TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Công nghệ ô tô là một ngành khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng trên toàn cầu
Sự tiến bộ trong thiết kế và công nghệ sản xuất ô tô đã tạo ra những chiếc xe hiện đại, tiện nghi và an toàn, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường Ngày nay, nhiều hệ thống trên ô tô, đặc biệt là các hệ thống an toàn như phanh và ổn định, đều được điều khiển bằng điện tử Để giảm ô nhiễm môi trường, các cải tiến về động cơ, bao gồm hệ thống điều khiển xử lý khí thải, đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu khí thải Hệ thống phun dầu điện tử không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn cải thiện vấn đề khí thải của động cơ Diesel.
Nghiên cứu về động cơ sử dụng hệ thống phun dầu điện tử là một vấn đề quan trọng đối với sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô Nhiều mô hình động cơ đã được thi công và đưa vào giảng dạy tại xưởng động cơ, cung cấp nguồn tài liệu thực tế quý giá Tuy nhiên, việc quan sát mô hình động cơ vẫn gặp khó khăn trong việc hiểu rõ cấu tạo và quá trình hoạt động của hệ thống phun dầu điện tử Do đó, chúng tôi đã chọn đề tài tốt nghiệp “THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ COMMON RAIL TOYOTA HILUX 2KD – FTV” Đề tài này tập trung vào thiết kế hệ thống nhiên liệu, nguyên lý điều khiển và tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu, nhằm giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức và nâng cao hiệu quả học tập.
Đề tài “Thi công mô hình hệ thống điều khiển nhiên liệu diesel điện tử Common Rail Toyota Hilux 2KD-FTV” nhằm cung cấp tài liệu tham khảo bổ ích, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về hoạt động của hệ thống điều khiển nhiên liệu trong xe Toyota Hilux.
Hệ thống phun dầu điện tử có ba loại chính, giúp sinh viên nắm vững nguyên lý hoạt động cơ bản Bài viết cũng cung cấp những lưu ý quan trọng trong quá trình bảo dưỡng, chẩn đoán và sửa chữa hệ thống này.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Củng cố những kiến thức đã được học
Rèn luyện kỹ năng kiểm tra, chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ
Giúp sinh viên kiểm tra và đo đạc các thông số của hệ thống nhiên liệu Common Rail trên xe Toyota Hilux
Giúp sinh viên quan sát một cách trực quan quá trình phun nhiên liệu của hệ thống Common rail
Rút ra kinh nghiệm thực tế là rất quan trọng, bao gồm việc phối hợp công việc hiệu quả giữa các thành viên và nhóm Hơn nữa, việc lập kế hoạch và thực hiện kế hoạch một cách bài bản sẽ giúp nâng cao hiệu suất làm việc Ngoài ra, học hỏi từ kinh nghiệm của bạn bè và thầy cô cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển bản thân.
Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong giáo dục đào tạo
Giúp sinh viên tiếp thu bài tốt hơn
Tìm hiểu, thu thập tài liệu về hệ thống điều khiển động cơ (2KD_FTV) Toyota Hilux
Giới thiệu mô hình hệ thống điểu khiển nhiên liệu dieiesel điện tư Common Rail 2KD_FTV Toyota Hilux
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, cấu tạo của hệ thống nhiên liệu, cũng như cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển điện tử
Thiết kế, thi công hệ thống truyền động
Thiết kế, thi công lắp đặt các thiết bị trên mô hình
Thiết kế mạch nguồn, bảng cực ECU, bảng cực EDU và thi công hệ thống điều khiển điện tử trên mô hình
Biên soạn tài liệu phục vụ quá trình học tập trên mô hình hệ thống điều khiển nhiên liệu Diesel điện tử Common Rail 2KD_FTV Toyota Hilux
Phương pháp nghiên cứu
Để hoàn thành đề tài, nhóm chúng em đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó nổi bật là việc tham khảo tài liệu từ các mô hình liên quan trước đây, kết hợp với các nguồn tài liệu nước ngoài mà chúng em tự tìm hiểu và được giảng viên hướng dẫn cung cấp.
Quá trình học hỏi từ thầy hướng dẫn, các giảng viên trong xưởng động cơ, và các bạn đồng nghiệp trong kì làm đồ án là rất quan trọng để hình thành ý tưởng thiết kế khung cho mô hình Việc này giúp xác định cách bố trí và sắp xếp thiết bị một cách hiệu quả.
Cuối cùng, quá trình quan sát thực tế hoạt động của động cơ mẫu trong xưởng kết hợp với việc chạy thử mô hình chế tạo là rất quan trọng Qua đó, chúng ta có thể sửa chữa các chi tiết chưa hoạt động đúng nguyên lý và khắc phục các lỗi đã được chẩn đoán, từ đó hoàn thiện mô hình một cách hiệu quả.
Các bước thực hiện
Thiết kế khung cho mô hình
Thiết kế hệ thống bảng cầu chì, bảng cực cho mô hình
Thiết kế hệ thống ống nghiệm cho mô hình
Lắp các thiết bị lên khung
Tiến hành kết nối mạch điện cho các hệ thống
Tiến hành vận hành hệ thống, chẩn đoán lỗi và sữa lỗi
Kế hoạch nghiên cứu
Thu thập tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu, xác định mục tiêu nghiên cứu, phân tích tài liệu
Thiết kế và thi công mô hình
GIỚI THIỆU
Sơ lược lịch sử hệ thống Common Rail
Hệ thống Common Rail, được phát minh bởi Robert Huber vào cuối những năm 60, đã trải qua quá trình nghiên cứu và phát triển bởi tiến sĩ Marco Ganser tại Thụy Sĩ Đến giữa những năm 90, tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki từ tập đoàn Denso đã ứng dụng công nghệ này trên xe tải nặng hiệu Hino và chính thức ra mắt thị trường vào năm 1995, sau đó lan rộng ra các dòng xe du lịch.
