HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL TRÊN ĐỘNG CƠ 3.2L DURATORQ – TDCI XE FORD RANGER 2020

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP...............................................................................................................iNHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.........................................................................................iiPHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN .....................................................iiiPHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ........................................................ivLỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................................vTÓM TẮT................................................................................................................................viMỤC LỤC ..............................................................................................................................viiDANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .........................................................................................xiDANH MỤC HÌNH ẢNH .....................................................................................................xiiiDANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................................xviMỞ ĐẦU ..................................................................................................................................11. Tính cấp thiết của đề tài ..............................................................................................12. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu ..............................................................................13. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...............................................................................24. Ý nghĩa của đề tài........................................................................................................2NỘI DUNG...............................................................................................................................3CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................................31.1. Tổng quan về động cơ Diesel ..................................................................................31.1.1. Nhà phát minh Rudolf Diesel ...............................................................................31.1.2. Sự hình thành hỗn hợp trong các động cơ Diesel đầu tiên...................................41.1.3. Ứng dụng động cơ Diesel trên Ô tô......................................................................61.1.4. Những yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ Diesel ..........81.1.5. Phát triển động cơ Diesel hiện tại.........................................................................81.1.6. Giới thiệu về hệ thống Common Rail Diesel .......................................................91.2. Nhiên liệu Diesel....................................................................................................111.2.1. Tiêu chí đánh giá chất lượng ..............................................................................111.2.2. Số cetane, trị số cetane .......................................................................................12viii1.2.3. Giới hạn sôi.........................................................................................................131.2.4. Điểm chớp cháy..................................................................................................131.2.5. Tỷ trọng ..............................................................................................................131.2.6. Độ nhớt ...............................................................................................................141.2.7. Bôi trơn...............................................................................................................141.2.8. Hàm lượng lưu huỳnh.........................................................................................141.2.9. Nước trong nhiên liệu.........................................................................................141.2.10. Chất phụ gia........................................................................................................15CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL......162.1. Sơ lược về hệ thống Common Rail........................................................................162.2. Chức năng của hệ thống Common Rail .................................................................162.3. Những cải tiến và ưu điểm của hệ thống Common Rail........................................182.4. Sự phát triển của hệ thống Common Rail qua từng thời kì ...................................182.5. Sơ đồ hệ thống Common Rail................................................................................202.6. Nguyên lí hoạt động chung của hệ thống nhiên liệu Common Rail......................212.7. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận trong hệ thống nhiên liệuCommon Rail .....................................................................................................................212.7.1. Bình chứa nhiên liệu...........................................................................................212.7.2. Bầu lọc nhiên liệu...............................................................................................222.7.3. Bơm tiếp vận.......................................................................................................232.7.3.1. Bơm tiếp vận loại cánh gạt đơn ...................................................................232.7.3.2. Bơm tiếp vận loại bánh răng ăn khớp trong ................................................242.7.3.3. Bơm tiếp vận loại bánh răng ăn khớp ngoài................................................242.7.4. Bơm cao áp.........................................................................................................252.7.4.1. Bơm cao áp loại 2 piston .............................................................................252.7.4.2. Bơm cao áp loại 3 piston .............................................................................262.7.4.3. Bơm cao áp loại 4 piston .............................................................................272.7.5. Van điều khiển lưu lượng nhiên liệu SCV (Suction Control Valve) .................282.7.6. Van điều chỉnh áp suất cao.................................................................................30ix2.7.7. Ống phân phối (ống Rail) ...................................................................................312.7.7.1. Cảm biến áp suất ống Rail ...........................................................................312.7.7.2. Van giới hạn áp suất ....................................................................................322.7.7.3. Bộ giảm chấn ...............................................................................................342.7.8. Kim phun ............................................................................................................362.7.8.1. Cấu tạo .........................................................................................................362.7.8.2. Đặc tính phun...............................................................................................372.7.8.3. Hoạt động của kim phun..............................................................................382.7.8.4. Kim phun loại van điện từ ...........................................................................392.7.8.5. Kim phun Piezo ...........................................................................................41CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG COMMON RAIL TRÊN ĐỘNG CƠ 3.2L DURATORQ TDCi .......................................................................................................................................423.1. Tổng quan hệ thống nhiên liệu Common Rail.......................................................423.2. Hệ thống Common Rail sử dụng công nghệ TDCi................................................433.3. Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common Rail ...................................................443.4. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 3.2L Duratorq – TDCi.....443.4.1. Hệ thống nhiên liệu áp suất thấp ........................................................................463.4.2. Hệ thống nhiên liệu áp suất cao..........................................................................473.4.3. Bơm cao áp (CP3) ..............................................................................................483.4.4. Ống phân phối (ống Rail) ...................................................................................503.4.5. Kim phun ............................................................................................................523.5. Hệ thống điều khiển ...............................................................................................533.5.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển ..................................................................................533.5.2. Các cảm biến trong hệ thống ..............................................................................543.5.2.1. Cảm biến vị trị bàn đạp ga (APP)................................................................553.5.2.2. Công tắc vị trí bàn đạp phanh (BPP) ...........................................................573.5.2.3. Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP)................................................................583.5.2.4. Cảm biến vị trí trục cam (CMP) ..................................................................593.5.2.5. Cảm biến nhiệt độ không khí nạp (IAT)......................................................60x3.5.2.6. Cảm biến lưu lượng không khí nạp (MAF).................................................613.5.2.7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT)......................................................633.5.2.8. Cảm biến áp suất ống Rail (FRP) ................................................................653.5.2.9. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (FRT)............................................................673.6. Một số hệ thống phụ trợ khác ................................................................................683.6.1. Hệ thống tuần hoàn khí thải (ERG)....................................................................683.6.2. Bugi sấy ..............................................................................................................713.6.3. Turbo tăng áp......................................................................................................733.6.4. Bộ dẫn động turbo tăng áp..................................................................................763.7. Hệ thống Common Rail của Ford so với những hãng khác...................................78CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN ...........................................................................824.1. Giới thiệu về chẩn đoán sự cố................................................................................824.1.1. MIL (MALFUNCTION INDACATOR LIGHT) ..............................................824.1.2. Mã chẩn đoán hư hỏng DTC (Diagnostic Trouble Codes).................................824.1.3. Quy trình chẩn đoán cơ bản................................................................................834.2. Quy trình kiểm tra, chẩn đoán kim phun ...............................................................834.3. Quy trình chẩn đoán hệ thống nhiên liệu...............................................................874.4. Quy trình chẩn đoán và xóa mã lỗi bằng máy chẩn đoán Autel DS808................99CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................1045.1. Kết luận................................................................................................................1045.2. Đề xuất và kiến nghị ............................................................................................104PHỤ LỤC..............................................................................................................................106Các triệu chứng hư hỏng thường gặp của hệ thống nhiên liệu Common Rail.................106Danh sách các mã chẩn đoán hư hỏng (DTCs)................................................................109TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................112

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

- -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL TRÊN

ĐỘNG CƠ 3.2L DURATORQ – TDCI XE FORD

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

- -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL TRÊN

ĐỘNG CƠ 3.2L DURATORQ – TDCI XE FORD

Trang 3

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Giảng viên hướng dẫn: ĐT:

Ngày nhận đề tài: 12/04/2021 Ngày nộp đề tài: 11/08/2021

1 Tên đề tài : Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 3.2L Duratorq – TDCi

xe Ford Ranger 2020

2 Tài liệu tham khảo:

- Giáo trình điều khiển động cơ của PGS.TS Đỗ Văn Dũng

- Diesel Engine Management – Konrad Reif Ed

- Engine Modeling and Control – Rolf Isermann

- Common Rail (BOSCH)

- Common Rail (DENSO)

