Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động Hệ Thống Common Rail Diesel

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG COMMON RAIL DIESEL

Tóm tắt nhanh

Hệ thống Common Rail Diesel gồm các thành phần như bơm cao áp, kim phun điện tử, ống tích áp (rail)... hoạt động theo nguyên lý tách biệt giữa quá trình tạo áp và quá trình phun, giúp kiểm soát áp suất và lượng nhiên liệu phun chính xác. Công nghệ này giúp động cơ Diesel tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải và tăng công suất.

I. Cấu tạo hệ thống Common Rail Diesel

Hệ thống phun nhiên liệu điện tử Common Rail được chia thành 6 nhóm chính:

1. Supply Pump (Bơm cao áp)

• Chức năng: Nén nhiên liệu lên áp suất rất cao (từ 250 đến trên 2.000 bar).
• Đặc điểm: Thường là bơm piston hoặc bơm trục cam.
• Ứng dụng: Giúp nhiên liệu sẵn sàng cho việc phun chính xác.

Hình 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm cao áp

2. Fuel Intake Volume Control Valve (SCV/IMV)

• Chức năng: Điều tiết lượng nhiên liệu nạp vào bơm cao áp.
• Điều khiển bởi ECU để duy trì áp suất rail mong muốn.
• Vai trò: Giúp kiểm soát hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.

Hình 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van SCV

3. Common Rail (Ống tích áp)

• Tác dụng: Lưu trữ nhiên liệu đã được nén ở áp suất cao và phân phối đến các kim phun.
• Ưu điểm: Giúp tạo áp ổn định, phun nhiên liệu chính xác theo nhu cầu động cơ.

Hình 3: Cấu tạo thanh Rail

4. Pressure Sensor (Cảm biến áp suất rail)

• Chức năng: Đo áp suất thực tế bên trong rail.
• Gửi tín hiệu liên tục về ECU để so sánh với giá trị mong muốn (Desired vs. Actual Pressure).

Hình 4: Cấu tạo và sơ đồ chân cảm biến áp xuất thanh Rail

5. Pressure Limiter (Van giới hạn áp suất)

• Nhiệm vụ: Giải phóng áp suất nếu vượt ngưỡng an toàn, bảo vệ các chi tiết như kim phun, ống rail, bơm.

Hình 5: Van giới hạn áp suất thanh Rail

6. Injectors (Kim phun điện tử)

• Kiểm soát bởi ECU.
• Phun nhiên liệu với lượng và thời điểm cực kỳ chính xác.
• Hai loại chính: Solenoid và Piezo (như trong hình mô phỏng).

Hình 6: Cấu tạo kim phun điện tử hệ thống common Rail

7. Fuel Return Pipe (Đường hồi nhiên liệu)

• Dẫn phần nhiên liệu rò rỉ trở về thùng.
• Giúp làm mát kim phun, ổn định hệ thống và đánh giá tình trạng thiết bị.

II. Nguyên lý hoạt động hệ thống Common Rail Diesel

1. Giai đoạn hút và điều tiết nhiên liệu

• Nhiên liệu được bơm tay hoặc bơm điện hút từ thùng vào bơm cao áp.
• SCV điều chỉnh lượng nhiên liệu dựa vào lệnh ECU (theo tải động cơ và điều kiện hoạt động).
• SCV mở nhiều → áp suất tăng.
• SCV đóng bớt → áp suất giảm.

2. Giai đoạn tạo áp suất cao

• Bơm cao áp nén nhiên liệu lên áp suất cực cao:
• Xe cũ: 250–800 bar.
• Xe mới: 1.200–2.000 bar.
• Common Rail thế hệ 4: trên 2.500 bar.
• Nhiên liệu sau đó được dẫn vào ống rail.

3. Giai đoạn tích trữ và ổn định áp suất

• Common Rail giữ nhiên liệu ở áp suất cao, luôn sẵn sàng cho quá trình phun.
• Cảm biến áp suất gửi thông tin về ECU.
• ECU điều khiển SCV và kiểm tra qua van giới hạn áp suất (Pressure Limiter) để đảm bảo an toàn.

4. Giai đoạn phun nhiên liệu

• ECU quyết định:
• Thời điểm phun.
• Lượng nhiên liệu.
• Số lần phun (thường từ 2–5 lần mỗi chu kỳ).
• Các kiểu phun:
• Pilot Injection: Giảm tiếng gõ.
• Main Injection: Tạo công suất chính.
• Post Injection: Hỗ trợ đốt muội, cải thiện khí thải.
• Cơ cấu điều khiển bằng Solenoid hoặc Piezo, cho phản hồi rất nhanh và chính xác.

5. Giai đoạn hồi nhiên liệu

• Nhiên liệu rò rỉ trong quá trình phun sẽ được đưa về thùng thông qua đường hồi.
• Dòng hồi này còn giúp đánh giá tình trạng hệ thống:
• Kim phun mòn.
• Bơm cao áp yếu.
• Khó nổ khi nóng.
• Áp suất rail không đạt.