Hiện nay, hầu hết các hãng ô tô đều áp dụng hệ thống phun nhiên liệu hiện đại trên xe của họ, bao gồm cả động cơ xe cơ giới và tàu thủy Các hãng xe sử dụng những tên gọi khác nhau cho công nghệ này, chẳng hạn như Toyota với D-4D, Mercedes với CDI, Hyundai với CRDi và Peugeot với HDI.
Hãng Toyota cũng sử dụng rộng rãi hệ thống này cho các dòng xe từ xe du lịch 4, 7,
Since 2005, Toyota Vietnam has been assembling and launching vehicles equipped with the Common Rail system, starting with the Hiace model Currently, additional Toyota models, including the FORTUNER grade G and the HILUX pickup truck, also utilize this advanced Direct Injection-4 stroke Diesel Engine (D-4D) technology.
Các dòng xe Toyota ở Việt Nam sử dụng hệ thống Common Rail
Các dòng xe Toyota có mặt tại thị trường Việt Nam sử dụng động cơ diesel với hệ thống nhiên liệu Common Rail:
Bảng 2.1: Các dòng xe sử dụng hệ thống Common Rail tại Việt Nam
TT DÒNG XE SỐ CHỖ
NGỒI ĐỘNG CƠ DUNG TÍCH XY
SUV (Xe thể thao đa dụng)
7 chỗ ngồi 2KD-FTV có tua bin tăng áp
2.5L, 4 xylanh thẳng hàng, DOHC 16 Valves
2KD-FTV có tua bin tăng áp
2.5L, 4 xylanh thẳng hàng, DOHC 16 Valves
PICKUP Bán tải, 4 chỗ ngồi
1KD-FTV có tua bin tăng áp và bộ làm mát khí nạp (Inter cooler)
3.0L, 4 xylanh thẳng hàng, DOHC 16 Valves
Thông số kỹ thuật động cơ 2KD - FTV
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật động cơ 2KD - FTV
Số xy lanh và cách bố trí 4 xy lanh thẳng hàng
Hệ thống phối khí 16 van, DOHC, dẫn động bằng đai và bánh răng
Hệ thống nhiên liệu Diesel Common rail
Dung tích làm việc 2492 cc Đường kính* hành trình piston 92,00*93,80mm
Công suất cực đại 75kW/3600 v/p
Khái quát hệ thống nhiên liệu
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common Rail theo nhà sản xuất
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu
Bảng 2.3: Chức năng các chi tiết của hệ thông nhiên liệu
Tên chi tiết Chức năng
Thùng nhiên liệu Chứa nhiên liệu cho hệ thống hoạt động
Lọc nhiên liệu Lọc cặn bẩn và tách nước lẫn trong nhiên liệu
Bơm cao áp có chức năng hút nhiên liệu từ thùng chứa và nén nhiên liệu lên áp suất cao khoảng 1500 – 1800 bar trong quá trình hoạt động Ống phân phối sẽ chứa nhiên liệu có áp suất cao từ bơm và phân phối đến các kim phun.
Kim phun Phun nhiên liệu vào buồng đốt khi nhận được tín hiệu điều khiển phun từ EDU
Sơ đồ hệ thống điều khiển
10 Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện hệ thống theo nhà sản xuất
12 Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện hệ thống được dịch lại
Sơ đồ chân ECU
Hình 2.5: Sơ đồ chân giắc A
Hình 2.6: Sơ đồ chân giắc B
14 Hình 2.7: Sơ đồ chân giắc D
Hình 2.8: Sơ đồ chân giắc E
Mạch cấp nguồn ECU
Khi bật khóa điện ở vị trí ON, nguồn điện dương sẽ đi qua khóa điện và cầu chì IGN, đến chân IGSW của ECU Lúc này, ECU cung cấp điện áp dương ra chân MREL để kích hoạt cuộn dây relay MAIN, đóng tiếp điểm relay MAIN Kết quả là điện áp dương được cấp đến chân +B của ECU thông qua tiếp điểm relay.
Mạch đèn Check Engine
Hình 2.10: Mạch đèn Check Engine
Mạch giắc chẩn đoán OBD II
Hình 2.11: Mạch giắc chẩn đoán OBD
Mạch cầu chì - relay
Hình 2.12: Mạch cầu chì relay
Yêu cầu khi sử dụng mô hình
Sinh viên phải được học về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống Common Rail trước khi thao tác trên mô hình
Sinh viên cần nắm rõ cấu trúc tổng quát của mô hình và nhận diện tên cũng như chức năng của các thiết bị trước khi thực hiện thao tác, nhằm tránh hư hỏng thiết bị.
Mô hình sử dụng điện áp một chiều 12V, được chuyển đổi từ nguồn điện xoay chiều 220V trong xưởng Do đó, sinh viên chỉ được phép cấp nguồn hoạt động cho mô hình khi có sự cho phép của giảng viên.
