Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
trang
A. PHẦN MỞ ĐẦU : ................................................................................................................4
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ......................................................................................5
Nhận xét của giáo viên duyệt ...............................................................................................6
Lời cảm ơn ..............................................................................................................................7
Lời nói đầu ..............................................................................................................................8
B. PHẦN NỘI DUNG : ..............................................................................................................9
Chương 1 : DẪN NHẬP.......................................................................................................10
I.
Lý do chọn đề tài…………................................................................................10
II.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu...................................................................11
III. Khách thể và đối tượng nghiên cứu.................................................................11
IV. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................11
V.
Dàn ý nội dung nghiên cứu...............................................................................12
VI. Kế hoạch nghiên cứu..........................................................................................12
Chương 2 : GIỚI THIỆU HỆ THỐNG COMMON RAIL.............................................13
I. Tổng quan……………….
.................................................................................13
II. Nguyên l‎ý hoạt động chung...............................................................................14
III. Những yêu cầu đối với hệ thống.......................................................................15
IV. Hoạt động phun..................................................................................................15
IV.1 : Tổng quan………….. .................................................................................15
IV.2 : Quá trình phun…….. .................................................................................16
IV.2.1 : Giai đoạn phun l‎ót.............................................................................16

IV.2.2 : Giai đoạn phun chính........................................................................17
IV.2.3 : giai đoạn phun thứ cấp.....................................................................17
V. Ưu điểm của hệ thống common rail‎.......................................................................17
Chương 3 : HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU............................................................................18
I. Tổng quan..................................................................................................................18
II. Nguyên l‎í chung..................................................................................................18
III. Hệ thống nhiên l‎iệu áp suất thấp.....................................................................20
III.1 : Tổng quan.................................................................................................20
III.2 : Các bộ phận chính của hệ thống............................................................21
1. Bơm nhiên l‎iệu........................................................................................21
2.
Lọc nhiên l‎iệu......................................................................................................22
3.
Van một chiều......................................................................................................25
4.
Bộ l‎àm mát nhiên l‎iệu........................................................................................26
IV. Hệ thống nhiên l‎iệu áp suất...............................................................................28
1.
Cụm bơm cao áp.................................................................................................29
a. Bơm tiếp vận.........................................................................................30
b. Bơm cao áp............................................................................................30
2.
Ống phân phối.....................................................................................................34
3.
Ống cao áp...........................................................................................................37
4.
Kim phun.............................................................................................................38
Chương 4 : HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ.......................................................44
A. Tổng quan về hệ thống điều khiển...........................................................................44
Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1


1


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

B. Các chi tiết trong hệ thống điều khiển.....................................................................46
I.

Các hệ thống chính................................................................................................46
I.1 . Bộ xử l‎í trung tâm (ECM .............................................................................46
I.2 . Hệ thống điều khiển bugi xông....................................................................54
II. Các cảm biến tín hiệu............................................................................................56
II.1 Cảm biến l‎ưu l‎ượng khí nạp (MAF)...........................................................56
II.2 Cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp (IAT)....................................................57
II.3 Cảm biến nhiệt độ nước l‎àm mát (ECT)...................................................59
II.4 Cảm biến nhiệt độ nhiên l‎iệu (FT)..............................................................60
II.5 Cảm biến áp suất môi trường (BARO)......................................................62
II.6 Cảm biến vị trí bàn đạp ga (APP)..............................................................63
II.7 Cảm biến vị trí trục cam (CMP).................................................................64
II.8 Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP)..............................................................66
II.9 Cảm biến tốc độ xe (VSS)............................................................................67
II.10 Cảm biến áp suất nhiên l‎iệu........................................................................69
II.11 Cảm biến áp suất trên đường ống nạp(FRP)……………………..… ....70
III. Cơ cấu chấp hành..................................................................................................71
III.1 Điều khiển l‎ượng phun.................................................................................71
III.2 Hệ thống l‎uân hồi khí thải (EGR)...............................................................74
III.3 Van đường ống nạp (van bướm ga).............................................................77