- Tài liệu xe Ford Ranger 3.2L TDCi hãng Ford

3 Nội dung thực hiện đề tài:

- Nghiên cứu tổng quan về động cơ Diesel và nhiên liệu Diesel

- Tìm hiểu hệ thống nhiên liệu Comman Rail

- Nghiên cứu hệ thống nhiên liệu điện tử Common Rail trên xe Ford Ranger 3.2L

TDCi 2020

- Quy trình chẩn đoán hệ thống nhiên liệu điện tử Common Rail trên xe Ford

Ranger 3.2L TDCi 2020

4 Sản phẩm của đề tài:

- Tài liệu thuyết minh + file mềm

TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: MSSV: Họ và tên sinh viên: MSSV: Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Tên đề tài: Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 3.2L Duratorq – TDCi xe Ford Ranger 2020 Giảng viên hướng dẫn: NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: ………

………

2 Ưu điểm: ………

………

3 Khuyết điểm: ………

………

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không: ………

5 Đánh giá loại: ………

6 Điểm: ……… (Bằng chữ……… )

Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

Trang 5

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: MSSV: Họ và tên sinh viên: MSSV: Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Tên đề tài: Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 3.2L Duratorq – TDCi xe Ford Ranger 2020 Giảng viên phản biện: ………

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: ………

………

2 Ưu điểm: ………

………

3 Khuyết điểm: ………

………

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không: ………

5 Đánh giá loại: ………

6 Điểm: ……… (Bằng chữ……… )

Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

Trang 6

LỜI CẢM ƠN

Được sự phân công của Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao – Trường Đại Học Sư Phạm

Kỹ Thuật TP.HCM và sự đồng ý của Thầy Châu Quang Hải, nhóm đã chọn và thực hiện đề tài nghiên cứu “Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 3.2L Duratorq - TDCi xe Ford Ranger 2020” Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã nhận rất nhiều sự quan tâm và giúp đỡ để hoàn thành đề tài nghiên cứu một cách tốt nhất

Lời đầu tiên, nhóm em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới đã nhiệt tình chỉ dẫn, quan tâm đến nhóm em trong suốt quá trình thực hiện đề tài Những nhận xét của Thầy giúp chúng em biết cách xử lý tài liệu một cách hiệu quả nhất và đem lại tính thực tế cho đề tài Đồng thời xin cảm ơn đến các bạn sinh viên tập thể lớp đã có những đóng góp ý kiến khách quan giúp đề tài của nhóm nghiên cứu được hoàn thiện hơn

Bài đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn học cùng lớp để giúp bài khóa luận hoàn thiện hơn

Lời sau cùng, nhóm nghiên cứu xin kính chúc quý thầy cô trong khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao nói riêng và quý thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nhiều sức khỏe, niềm tin và vững bước dìu dắt những thế hệ mai sau

Nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn!

Trang 7

TÓM TẮT

Nhận thấy rằng, ô tô đã và đang trở thành một phương tiện không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại Không dừng lại ở việc phục vụ cho nhu cầu đi lại mà giờ đây ô tô còn được tích hợp nhiều tiện ích, phục vụ cho nhiều mục đích khác Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, con người đã không ngừng nghiên cứu và cải tạo phát triển các công nghệ,

kỹ thuật phun nhiên liệu tiên tiến ở động cơ Diesel

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

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

sử dụng Ngành ô tô đã có những bước tiến bộ vượt bậc về thành tựu kỹ thuật mới, đặc biệt là công nghệ phun nhiên liệu điện tử được áp dụng trên ô tô Việc ô nhiễm môi trường

do hệ thống động cơ Diesel truyền thống gây ra và việc xây dựng hệ thống điều khiển động

cơ Diesel hiện đại với những thiết bị giúp ích cho việc điều khiển là điều cần thiết

Chính vì vậy, nhóm chúng em quyết định chọn nghiên cứu đề tài "Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 3.2L Duratorq – TDCi xe Ford Ranger 2020" Đây

như một tài liệu tham khảo đáng tin cậy mà nhóm đã tìm hiểu và góp nhặt kiến thức từ nhiều nguồn uy tín Không thể xem là bản đầy đủ nhất nhưng đây sẽ là một tài liệu giúp bạn đọc có một cái nhìn tổng quan, sâu sắc hơn hệ thống nhiên liệu Common Rail và có

thể dùng nó như là một tài liệu tham khảo và học tập hữu ích

Với thời gian vài tháng nghiên cứu và thực hiện, nhóm chúng em đã hoàn thành được nhiệm vụ đề ra Nội dung:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về hệ thống nhiên liệu Common Rail

Chương 3: Hệ thống Common Rail trên động cơ 3.2L Duratorq - TDCi

Chương 4: Quy trình chẩn đoán

Chương 5: Kết luận và Đề nghị

Trang 8

MỤC LỤC

Trang

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iv

LỜI CẢM ƠN v

TÓM TẮT vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH xiii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xvi

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa của đề tài 2

NỘI DUNG 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về động cơ Diesel 3

1.1.1 Nhà phát minh Rudolf Diesel 3

1.1.2 Sự hình thành hỗn hợp trong các động cơ Diesel đầu tiên 4

1.1.3 Ứng dụng động cơ Diesel trên Ô tô 6

1.1.4 Những yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ Diesel 8

1.1.5 Phát triển động cơ Diesel hiện tại 8

1.1.6 Giới thiệu về hệ thống Common Rail Diesel 9

1.2 Nhiên liệu Diesel 11

1.2.1 Tiêu chí đánh giá chất lượng 11

1.2.2 Số cetane, trị số cetane 12

Trang 9

1.2.3 Giới hạn sôi 13

1.2.4 Điểm chớp cháy 13

1.2.5 Tỷ trọng 13

1.2.6 Độ nhớt 14

1.2.7 Bôi trơn 14

1.2.8 Hàm lượng lưu huỳnh 14

1.2.9 Nước trong nhiên liệu 14

1.2.10 Chất phụ gia 15

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL 16

2.1 Sơ lược về hệ thống Common Rail 16

2.2 Chức năng của hệ thống Common Rail 16

2.3 Những cải tiến và ưu điểm của hệ thống Common Rail 18

2.4 Sự phát triển của hệ thống Common Rail qua từng thời kì 18

2.5 Sơ đồ hệ thống Common Rail 20

2.6 Nguyên lí hoạt động chung của hệ thống nhiên liệu Common Rail 21

2.7 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận trong hệ thống nhiên liệu Common Rail 21

2.7.1 Bình chứa nhiên liệu 21

2.7.2 Bầu lọc nhiên liệu 22

2.7.3 Bơm tiếp vận 23

2.7.3.1 Bơm tiếp vận loại cánh gạt đơn 23

2.7.3.2 Bơm tiếp vận loại bánh răng ăn khớp trong 24

2.7.3.3 Bơm tiếp vận loại bánh răng ăn khớp ngoài 24

2.7.4 Bơm cao áp 25

2.7.4.1 Bơm cao áp loại 2 piston 25

2.7.5 Van điều khiển lưu lượng nhiên liệu SCV (Suction Control Valve) 28

2.7.6 Van điều chỉnh áp suất cao 30

Trang 10

2.7.7 Ống phân phối (ống Rail) 31

2.7.7.1 Cảm biến áp suất ống Rail 31

2.7.7.2 Van giới hạn áp suất 32

2.7.7.3 Bộ giảm chấn 34

2.7.8 Kim phun 36

2.7.8.1 Cấu tạo 36

2.7.8.2 Đặc tính phun 37

2.7.8.3 Hoạt động của kim phun 38

2.7.8.4 Kim phun loại van điện từ 39

2.7.8.5 Kim phun Piezo 41

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG COMMON RAIL TRÊN ĐỘNG CƠ 3.2L DURATORQ - TDCi 42

3.1 Tổng quan hệ thống nhiên liệu Common Rail 42

3.2 Hệ thống Common Rail sử dụng công nghệ TDCi 43

3.3 Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common Rail 44

3.4 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 3.2L Duratorq – TDCi 44