Trước khi cung cấp nguồn cho hệ thống, cần kiểm tra kỹ lưỡng các giắc cắm của hộp ECU, EDU, cảm biến và kim phun để đảm bảo chúng đã được kết nối chắc chắn Việc này giúp tránh tình trạng giắc cắm chưa được kết nối, có thể dẫn đến mô hình không hoạt động hoặc gây hỏng thiết bị.
Sử dụng đúng nhiên liệu cho mô hình là nhiên liệu DIESEL
Không được tháo giắc kim phun trong quá trình hoạt động có thể nguy hiểm người học và gây cháy hộp EDU
Đặc biệt qua tâm đến vấn đề an toàn về điện, an toàn về cháy nổ khi vận hành mô hình.
Hướng dẫn sử dụng mô hình
Kiểm tra, lắp mạch hệ thống nối đất
Cấp nguồn 220V, công tắc IGSW ở vị trí OFF
Khi bật công tắc Power SW, đèn báo công tắc và đèn trên Motor Speed sẽ sáng lên, cùng lúc đó, đèn BATT trên bảng cực ECU cũng sáng, cho thấy hệ thống đã được cấp nguồn.
Xoay công tắc LIGHT SW để quan sát kim phun và các ống nghiệm
Xoay công tắc IGSW sang vị trí ON (IG): Quan sát các đèn báo +B trên bảng cực ECU sáng, bugi xông bắt đầu làm việc
Xoay công tắc IGSW sang vị trí ST: motor bắt đầu truyền động, người sử dụng quan sát trên mô hình:
Tín hiệu điều khiển từ ECU
Tín hiệu điều khiển kim phun
Hoạt động của kim phun
Khóa van hồi nhiên liệu, quan sát lượng dầu phun và lượng dầu hồi
THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Mô hình 3D của khung mô hình
Hình 3.1: Mô hình 3D của khung
Trình tự thiết kế mô hình
Các bước tiến hành thiết kê khung mô hình:
Quan sát, tìm hiểu các mô hình có sẵn trong xưởng động cơ
Hình thành ý tưởng về khung mô hình
Tiến hành xây dựng mô hình 3D của khung
Tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn và chỉnh sửa mô hình
Xuất bản vẽ để tiến hành thi công
Thi công khung mô hình
Các phương pháp sử dụng: cắt, hàn, nguội, sơn
Các thiết bị sử dụng: máy cắt tay, máy cắt bàn, máy hàn điện, máy nén khí
Bản vẽ khung mô hình
Hình 3.2: Bản vẽ khung mô hình
21 Hình 3.3: Hình chiếu đứng của khung
Hình 3.4: Hình chiếu bằng của khung
22 Hình 3.5: Hình chiếu cạnh của khung
Thiết kế hệ thống truyền động
Hình 3.7: Thông số motor
Bảng 3.1: Bảng thông số motor
Tính toán tỉ số truyền của hệ thống truyền động và đường kính các puly
Hình 3.8: Bộ truyền động từ motor đến bánh răng trục khuỷu
Bộ truyển động sử dụng bộ truyền động đai
Gọi đường kính puly motor là d1
Gọi đường kính puly gối đỡ là d2
Gọi u là tỉ số truyền của hệ thống
Mục tiêu thiết kế: khi số vòng quay motor (n1) là 250 rpm thì số vòng quay trục khuỷu (n2) là 700 rpm
Hãng sản xuất MITSUBISHI ELECTRIC
Loại motor Motor 3 pha Điện áp sử dụng 220 V
Tốc độ tối đa 3500 rpm
Công suất cực đại 5.5 kW
Với đường kính puly của gối đỡ khi gia công là d2 = 10cm Áp dụng công thức tính tỉ số truyền
Ta tính toán để tìm đường kính của puly motor
Kết luận: Đường kính puly motor là d1 = 28cm Đường kính puly gối đỡ là d2 = 10cm
Tỉ số truyển của hệ thống u = 0.36 d1: Đường kính bánh đai dẫn d2: Đường kính bánh đai bị dẫn ε: Hệ số trượt, ε = 0.01
Hình 3.9: Bộ truyền động từ bánh răng trục khuỷu đến bánh răng trục cam
Bộ truyền sử dụng bộ truyền động đai
Gọi n1 là số vòng quay của trục khuỷu
Gọi n2 là số vòng quay của trục cam
Gọi Z1 là số răng của bánh răng trục khuỷu, với Z1 = 36
Gọi Z2 là số răng của bánh răng trục cam, với Z2 = 72
Gọi u là tỉ số truyền của bộ truyền
Thiết kế mạch cấp nguồn cho hệ thống truyền động và hệ thống điều khiển
Hình 3.10: Mạch điện cấp nguồn cho mô hình Điện áp được sử dụng cho mô hình là điện áp một chiều 12V
Sau khi cấp nguồn xoay chiều 220V và CP ở vị trí ON
Xoay công tắc IG/SW sang vị trí IG: biến tần và motor vẫn chưa hoạt động mà chủ yếu cung cấp nguồn cho ECU
Khi công tắc IG chuyển sang vị trí ST, relay cấp nguồn biến tần được kích hoạt, cung cấp điện cho biến tần, giúp biến tần hoạt động và điều khiển động cơ Đồng thời, dòng điện qua relay cấp nguồn biến tần (IG) cũng làm cho relay đóng lại.
Khi công tắc được chuyển sang vị trí IG, relay cấp nguồn biến tần sẽ đóng, tiếp tục cung cấp điện cho biến tần để điều khiển hoạt động của motor.