III.4 Hệ thống tăng áp............................................................................................78
C. Các chức năng điều khiển khác..................................................................................82
I. Điều khiển tốc độ cầm chừng................................................................................82
II. Điều khiển giảm dao động khi tăng, giảm tốc..................................................83
III. Điều khiển động cơ vận hành êm dịu................................................................84
IV. Tác động của các yếu tố bên ngoài đến l‎ượng phun........................................84
Chương 5 : CHẨN ĐOÁN VÀ KIỂM TRA CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG
COMMON RAIL..................................................................................................................85
A. Chẩn đoán hệ thống common rail‎..........................................................................85
I. Một số khái niệm..................................................................................................85
II. Các bước tiến hành chẩn đoán ..........................................................................90
II.1 Chẩn đoán bằng TECH 2.............................................................................90
II.2 Các bước chẩn đoán......................................................................................95
II.3 Bảng mã l‎ỗi l‎iên quan đến hệ thống common rail‎..................................102
III. Sơ đồ một số mạch điện.....................................................................................123
1. Sơ đồ phân phối điện....................................................................................123
2. Hệ thống khởi động và sạc...........................................................................125
3. ECM và mát...................................................................................................126
4. DLC và CAN..................................................................................................127
5. Đồng hồ...........................................................................................................129
6. Đèn tín hiệu và cơng tắc l‎ọc nhiên l‎iệu.......................................................130
7. Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP) và trục cam (CMP)...........................131
8. Cảm biến vị trí bàn đạp ga (APP................................................................132
9. Cảm biến FRP, ECT, FT và bộ điều áp......................................................133
10. Cảm biến tăng áp, BARO và sol‎enoid........................................................134
11. cảm biến MAF và IAT, van bướm ga và van EGR...................................135
12. Kim phun........................................................................................................136
13. Mạch điều khiển hệ thống A/C và hệ thống xông.....................................137
14. Cơng tắc dừng và cơng tắc vị trí số “0........................................................138
15. Công tắc phanh và Cruise Control‎.............................................................139

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

2


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

B.

KIỂM TRA CÁC CẢM BIẾN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG........................140
I.
Kiểm tra cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP).................................................141
II. Kiểm tra cảm biến vị trí trục cam (CMP)....................................................143
III. Kiểm tra cảm biến áp suất trên đường ống nạp..........................................145
IV. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ khí nạp(IAT)....................................................147
V.
Kiểm tra cảm biến l‎ưu l‎ượng khí nạp (MAF)..............................................149
VI. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước l‎àm mát (ECT).......................................151
VII. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nhiên l‎iệu (FT).................................................153
VIII. Kiểm tra cảm biến áp suất nhiên l‎iệu(FRP).................................................154
IX. Kiểm tra cảm biến vị trí bàn đạp ga (APP)..................................................156

C.

PHẦN KẾT LUẬN.................................................................................................158
I.
Tóm tắt...............................................................................................................159
II. Kết l‎uận..............................................................................................................159

III. Kiến nghị............................................................................................................159
Tài l‎iệu tham khảo..........................................................................................160

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

3


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chương 2
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG COMMON RAIL

Chương 3
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
I.

TỔNG QUAN

Từ trước đến nay, hệ thống cung cấp nhiên liệu được xem như là trái tim của toàn
bộ động cơ, bất cứ sự thay đổi nào trong hệ thống nhiên liệu cũng sẽ tác động rất lớn
đến suất tiêu hao nhiên liệu, công suất động cơ, tiếng ồn cũng như lượng khí thải. Do
đó, ngày nay, hệ thống nhiên liệu trên động cơ Diesel ngày càng được cải tiến để đáp
ứng những nhu cầu trên. Các biện pháp tập trung vào việc giải quyết những vấn đề:
-

Tăng áp suất phun để tăng chất lượng quá trình cháy.


-

Tăng tốc độ phun nhằm giảm thiểu lượng muội than sinh ra.

-

Điều chỉnh phương pháp phun nhằm giảm thời gian phun từ đó nâng cao tốc độ
động cơ.

-

Điều khiển thời điểm phun và lưu lượng phun chính xác theo từng chế độ hoạt
động của động cơ.

-

Sử dụng phương pháp luân hồi khí xả (ERG)

Hiện nay, các nhược điểm của hệ thống nhiên liệu Diesel đã được khắc phục bằng
việc ứng dụng khoa học công nghệ nhằm cải tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, kim
phun, ống phân phối nhiên liệu áp suất cao, tối ưu việc điều khiển động cơ hoàn toàn
bằng điện tử.

II.

NGUYÊN LÝ CHUNG

Nhiên liệu được hút từ bình chứa qua bộ lọc bằng bơm tiếp vận, bơm này được lắp
trực tiếp trên bơm cao áp thông qua một mặt bích, nhiên liệu được tạo áp lực trong
bơm cao áp và được đưa đến ống phân phối thông qua các đường ống cao áp.