3.4.1 Hệ thống nhiên liệu áp suất thấp 46

3.4.2 Hệ thống nhiên liệu áp suất cao 47

3.4.3 Bơm cao áp (CP3) 48

3.4.4 Ống phân phối (ống Rail) 50

3.4.5 Kim phun 52

3.5 Hệ thống điều khiển 53

3.5.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển 53

3.5.2 Các cảm biến trong hệ thống 54

3.5.2.1 Cảm biến vị trị bàn đạp ga (APP) 55

3.5.2.2 Công tắc vị trí bàn đạp phanh (BPP) 57

3.5.2.3 Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP) 58

3.5.2.4 Cảm biến vị trí trục cam (CMP) 59

3.5.2.5 Cảm biến nhiệt độ không khí nạp (IAT) 60

Trang 11

3.5.2.6 Cảm biến lưu lượng không khí nạp (MAF) 61

3.5.2.7 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT) 63

3.5.2.8 Cảm biến áp suất ống Rail (FRP) 65

3.5.2.9 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (FRT) 67

3.6 Một số hệ thống phụ trợ khác 68

3.6.1 Hệ thống tuần hoàn khí thải (ERG) 68

3.6.2 Bugi sấy 71

3.6.3 Turbo tăng áp 73

3.6.4 Bộ dẫn động turbo tăng áp 76

3.7 Hệ thống Common Rail của Ford so với những hãng khác 78

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN 82

4.1 Giới thiệu về chẩn đoán sự cố 82

4.1.1 MIL (MALFUNCTION INDACATOR LIGHT) 82

4.1.2 Mã chẩn đoán hư hỏng DTC (Diagnostic Trouble Codes) 82

4.1.3 Quy trình chẩn đoán cơ bản 83

4.2 Quy trình kiểm tra, chẩn đoán kim phun 83

4.3 Quy trình chẩn đoán hệ thống nhiên liệu 87

4.4 Quy trình chẩn đoán và xóa mã lỗi bằng máy chẩn đoán Autel DS808 99

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 104

5.1 Kết luận 104

5.2 Đề xuất và kiến nghị 104

PHỤ LỤC 106

Các triệu chứng hư hỏng thường gặp của hệ thống nhiên liệu Common Rail 106

Danh sách các mã chẩn đoán hư hỏng (DTCs) 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

Trang 12

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ACEA Association of Ẻuropean Automobile Manufacturers

A/F Air/Fuel

AFS Air Flow Sensor

APP Accelerator-Pedal Position Sensor

BS Brake Switch

BPP Brake Pedal Position Switch

CFPP Cold Filter Plugging Point

CRDI Common Rail Direct Injection

CKP Crankshaft Position Sensor

CMP Camshaft Position Sensor

ECU Engine Control Unit

ECM Electronic Control Module

ECT Engine Coolant Temperature Sensor

EDC Electronic Diesel Control

EFI Electronic Fuel Inject

EGR Exhaust Gas Recirculation

FF Fuel Filter

FRP Fuel Rail Pressure Sensor

FRT Fuel Rail Temperature Sensor

FTS Fuel Temperature Sensor

HFRR Hight-Frequency Reciprocating Rig

IAT Intake Air Temperature Sensor

KOEO Key ON, Engine OFF

KOER Key ON, Engine Run

MAN Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg

Trang 13

MAF Mass Air Flow Sensor

MAP Manifold Absolute Pressure Sensor

NOx Oxides of Nitrogen

NO Ni-tơ Monoxit

PCV Pressure Control Valve

PM Particulate Matter

RPS Rail Pressure Sensor

SO2 Sulfur dioxide

SCV Suction Control Valve

SPV Spill Control Valve

TCV Timing Control Valve

TDC Top Dead Center

VCV Volume Control Valve

VGT Variable Geometry Turbocharge

Trang 14

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang

Hình 1.1: Động cơ Diesel đầu tiên 3

Hình 1.2: Động cơ Diesel của Langen và Wolf năm 1898 4

Hình 1.3: Kim phun nhiên liệu để phun khí nén của động cơ diesel (1895) 5

Hình 1.4: Động cơ buồng đốt trước 5

Hình 1.5: Xe tải của MAN năm 1926 7

Hình 1.6: Chiếc xe Mercedes 260D 8

Hình 1.7: Nhiên liệu tham khảo để thử nghiệm số cetane 12

Hình 2.1: Hệ thống nhiên liệu Common Rail so với hệ thống phun thông thường 17

Hình 2.2: Hệ thống common rail DENSO ECD-U2P 19

Hình 2.3: Hệ thống Common Rail BOSCH 20

Hình 2.4: Sơ đồ chung của hệ thống Common Rail (BOSCH EDC16) 20

Hình 2.5: Bình chứa nhiên liệu 22

Hình 2.6: Bộ lọc tách nước 22

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo bơm tiếp vận loại cánh gạt đơn 23

Hình 2.8: Sơ đồ cấu tạo của bơm bánh răng ăn khớp trong 24

Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo của bơm bánh răng ăn khớp ngoài 24

Hình 2.10: Bơm cao áp loại hai piston 25

Hình 2.11: Nguyên lý hoạt động của bơm loại hai piston 26

Hình 2.12: Cấu tạo bơm cao áp loại ba piston 27

Hình 2.13: Nguyên lý hoạt động của bơm loại ba piston 27

Hình 2.14: Cấu tạo bơm cao áp loại bốn piston 28

Hình 2.15: Nguyên lý hoạt động của bơm loại bốn piston 28

Hình 2.16: Cấu tạo van SCV 29

Hình 2.17: Giản đồ điều khiển van SCV 29

Hình 2.18: Van điều chỉnh áp suất cao 30

Hình 2.19: Cấu tạo ống rail 31

Hình 2.20: Cảm biến áp suất ống rail 32

Hình 2.21: Cảm biến áp suất ống rail loại Piezo 32

Hình 2.22: Van giới hạn áp suất 33

Hình 2.23: Hoạt động của van giới hạn áp suất 33

Hình 2.24: Cấu tạo bộ giảm chấn 34

Hình 2.25: Nguyên lí hoạt động loại piston và viên bi 35

Hình 2.26: Nguyên lí hoạt động loại chỉ có piston 35

Hình 2.27: Kim phun 36

Hình 2.28: Cấu tạo kim phun 37

Hình 2.29: Cấu tạo kim phun loại van điện từ 39

Hình 2.30: Lúc kim phun chưa hoạt động 39

Hình 2.31: Lúc kim phun hoạt động 40

Hình 2.32: Kim phun Piezo 41

Trang 15

Hình 3.1: Sự so sánh giữa hệ thống CR và hệ thống bơm phun kiểu cũ theo áp suất bơm và

tốc độ động cơ 42

Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 3.2L Duratorq – TDCi 44 Hình 3.3: Sơ đồ mạch áp suất thấp của hệ thống 46

Hình 3.4: Sơ đồ mạch áp suất cao của hệ thống 47

Hình 3.5: Chi tiết trên bơm cao áp 48

Hình 3.6: Cấu tạo bơm cao áp CP3 49

Hình 3.7: Nguyên lí hoạt động của bơm cao áp CP3 49

Hình 3.8: Dòng truyền nhiên liệu 50

Hình 3.9: Thành phần ống rail 50

Hình 3.10: Cấu trúc kim phun 52

Hình 3.11: Cấu trúc kim phun 52

Hình 3.12: Sơ đồ cơ bản hệ thống điều khiển Common Rail 53

Hình 3.13: Động cơ Diesel 3.2L Duratorq – TDCi 54

Hình 3.14: Cấu tạo của cảm biến bàn đạp ga 55

Hình 3.15: Sơ đồ mạch nối giữa cảm biến vị trí bàn đạp ga (APP) và PCM 56

Hình 3.16: Đầu nối cảm biến vị trí bàn đạp ga 56

Hình 3.17: Đầu nối công tắc vị trí bàn đạp phanh bàn đạp 58

Hình 3.18: Cảm biến vị trị trục khuỷu 58

Hình 3.19: Sơ đồ mạch nối giữa cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP) và PCM 59

Hình 3.20: Đầu nối cảm biến vị trí trục khuỷu 59

Hình 3.21: Sơ đồ mạch nối giữa cảm biến trục cam (CMP) và PCM 60

Hình 3.22: Đầu nối cảm biến CMP 60

Hình 3.23: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ khí nạp 60

Hình 3.24: Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp 62

Hình 3.25: Sơ đồ mạch nối giữa cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF) và PCM 62