Diode số 2 có tác dụng ngăn không cho dòng điện chạy ngược về relay STA
Diode số 1 có tác dụng ngăn không cho dòng điện chạy ngược về chân IG tại công tắc IG
Các chân VCP2, VPA2, EP2 có tác dụng cung cấp tín hiệu từ bàn đạp ga để điều khiển biến tần từ đó điều khiển tốc độ của motor
Hình 3.11: Biến tần và relay điều khiển
Mô hình sử dụng tín hiệu bàn đạp ga để điều khiển tốc độ biến tần từ đó điều khiển tốc độ motor
Tín hiệu sử dụng: VCP2, VPA2, EP2
Hình 3.12: Mạch điều khiển biến tần
Bảng 3.2: Bảng điều chỉnh tốc độ motor theo tín hiệu bàn đạp ga
Cực đo Vị trí bàn đạp ga Điện áp Tốc độ động cơ
Sơ đồ khối bố trí các thiết bị trên mô hình
Hình 3.13: Bố trí các thiết bị trên bảng mô hình
Hình 3.14: Bố trí thiết bị cấp nguồn và thu tín hiệu cho mô hình
Hình 3.15: Bố trí giắc chẩn đoán và các công tắc cấp nguồn cho mô hình
Giới thiệu các thiết bị được trang bị trên mô hình
Hình 3.16: Bộ đo gió dây nhiệt
31 Hình 3.18: Van EGR và Cảm biến vị trí van EGR
Hình 3.19: Cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ khí nạp và công tắc cắt EGR
32 Hình 3.20: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
33 Hình 3.22: Ống phân phối
Hình 3.25: EDU và bảng cực EDU
Hình 3.27: Đèn Check Engine
36 Hình 3.28: Giắc nối dây (mass)
Hình 3.29: Giắc nối dây (Vc, E2, +B)
37 Hình 3.30 Bảng cực ECU
38 Hình 3.31: Bảng cầu chì
39 Hình 3.33: Bộ thu thập tín hiệu
Hình 3.34: Bảng các công tắc cấp nguồn
40 Hình 3.35: Bàn đạp ga
Hình 3.36: Bơm cao áp
Hình 3.37: Lọc nhiên liệu và thùng nhiên liệu
Mô hình hoàn chỉnh
Hình 3.38: Hệ thống nhiên liệu và hệ thống điều khiển của mô hình
42 Hình 3.39: Mô hình tổng thể
HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU
Sơ đồ hệ thống nhiên liệu
Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common Rail
Cấu tạo và hoạt động của các chi tiết của hệ thống nhiên liệu
Hình 4.2: Thùng nhiên liệu
1 Thùng nhiên liệu 4 Ống phân phối (Ống Rail)
2 Lọc nhiên liệu 5 Kim phun
Thùng chứa nhiên liệu cần được làm từ vật liệu chống ăn mòn và phải đảm bảo không bị rò rỉ ở áp suất gấp đôi so với áp suất hoạt động bình thường Cần lắp đặt van an toàn để xả áp suất cao ra ngoài Ngoài ra, nhiên liệu không được rò rỉ tại các ống nối với bình lọc nhiên liệu hay thiết bị bù áp suất, ngay cả khi xe bị rung xóc, quay vòng, dừng lại hoặc di chuyển trên đường dốc Cuối cùng, thùng nhiên liệu và động cơ phải được đặt cách xa nhau để giảm nguy cơ cháy nổ trong trường hợp xảy ra tai nạn.
Lọc nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các thành phần của bơm, van phân phối và kim phun khỏi hư hỏng Việc sử dụng lọc nhiên liệu không phù hợp có thể gây ra sự mài mòn nhanh chóng cho các chi tiết của bơm Bộ lọc nhiên liệu giúp làm sạch nhiên liệu trước khi đưa vào cụm bơm cao áp, từ đó nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống.
Nước xâm nhập vào hệ thống nhiên liệu có thể gây ăn mòn và hư hỏng Để bảo vệ hệ thống Common Rail, cần lắp đặt bộ lọc nhiên liệu có bình chứa nước, giúp xả nước qua nút xả khi cần thiết Khi nước lắng đọng vượt mức cho phép, công tắc báo nước lắng đọng sẽ gửi tín hiệu đến ECU, từ đó ECU thông báo cho tài xế qua đèn báo nhiên liệu Ngoài ra, nếu bộ lọc bị tắc, áp suất đến bơm cấp liệu sẽ giảm, dẫn đến công tắc cảnh báo hệ thống nhiên liệu trên lọc thông báo cho ECU, kích hoạt đèn báo nhiên liệu để cảnh báo tài xế.
Hình 4.4: Hệ thống cảnh báo nhiên liệu khi ON và OFF
Hình 4.5: Hoạt động của đèn cảnh báo nhiên liệu
Bơm cao áp được sử dụng trên mô hình là loại bơm cao áp HP3
Cấu tạo của bơm HP3 gồm:
Van điều khiển hút SCV
Van 1 chiều (van xả, van hút)
Cặp piston bơm cao áp
Cơ cấu lệch tâm và vành cam
Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Hình 4.6: Bơm cao áp HP3
4.2.3.2 Nguyên lý hoạt động của bơm
Bơm cao áp có nhiệm vụ tạo ra nhiên liệu có áp suất cao lên đến 180 Mpa qua đường ống cao áp đến ống phân phối chung (Common Rail)
Cam lệch tâm trong bơm được dẫn động bởi động cơ qua đai cam và tiếp xúc với cam vòng Khi cam lệch tâm quay, nó làm cho cam vòng không đồng trục, dẫn đến việc các piston bơm được đội và không được đội Khi piston không được đội, lò xo ép xuống để hút nhiên liệu vào bơm Khi piston được cam đội đi lên, nó nén nhiên liệu qua van phân phối vào ống phân phối chung Trong quá trình này, khi một piston hút nhiên liệu, piston đối diện sẽ nén nhiên liệu, giúp bơm cao áp nén nhiên liệu hai lần trong một vòng quay của cốt bơm, cung cấp nhiên liệu hiệu quả hơn cho ống phân phối.
