Đồ án hệ thống điều khiển Diesel điện tử TOYOTA HILUX 2KD – FTV. Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun dầu điện tử Common Rail trên xe Toyota. Trình bày đầy đủ cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động của hệ thông.
DẪN NHẬP
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 với tiện nghi và tính an toàn cao, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường Nhiều hệ thống trên ô tô hiện nay, đặc biệt là các hệ thống an toàn như phanh và ổn định, được điều khiển bằng điện tử Các cải tiến về động cơ cũng rất quan trọng, đặc biệt là hệ thống xử lý khí thải nhằm giảm ô nhiễm môi trường Hệ thống điều khiển phun dầu điện tử đóng vai trò quan trọng trong việc giảm khí thải và tiết kiệm nhiên liệu, góp phần cải thiện hiệu suất của động cơ Diesel.
Vấn đề nghiên cứu động cơ sử dụng hệ thống phun dầu điện tử là cần thiết cho sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô hiện nay Nhiều mô hình động cơ đã được thi công và đưa vào giảng dạy tại xưởng động cơ, cung cấp tài liệu thực tế quý giá cho sinh viên 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 chọn đề tài tốt nghiệp “THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIÊU LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ COMMON RAIL TOYOTA HILUX 2KD – FTV” để thiết kế cấu tạo hệ thống nhiên liệu, nguyên lý điều khiển và tìm hiểu nguyên lý hoạt động, 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 hữu 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, chuẩn 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 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 Học cách lập kế hoạch và thực hiện chúng cũng như chia sẻ và học hỏi từ bạn bè và thầy cô sẽ giúp nâng cao kỹ năng và hiệu suất làm việc.
Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong giáo dục
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
Chúng tôi chuyên thiết kế và thi công mô hình hệ thống điều khiển nhiên liệu Diesel điện tử Common Rail 2KD_FTV cho Toyota Hilux, đồng thời biên soạn tài liệu hỗ trợ quá trình học tập hiệu quả.
Phương pháp nghiên cứu
Để hoàn thành đề tài, chúng tôi đã áp dụng nhiều phương pháp nghiên cứu, 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 quốc tế mà nhóm tự tìm hiểu và được giảng viên hướng dẫn cung cấp.
Quá trình học hỏi từ thầy hướng dẫn, các thầy trong xưởng động cơ, và bạn bè trong nhóm thực hiện đồ án là rất quan trọng để hình thành ý tưởng thiết kế khung cho mô hình và cách bố trí, sắp xếp thiết bị một cách hợp lý.
Cuối cùng, chúng tôi tiến hành quan sát thực tế hoạt động của động cơ mẫu tại xưởng, kết hợp với việc chạy thử mô hình chế tạo Qua đó, chúng tôi sửa chữa các chi tiết chưa hoạt động đúng nguyên lý và khắc phục các lỗi đã được chẩn đoán trong quá trình kiểm tra, nhằm hoàn thiện mô hình.
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 ông 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 liên hệ
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 nhiều giai đoạn phát triển quan trọng Tiến sĩ Marco Ganser từ viện nghiên cứu kỹ thuật Thụy Sĩ tại Zurich đã tiếp tục nghiên cứu và cải tiến công nghệ này Đến giữa những năm 90, tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki từ tập đoàn Denso của Nhật Bản đã phát triển và ứng dụng hệ thống Common Rail trên các xe tải nặng hiệu Hino, chính thức ra mắt vào năm 1995 và sau đó được áp dụng rộng rãi trên các xe du lịch.