Hình 3.26: Đầu nối cảm biến MAF 63

Hình 3.27: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát 64

Hình 3.28: Sơ đồ nối mạch giữa cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT) và PCM 64

Hình 3.29: Đầu nối cảm biến ECT 64

Hình 3.30: Cấu tạo cảm biến áp suất ống Rail 66

Hình 3.31: Sơ đồ mạch nối giữa cảm biến áp suất ống rail (FRP) và PCM 66

Hình 3.32: Đầu nối cảm biến FRP 66

Hình 3.33: Đầu nối cảm biến FRT 68

Hình 3.34: Sơ đồ hệ thống tuần hoàn khí thải 69

Hình 3.35: Sơ đồ các van của hệ thống EGR 70

Hình 3.36: Sơ đồ mạch nối của EGR với PCM 70

Hình 3.37: Nguyên lý hoạt động của VRV 71

Hình 3.38: Bugi sấy 72

Hình 3.39: Sơ đồ mạch nối của PCM với bugi sấy 73

Hình 3.40: Cấu tạo của Turbo tăng áp 74

Hình 3.41: Nguyên lý hoạt động của Turbo tăng áp 75

Trang 16

Hình 3.42: Nguyên lý hoạt động của bộ tăng áp hai Turbo 75

Hình 3.43: Cấu tạo bộ dẫn động Turbo tăng áp 77

Hình 3.44: Sơ đồ mạch nối giữa mô tơ bước và PCM 77

Hình 3.45: Các cánh điều chỉnh của Turbo hé mở một phần 78

Hình 3.46: Các cánh điều chỉnh của Turbo hé mở hoàn toàn 78

Hình 4.1: Biểu tượng đèn MIL 82

Hình 4.2: Mô tả mã chẩn đoán hư hỏng OBD II 83

Trang 17

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của nhiên liệu Diesel 11

Bảng 3.1: So sánh giữa hệ thống Common Rail và Bơm phun kiểu cũ 42

Bảng 3.2: Giá trị kiểm tra cảm biến vị trí bàn đạp ga 56

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật cảm biến IAT 61

Bảng 3.4: Giá trị kiểm tra cảm biến MAF 63

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật cảm biến ECT 65

Bảng 3.6: Giá trị kiểm tra cảm biến ECT 65

Bảng 3.7: Giá trị kiểm tra cảm biến FRP 67

Bảng 3.8: Giá trị kiểm tra cảm biến FRT 68

Trang 18

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Với sự tiến bộvề khoa học kỹ thuật nhân loại đã bước sang một tầm cao mới Rất nhiều các phát minh sáng chế xuất hiện có tính ứng dụng cao Là một quốc gia có nền kinh tế đang phát triển, nước ta đã và đang có những cải cách mở cửa mới để thúc đẩy nền kinh tế phát triển Việc tiếp nhận và áp dụng những thành tựu khoa học nhằm cải tạo và thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp mới, với mục đích đưa nước ta từ một nước nông nghiệp có nền kinh tế kém phát triển thành một nước công nghiệp hiện đại

Trong các ngành công nghiệp mới đang được nhà nước chú trọng phát triển thì ngành công nghiệp ô tô là một trong những ngành có tiềm năng và được đầu tư phát triển mạnh mẽ

Do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển mạnh

mẽ, nhu cầu của con người ngày càng được nâng cao Để đảm bảo độ an toàn, độ tin cậy cho con người, vận hành và chuyển động của xe rất nhiều hãng sản xuất như: Ford, Toyota, BMW,

… đã có nhiều cải tiến về mẫu mã, kiểu dáng công nghệ cũng như chất lượng phục vụ của xe nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng

Để đáp ứng được những yêu cầu đó thì các hệ thống, cơ cấu điều khiển ô tô nói chung

và về “Hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Diesel” nói riêng phải có sự hoạt động chính xác, độ bền cao và giảm ô nhiễm môi trường nhằm nâng cao công suất động cơ

Do vậy, đòi hỏi người kỹ thuật viên phải có trình độ hiểu biết học hỏi, sáng tạo để bắt nhịp với khoa học kỹ thuật tiên tiến để có thể chẩn đoán hư hỏng và đề ra phương pháp sửa chữa tối ưu Để nắm bắt được sự phát triển của hệ thống và trau dồi thêm vốn kiến thức, nhóm

chúng em đã chọn và tiến hành thực hiện đề tài “Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 3.2L Duratorq – TDCi xe Ford Ranger 2020”

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

 Mục đích nghiên cứu:

- Củng cố lại kiến thức về hệ thống điều khiển nhiên liệu động cơ Diesel đã học trong thời gian qua

Trang 19

- Tích lũy vốn từ vựng tiếng anh chuyên ngành ô tô thông qua việc dịch thuật sách và các tài liệu thu thập được

- Biết được cấu tạo, nguyên lí hoạt động của các chi tiết và hệ thống điều khiển điện tử của hệ thống nhiên liệu Common Rail

- Biên soạn đồ án trở thành tài liệu tham khảo có ích cho việc học tập, nghiên cứu cho các khóa học sau này

 Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Nghiên cứu tổng quan về lịch sử phát triển của động cơ Diesel

- Nghiên cứu về nhiên liệu Diesel và sự phát triển của hệ thống phun nhiên liệu trên động

cơ Diesel

- Nghiên cứu sự phát triển của hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ Diesel

- Nghiên cứu hệ thống điều khiển nhiên liệu Common Rail động cơ Diesel 3.2L TDCi

- Nghiên cứu các loại cảm biến và cơ cấu chấp hành

- Chẩn đoán hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Diesel 3.2L TDCi

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: Động cơ Diesel 3.2L Duratorq - TDCi xe Ford Ranger 2020

- Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tiến hành nghiên cứu hệ thống nhiên liệu Common Rail động cơ Diesel, gồm các cơ sở lý thuyết về động cơ Diesel, phân tích và đánh giá về nguyên lí của từng bộ phận dựa trên dữ liệu được cung cấp

4 Ý nghĩa của đề tài

Cùng với nhà trường từng bước đổi mới phương pháp dạy và học theo hướng sinh viên chủ động trong việc nắm bắt kiến thức, nghiên cứu về đề tài Giảng viên sẽ giữ vai trò hướng dẫn, hỗ trợ và định hướng nghiên cứu kiến thức Đề tài này sẽ giúp cho mọi người có cái nhìn tổng quan, sâu sắc hơn về vai trò, ý nghĩa của việc nghiên cứu hệ thống nhiên liệu Common Rail hiện đại so với hệ thống nhiên liệu kiểu truyền thống của động cơ Diesel Đây sẽ là một tài liệu tham khảo có ích và hỗ trợ đắc lực cho các bạn sinh viên trong quá trình học tập, nghiên cứu và phát triển

Trang 20

NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về động cơ Diesel

1.1.1 Nhà phát minh Rudolf Diesel

Rudolf Diesel (1858-1913) sinh ra ở Paris, năm 14 tuổi ông quyết định muốn trở thành một kỹ sư Ông đã vượt qua kỳ thi cuối cùng tại Munich Polytechnic (Đức) với điểm số tốt nhất đạt được cho đến thời điểm đó

Rudolf Diesel có ý tưởng là thiết kế một động cơ có hiệu suất cao hơn đáng kể so với động cơ hơi nước vốn phổ biến vào thời điểm đó Theo một lý thuyết của nhà vật lý người Pháp (Sadi Carnot), một động cơ dựa trên chu trình đẳng nhiệt có thể được vận hành với mức hiệu suất cao hơn 90% Diesel đã phát triển động cơ của mình ban đầu trên giấy và dựa trên các mẫu xe Carnot

Hình 1.1: Động cơ Diesel đầu tiên

Các công ty có kinh nghiệm trong việc chế tạo động cơ như Gasmotoren-Fabrik Deutz