Tại ống phân phối, nhiên liệu sẽ ln được duy trì ở áp lực cao. Do đó, ln có một
lượng nhiên liệu ở trong điều kiện áp suất tối ưu sẵn sàng cung cấp tới các kim phun
trong suốt các quá trình phun.
Thời điểm và lưu lượng phun được tính tốn một cách chính xác thơng qua ECM.
Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

4


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Dựa trên các tín hiệu đầu vào khác nhau được gửi từ các cảm biến và các hệ thống
định lượng, ECM sẽ đưa ra các tín hiệu điều khiển đến các van solenoid trong kim
phun. Khi nhận được tín hiệu này, các van solenoid sẽ thực hiện việc nhấc kim và cho
một lượng nhiên liệu đã được tính tốn chính xác trên lý thuyết vào trong từng xy lanh
tương ứng. Lượng nhiên liệu thừa thông qua đường nhiên liệu hồi từ kim phun về ống
góp nhiên liệu hồi và sau đó trở về thùng chứa chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo.
Cảm biến áp suất nhiên liệu được lắp trên ống phân phối có chức năng thu thập dữ
liệu áp suất của nhiên liệu hiện tại trong ống phân phối và chuyển tín hiệu áp suất này
thành tín hiệu điện áp và gửi về ECM. Một tham số khác cũng rất quan trọng góp phần
quyết định tới việc gửi các tín hiệu điều khiển là nhiệt độ nhiên liệu.
Thơng qua các tham số nhận được này, ECM sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến các van
định lượng nhiên liệu nhằm điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho bơm cao áp (bằng
cách thay đổi tiết diện ngang của rãnh dẫn nhiên liệu vào bơm cao áp), với mục đích
đảm bảo áp suất nhiên liệu tối ưu phù hợp với mọi điều kiện hoạt động của động cơ.

1.thùng nhiên liệu
2.lọc nhiên liệu

3.van một chiều
4.bơm cung cấp
5.ống phân phối
6.van giới hạn áp suất

7.cảm biến FRP
8.kim phun
9.ECM
10.cảm biến CMP
11.cảm biến CKP
12.tín hiệu vào

Hình 3.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống nhiên liệu

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

5


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

III. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ÁP SUẤT THẤP
III.1 Tổng quan

1. ống phân phối
2. van giới hạn áp suất
3. ống dầu về
4. kim phun

5. đường dầu hồi
6. bộ làm mát nhiên liệu
7. thùng nhiên liệu

8 bơm nhiên liệu
9. nắp thùng nhiên liệu
10. lỗ thông hơi
11. ống dẫn tới bơm tiếp vận
12. van một chiều
Vùng áp suất thấp
13. lọc nhiên liệu
14. công tắc áp suất
15. cụm bơm cung cấp nhiên liệu

Hình 3.2 Sơ đồ tổng quan đường dẫn nhiên liệu.

III.2

Các bộ phận chính của hệ thống
 Thùng nhiên liệu

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

6


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM









ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Bơm nhiên liệu
Ống dẫn tới bơm tiếp vận
Ống dầu hồi
Lọc nhiên liệu
Bộ làm mát nhiên liệu
Van một chiều

1) Bơm nhiên l‎iệu
Thùng chứa nhiên liệu được trang bị một bơm nhiên liệu và một cảm biến mức
nhiên liệu bên trong.Cấu tạo và chức năng của bơm dầu tương tự như bơm trên động
cơ xăng.Bơm nhiên liệu bơm ra hơn 100cc trong khoảng 10s.Khi cơng tắc đánh lửa
“ON” (động cơ “OFF”) thì bơm hoạt động khoảng 12s. Sau đó bơm vẫn tiếp tục
“ON” khi động cơ chạy.

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

7


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


1. Ống nhiên liệu
2. Đường ra
3. Vòng hãm
4. Khớp nối
5. Đường dầu hồi
6. Bơm nhiên liệu
7.Vòng đệm
8. Thùng chứa nhiên liệu.

Hình 3.3 Bơm nhiên liệu và một số bộ phận.
2) Lọc nhiên l‎iệu :
 Chức năng :
Trong hệ thống common rail, cụm bơm cao áp được bôi trơn bằng nhiên liệu và
rồi nhiên liệu này lại được cung cấp cho tồn bộ hệ thống common rail. Chính vì vậy
mà nó phải đảm bảo hồn tồn sạch, khơng có các tạp chất. Vì vậy sẽ có một cái lọc
nhiên liệu được gắn trên đường dầu cung cấp, bên trong được tích hợp bộ tách nước.
Nó có nhiêm vụ tách những hat bụi nước nhỏ nhất và lọc các tạp chất lạ khác trước
khi đưa đến bơm cao áp.
Bộ tách nước được gắn một cái phao, khi phao đạt đến một mức độ nào đó
( khoảng 125cc ) đèn báo trên tắp lô sẽ sáng lên thúc giục tài xế phải xả nước trong
bộ tách nước ra bằng cách nới đai ốc được gắn bên dưới lọc nhiên liệu. Lọc nhiên
liệu được gắn cố định ở dưới khung xe thông qua giá đỡ.