Hiện nay, hầu hết các hãng ô tô đều áp dụng hệ thống phun nhiên liệu tiên tiến trên xe của họ, bao gồm cả động cơ xe cơ giới và tàu thủy Các hãng sử dụng nhiều tên gọi khác nhau cho công nghệ này, 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 introducing vehicles equipped with the D-4D (Direct Injection-4 stroke Diesel Engine) and Common Rail system, starting with the Hiace Currently, additional models such as the Fortuner grade G and the Hilux pickup truck also utilize this advanced 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
Cấu tạo mô hình
Hình 2.1: Mô hình tổng thể
7 Hình 2.2: Hệ thống nhiên liệu
Hình 2.3: Bộ đo gió dây nhiệt
Hình 2.5: Van EGR và Cảm biến vị trí van EGR
9 Hình 2.6: Cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ khí nạp và công tắc cắt EGR
Hình 2.7: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
12 Hình 2.12: EDU và bảng cực EDU
Hình 2.16: Giắc chia E1 và Giắc chia E2, Vc, +B
16 Hình 2.19: Bảng các công tắc cấp nguồn
17 Hình 2.21: Bộ truyền động và cảm biến trục cam
Cấu tạo hệ thống Common Rail
Hình 2.24: Sơ đồ hệ thống Common Rail
Khái quát nguyên lý hoạt động của hệ thống
Hệ thống nhiên liệu bao gồm các thành phần như thùng nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bơm cao áp, ống phân phối, kim phun và các đường ống cao áp Chức năng của hệ thống này là hút nhiên liệu từ thùng chứa, nén nhiên liệu lên áp suất cao và chờ tín hiệu từ ECU để phun vào buồng đốt.
Hệ thống điều khiển động cơ bao gồm bộ xử lý trung tâm ECU, bộ khuếch đại điện áp để điều khiển kim phun EDU, cùng với các cảm biến đầu vào và bộ chấp hành ECU thu thập tín hiệu từ nhiều cảm biến để xác định tình trạng hoạt động của động cơ, từ đó tính toán lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu Sau khi hoàn tất tính toán, ECU gửi tín hiệu điều khiển đến EDU để mở kim phun Hệ thống này cũng có chức năng tính toán và điều khiển áp suất nhiên liệu cũng như tuần hoàn khí xả.
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 vững cấu trúc tổng quát của mô hình và hiểu rõ tên gọi cũng như chức năng của từng thiết bị trước khi thực hiện thao tác, nhằm tránh gây hư hỏng cho các thiết bị.
Mô hình sử dụng điện áp 220V, kết nối với nguồn điện trong xưởng Sinh viên chỉ được phép cấp nguồn hoạt động cho mô hình khi có sự đồng ý của giảng viên.
Trước khi 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 được kết nối chắc chắn Việc này giúp tránh tình trạng giắc chưa được cắm, có thể dẫn đến việc mô hình không hoạt động hoặc gây hư 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.
THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Thiết kế khung mô hình
22 Hình 3.2: Bảng vẽ khung mô hình
Hình 3.3: Hình chiếu đứng của khung mô hình
Hình 3.4: Hình chiếu bằng của khung mô hình
Hình 3.5: Hình chiếu cạnh của khung mô hình
Các bước tiến hành thiết kê khung mô hình:
Quan sát, tìm hiếu các mô hình có sẵn trong xưởng động cơ
Hình thành ý tưởng về khung mô hình
Tiến hành tiến hành dựng mô hình 3D của khung
Tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dấn 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
Thiết kế mạch điện nguồn cho mô hình
Mạch điện cung cấp nguồn cho mô hình sử dụng điện áp 220V, sau đó thông qua bộ hạ áp 220V – 12V, điện áp được giảm xuống còn 12V để cấp cho ECU.
Khi công tắc IG chuyển sang vị trí ST, relay cấp nguồn biến tần sẽ đóng, cung cấp nguồn cho biến tần và cho phép nó hoạt động Biến tần điều khiển hoạt động của motor, trong khi dòng điện qua relay cấp nguồn biến tần (IG) làm cho relay đóng lại.
Khi công tắc chuyển sang vị trí IG, relay cung cấp nguồn cho biến tần (IG) sẽ đóng, giúp duy trì nguồn điện cho biến tần và điều khiển hoạt động của motor.
Diốt số 2 ngăn dòng điện chạy ngược về relay STA, trong khi diốt số 1 ngăn dòng điện trở về chân IG tại công tắc.