AG, đã tránh xa dự án của Diesel Áp suất nén yêu cầu 250 bar vượt quá những gì có vẻ khả thi về mặt kỹ thuật Năm 1893, sau nhiều tháng nỗ lực, Diesel cuối cùng đã thành công trong việc đạt được thỏa thuận hợp tác với Maschinenfabrik Augsburg- Nürnberg (MAN)

Trang 21

Hình 1.2: Động cơ Diesel của Langen và Wolf năm 1898

Nguyên lý tự động đánh lửa - tức là phun nhiên liệu vào không khí, được nén và đốt nóng trong quá trình nén đã được ứng dụng trong động cơ này Trong động cơ thử nghiệm thứ hai, nhiên liệu được phun với sự trợ giúp của khí nén Động cơ cũng được cung cấp một hệ thống làm mát bằng nước Mãi cho đến khi động cơ thử nghiệm thứ ba, một thiết kế mới với máy bơm khí một cấp để bơm khí nén thì bước đột phá đã tạo ra

1.1.2 Sự hình thành hỗn hợp trong các động cơ Diesel đầu tiên

 Bơm khí nén

Rudolf Diesel đã không có cơ hội nén nhiên liệu đến áp suất cần thiết để phun phân tán

Do đó, động cơ diesel đầu tiên từ năm 1897 đã hoạt động với phun khí nén nhờ đó nhiên liệu được đưa vào xi lanh với sự trợ giúp của khí nén

Quá trình này, sau đó đã được Daimler sử dụng trong các động cơ Diesel cho xe tải Kim phun nhiên liệu có một cửa cho nguồn cấp khí nén (Hình 1.3) và một cửa cho nguồn cấp nhiên liệu (2) Một máy nén tạo ra khí nén, chảy vào van Khi vòi phun (3) mở, không khí thổi vào buồng đốt cũng cuốn nhiên liệu vào và trong dòng chảy hai pha này tạo ra các giọt nhỏ cần thiết cho quá trình hóa hơi nhanh và do đó tự động bốc cháy

Vấn đề ở quá trình này là vì: áp suất thấp ở vòi phun , độ hòa trộn của hỗn hợp không khí và nhiên liệu vào buồng đốt không cao Do đó, loại hình hỗn hợp này không phù hợp với lượng nhiên liệu phun cao hơn (tải động cơ cao) và tốc độ động cơ cao

Trang 22

Hình 1.3: Kim phun nhiên liệu để phun khí nén của động cơ diesel (1895)

 Động cơ buồng đốt trước

Hình 1.4: Động cơ buồng đốt trước

1: van nhiên liệu 2: dây sấy nóng 3: buồng đốt phụ 4: họng phun

Trang 23

Động cơ Diesel Benz là một động cơ buồng đốt trước Sự hình thành hỗn hợp trong buồng đốt chính của quá trình này vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay, được đảm bảo bằng cách đốt một phần trong buồng đốt trước

Buồng đốt chính và buồng đốt trước được liên kết với nhau bằng các lỗ nhỏ Thể tích của buồng đốt trước là khoảng một phần năm của buồng nén Toàn bộ lượng nhiên liệu được bơm vào khoảng 230 đến 250 bar vào buồng đốt trước Do lượng không khí hạn chế trong buồng đốt trước, chỉ một lượng nhỏ nhiên liệu có thể đốt cháy Do sự gia tăng áp suất trong buồng đốt trước gây ra bởi quá trình đốt cháy một phần, nhiên liệu chưa được đốt cháy được đưa vào buồng đốt chính tiếp tục hòa trộn với không khí trong buồng đốt chính

Chức năng của buồng đốt trước ở đây là tạo thành hỗn hợp Quá trình này còn được gọi là phun gián tiếp, cuối cùng đã được thực hiện và vẫn là quá trình chiếm ưu thế cho đến khi các phát triển về phun nhiên liệu có thể cung cấp áp suất phun cần thiết để tạo thành hỗn hợp trong buồng đốt chính

 Phun trực tiếp

Động cơ Diesel (MAN) đầu tiên hoạt động với phun trực tiếp, theo đó nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt thông qua một vòi phun Động cơ này sử dụng nhiên liệu là một

loại dầu rất nhẹ, được máy nén khí đưa vào buồng đốt

Trong lĩnh vực xe thương mại, động cơ phun trực tiếp xuất hiện trở lại vào những năm

1960 và dần thay thế động cơ buồng đốt trước Xe ô tô chở khách tiếp tục sử dụng động cơ buồng đốt trước vì mức độ tiếng ồn của quá trình cháy thấp Cho đến những năm 1990, khi chúng được thay thế nhanh chóng bằng động cơ phun nhiên liệu trực tiếp

1.1.3 Ứng dụng động cơ Diesel trên Ô tô

 Động cơ Diesel trong xe thương mại

Do áp suất xi lanh cao, các động cơ Diesel đầu tiên lớn và nặng, do đó hoàn toàn không phù hợp cho các nhu cầu sử dụng trên xe Mãi đến đầu những năm 1920, những động cơ Diesel đầu tiên mới có thể được triển khai trên những chiếc xe thương mại

Trang 24

Hình 1.5: Xe tải của MAN năm 1926

Năm 1923, động cơ Diesel đầu tiên cho phương tiện giao thông đường bộ được lắp đặt trên xe tải 5 tấn Những động cơ buồng đốt trước bốn xi lanh này có thể tích công tác là 8,8l cung cấp 45bhp đến 50bhp

Động cơ Diesel ngày càng phát triển mạnh mẽ theo thời gian Loại động cơ đầu tiên là bốn xi lanh với công suất 40bhp Đến năm 1928, công suất đầu ra của động cơ là hơn 60bhp không còn là bất thường Cuối cùng, những động cơ mạnh hơn với sáu và tám xi lanh đã được sản xuất cho xe thương mại hạng nặng

Động cơ Diesel đột phá vào năm 1932 với một loạt xe tải được cung cấp bởi công ty Daimler-Benz, chúng được cho ra đời vào năm 1926 với sự hợp nhất của các nhà sản xuất ô

tô Daimler và Benz Với mô hình L2000 có tải trọng 2 tấn và tổng trọng lượng cho phép gần 5 tấn Nó được trang bị động cơ bốn xi lanh OM59 với dung tích 3,8l và 55bhp Phạm vi mở rộng là mô hình L5000 (tải trọng 5 tấn, tổng trọng lượng cho phép 10,8 tấn)

Cho đến ngày nay, động cơ Diesel vẫn duy trì vị trí thống lĩnh của mình trong lĩnh vực

ô tô thương mại về hiệu quả tính kinh tế của nó Hầu như tất cả các xe chở hàng nặng đều được điều khiển bởi động cơ Diesel

Trang 25

 Động cơ Diesel trong xe khách

Năm 1936, khi chiếc Mercedes 260D xuất hiện với động cơ Diesel bốn xi lanh và công suất 45bhp Với hệ thống tăng áp khí thải và hệ thống phun nhiên liệu áp suất cao mới, động

cơ diesel hiện đang đứng ngang hàng với đối tác động cơ xăng Bởi vì động cơ diesel không giống như động cơ xăng, nó cũng có thể được tăng áp ở dải tốc độ thấp hơn, dẫn đến mô men xoắn cao và hiệu suất lái rất tốt Điều này đã dẫn đến việc nó ngày càng được chấp thuận trong giới lái xe ô tô ở châu Âu thời điểm bấy giờ

1.1.4 Những yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ Diesel

Nhiên liệu phun vào ở dạng tơi sương có áp suất phun cao, lượng nhiên liệu cung cấp phải chính xác, phù hợp với tải trọng động cơ, thời điểm phun phải đúng, phun nhanh và dứt khoát

Phun đúng thứ tự làm việc của động cơ Áp suất phun, lượng nhiên liệu phun, thời điểm phun phải như nhau ở các xylanh

Hình dạng buồng đốt phải tạo ra sự xoáy lốc, khi nhiên liệu phun vào sẽ hòa trộn với không khí trong xylanh

1.1.5 Phát triển động cơ Diesel hiện tại

Ra đời sớm nhưng động cơ Diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải ô nhiễm Tuy nhiên cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ, các vấn