6. Giai đoạn điều khiển tổng hợp ECU

• ECU nhận tín hiệu từ nhiều cảm biến:
• Cảm biến vị trí trục cam, trục khuỷu.
• Cảm biến MAP, MAF.
• Nhiệt độ nước, nhiệt độ nhiên liệu.
• Bàn đạp ga (APP).
• Điều khiển đồng bộ:
• SCV (áp suất).
• Kim phun (thời điểm và lượng phun).
• Turbo VGT, EGR.
• Các thiết bị kiểm soát khí thải (DPF, DOC).
• Mục tiêu cuối cùng: Tối ưu công suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải và vận hành êm ái.

Hình 7: Nguyên lý hoạt động của hệ thông Common Rail 

III. Ưu điểm và Ứng dụng của hệ thống Common Rail Diesel

Ưu điểm nổi bật:

Tiết kiệm nhiên liệu tối ưu

• Nhờ khả năng kiểm soát chính xác thời điểm và lượng nhiên liệu phun, hệ thống Common Rail giúp giảm đáng kể mức tiêu hao nhiên liệu so với các hệ thống phun cơ khí truyền thống.

Giảm tiếng ồn và độ rung

• Phun nhiều giai đoạn (Pilot, Main, Post Injection) giúp quá trình cháy diễn ra êm hơn, hạn chế tiếng gõ máy và tăng độ mượt mà cho động cơ Diesel.

Công suất động cơ cao hơn

• Áp suất phun cao giúp nhiên liệu tơi mịn, cháy sạch và hiệu quả hơn, từ đó cải thiện công suất đầu ra và phản hồi động cơ tốt hơn.

Giảm khí thải độc hại

• Hệ thống kết hợp tốt với các công nghệ xử lý khí thải như EGR, DPF, DOC... đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải Euro 4, 5 và thậm chí Euro 6.

Dễ dàng chẩn đoán và bảo dưỡng

• Sử dụng ECU điều khiển trung tâm và nhiều cảm biến giúp việc phát hiện lỗi, hiệu chỉnh và sửa chữa hệ thống trở nên thuận tiện hơn bằng các thiết bị chẩn đoán chuyên dụng.

Ứng dụng thực tế:

• Ô tô du lịch và xe thương mại nhẹ: Gần như tất cả các dòng xe Diesel hiện đại đều sử dụng hệ thống Common Rail nhờ tính hiệu quả và đáp ứng tiêu chuẩn khí thải.
• Xe tải và xe chuyên dụng: Từ xe tải nhỏ đến xe tải hạng nặng đều ứng dụng công nghệ này để đảm bảo công suất cao và tiết kiệm nhiên liệu.
• Máy móc nông nghiệp và xây dựng: Máy gặt, máy xúc, máy ủi... cần động cơ bền bỉ, khỏe và tiết kiệm cũng đều trang bị hệ thống phun Common Rail.
• Tàu thủy, đầu máy xe lửa: Một số dòng động cơ Diesel cỡ lớn cũng đã chuyển sang sử dụng Common Rail nhằm tăng hiệu suất và giảm phát thải môi trường.

IV. Các lỗi có thể xảy ra với hệ thống Common Rail Diesel

Hệ thống Common Rail tuy hiện đại và hiệu quả nhưng vẫn có thể gặp nhiều sự cố nếu vận hành trong điều kiện khắc nghiệt hoặc sử dụng nhiên liệu kém chất lượng. Dưới đây là các lỗi phổ biến:

1. Kim phun điện tử bị rò rỉ hoặc tắc

• Triệu chứng: Máy rung, khó nổ, tiêu hao nhiên liệu tăng, có khói đen.
• Nguyên nhân: Mòn kim, bẩn muội, nhiên liệu không tinh khiết.
• Khắc phục: Vệ sinh hoặc thay kim phun. Kiểm tra dòng hồi để đánh giá mức độ rò.

2. Áp suất rail không ổn định

• Triệu chứng: Đèn Check Engine sáng, máy yếu, xe hụt ga.
• Nguyên nhân: Hỏng SCV, cảm biến áp suất rail sai lệch, bơm cao áp yếu.
• Khắc phục: Đo và so sánh áp suất Desired vs Actual. Kiểm tra các cảm biến liên quan.

3. Bơm cao áp bị yếu hoặc rò

• Triệu chứng: Xe khó nổ nguội/nóng, công suất yếu, tiêu hao tăng.
• Nguyên nhân: Mòn cánh bơm, lọc nhiên liệu nghẹt, không đủ nhiên liệu vào bơm.
• Khắc phục: Đo áp suất đầu ra của bơm. Thay lọc, vệ sinh đường nhiên liệu, thay bơm nếu cần.

4. Van SCV bị kẹt hoặc hoạt động không chính xác

• Triệu chứng: Áp suất rail dao động bất thường, xe giật, không đều ga.
• Nguyên nhân: Cặn bẩn nhiên liệu, hỏng solenoid điều khiển.
• Khắc phục: Vệ sinh hoặc thay thế van SCV. Kiểm tra dây tín hiệu từ ECU.