1
2
Đèn
báo

3
Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1


8


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

4

Hình 3.4: Lọc nhiên liệu.
Chú thích: 1.đường dầu tới
2.đường dầu ra
3.phao
4.giắc cảm biến
 Công tắc áp suất :
Khi trong đường đẫn nhiên liệu có khơng khí ( áp suất chân không cao, khoảng
-32 kPa hoặc -5 psi ) biểu hiện lọc nhiên liệu bị nghẹt, lúc này công tắc áp suất sẽ
“On” và đèn báo trên táp lô sáng lên, báo hiệu cần phải thay lọc.


Điều kiện để đèn báo “ON”:





Động cơ đang chạy
Bơm nhiên liệu đã hoạt động
Nhiệt độ nhiên liệu lớn hơn 15ºC (59ºF)

Áp suất khí trời lớn hơn 75kPa (12psi)

 .Những hư hỏng có thể xảy ra :


Lọc nhiên liệu có thể bị nghẹt do các tạp chất.



Khơng khí có thể đi vào hệ thống áp suất thấp nếu lọc nhiên liệu bị rò rỉ.
Ảnh hưởng của hư hỏng :





Động cơ khó khởi động cả khi động cơ nguội hay nóng



Động cơ hoạt động khơng ổn định ở chế độ cầm chừng



Động cơ không hoạt động.



Động cơ tắt máy ngay lập tức ngay sau khi được khởi động.
Công suất động cơ giảm đáng kể.


Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

9


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Lọc
nhiên
liệu

Hình 3.5 Lọc nhiên liệu

3) Van một chiều:
Cấu tạo :
Trên đường đẫn nhiên liệu được gắn van một chiều duy nhất,nó được đặt gần vỏ
hộp số. Van một chiều gồm các bộ phận :




Bi một chiều
Lò xo nén
Các đường dẫn dầu.

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1
a:

b:

10


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.
2.
3.
4.

từ thùng nhiên liệu
tới bơm cung cấp
tới thùng chứa
từ kim phun hồi về

Đường nhiên liệu đi
Đường nhiên liệu bị chặn

Hình 3.6: cấu tạo van một chiều.
Chức năng:

 Chức năng của đường bypass ( đường đi tắt ):
Chức năng của đường bypass làm giảm áp suất dưới mọi điều kiện khi áp suất
trên đường áp thấp tăng quá mức.
Khi bơm nhiên liệu bơm với số lượng quá nhiều so với tốc độ động cơ và tải
trọng động cơ, làm áp suất trong đường áp thấp tăng quá mức và thắng lực lò xo

đẩy bi một chiều đi xuống.Lúc này, dầu hồi thông qua đường bypass trở về thùng
chứa và áp suất giảm xuống cho đến khi phù hợp.

 Chức năng của van một chiều:
Chức năng của van một chiều không cho nhiên liệu hồi về qua đường bypass.
Trong trường hợp bơm nhiên liệu hoạt động khơng hiệu quả chỉ có bơm tiếp
vận hút nhiên liệu lên.Lúc này, bơm tiếp vạn sẽ hút nhiên liệu ở đường hồi về (do
dường dầu đến có lọc nhiên liệu cản trở ) vì vậy nhiên liệu sẽ không được làm mát,
làm tăng nhiệt độ nhiên liệu qua kim phun và động cơ ảnh hưởng đến sự điều khiển
động cơ.khi đó, bi một chiều sẽ ngăn không cho dầu hồi trở lại bơm tiếp vận.

4) Bộ l‎àm mát nhiên l‎iệu
Bộ làm mát nhiên liệu được gắn giữa đường nhiên liệu hồi và thùng chứa. Nó có
nhiêm vụ làm mát nhiên liệu trước khi đưa về thùng chứa.

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

11


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.7: Bộ làm mát nhiên liệu.

Bộ làm mát

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1


12


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.8: Vị trí bộ làm mát nhiên liệu trên xe

IV.

HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ÁP SUẤT CAO :

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

13


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.9: sơ đồ tổng quan hệ thống nhiên liệu áp suất cao.
Chức năng hệ thống :
Hệ thống Common rail là một hệ thống tích năng bằng áp suất để cung cấp nhiên
liệu cao áp tại các quá trình phun. Điều đó có nghĩa là trong hệ thống này nhiên liệu
ln được duy trì ở áp suất cao và được tích trữ trong ống phân phối (common rail) và
đưa đến từng kim phun trong q trình phun. Trong khi đó thì ở các hệ thống thơng
thường (ví dụ như trên động cơ sử dụng bơm phun nhiên liệu kiểu bơm phân phối
VP44), áp suất nhiên liệu được tạo ra bởi bơm lên tới hơn 98MPa ngay trong quá trình

phun.
Trên hệ thống phun Common Rail, quá trình tạo áp suất phun và quá trình phun
nhiên liệu vào buồng đốt được chia làm hai quá trình riêng biệt :


Áp suất phun sinh ra đạt giá trị cao, không phụ thuộc vào tốc
độ động cơ và lượng nhiên liệu được phun; áp suất này ln được được
tích trữ trong ống phân phối và sẵn sàng đưa đến kim phun ở tất cả các
giai đoạn phun.



Quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt : áp suất phun, tỉ lệ phun và thời
điểm phun được ECM điều khiển tùy thuộc vào tốc độ động cơ và tải trọng,
điều này đảm bảo áp suất phun được ổn định ở mọi thời điểm. Vì vậy, nó làm
khí xả sạch hơn và làm giảm lượng khí xả cũng như cơng suất phát ra cao
hơn. Trong khi đó, ở các hệ thống thông thường áp suất nhiên liệu được tạo ra
ngay trong quá trình phun ngay tại thời điểm mở kim.

 Lưu ý:
Các bộ phận trong hệ thống nhiên liệu cao áp là các chi tiết cơ khí được gia công
và chế tạo với độ chuẩn xác cao. Do đó, khi tiến hành bảo dưỡng hay sửa chữa hệ
thống cần hết sức tập trung quan sát, đồng thời tiến hành các hoạt động cần thiết một
cách hết sức tỉ mỉ, chú ý từng chi tiêt.
Nhằm bảo đảm tính an toàn và chuyên nghiệp và tránh mọi hư hỏng cần tham khảo
một cách kỹ lưỡng các chỉ dẫn về trình tự các bước tiến hành và yêu cầu kỹ thuật trước
khi thực hiện bất cứ cơng việc gì liên quan tới hệ thống nhiên liệu áp suất cao này.
1) Cụm bơm cao áp :

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1


14


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

1. thùng chứa
2. lọc
3. ống dẫn
4. đường vào
5. bơm cấp liệu.
6. van điều chỉnh
7. lọc
8. van FRP
9. lị xo hồi
10. pitơng

13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

van hồi

đường hồi
trục dẫn động
ống rail
kim phun
áp suất nạp
áp suất cung cấp
áp suất cao
áp suất hồi

Hình 310: sơ đồ hoạt động của cụm bơm cao áp
a) Bơm tiếp vận :

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

15


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

1. từ thùng nhiên liệu
2. đường hút
3. tới buồng chứa của bơm
4. đường đẩy
5. rotor bên trong

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

6. rotor bên ngoài
7. lượng nhiên liệu tăng
8. lượng nhiên liệu giảm

9. lượng nhiên liệu tăng (đẩy)
10.lượng nhiên liệugiảm (hút)

Hình 3.11: cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm tiếp vận
 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động :
Bản chất của bơm tiếp vận là một bơm bánh răng có tác dụng đưa lượng nhiên liệu
cần thiết từ thùng chứa qua lọc đến cung cấp cho bơm cao áp.
Bơm có cấu tạo cơ bản gồm một bánh răng chủ động bên trong ( 5 ) quay xung
quanh vỏ bơm ( 6 ) để quét nhiên liệu từ cửa hút ( 1 ) đưa ra cửa xả ( 3 ). Nhiên liệu sẽ
được vận chuyển thông qua khe hở giữa biên dạng răng và vỏ bơm.
Bơm bánh răng có ưu điểm như kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, có độ tin cậy cao,
kích thước nhỏ gọn, số vịng quay và cơng suất trên một đơn vị trọng lượng lớn, có
khả năng chịu quá tải trong một thời gian ngắn. Nhưng đây là loại bơm không điều
chỉnh được lưu lượng và áp suất khi số vịng quay cố định. Do đó lưu lượng nhiên liệu
mà bơm cung cấp sẽ tỷ lệ với tốc độ động cơ.
Vì lý do này, trên bơm tiếp vận được gắn van điều chỉnh áp suất ( van FRP) và cảm
biến nhiệt độ nhiên liệu, chúng có nhiêm vụ điều chỉnh lượng nhiên liệu trước khi cấp
tới bơm cao áp thơng qua tín hiệu ECM gửi tới.
b)

Bơm cao áp :