đề được giải quyết và Diesel ngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn

Hình 1.6: Chiếc xe Mercedes 260D

Trang 26

Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây ô nhiễm môi trường Động

cơ Diesel có tính hiệu quả kinh tế hơn là động cơ xăng, tuy nhiên vấn đề về tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong việc sử dụng động cơ Diesel

Động cơ Diesel được phát minh vào năm 1892 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 Đến năm 1927 Robert Bosh mới phát triển bơm cao áp (bơm phun Bosch lắp cho động cơ Diesel trên ô tô thương mại và ô tô khách vào năm 1936)

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

- Tăng tốc độ phun để giảm nồng độ bồ hóng do tăng khả năng 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

Hiện nay các nhược điểm đó đã được khắc phục bằng cách cải tiến một số bộ phận của

hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử như:

- Bơm cao áp điều khiển điện tử

- Vòi phun điện tử

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

Nhờ sự phát triển và cải tiến trong việc điều khiển tự động hệ thống nhiên liệu Diesel, năm 1986 Bosch đã đưa ra thị trường hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel điều khiển bằng điện tử được gọi là hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel Cho đến ngày nay hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail Diesel đã được hoàn thiện Do đó làm tăng hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu được nâng cao hơn

1.1.6 Giới thiệu về hệ thống Common Rail Diesel

Trang 27

Động cơ Diesel với khả năng về tính kinh tế nhiên liệu và công suất lớn, đang ngày càng phổ biến Sự phát triển của hệ thống Common Rail là một dấu mốc quan trọng trong việc nâng cao khả năng của động cơ Diesel DENSO đã đưa ra hệ thống Common Rail đầu tiên trên thế giới từ năm 1995 và từ đó kéo theo sự phát triển của công nghệ động cơ Diesel nhằm đáp ứng yêu cầu của khách hàng cũng như các luật về khí thải trên toàn thế giới

Hệ thống điều khiển động cơ Diesel của DENSO sẽ mở rộng bao gồm cả khí nạp vào

và điều khiển tái tuần hoàn khí xả (EGR) và xử lý khí thải, thêm nữa hệ thống Common Rail được xem là lõi của cả hệ thống điều khiển

Hệ thống Common Rail lưu trữ nhiên liệu áp suất cao trong ống Rail và phun nhiên liệu vào xi lanh của động cơ với thời điểm phun được điều khiển bởi bộ điều khiển động cơ ECU, cho phép phun nhiên liệu áp suất cao không phụ thuộc vào tốc độ động cơ Kết quả là

hệ thống Common Rail có thể làm giảm các chất gây hại như oxit nitơ (NOx) và phần tử hạt (PM) thải ra và tăng công suất động cơ

Trong động cơ Diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống rail và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu Lợi ích của vòi phun Common Rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra ở áp suất rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, kiểm soát lượng phun, thời điểm phun Do đó làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn

DENSO dẫn đầu trong công nghiệp làm tăng áp suất nhiên liệu và tối đa hóa chính xác thời điểm phun và lượng phun, nhằm đạt được khí thải sạch hơn và động cơ mạnh hơn Hệ thống Common Rail của DENSO được cung cấp tới nhiều loại xe khác nhau bao gồm xe khách

và xe thương mại

Hệ thống phun nhiên liệu Diesel DENSO:

- Hệ thống Common Rail với áp suất phun tối đa 1800 Bar (5 lần phun trong một chu kỳ) giúp giảm mạnh mẽ khí oxit Nitơ (NOx) và phần tử hạt (PM)

- Phiên bản mới nhất của hệ thống Common Rail của DENSO đạt tiêu chuẩn khí thải EURO 4 mà không cần sử dụng bộ lọc phần tử Diesel đắt đỏ

- Hệ thống Common Rail có cấu tạo nhỏ gọn nhất

Trang 28

- Cam kết nâng cao chất lượng, độ tin cậy lớn hơn và hệ thống được thiết kế để đáp ứng những luật về khí thải ngày càng khắt khe

1.2 Nhiên liệu Diesel

Nhiên liệu Diesel là sản phẩm chế biến từ dầu mỏ Thành phần của nó là hỗn hợp của nhiều cacbonhydro khác nhau có lẫn một số tạp chất với hàm lượng nhỏ Nhiên liệu Diesel ít bay hơi hơn xăng Đặc trưng của nhiên liệu Diesel là khả năng tự cháy ở áp suất và nhiệt độ cao

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đối với nhiên liệu Diesel, các nhà máy lọc dầu đang ngày càng bổ sung các sản phẩm chuyển đổi, tức là các sản phẩm xúc tác Các sản phẩm xúc tác này thu được bằng cách phá vỡ các phân tử dầu nặng hơn

1.2.1 Tiêu chí đánh giá chất lượng

Tiêu chuẩn giới hạn nhằm đảm bảo sự hoạt động của xe không gặp sự cố và hạn chế gây ô nhiễm

Nhiên liệu diesel chất lượng cao được đặc trưng bởi các tính năng sau:

- Số cetane cao

- Điểm sôi tương đối thấp

- Tỉ trọng thấp

- Các hợp chất thơm thấp (đặc biệt là các hợp chất đa sắc)

- Hàm lượng lưu huỳnh thấp

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của nhiên liệu Diesel

Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu

Trang 29

Hình 1.7: Nhiên liệu tham khảo để thử nghiệm số cetane

Số cetane là thước đo mức độ bốc cháy của nhiên liệu Diesel ở nhiệt độ nén cao thể hiện khả năng tự cháy của nhiên liệu Diesel Được tính toán dựa trên cơ sở mật độ nhiên liệu

và các điểm khác nhau trên đường cong sôi Thông số toán học này không tính đến chất lượng cháy bị ảnh hưởng do chất cải tạo Số cetane càng cao, nhiên liệu tự bốc cháy (tự động đánh

Trang 30

lửa) càng tốt và độ trễ đánh lửa ngắn khi được phun vào trong buồng đốt cùng với không khí được nén ở nhiệt độ cao

Tuy nhiên, một thông số khác đặc trưng về khả năng tự cháy của nhiên liệu diesel là trị

số cetane Trị số cetane của nhiên liệu Diesel là % (tính theo thể tích) lượng cetane (n – C16H34), trong một hỗn hợp điều chế mẫu gồm Centane và Metyl Naphthalene (C10H7CH3)

là một cacbuahydro thơm Để hạn chế việc điều chỉnh số cetane, thì cả hai thông số là số cetane và trị số cetane cũng được đưa vào danh sách các yêu cầu

Mặt khác, nếu điểm sôi cuối cùng nằm ở nhiệt độ cao, điều này có thể dẫn đến tăng sản lượng bồ hóng và muội than (lắng đọng do phân hủy hóa học của các thành phần nhiên liệu không dễ bay hơi trên bề mặt côn của vòi phun và cặn của quá trình đốt cháy) Vì lý do này, điểm sôi cuối cùng không nên quá cao Yêu cầu của hiệp hội các nhà sản xuất ô tô châu Âu (ACEA: Association of Ẻuropean Automobile Manufacturers) là 350°C

Trang 31

Khi một động cơ chạy bằng nhiên liệu có thông số tỉ trọng nhiên liệu cao thì hiệu suất động cơ và lượng khí thải muội than tăng lên Khi tỉ trọng nhiên liệu giảm các thông số này giảm

Do đó, các yêu cầu đòi hỏi một loại nhiên liệu diesel phổ biến có tỉ trọng thấp

1.2.6 Độ nhớt

Độ nhớt là thước đo khả năng chống ma sát bên trong của dòng chảy nhiên liệu Sự tổn thất, rò rỉ trong bơm phun nhiên liệu xảy ra nếu độ nhớt của nhiên liệu Diesel quá thấp và điều này dẫn đến mất hiệu suất