Hình 4.7: Hoạt động của bơm cao áp
Hình 4.8: Cấu tạo và hoạt động của bơm tiếp vận
Bơm tiếp vận có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng chứa, qua lọc dầu, và đẩy nhiên liệu đến van SCV (van điều khiển hút) để cung cấp cho hai piston trong buồng bơm của bơm cao áp Loại bơm này là bơm bánh răng ăn khớp trong lệch tâm, với trục điều khiển quay roto trong của bơm cấp nhiên liệu Khi roto quay, thể tích của buồng hút và buồng xả sẽ thay đổi, dẫn đến việc bơm tiếp vận hút nhiên liệu vào cửa hút và xả nhiên liệu ra khỏi cửa xả.
4.2.3.3.3 Van hạn chế áp suất của bơm tiếp vận
Van hạn chế áp suất của bơm tiếp vận có chức năng duy trì áp suất nạp nhiên liệu ở mức ổn định, ngăn chặn áp suất tăng quá cao khi tốc độ động cơ gia tăng Khi tốc độ bơm vượt mức cho phép, áp suất sẽ tăng vượt qua giới hạn điều chỉnh của van, khiến áp suất nhiên liệu thắng lực lò xo và làm van mở ra, đưa nhiên liệu trở lại cửa hút của bơm.
4.2.3.4 Van điều khiển hút (SCV)
Nhiên liệu từ bơm cấp được dẫn qua van SCV và van một chiều, sau đó được nén bởi piston trước khi được đẩy vào ống phân phối thông qua van một chiều.
SCV hoạt động dựa trên độ rộng của xung được điều khiển bởi ECU, nhằm điều chỉnh lượng nhiên liệu mà bơm cao áp cung cấp cho ống phân phối Việc này giúp điều chỉnh áp suất nhiên liệu bên trong ống phân phối đến mức cần thiết Khi lượng nhiên liệu vào bơm cao áp tăng, áp suất cũng sẽ tăng và ngược lại Để kiểm soát áp suất nhiên liệu, ECU thay đổi hệ số tác dụng dòng điện cung cấp cho van SCV, từ đó điều chỉnh lượng nhiên liệu vào bơm cao áp.
4.2.3.5 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Hình 4.11: Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu là một loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm, được lắp đặt trong thân bơm cao áp Chức năng của cảm biến này là phát hiện nhiệt độ của nhiên liệu và gửi tín hiệu về ECU khi khóa điện được bật.
ECU cung cấp điện áp 5V cho chân THF của cảm biến Khi nhiệt độ nhiên liệu tăng, điện áp giữa hai đầu cảm biến sẽ giảm và ngược lại ECU nhận diện sự thay đổi nhiệt độ nhiên liệu thông qua sự biến đổi của giá trị điện áp này.
Hình 4.12: Cấu tạo ống phân phối
Hình 4.13: Mặt cắt của ống phân phối
4.2.4.2 Chức năng của ống phân phối
Áp suất nhiên liệu trong ống phân phối cần phải duy trì ổn định ngay cả khi kim phun lấy nhiên liệu để phun Cảm biến áp suất nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường áp suất này.
Hệ thống phân phối nhiên liệu sử dụng ống phân phối chung (common rail) với 51 liệu, được điều chỉnh áp suất bởi van xả và van SCV để duy trì áp suất phun mong muốn Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao này phục vụ cho tất cả các xylanh, đảm bảo rằng áp suất bên trong không bị thay đổi ngay cả khi có một lượng nhiên liệu bị mất trong quá trình phun Điều này giúp áp suất phun của vòi phun luôn ổn định từ thời điểm kim phun mở.
Trong ống phân phối, nhiên liệu áp suất cao thường được duy trì đầy đủ Khi nhiên liệu được phun ra khỏi ống, áp suất trong ống tích trữ vẫn giữ nguyên, nhờ vào sự điều chỉnh của bơm cao áp Bơm này thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù đắp cho lượng nhiên liệu đã phun ra, đảm bảo áp suất ổn định trong hệ thống.
4.2.4.3 Bộ giới hạn áp suất
Bộ giới hạn áp suất hoạt động để điều chỉnh áp suất trong ống phân phối, mở van khi áp suất đạt khoảng 180Mpa nhằm giảm áp suất khi có sự cố xảy ra Nhiên liệu sẽ được dẫn trở lại thùng nhiên liệu qua bộ giới hạn áp suất này.
Hình 4.15: Hai trạng thái hoạt động của van xả áp
Van xả áp điều chỉnh áp suất trong ống phân phối theo tải động cơ, duy trì áp suất ổn định Khi áp suất trong ống phân phối vượt quá mức phun mong muốn, ECU động cơ sẽ gửi tín hiệu điện áp để mở van xả Điều này cho phép nhiên liệu hồi trở lại thùng chứa, đảm bảo áp suất nhiên liệu phù hợp với yêu cầu phun theo các chế độ tải của động cơ.