 Chức năng:
Bơm cao áp là chi tiết trung gian giữa hệ thống nhiên liệu áp suất thấp và hệ thống
nhiên liệu áp suất cao. Nó có tác dụng tạo ra và duy trì áp suất cao cho nhiên liệu trong
suốt quá trình làm việc của hệ thống. Lượng nhiên liệu này sẽ được đưa đến và tích trữ
trong ống phân phối, sẵn sàng cung cấp đến các kim phun ở mọi chế độ làm việc của
động cơ.
Nhiệm vụ chủ yếu của bơm cao áp là ln tạo và duy trì một áp suất cao cho nhiên
liệu trong ống phân phối. Do đó, trong hệ thống Common rail, áp suất của nhiên liệu

khơng phải được sinh ra trong từng q trình phun riêng lẻ, khác với các hệ thống
nhiên liệu sử dụng bơm phân phối trước đây.
Nhờ vào quá trình tạo áp suất cho nhiên liệu được thực hiện thông qua bơm cao áp
do đó nhiên liệu ln được duy trì ở áp suất cao mà chất lượng của quá trình phun luôn
tối ưu trên mọi phạm vi tốc độ và chế độ tải khi động cơ vận hành.
Nguyên lý tạo cao áp :

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

16


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1. Van FRP
2. Van nạp
3. Van xả
4. Cam lệch tâm
5. Vịng cam
6. pitơng A ở TDC ( hồn tất kì nén )
7. pitơng B ở BDC ( hồn tất kì hút )
8. pitơng A bắt đầu kì hút
9. pitơng B bắt đầu kì nén
10.pitơng A ở BDC ( hồn tất kì hút )
11.pitơng B ở TDC ( hồn tất kì nén )
12.pitơng A bắt đầu kì nén
13.pitơng B bắt đầu kì hút.
Hình 3.12 Nguyên lý hoạt động bơm cao áp

Bơm cao áp được dẫn động thông qua trục dẫn động và đĩa cam lệch tâm được gắn
cố định trên trục dẫn động này,khi trục dẫn động quay thì cam lệch tâm này cũng quay
theo và thông qua biên dạng cam này làm 2 pitông bơm chuyển động lên và xuống.
Ban đầu, khi pittông bơm đang ở điểm chết trên (TDC), nhiên liệu có áp suất do
bơm tiếp vận đưa đến của nạp lớn hơn áp suất trong xylanh bơm, áp suất này thắng lực
lị xo của van nạp (2) (có cấu tạo như van một chiều) do đó đẩy van nạp mở. Lúc này
nhiên liệu được bơm tiếp vận nén vào xylanh bơm, đồng thời lị xo sẽ ln đẩy pittông
bơm xuống đến điểm chết dưới (BDC). Đây là thời kỳ nhiên liệu được hút vào trong
xylanh bơm.
Khi pittông bơm di chuyển từ BDC lên TDC (cam đội), do áp suất nhiên liệu trong
xylanh bơm tăng nên van nạp được đóng lại. Lúc này nhiên liệu ở trong một khơng
gian hồn tồn kín được giới hạn bởi xylanh, đỉnh pittơng bơm và van nạp do đó nhiên
liệu khơng thể quay ngược trở lại cửa nạp khi pittông đi lên để thực hiện quá trình nén.
Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

17


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Khi pittông đi từ BDC lên TDC, áp suất của nhiên liệu trong xylanh dần dần tăng
lên. Đến một lúc nào đó, áp suất nhiên liệu bên trong xylanh bơm lớn hơn áp suất
trong đường ống phân phối (common rail), nó sẽ đẩy cửa xả (3) (cũng có cấu tạo như
van một chiều) mở. Khi đó nhiên liệu trong xylanh bơm sẽ được nén vào trong ống
phân phối thông qua đường ống cao áp. Pittông bơm tiếp tục nén nhiên liệu cho đến
khi nó đến điểm chết trên. Sau đó, do cam khơng cịn đội đế pittơng nên nhiên liệu áp
suất cao trong ống phân phối sẽ đẩy cửa xả đóng lại kết thúc q trình nén.
Khi áp suất nhiên liệu trong xylanh nhỏ hơn áp suất nhiên liệu trong bơm tiếp vận

thì van nạp mở, nhiên liệu sẽ tràn vào lắp đầy trong xylanh và đẩy pittông bơm di
chuyển xuống TDC để chuẩn bị cho quá trình nén tiếp theo khi cam đội lần nữa.
Vai trò của van FRP :
2

1

1. xylanh van.
2. cuộn dây.
Hình 3.13 :cấu tạo van FRP
ECM điều chỉnh tần số làm việc là 250Hz tới van FRP (khoảng thời gian cấp dòng
đến van.) để điều chỉnh lượng nhiên liệu tới cung cấp tới xylanh bơm cao áp. Khi cấp
dòng đến van FRP, sinh ra suất điện động đẩy phần ứng về bên trái, phần ứng đẩy
xylanh về bên trái làm thay đổi tiết diện đường dẫn nhiên liệu, do đó điều chỉnh lượng
nhiên liệu cấp tới bơm cao áp.
Khi van FRP “Off” lực lò xo đẩy đẩy xylanh về bên phải, mở đường dẫn nhiên liệu
và cung cấp nhiên liệu tới bơm cao áp ( lượng nhiên liệu vào và ra bang nhau)
Khi van FRP “On” , có dịng cấp đến van, đẩy xylanh về bên trái đóng đường dẫn
nhiên liệu ( bình thường mở ). Bằng cách điều chỉnh van FRP On/Off, lượng nhiên liệu
cung cấp tới bơm cao áp được điều chỉnh phù hợp với điều kiện hoạt động.