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 3.7: Thông số của motor Bảng 3.1: Thông số motor
Hãng sản xuất MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION
Loại motor Motor 3 pha Điện áp sử dụng 220 V
Công suất cực đại 5.5 kW
3.2.2 Tỉ số truyền của hệ thống truyền động
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 3.8: Mạch điều khiển biến tần Bảng 3.2: Bảng điều chỉnh tốc độ biến tần và motor theo tín hiệu bàn đạp ga
Cực đo Điện áp Tốc độ động cơ (Ne)
4.96V 2500 RPM d1: Đường kính bánh đai dẫn d2: Đường kính bánh đai bị dẫn ε: Hệ số trượt
HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU
Cấu tạo hệ thống nhiên liệu
Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common Rail
4.1.2 Chức năng các chi tiết
Bảng 4.1: 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 Hút nhiên liệu từ thùng chứa và nén nhiên liệu lên áp suất cao khoảng 1500 – 1800 bar khi hệ thống hoạt động
1 Thùng nhiên liệu 4 Ống phân phối (Ống Rail)
2 Lọc nhiên liệu 5 Kim phun
29 Ống phân phối Chứa nhiên liệu có áp suất cao từ bơm cao áp và phân phối nhiên liệu đến các kim phun
Kim phun Phun nhiên liệu vào buồng đốt khi nhận được tín hiệu điều khiển phun từ EDU
Cấu tạo và hoạt động của các chi tiết
Thùng chứa nhiên liệu cần được chế tạo từ vật liệu chống ăn mòn và phải đảm bảo không rò rỉ ở áp suất gấp đôi so với áp suất hoạt động bình thường Cần lắp đặt van an toàn để cho phép áp suất cao tự thoát ra ngoài Ngoài ra, nhiên liệu không được rò rỉ tại các ống nối với bình lọc hay thiết bị bù áp suất, ngay cả khi xe gặp rung lắc, quay vòng, dừng lại hoặc di chuyển trên đường dốc Quan trọng là thùng nhiên liệu và động cơ phải được đặt cách xa nhau để giảm thiểu nguy cơ cháy nổ trong trường hợp xảy ra tai nạn.
Hình 4.3: Cấu tạo lọc nhiên liệu
Sử dụng lọc nhiên liệu không phù hợp có thể gây hư hỏng cho các thành phần như bơm, van phân phối và kim phun Bộ lọc nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc làm sạch nhiên liệu trước khi vào cụm bơm cao áp, từ đó giúp ngăn ngừa mài mòn nhanh chóng các chi tiết của bơm.
Nước xâm nhập vào hệ thống nhiên liệu có thể gây ăn mòn và hư hỏng Để bảo vệ hệ thống Common Rail, cần sử dụng bộ lọc nhiên liệu có bình chứa nước, cho phép nước được xả ra qua nút xả Khi nước lắng đọng đạt mức nhất định, công tắc báo nước lắng đọng sẽ gửi tín hiệu đến ECU, khiến ECU thông báo cho tài xế qua đèn báo nhiên liệu Ngoài ra, bộ lọc còn có công tắc cảnh báo tắc nghẽn; khi bộ lọc bị tắc, áp suất đến bơm cấp liệu giảm, công tắc sẽ báo cho ECU, và ECU sẽ bật 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
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, tiếp xúc với cam vòng Khi cam lệch tâm quay, nó khiến cam vòng không đồng trục, làm cho các piston bơm lần lượt được đội và không được đội Khi piston bơm không được cam đội, nó bị lò xo ép xuống và hút nhiên liệu vào bơm Khi piston bơm được cam đội đi lên, nó nén nhiên liệu qua van phân phối vào ống phân phối chung Do đó, trong một vòng quay cốt bơm, bơm cao áp nén nhiên liệu hai lần để cung cấp lên ống phân phối.
Hình 4.7: Hoạt động của bơm
Hình 4.8: Cấu tạo và hoạt động của bơm tiếp vận
Bơm cấp nhiên liệu có chức năng hút nhiên liệu từ thùng chứa, qua lọc dầu và đẩy đến van SCV (van điều khiển hút), sau đó đến 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 bên trong Khi roto quay, thể tích buồng hút và buồng xả sẽ thay đổi, cho phép bơm hút nhiên liệu vào cửa hút và bơm ra khỏi cửa xả.