4.2.4.5 Cảm biến áp suất nhiên liệu
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
Các cảm biến sử dụng trên mô hình
Bộ đo gió dây nhiệt (MAF SENSOR)
Hình 5.1: Bộ đo gió dây nhiệt
Hình 5.2: Cấu tạo và đặc tính hoạt động của bộ đo gió
Bộ đo gió dây nhiệt bao gồm một nhiệt điện trở (Thermistor) và dây nhiệt bằng platin (Platinum Hot Wire) được lắp đặt trên đường di chuyển của không khí, cùng với một mạch điều khiển điện tử Nhiệt điện trở có chức năng kiểm tra nhiệt độ không khí vào bộ đo gió, và cả nhiệt điện trở lẫn mạch điều khiển điện tử đều được bảo vệ trong một hộp nhựa dẻo.
Dây nhiệt và nhiệt điện trở được lắp đặt trên đường di chuyển của không khí Khi lượng không khí đi qua dây nhiệt tăng lên, lượng nhiệt được mang đi cũng lớn hơn, dẫn đến việc không khí trở nên lạnh hơn.
Khi nhiệt độ của dây platin được duy trì ổn định, có mối liên hệ giữa lượng không khí nạp và cường độ dòng điện qua dây nhiệt, nhằm đảm bảo nhiệt độ của dây luôn được giữ ở mức cố định.
Dây nhiệt được đặt trong một mạch cầu với điện thế tại điểm A và B bằng nhau Khi dây nhiệt bị làm nguội bởi không khí, điện trở của nó giảm, dẫn đến điện áp tại điểm B cũng giảm Điều này kích hoạt bộ khuếch đại, khiến transistor mở và cho phép dòng điện đi vào mạch Dòng điện qua dây nhiệt tăng, làm tăng điện trở của dây nhiệt cho đến khi điện thế tại điểm A bằng điện thế tại điểm B.
Trong quá trình làm việc, nếu nhiệt độ không khí nạp tăng một đại lượng T, nhiệt độ dây nhiệt cũng sẽ gia tăng tương ứng Để khắc phục vấn đề này, người ta lắp một điện trở nhiệt ở nhánh khác của cầu, giúp loại bỏ sự cần thiết phải có cảm biến nhiệt độ khí nạp để hiệu chỉnh lưu lượng phun Khi xe di chuyển ở độ cao lớn, mật độ không khí nạp giảm, dẫn đến khả năng làm nguội dây nhiệt kém hơn, vì vậy không cần phải điều chỉnh lượng phun theo độ cao hoạt động của xe.
Trong bộ đo gió có lắp một cảm biến nhiệt độ không khí nạp để sử dụng cho các hệ thống điều khiển khác của động cơ
Bảng 5.1: Bảng giá trị điện áp kiểm tra bộ đo gió
Cực đo Điều kiện Điện áp
Hình 5.3: Sơ đồ chân giắc bộ đo gió
Cảm biến vị trí van EGR
Cảm biến vị trí van EGR là thiết bị quan trọng giúp phát hiện mức độ mở của van tuần hoàn khí xả (EGR) và gửi tín hiệu về ECU về trạng thái hoạt động của van này Cảm biến sử dụng công nghệ biến trở con trượt để thực hiện chức năng của mình.
Hình 5.5: Mạch điện cảm biến vị trí van EGR
Khi động cơ hoạt động, ECU cung cấp nguồn cho cảm biến tại chân VC - E2 Khi van EGR hoạt động, độ nâng của van EGR sẽ ảnh hưởng đến điện áp tại chân VELF, và ECU sẽ sử dụng giá trị điện áp này để theo dõi độ mở của van EGR.
Bảng 5.2: Bảng giá trị kiểm tra điện trở của cảm biến vị trí van EGR
Cực đo Trạng thái Điện trở
Hình 5.7: Sơ đồ giắc cảm biến vị trí van EGR
Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau tăng áp
Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau tăng áp, được đặt phía sau turbo, là một thiết bị bán dẫn với hệ số nhiệt điện trở âm.
Hình 5.9: Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp sau tăng áp
Khi khí khóa điện được bật ở vị trí ON, cảm biến nhận được điện áp 5V tại chân THIA Khi nhiệt độ khí nạp sau tăng áp tăng lên, điện áp trên hai đầu cảm biến sẽ giảm và ngược lại ECU sử dụng giá trị điện áp này để nhận biết nhiệt độ khí nạp và từ đó điều chỉnh lượng nhiên liệu phun một cách chính xác.
Đường đặc tính của điện trở cảm biến nhiệt độ khí nạp sau tăng áp được thể hiện trong Hình 5.10, trong khi Bảng 5.3 cung cấp giá trị kiểm tra điện trở của cảm biến này.
Cực Đo Điều Kiện Điện Trở
Hình 5.11: Sơ đồ giắc cảm biến nhiệt độ khí nạp sau tăng áp
Cảm biến áp suất đường ống nạp
Cảm biến áp suất đường ống nạp turbo tăng áp được kết nối với đường ống nạp thông qua ống mềm dẫn khí, nhằm đo lường áp suất trong đường ống nạp và lượng không khí được nạp vào động cơ.