1.2.7 Bôi trơn

Để giảm hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu Diesel, thì nó được hydro hóa Quá trình hydro hóa ngoài việc loại bỏ lưu huỳnh mà nó cũng loại bỏ các thành phần ion có chức năng hỗ trợ bôi trơn Sau khi nhiên liệu Diesel được hydro hóa cũng nảy sinh ra các vấn đề liên quan đến mài mòn trên các máy bơm phun nhiên liệu của nhà phân phối do thiếu chất bôi trơn Kết quả là chúng đã được thay thế bằng nhiên liệu Diesel có chứa chất hỗ trợ bôi trơn

1.2.8 Hàm lượng lưu huỳnh

Nhiên liệu Diesel chứa liên kết hóa học lưu huỳnh và số lượng thực tế phụ thuộc vào chất lượng của dầu thô và các thành phần được thêm vào tại nhà máy lọc dầu Đặc biệt, các thành phần hầu hết có hàm lượng lưu huỳnh cao

Để khử lưu huỳnh có trong nhiên liệu Diesel, lưu huỳnh được loại bỏ khỏi quá trình chưng cất bằng cách hydro hóa ở áp suất và nhiệt độ cao với sự có mặt của chất xúc tác Sản phẩm phụ ban đầu của quá trình này là hydro sunfua (H2S) sau đó được chuyển thành lưu huỳnh tinh khiết

Kể từ đầu năm 2000, giới hạn tối đa EN 590 đối với hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu Diesel là 350mg / kg Kể từ năm 2005, tất cả các loại xăng và nhiên liệu Diesel thông thường sẽ phải tuân theo yêu cầu lưu huỳnh thấp tối thiểu (hàm lượng lưu huỳnh < 50mg / kg) trên khắp châu Âu Từ năm 2009, chỉ cho phép nhiên liệu không có lưu huỳnh (hàm lượng lưu huỳnh <10mg / kg)

1.2.9 Nước trong nhiên liệu

Trang 32

Nhiên liệu Diesel có thể hấp thụ khoảng 100mg / kg Giới hạn hòa tan được xác định bởi thành phần của nhiên liệu Diesel và nhiệt độ môi trường

EN 590 cho phép hàm lượng nước tối đa 200mg / kg Mặc dù ở nhiều quốc gia, hàm lượng nước có trong nhiên liệu Diesel cao hơn giá trị tối đa, nhưng thông qua khảo sát thị trường cho thấy thì hàm lượng nước hiếm khi vượt quá 200mg / kg

Không thể ngăn chặn sự xâm nhập của nước vào thùng nhiên liệu do kết quả ngưng tụ

từ không khí Vì lý do này, thiết bị tách nước được chỉ định là thiết bị bắt buộc ở các khu vực nhất định trên thế giới Ngoài ra, nhà sản xuất xe phải thiết kế hệ thống thông gió bảo quản bình chứa nhiên liệu và cổ bộ lọc để tránh nước tràn vào

Trang 33

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL 2.1 Sơ lược về hệ thống Common Rail

Hệ thống Common Rail đầu tiên trên thế giới được giới thiệu vào năm 1995, trang bị cho xe tải Năm 1999, hệ thống Common Rail chính thức được trang bị cho xe khách (sử dung bơm cao áp HP2), và sau đó vào năm 2001, một hệ thống Common Rail sử dụng bơm HP3 (nhẹ

và gọn) cũng đã được giới thiệu Năm 2004, bơm HP4 ba xi lanh được cải tiến dựa trên bơm HP3 cũng đã được cho ra đời

Hệ thống điều khiển động cơ diesel bằng điện tử trong một thời gian dài chậm phát triển

so với động cơ xăng Sở dĩ như vậy là vì bản thân động cơ xăng thải ra ít chất độc ô nhiễm hơn, chủ yếu là NOx nên áp lực về vấn đề môi trường lên các nhà sản xuất ô tô không lớn

Hơn nữa, do độ êm dịu không cao nên động cơ diesel ít được sử dụng trên xe du lịch Trong thời gian đầu, các hãng chủ yếu sử dụng hệ thống điều khiển bơm cao áp bằng điện trong các hệ thống EDC (Electronic Diesel Control) Hệ thống EDC vẫn sử dụng bơm cao áp kiểu truyền thống nhưng có thêm một số cảm biến và cơ cấu chấp hành và hộp ECU chủ yếu để chống ô nhiễm và điều tốc bằng điện tử thông qua van điều khiển lưu lượng phun SPV và van điều khiển thời điểm phun TCV

Từ năm 1997, BOSCH cho ra đời hệ thống phun dầu điện tử với kim phun điện - Hệ thống CRDI Do các ưu điểm của nó so với các hệ thống cũ, CRDI đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi cả trên xe tải và du lịch trong thời gian gần đây

Nhu cầu về hệ thống phun nhiên liệu động cơ Diesel liên tục tăng Áp suất cao hơn, thời gian chuyển đổi nhanh hơn và đường cong khí xả thay đổi theo trạng thái vận hành động

cơ đã làm cho động cơ Diesel đạt công suất mạnh hơn, vận hành êm dịu, tính kinh tế cao cũng như là giảm ô nhiễm khí thải hơn Kết quả là động cơ Diesel thậm chí đã đi vào vương quốc của dòng xe sang trọng Một trong những hệ thống phun nhiên liệu tiên tiến là hệ thống Common Rail (CR)

2.2 Chức năng của hệ thống Common Rail

Hệ thống Common Rail Diesel ra đời góp phần cải thiện nhiều cho tính năng động cơ

và tính kinh tế nhiên liệu mà lâu nay người sử dụng cũng như các nhà bảo vệ môi trường mong

Trang 34

đợi Nó tạo ra hướng nghiên cứu mới cho ngành kỹ thuật cơ khí động lực Hệ thống Common Rail của động cơ Diesel đã giải quyết được các nhược điểm trên động cơ Diesel thế hệ cũ thông qua việc kiểm soát áp suất, thời gian và tốc độ phun:

Kiểm soát áp suất phun:

- Cho phép phun áp suất cao ngay cả tốc độ động cơ thấp

- Tối ưu hóa kiểm soát để giảm thiểu vật chất dạng hạt (PM) và khí thải oxit nitơ

(NOx)

Kiểm soát thời gian phun:

- Cho phép điều chỉnh tối ưu thời điểm phun phù hợp với điều kiện xe vận hành Kiểm soát tốc độ phun:

- Kiểm soát phun đa điểm (phun một lượng nhỏ nhiên liệu trước khi phun chính)

Việc kiểm soát được áp suất phun, thời gian phun và tốc độ phun đã giúp cho khí thải trên động cơ Diesel được giảm thiểu, giảm thải khói đen khá lớn khi tăng tốc, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm mức độ tiếng ồn Nhờ kết hợp điều khiển điện tử, kiểm soát lượng phun, thời điểm phun hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn Tốc độ phun tăng

để làm giảm nồng độ bồ hóng trong quá trình đốt cháy, điều chỉnh theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun để làm giảm HC

Hình 2.1: Hệ thống nhiên liệu Common Rail so với hệ thống phun thông thường

Trang 35

Mặt khác, hệ thống Common Rail còn có một số chức năng phụ khác như: Hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR- Exhaust Gas Recirulation), điều khiển turbo tăng áp, điều khiển ga tự động (Cruise Control), ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất động cơ, giảm nồng độ chất độc hại của khí thải cũng như giảm mức tiêu thụ nhiên liệu Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách, tải nhẹ, tải nặng, xe lửa và tàu thủy)

2.3 Những cải tiến và ưu điểm của hệ thống Common Rail

Những cải tiến của hệ thống Common Rail:

- Điều khiển điện tử: điều chỉnh rất chính xác áp suất, thời điểm phun và lượng nhiên liệu phun

- Luôn có sẵn nhiên liệu áp suất cao

- Có thể phun nhiều lần trong một chu kì

- Áp suất phun cao hơn và các hạt dầu mịn hơn

- Áp suất phun không phụ thuộc vào tốc độ động cơ

- Thay đổi áp suất phun và thời điểm phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ

- Các quá trình xử lý khí thải được kết hợp một cách tối ưu

- Khả năng bay hơi cao: nhiên liệu qua những lỗ rất nhỏ của vòi phun thành dạng sương mù rất dễ bắt cháy

