đạp ga đang ở vị trí nào, ngay sau đó gởi thông tin về cho
ECM. Từ những giá trị tín hiệu nhận được từ cảm biến gởi về, kết hợp với các tín
hiệu khác, ECM sẽ tính toán để điều khiển phun nhiên liệu một cách hợp lý.

Hình 2.19 Vị trí đặt cảm biến
Cảm biến vị trí bàn đạp ga bao gồm một công tắc tiếp xúc trực tiếp với một cần
gạt, cần gạt hoạt động dựa vào bàn đạp chân ga, một đầu tì vào cuộn dây điện trở.
Ứng với mỗi vị trí của bàn đạp ga thì sẽ có một vị trí góc quay của cần gạt. Khi
góc quay của cần gạt thay đổi làm cho điện áp ngõ ra thay đổi. Điện áp đó được gởi
đến ECM thông qua dây dẫn.
Để ngăn ngừa sự cố của mạch điện trong cảm biến người ta thiết kế mạch cảm
biến gồm có 2 hệ thống ngõ ra hoạt động độc lập nhau.
7. CẢM BIẾN ÁP SUẤT NHIÊN LIỆU


1.
2.
3.
4.

Giắc nối điện
Mạch định lượng
Màng với phần tử cảm ứng
Vùng áp suất cao
20


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

Hình 2.10 Cấu tạo cảm biến áp suất nhiên liệu
Cảm biến áp suất nhiên liệu được gắn trên ống phân phối để ghi nhận tình trạng
áp suất nhiên liệu trong ống phân phối, gởi thông tin về tình trạng áp suất nhiên liệu
trong ống phân phối về ECM bằng tín hiệu điện để ECM vận hành van điều khiển áp
suất nhằm làm cho áp suất nhiên liệu trong ống phân phối nằm trong giới hạn.
Đây là loại cảm biến có áp suất bán dẫn với những đặc điểm của silicon, điện trở
của cảm biến sẽ thay đổi khi có áp suất tác dụng lên nó. Áp suất nhiên liệu tác dụng
lên màng điện trở làm nó bị biến dạng, kết quả điện trở của màng điện trở thay đổi.
Giá trị điện trở này được chuyển đổi thành giá trị điện áp để gởi tới ECM.
Khi áp suất nhiên liệu tăng, áp lực tác dụng lên màng điện trở lớn làm nó biến
dạng lớn, kết quả là điện trở của nó tăng lên và ngược lại.
8. CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NHIÊN LIỆU
Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ghi nhận nhiệt độ của nhiên liệu ở các chế độ hoạt
động của động cơ. Thông tin về nhiệt độ của nhiên liệu sẽ được gởi đến ECM bằng
tín hiệu điện. ECM sẽ dựa vào giá trị của tín hiệu đó để tính toán điều khiển phun
nhiên liệu cho phù hợp với chế độ đang hoạt động của động cơ.

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu có cấu tạo giống như cấu tạo của cảm biến nhiệt độ
nước làm mát và cảm biến nhiệt độ không khí nạp.

1. Nhiệt điện trở.

1

2

3

2. Vỏ.
3. Giắc nối.

Hình 2.11 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu có cấu tạo giống như cấu tạo của cảm biến nhiệt độ
nước làm mát và cảm biến nhiệt độ không khí nạp.

21


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

Bên trong cảm biến có dây nhiệt điện trở loại được làm từ kim loại có nhiệt điện
trở âm.
Khi nhiệt độ nhiên liệu thay đổi thì giá trị điện trở của cảm biến cũng thay đổi.
Giá trị điện trở sẽ được chuyển đổi sang giá trị điện áp gởi đến ECM. Ứng với mỗi
giá trị nhiệt độ của nhiên liệu sẽ tương ứng với một giá trị điện áp được gởi tới ECM.

Chiều

tăng
điện
trở

Chiều tăng nhiệt độ

Hình 2.12 Đường đặc tính
9. ECM
ECM là trung tâm điều khiển của hệ thống Common rail. ECM nhận tín hiệu từ
các cảm biến và các bộ phận khác, tổng hợp các giá trị của các tín hiệu nhận được đó
để tính toán sau đó gởi tín hiệu đến điều khiển các bộ phận chấp hành.
Cùng lúc nhận tín hiệu từ nhiều đơn vị gởi về ECM sẽ tính toán đề tổng hợp đưa
ra các tín hiệu gởi đến điều khiển áp suất nhiên liệu, điểu khiển lưu lượng phun, thời
gian phun và nhiều bộ phận khác phù hợp với điều kiện vận hành của động cơ tại thời
điểm đó.
ECM điều khiển áp suất nhiên liệu trong ống phân phối thông qua việc điều
khiển SCV. ECM điều khiển thời điểm phun, lưu lượng phun thông qua việc điều
khiển kim phun. ECM điều khiển hệ thống EGR thông qua việc điều khiển van EGR.
ECM có chức năng kiểm tra chẩn đoán hệ thống Common rail. Khi hệ thống có
sự trục trặc ở một số bộ phận thì ECM có thể kiểm tra và phát hiện ra tình trạng hư
hỏng để lưu vào bộ nhớ. Khi có sự cố trong hệ thống, ECM điều khiển đèn báo lỗi
thông báo động cơ hoạt động trong tình trạng không bình thường. ECM còn là cầu