ECU dùng tín hiệu này để hiệu chỉnh lượng phun, hệ thống nạp không khí và điều khiển hệ thống EGR
Hình 5.13: Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp
Một chip silicon được gắn với buồng chân không, nơi duy trì độ chân không tiêu chuẩn, và tất cả được tích hợp trong bộ cảm biến Một mặt của chip tiếp xúc với đường ống nạp, trong khi mặt còn lại tiếp xúc với độ chân không trong buồng.
Áp suất của đường ống nạp có ảnh hưởng đến hình dạng của chíp, dẫn đến sự thay đổi trong giá trị điện trở của nó tùy thuộc vào mức độ biến dạng.
Hình 5.14: Mạch điện và đường đặc tính của cảm biến áp suất đường ống nạp
Sự dao động của điện trở trong cảm biến được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp thông qua IC bên trong, sau đó tín hiệu này được gửi đến ECU động cơ qua cực PIM để làm tín hiệu áp suất turbo diesel Đồng thời, cực VC của ECU động cơ cung cấp nguồn 5V ổn định cho IC.
Bảng 5.4: Bảng giá trị kiểm tra điện áp của cảm biến áp suất đường ống nạp
Cực Đo Điều Kiện Điện Áp
P = 300mmHg 1.3V – 1.9V Áp suất môi trường 2.4V – 3.1V
Hình 5.15: Sơ đồ giắc cảm biến áp suất đường ống nạp
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hình 5.16: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Cảm biến nhiệt độ nước làm mát là chất bán dẫn có trị số nhiệt điện trở âm
Tín hiệu của cảm biến được ECU dùng để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun và thời điểm phun, điều khiển phun khởi động, điều khiển ISC và EGR
Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát hoạt động khi khóa điện ở vị trí ON, cung cấp điện áp 5V cho chân THW của cảm biến Khi nhiệt độ nước làm mát tăng, điện áp trên hai đầu cảm biến giảm và ngược lại ECU nhận biết nhiệt độ động cơ thông qua tín hiệu này, từ đó điều chỉnh phun và các chức năng khác.
Hình 5.18: Đường đặc tính của điện trở cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Bảng 5.5: Bảng giá trị kiểm tra điện trở của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cực Đo Điều Kiện Điện Trở
Hình 5.19: Sơ đồ giắc cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến áp suất nhiên liệu
Hình 5.20: Cảm biến áp suất nhiên liệu Cảm biến áp suất nhiên liệu được bố trí trên ống phân phối
Các cơ cấu chấp hành
Kim phun trong hệ thống Common Rail hoạt động với điện áp cao lên đến 85V Để đạt được điều này, EDU có nhiệm vụ khuếch đại điện áp từ 12V lên 85V, giúp dẫn động kim phun hiệu quả.
5.2.1.1 Cấu tạo và sơ đồ chân
Hình 5.42: Cấu tạo EDU
EDU có cấu tạo gồm 2 phần:
Mạch khuếch đại điện áp: có tác dụng khuếch đại điện áp từ 12V 85V khi dẫn động kim phun
Mạch điều khiển có nhiệm vụ dẫn động kim phun khi nhận tín hiệu IJT từ ECU, đồng thời gửi tín hiệu xác nhận IJF trở lại ECU để cung cấp thông tin phản hồi về việc điều khiển kim phun.
Hình 5.43: Sơ đồ chân EDU Bảng 5.12: Bảng ký hiệu tên và chứa năng các chân của EDU
Ký hiệu chân Chức năng
IJT#1, IJT#2, IJT#3, IJT#4 Tín hiệu điều khiển kim phun từ ECU đến INJ#1, INJ#2, INJ#3, INJ#4 Tín hiệu điều khiển đến kim phun
IJF Tín hiệu phản hồi điều khiển phun về
COM Chân chung của các kim phun
5.2.1.2 Mạch cấp nguồn cho EDU
Khi bật khóa điện ở vị trí ON, ECU sẽ tiếp mass cho chân EDUREL, dẫn đến việc đóng tiếp điểm của rơ le EDU, từ đó cung cấp điện áp đến chân +B của EDU.
EDU nhận tín hiệu từ ECU để kích hoạt quá trình phun nhiên liệu Nó khuếch đại điện áp từ 12V lên 85V và cung cấp năng lượng cho kim phun mở ra Khi kim phun mở, nhiên liệu có áp suất cao trong ống phân phối sẽ được phun vào buồng đốt Quá trình phun sẽ dừng lại khi EDU ngừng cung cấp điện cho kim phun.
Bướm ga Diesel được lắp đặt trên đường ống nạp và hoạt động song song với bàn đạp ga Motor bước trên bướm ga có nhiệm vụ điều chỉnh mức độ mở của bướm ga dựa trên tín hiệu điều khiển từ ECU.
Tác dụng của bướm ga:
Đảm báo tối ưu lượng EGR thông qua một loạt vận hành bằng cách tăng độ chân không của đường ống nạp
Giảm tiếng ồn bằng cách đóng bướm ga khi động cơ chạy không tải
Giảm rung bằng cách đóng hoàn toàn bướm ga khi dừng động cơ với mục đích cắt lượng khí nạp vào
Hình 5.46: Biểu đồ điều khiển bướm ga của ECU
Hoạt động của bướm ga:
ECU sẽ mở bướm ga tối đa trong 2-3 giây sau khi bật công tắc máy ở vị trí IG và kiểm tra công tắc báo bướm ga Khi động cơ tăng tốc hoặc khi có tải lớn, ECU cũng sẽ điều chỉnh bướm ga ở vị trí tối đa và kiểm tra công tắc tương ứng Nếu công tắc không báo bướm ga mở tối đa ở vị trí ON khi động cơ khởi động hoặc tăng tốc, ECU sẽ báo lỗi và chuyển sang chế độ không an toàn, giới hạn công suất động cơ.