- Tăng khả năng khởi động

Ưu điểm của hệ thống Common rail:

- Giảm phát thải gây ô nhiễm môi trường

- Cải thiện suất tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất động cơ

- Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn

- Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng

- Phạm vi ứng dụng rộng rãi

- Có nhiều khả năng cho sự phát triển trong tương lai

2.4 Sự phát triển của hệ thống Common Rail qua từng thời kì

 Denso

1995: Giới thiệu hệ thống Common Rail (CRS) cải tiến đầu tiên trên thế giới

Trang 36

1996: Bắt đầu bổ sung hệ thống CRS cho xe chở hành khách

1999: Xuất hiện lần đầu hệ thống CRS trên thị trường Châu Âu

2002: Hệ thống cung cấp CRS có áp suất phun 1800 bar

2008: Đưa ra thị trường loại bơm có áp suất phun 2000 bar

2012: Trang bị hệ thống điều khiển động cơ gọi là intelligent-Accuracy Refinement Technology (i-ART), trong đó, các vòi phun được gắn liền với cảm biến áp suất để đo áp suất phun nhiên liệu tại thời điểm hiện tại và điều khiển lượng phun, thời điểm phun của mỗi vòi phun

Hệ thống Commonrail Denso có tiếng ồn thấp, khí thải sạch và tốc độ cao

• Thế hệ thứ nhất: ECD – U2P áp suất lên tới 1450 bar

• Thế hệ thứ 2: HP3 / HP4 áp suất tối đa 1800 bar

Hình 2.2: Hệ thống common rail DENSO ECD-U2P

 Bosch

Năm 1997 BOSCH cho ra đời hệ thống phun dầu điện tử với kim phun điện

Thế hệ Common Rail CRS1 thì áp suất phun mới chỉ đạt 1350 bar

Thế hệ Common Rail CRS2 thì áp suất nâng lên 1600 bar

Thế hệ Common Rail CRS3.2 được sản xuất hàng loạt với áp suất lên đến 1800 bar Bosch nâng áp suất của hệ thống Common Rail lên từ 2000 đến 2500 bar, được sử dụng cho các xe thương mại, sử dụng động cơ từ 4 đến 16 xy lanh Hệ thống sử dụng bơm CP4 với

Trang 37

áp suất phun cao, kết hợp với turbo tăng áp và hệ thống sử lý khí thải Số lần phun trong một chu trình không chỉ dừng lại ở 5 lần phun mà có thể lên đến 8 lần phun, giúp hạn chế tối đa

lượng khí thải, cải thiện quá trình đốt cháy và hiệu suất của động cơ sẽ tăng cao

Hình 2.3: Hệ thống Common Rail BOSCH

2.5 Sơ đồ hệ thống Common Rail

Hình 2.4: Sơ đồ chung của hệ thống Common Rail (BOSCH EDC16)

Hệ thống Common Rail được chia 3 mạch cơ bản:

- Mạch áp suất thấp: thùng chứa nhiên liệu, bộ lọc, bơm tiếp vận, các đường ống

Trang 38

áp suất thấp

- Mạch áp suất cao: bơm cao áp với van điều chỉnh áp suất, các đường ống áp suất cao, ống phân phối với cảm biến áp suất ống rail, kim phun

- ECM (Engine Control Modul) và các cảm biến

Thành phần chính của một hệ thống nhiên liệu CR bao gồm: bơm cấp nhiên liệu, ống

rail, kim phun và ECM

2.6 Nguyên lí hoạt động chung của hệ thống nhiên liệu Common Rail

Các hệ thống khác nhau về thiết kế, bố trí linh kiện và chức năng cụ thể Tuy nhiên, tất

cả đều hoạt động theo cách tương tự

Nhiên liệu được bơm cung cấp đẩy đi từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp áp đi đến bầu lọc sau đó đến bơm cao áp Van điều khiển hút sẽ điều chỉnh lượng nhiên liệu vào các piston của bơm cao áp, từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén để tạo thành nhiên liệu áp suất cao đi qua van phân phối và đưa đến ống phân phối rồi tiếp tục đưa đến kim phun các kim phun sẵn sàng để phun vào xi lanh động cơ

Nhiên liệu thừa ở kim phun, ống rail và bơm cao áp đi qua van điều chỉnh áp suất tại bơm mở, từ đó nhiên liệu được hồi về thùng nhiên liệu Trên ống phân phối có gắn một cảm biến áp suất nhiên liệu và có bố trí van an toàn Nếu áp suất nhiên liệu trong ống rail vượt quá giới hạn cho phép thì van an toàn sẽ mở để nhiên liệu hồi về thùng chứa

Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với nhau trong hệ thống Common Rail Hệ thống phun (áp suất phun, tốc độ phun và thời gian phun) được điều khiển bởi EDC (Electronic Diesel Control), do đó hệ thống phun nhiên liệu Common Rail có thể được kiểm soát độc lập, không ảnh hưởng đến tốc độ và tải động cơ

Lượng phun nhiên liệu được quyết định bởi ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trong nó Sau đó, ECU sẽ điều khiển các kim phun tại mỗi xi lanh động cơ để phun nhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến với áp suất phuntùy vào từng loại bơm cao áp

2.7 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận trong hệ thống nhiên liệu

Common Rail

2.7.1 Bình chứa nhiên liệu

Trang 39

Hình 2.5: Bình chứa nhiên liệu

1: Tấm ngăn 2: Ống đổ nhiên liệu 3: Nút xả

Bình chứa nhiên liệu dùng để chứa lượng nhiên liệu Diesel cần thiết cho sự làm việc của động cơ Bình chứa phải làm từ vật liệu chống ăn mòn, bên trong có các tấm ngăn để nhiên liệu giảm bớt dao động và phải giữ cho nhiên liệu không bị rò rỉ ở áp suất gấp đôi áp suất hoạt động bình thường Van an toàn phải được lắp để khi áp suất trong bình quá cao thì có thể tự thoát ra ngoài Nhiên liệu cũng không được rò rỉ ở cổ nối với bình lọc nhiên liệu hay ở thiết

bị bù áp suất khi xe bị rung xóc nhỏ, cũng như khi xe vào cua hoặc dừng hay chạy trên đường dốc Bình nhiên liệu và động cơ phải nằm cách xa nhau để trong trường hợp tai nạn xảy ra sẽ

không có nguy cơ bị cháy, nổ

2.7.2 Bầu lọc nhiên liệu

Hình 2.6: Bộ lọc tách nước

Trang 40

1: Đường dầu vào 2: Phần giấy lọc 3: Bọng chứa dầu sau khi lọc 4: Phần chứa nước có lẫn trong

- Lọc thô có nhiệm vụ lọc những tạp chất có kích thước lớn, thường được gắn chung với bơm tiếp vận

- Lọc tinh có nhiệm vụ lọc những tạp chất có kích thước khoảng 1/1000mm mà không cản trở đến sự lưu thông của nhiên liệu

2.7.3 Bơm tiếp vận

2.7.3.1 Bơm tiếp vận loại cánh gạt đơn

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo bơm tiếp vận loại cánh gạt đơn

Trục điều khiển chuyển động làm quay Rotor Các cánh gạt của Rotor luôn tì sát vào thành của Stato dưới tác dụng của lực ly tâm Độ lệch tâm giữa Rotor và Stato làm cho các cánh gạt vừa chuyển động theo chiều quay của Rotor vừa chuyển động qua lại dọc theo các rãnh của Rotor, việc chuyển động của cánh gạt giúp hình thành nên quá trình hút (thể tích khoang tăng, áp suất giảm) và quá trình đẩy (thể tích khoang giảm, áp suất tăng) Việc điều chỉnh độ lệch tâm giữa Rotor và Stato giúp tăng giảm lưu lượng qua bơm

Định dạng
Số trang	129
Dung lượng	4,54 MB
File đính kèm	DURATORQ – TDCI XE FORD RANGER 2020.rar (14 MB)