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

18


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


Chú thích:
pitơng bơm.
bơm cấp liệu
van FRP
xylanh van
van mở lớn
van mở nhỏ

Hình 3.14 Hoạt động của van FRP

2)

Ống phân phối :

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

19


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1. cảm biến áp suất
2. van giới hạn áp suất

Hình 3.15 Cấu tạo ống phân phối
Ống phân phối được làm bằng thép đã qua nhiệt luyện để có thể chịu được áp suất
cao của nhiên liệu, đồng thời thực hiện các chức năng sau:
-


Dự trữ nhiên liệu áp suất cao.

-

Giảm thiểu sự dao động của áp suất nhiên liệu.

Trong quá trình hệ thống nhiên liệu cao áp làm việc, nhiên liệu được đưa tới ống
phân phối có độ dao động rất lớn. Điều này là do nhiên liệu bị nén và đẩy từ xylanh
bơm lên ống phân phối không phải liên tục, mà chia thành từng đợt như các cơn sóng.
Bên cạnh đó, trong q trình phun, trong ống phân phối sẽ xảy ra độ sụt áp nhất định
do bơm cao áp không thể ngay lập tức bù được sự sụt áp này nên cũng sẽ sinh ra các
đợt dao động.
 Nếu sự dao động trong ống phân phối trên khơng được dập tắt thì sẽ ảnh hưởng rất
lớn tới q trình phun. Nó sẽ gây ra các hậu quả sau:
-

Áp suất phun không ổn định.

-

Lượng nhiên liệu phun không chính xác.

-

Hình dạng chùm tia phun khơng đúng như tính toán.

Để đáp ứng được những yêu cầu trên, ống phân phối phải được tính tốn và thiết kế
hợp lý và chính xác theo các nguyên lý thủy lực. Các yêu cầu cụ thể là:
-


Có thể tích đủ lớn để làm giảm thiểu sự dao động của nhiên liệu.

-

Có thể tích đủ nhỏ để cho phép áp suất nhiên liệu tăng nhanh trong một khoảng
thời gian tối thiểu để đảm bảo cung cấp đủ áp suất cho hệ thống ở tốc độ cao.

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

20


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ở các vị trí nối với ống tới kim phun phải được thiết kế có tiết diện lớn để giảm
dao động và kịp thời cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết trong các quá trình
phun.

Trên ống phân phối được gắn một cảm biến áp suất nhiên liệu (1) và van giới hạn
áp suất nhiên liệu (2) :
 Cảm biến áp suất nhận biết áp suất bên trong ống phân phối và gửi tín hiệu
này tới ECM, dựa vào tín hiệu này, ECM sẽ điều chỉnh áp suất bên trong
ống thông qua van FRP được gắn trên bơm tiếp vận.
.
 Van giới hạn áp suất được mở một cách cơ khí để xả nhiên liệu ra khi áp

suất nhiên liệu trong ống phân phối vượt quá mức khoảng 220 MPA
(32000 psi).
Van giới hạn áp suất:

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

từ ống phân phối
van bi
thân van
van đẩy
lo xo
vỏ van
tới ống hồi

Hình 3.16 Cấu tạo van giới hạn áp suất

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

21


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


Van giới hạn áp suất có nhiệm vụ giảm áp suất trong ống phân phối bằng cách mở
van bi (2) nếu áp suất trong ống cao quá mức.
Van bi mở khi áp suất trong ống khoảng 220 MPA (32000 psi), và đóng khi áp
suất giảm xuống khoảng 50 MPA (7250 psi). Nhiên liệu sẽ thoát ra qua đường hồi về
của van giới hạn áp suất và trở về thùng chứa.
Chú ý:
Nếu van giới hạn áp suất mở quá lâu làm áp suất giảm trong ống phân phối quá
giới hạn cho phép thì phải dùng thiết bị chẩn đốn (DTCs : Diagnotic Trouble Codes )
kiểm tra lại.
Cảm biến áp suất trong ống phân phối:

Cảm biến áp suất.
FRP Sensor Characteristic -Reference5.0
4.5
4.0

Output (Volts)