22


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

nối để vận hành các bộ phận chấp hành khi sử dụng thiết bị kiểm tra chẩn đoán.
Thông qua ECM thiết bị kiểm tra chẩn đoán sẽ ghi nhận các thông tin của các bộ

phận bằng việc dùng bộ điều khiển để vận hành các bộ phận chấp hành, hoặc ghi
nhận từ những dữ liệu có ghi trong bộ nhớ của ECM.

ECM

Các cảm biến
Bộ chấp hành
Các công tắc

Hình 2.22 ECM
Ngoài ra ECM còn có khả năng dự phòng để khi động cơ gặp một số sự cố từ
các bộ phận gởi tín hiệu thì sẽ lấy một giá trị được mặc định trong bộ nhớ để điều
khiển động cơ.
ECM có cấu tạo gồm một mạch điện tử được tích hợp từ rất nhiều linh kiện điện
tử tinh vi, mạch điện tử đó được đặt trong một hộp bảo vệ, các đường dẫn từ mạch
điện tử bên trong hộp được nối ra ngoài bằng một hệ thống chân nối (giắc). Tùy từng
loại có chức năng nhiều hay ít mà ECM có số chân nối nhiều hay ít.
Tín hiệu mà ECM nhận được có rất nhiều, mỗi tín hiệu được đưa về một chân
của giắc nối của ECM. Sau đây là hệ thống các tín hiệu gởi tới ECM của một kiểu
trong hệ thống Common rail.

23


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

Cảm biến vị trí trục khuỷu

Các kim phun


Cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến áp suất nhiên liệu
Cảm biến lưu lượng khí nạp
Cảm biến nhiệt độ khí nạp

BOSCH
BOSCH
ECM
ECM

Cảm biến nhiệt độ nước
Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

ĐK áp suất
ống phân phối

Vào
Ra

Điều khiển van EGR
Điều khiển van SCV
Điều khiển quạt làm mát

Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Điều khiển ly hợp A/C
Cảm biến khác
Công tắc quạt dàn lạnh
Công tắc A/C
Công tắc ly hợp


Điều khiển Bugi xông
Điều khiển ACV
Điều khiển khác

Hình 2.23 Xử lý thông tin ở ECM
10. ACV (Van điều khiển khí nạp)
ACV là bộ phận điều khiển lượng khí nạp nhằm mục đích giảm thiểu ô
nhiễm. ACV có các chức năng sau:

24


Hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santa Fe

Các chức năng của ACV
a.

Nắp bướm ga: dừng động cơ khi quá trình cháy kết thúc hẳn.

b.
Hỗ trợ quá trình luân hồi khí thải (EGR): ACV điều khiển dòng khí
bằng cách sử dụng van để đưa lượng khí thải luân hồi vào đường ống nạp với tỉ
lệ hợp lý.
EGR hoạt động khi có sự chênh lệch giữa áp suất trên đường ống nạp
và đường thải. Khi áp suất đường nạp lớn hơn đường thải thì EGR không làm
việc. ECM điều khiển đóng van ACV. Điều đó làm giảm lượng khí trên đường
nạp giảm, vì thế áp suất nạp cũng giảm theo. Do vậy lượng khí thải luân hồi
được đưa vào ống nạp.
Hoạt động
Trong trường hợp động cơ dừng: Ngắt khóa => bướm ga đóng => gia tăng sự

cản trở dòng khí nạp => bơm dừng => động cơ dừng một cách êm dịu.
Trường hợp van EGR đang hoạt động: Điều khiển đưa lượng khí thải luân hồi
trở lại đường nạp với tỉ lệ hợp lý bằng cách điều khiển hoạt động motor DC.
Trường hợp CPF đang tái sinh: Điều khiển lượng khí nạp theo hướng làm đậm
nhiên liệu.
An toàn
Khi ACV bị hỏng, van sẽ được giữ ở trạng thái mở.
11. SCV (SWIRL CONTROL VALVE)

25