5. Cảm biến áp suất rail sai số hoặc lỗi tín hiệu

• Triệu chứng: Báo lỗi P0087, P0190... động cơ mất công suất, nổ không ổn định.
• Nguyên nhân: Hỏng cảm biến, rò rỉ dây điện, nhiễu tín hiệu.
• Khắc phục: Kiểm tra tín hiệu cảm biến bằng máy chẩn đoán. Thay cảm biến nếu sai lệch.

6. Lọc nhiên liệu bị tắc

• Triệu chứng: Mất áp suất, xe chết máy giữa đường.
• Nguyên nhân: Không thay lọc định kỳ, nhiên liệu bẩn.
• Khắc phục: Thay lọc nhiên liệu mới, xả bọt khí, kiểm tra chất lượng nhiên liệu.

V. Hình ảnh minh họa cấu tạo hệ thống Common Rail

1. Cấu tạo chi tiết kim phun điện tử Piezo

• Bao gồm: Piezo Actuator, Driving Valve, Nozzle Plunger, Nozzle Spring…
• Thiết kế phức tạp, điều khiển phun chính xác đến từng micro-giây.

Hình 8: Cấu tạo kim phun điện tử Piezo

2. Sơ đồ tổng thể hệ thống Common Rail Diesel

• Các thành phần được kết nối tuần tự từ Supply Pump → SCV → Rail → Injector.
• Cảm biến và ECU liên tục kiểm soát toàn hệ thống.

Hình 9: Sơ đồ tổng quan hệ thống Common Rail

FAQ – Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống Common Rail khác gì với hệ thống phun cơ khí?

Hệ thống Common Rail tách rời quá trình tạo áp và phun, cho phép kiểm soát linh hoạt hơn. Hệ cơ khí dùng bơm phun kết hợp nên hạn chế về điều chỉnh thời điểm và lượng phun.

2. Khi nào cần thay kim phun điện tử?

Khi có hiện tượng: khó nổ, máy rung giật, tiêu hao nhiên liệu tăng, kiểm tra dòng hồi vượt ngưỡng – cần kiểm tra và có thể thay kim phun.

3. Common Rail có dùng được dầu sinh học không?

Tùy vào thiết kế động cơ và khuyến cáo của nhà sản xuất. Nhiều hệ thống đời mới không tương thích tốt với dầu sinh học do nguy cơ bám muội và mòn kim.

Tiếp tục tìm hiểu và nâng cao kỹ năng về hệ thống Diesel Common Rail!

Nếu bạn đang nghiên cứu các chủ đề như:

• Cách hoạt động của áp suất rail
• Các lỗi thường gặp trong hệ thống Common Rail
• Nguyên lý làm việc của kim phun, bơm cao áp, van SCV
• Phương pháp kiểm tra – đánh giá đúng tiêu chuẩn nhà sản xuất

=> Hãy tiếp tục theo dõi chuyên mục kỹ thuật của OBD Việt Nam để cập nhật kiến thức chuyên sâu, phân tích ca thực tế và tài liệu chuẩn xưởng phục vụ học tập & nghiên cứu.

OBD Việt Nam – Giải pháp chuyên gia, đồng hành toàn diện cùng kỹ thuật viên và sinh viên ngành ô tô.

Để xem nhiều tài liệu và sơ đồ mạch điện hơn hãy đăng kí App Auto ISM: TẠI ĐÂY

 Auto ISM – Giải pháp chuyên gia, đồng hành toàn diện cùng gara Việt trong kỷ nguyên xe điện.

- Liên hệ hỗ trợ & nâng cấp: 0932 113 115

Xem thêm:

- Hướng dẫn sử dụng Auto ISM từ A–Z cho người mới bắt đầu

- Cách Tra Mã Lỗi P0171 Trên Toyota Vios Bằng Auto ISM

- Auto Ism Free Vs Pro – Nên Chọn Phiên Bản Nào Cho Gara Của Bạn?

CẢM ƠN BẠN ĐỌC!

OBDVIETNAM

Tin liên quan

• Phân tích bộ tài liệu hộp số tự động Auto ISM – Dành cho kỹ thuật viên nâng cao
• Hướng dẫn đọc tài liệu động cơ ô tô bằng Auto ISM – Phiên bản chuyên gia
• Tra cứu tài liệu điện điều hòa ô tô bằng Auto ISM – Hướng dẫn chuyên sâu
• Hướng dẫn tra cứu sơ đồ mạch điện ô tô nâng cao bằng AutoISM
• Auto ISM phân loại tài liệu sửa chữa ô tô theo hệ thống như thế nào?
• Bên trong hệ thống dữ liệu AutoISM – Quy trình tạo tài liệu kỹ thuật ô tô chuẩn xưởng
• Phân tích lỗi P2757 – Solenoid hộp số Toyota Fortuner bằng Auto ISM
• Lỗi P0455 Toyota Raize – Rò rỉ lớn hệ thống EVAP, cách xử lý bằng Auto ISM
• Hướng Dẫn Xử Lý Mã Lỗi P0351 – Cuộn Đánh Lửa A Corolla Cross Bằng Auto Ism
• Mã Lỗi P0627 – Mạch Bơm Nhiên Liệu Trên Toyota Veloz, Tra Cứu Bằng Auto ISM