Hình 5.47: Mạch điện của bướm ga Bảng 5.13: Bảng giá trị kiểm tra điện trở của motor bướm ga
Cực đo Điều kiện Điện trở
Hình 5.48: Sơ đồ giắc bướm ga Ý nghĩa tên các cực:
+B: nguồn dương từ relay chính LU+A, LU-A, LU+B, LU-B: tín hiệu điều khiển bướm ga
Van EGR và EGR cut
5.2.3.1 Van EGR (Back pressure modulated)
Van EGR được điều khiển bởi ECU thông qua việc điều chỉnh lượng chân không cấp vào bộ chấp hành, giúp kiểm soát lượng khí xả tuần hoàn Khi chân không mạnh, van EGR nâng lên nhiều hơn, dẫn đến việc tăng lượng khí xả được hồi lưu ECU cũng nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí van EGR để điều chỉnh chính xác độ nâng của van thông qua tín hiệu điều khiển chân không.
Khí thải từ động cơ sẽ đi vào phần rỗng của chốt van và sau đó vào màng Control, khiến toàn bộ bệ van nâng lên, đóng lỗ trung tâm của màng Power Khi đó, áp suất thấp sẽ được hình thành.
83 động cơ sẽ hút toàn bộ màng Power và màng Control chốt van đi lên sẽ cho khí thải đi vào đường ống nạp của động cơ
Bảng 5.14: Bảng giá trị kiểm tra điện trở của van vị trí EGR
Cực đo Trạng thái Điện trở
Mở hoàn toàn (20 o C) 3.9 KΩ Đóng hoàn toàn (20 o C) 1.0 KΩ
Công tắc cắt EGR được kích hoạt bởi ECU động cơ, giúp điều chỉnh lượng không khí tác động lên EGR (tuần hoàn khí xả) thay vì sử dụng chân không từ bơm chân không Điều này cho phép tắt bộ EGR, duy trì khả năng tải khi nước làm mát động cơ còn lạnh hoặc khi động cơ hoạt động ở chế độ toàn tải.
Bảng 5.15: Bảng giá trị kiểm tra điện trở của EGR cut
Cực đo Trạng thái Điện trở
Hình 5.52: Sơ đồ giắc công tắc cắt EGR
Bugi xông là thiết bị có dạng dây đốt may so, được lắp đặt trong buồng cháy của xi lanh động cơ, đối diện với vòi phun Các bugi xông được kết nối song song và đi kèm với rơle bugi xông cùng đèn báo xông.
Hình 5.55: Mạch điều khiển bugi xông
Trước khi khởi động, hãy bật khóa điện ở vị trí IG để cung cấp dòng điện cho cuộn dây của rơ le bugi xông, giúp đóng tiếp điểm rơ le Dòng điện này sẽ vào bugi xông, làm cho bugi nóng đỏ, và thời gian cấp dòng điện được ECU điều chỉnh dựa trên nhiệt độ của nước làm mát.
Bảng 5.16: Bảng giá trị kiểm tra điện trở của bugi xông
Cực đo Trạng thái Điện trở
Cực bugi – Thân bugi Nhiệt độ 20 o C Xấp xỉ 0.72Ω
Van điều khiển hút (Van SCV)
Mạch điện của van SCV nhận tín hiệu từ ECU, cho phép ECU tính toán áp suất nhiên liệu tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ Thông qua cảm biến áp suất ống phân phối, ECU điều khiển van SCV mở rộng để tăng lượng nhiên liệu vào buồng bơm khi cần áp suất cao, và điều chỉnh ngược lại bằng tín hiệu xung để thay đổi hệ số tác dụng dòng điện.
Hình 5.58: Cấu tạo van SCV
87 Hình 5.59: Trạng thái đóng và mở của van SCV
Hình 5.60: Hoạt động của van SCV khi van mở lớn
Khi độ rộng xung do ECU điều khiển tăng, cường độ trung bình của dòng điện đến cuộn dây cũng tăng, dẫn đến việc van kim mở ra ngoài và SCV được mở rộng hơn Hệ quả là lượng nhiên liệu có khả năng di chuyển qua van SCV sẽ gia tăng.
Nếu piston đi hết hành trình hút, lượng hút vào trở nên lớn do đường hút rộng
Khi van SCV mở nhỏ, nếu độ rộng xung điều khiển từ ECU giảm, cường độ dòng điện đến cuộn dây cũng sẽ giảm Điều này dẫn đến việc lực lò xo đẩy van kim vào, làm cho van SCV hẹp hơn, và kết quả là lượng nhiên liệu có thể di chuyển qua van SCV giảm xuống.
Lượng hút vào giảm do đường hút hẹp, mặc dù piston đã đi hết hành trình hút Sự chênh lệch giữa thể tích hình học và thể tích nhiên liệu hút vào tạo ra độ chân không.
Bảng 5.17: Bảng giá trị kiểm tra điện trở của van SCV
Cực đo Trạng thái Điện trở
Hình 5.62: Sơ đồ chân giắc van SCV
Hình 5.63: Va xả áp
Hình 5.64: Mạch điện van xả áp ECU điều khiển van xả áp đóng mở bằng cách điều khiển dòng điện chạy qua van