3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0

20


40

60

80 100 120 140 160 180 200 220

Fuel Rail Pressure (Mpa)

Mpa
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220

psi
0
2900
5800
8700
11600
14500

17400
20310
23210
26110
29010
31910

Volts
1.0
1.3
1.6
2.0
2.3
2.6
2.9
3.2
3.6
3.9
4.2
4.5

Hình 3.17 :Biểu đồ đặc tính cảm biến áp suất
Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

22


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


Cảm biến áp suất nhiên liệu được gắn trên ống phân phối để nhận biết áp suất
nhiên liệu trong ống, tín hiệu từ cảm biến này được biến đổi thành tín hiệu điện áp và
gửi tới ECM. ECM nhận và kiểm tra tín hiệu điện áp này để xác định áp suất trong ống
phân phối.
Khi áp suất trong ống phân phối cao tín hiệu điện áp gửi về ECM sẽ cao, khi áp
suất thấp sẽ gửi tín hiệu điên áp thấp. ECM tính tốn ra áp suất thực tế từ tín hiệu điện
áp này và sử dụng kết quả đó để điều khiển lượng phun nhiên liệu một cách chính xác
và hợp lý.

3) Ống cao áp

ống cao
áp

Hình 3.18 Vị trí ống cao áp
Các đường ống cao áp có chức năng đưa nhiên liệu áp suất cao từ bơm cao áp đến
ống phân phối và từ ống phân phối này tới từng kim phun trên động cơ.
Khi tháo các đường ống cao áp này, tốt nhất là nên thay thế các ống này. Nguyên
Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

23


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

nhân là do sự rị rỉ có thể xảy ra trong quá trình xiết chặt lại hoặc làm biến dạng đường
ống cũng như hư hỏng ở các đầu nối.

Các đường ống cao áp này phải đạt được các yêu cầu sau:
-

Vật liệu chế tạo phải bảo đảm khơng có các lỗ mọt để tránh rị rỉ nhiên liệu.

-

Có độ bền cơ khí và độ bền nhiệt cao.

-

Các đầu nối phải được gia cơng chính xác và đảm bảo kín khít.

-

Do các kim phun có vị trí tương quan khác nhau đối với ống phân phối do đó
chúng có hình dạng khác nhau nhưng phải đảm bảo trở lực trên các đường ống
như nhau.

 Lưu ý:
Các ống nhiên liệu cao áp được nhà sản xuất uốn theo những bán kính cong nhất
định đã được tính tốn rất chính xác. Do đó cần đặc biệt chú ý khi tháo lắp.
4) Kim phun
Cấu tạo kim phun:

5

4

3

2

1

Hình 3.19:cấu tạo kim phun.
Để đạt được sự tối ưu trong việc điều chỉnh thời điểm khởi phun và lượng nhiên
liệu phun chính xác, hệ thống Common Rail đã sử dụng các kim phun đặc biệt có trang
bị hệ thống trợ lực bằng thủy lực và bộ chấp hành điều khiển kim phun hoàn toàn bằng
điện (van điện từ).
 Các bộ phân chính của kim phun :
1. solenoid
Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

24


Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2. lỗ tiết lưu dầu về
3. pitơng điều khiển
4. lị xo kim
5. đót kim
Nguyên l‎ý hoạt động:

Solenoid
Drive
current
Drive

current

Drive current

Two way
valve
Outlet
orifice
From
fuel rail
Inlet
orifice

Pressure
Pressure
in in Pressure in
control chamber
control
chamber
control
chamber

Command
piston

Nozzle
Injection
Injection
rate rate


Injection
rate

Giai
Giaiđoạn
đoạn Giai
kết đoạn khơng
phun
phun
phun

Hình 3.20: hoạt động của kim phun.
Đối với loại kim phun này vị trí cũng như độ dịch chuyển của pittơng điều khiển
phụ thuộc độ chênh lệch giữa lực đẩy pittông đi lên (bao gồm lực đẩy P buồng kim phun của
nhiên liệu trong buồng kim phun) và lực đẩy pittông đi xuống (bao gồm lực đẩy P buồng
điều khiển của nhiên liệu trong buồng điều khiển và lực đàn hồi P đàn hồi của lị xo của lị xo).

Q trình hoạt động của kim phun:
 Kim phun đóng (khơng phun):
Ở trạng thái này cuộn dây của van đện từ không được cấp tín hiệu điều khiển từ
ECM nên van hai chiều đóng, do đó lỗ tiết lưu dầu hồi bị bịt kín, nhiên liệu từ đường

Hệ Thống Nhiên Liệu Common Rail‎ Động Cơ ISUZU-4JK1

25