Van điều chỉnh trong bơm tiếp vận giữ áp suất nạp nhiên liệu ổn định, ngăn ngừa áp suất tăng quá cao khi tốc độ động cơ tăng Khi tốc độ bơm vượt quá mức cho phép, áp suất sẽ vượt qua lực lò xo của van điều chỉnh, khiến van mở ra và cho phép nhiên liệu quay trở lại cửa hút của bơm cấp nhiên liệu.
4.2.3.4 Van điều khiển hút (SCV)
Nhiên liệu từ bơm cấp được dẫn qua SCV và van một chiều, sau đó được piston nén và đẩy qua van một chiều vào ống phân phối.
SCV hoạt động dựa vào độ rộng xung do ECU điều khiển, nhằm điều chỉnh lượng nhiên liệu mà bơm cao áp cung cấp cho ống phân phối Việc điều chỉnh này giúp kiểm soát áp suất nhiên liệu bên trong ống phân phối đến mức cần thiết Khi lượng nhiên liệu vào bơm cao áp tăng, áp suất trong bơm cũng sẽ tăng và ngược lại Để duy trì áp suất nhiên liệu ổn định, SCV điều chỉnh thời gian mở và đóng một cách vô cấp, từ đó kiểm soát lượng nhiên liệu vào bơm cao áp.
4.2.3.5 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Hình 4.11: Vị trí của 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 rơi trên hai đầu cảm biến sẽ giảm và ngược lại ECU nhận diện sự thay đổi nhiệt độ nhiên liệu thông qua giá trị điện áp rơi 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 phải được duy trì ổn định dù kim phun lấy nhiên liệu từ ống Cảm biến áp suất nhiên liệu trên ống phân phối đo áp suất và van xả áp suất điều chỉnh để đạt được áp suất phun mong muốn Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao này phục vụ cho tất cả các xylanh, do đó được gọi là “đường ống phân phối chung” (common rail).
Khi phun, 38 mất đi nhưng ống phân phối vẫn giữ áp suất bên trong ổn định Điều này giúp áp suất phun của vòi phun không bị thay đổi ngay khi kim phun bắt đầu mở.
Trong ống phân phối, nhiên liệu được duy trì ở áp suất cao và khi phun ra, áp suất trong ống tích trữ vẫn được giữ ổn định Điều này xảy ra nhờ vào bơm cao áp, có nhiệm vụ điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp để bù đắp cho lượng nhiên liệu đã phun ra.
4.2.4.3 Bộ hạn chế áp suất
Bộ hạn chế áp suất hoạt động để điều chỉnh áp suất trong ống phân phối, mở van khi áp suất vượt quá 180Mpa và đóng lại khi áp suất giảm xuống khoảng 30Mpa Khi xảy ra sự cố trong hệ thống khiến áp suất tăng cao bất thường, nhiên liệu sẽ được đưa trở lại thùng nhiên liệu thông qua bộ giới hạn áp suất.
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 mức áp suất ổn định Khi áp suất trong ống phân phối vượt quá áp suất 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
Sơ đồ mạch điện
42 Hình 5.1: Sơ đồ mạch điện hệ thống
Sơ đồ chân ECU
Hình 5.2: Sơ đồ chân giắc A
Hình 5.3: Sơ đồ chân giắc B
44 Hình 5.4: Sơ đồ chân giắc D
Hình 5.5: Sơ đồ chân giắc E
Mạch cấp nguồn cho ECU
Khi khóa điện được bật ở vị trí ON, điện dương sẽ đi qua khóa điện và cầu chì IGN, đến chân IGSW của ECU Tại thời điểm này, ECU cung cấp điện áp dương ra chân MREL, dẫn đến cuộn dây relay MAIN, làm đóng tiếp điểm relay MAIN Kết quả là, điện áp dương được cấp đến chân +B của ECM qua tiếp điểm relay.
EDU
Kim phun trong hệ thống Common Rail hoạt động với điện áp cao lên đến 85V, do đó, EDU có vai trò quan trọng trong việc khuếch đại điện áp từ 12V lên 85V để điều khiển kim phun hiệu quả.
5.1.1 Cấu tạo và sơ đồ chân
Hình 5.7: 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 điều khiển kim phun bằng cách nhận tín hiệu IJT từ ECU và gửi tín hiệu xác nhận IJF trở lại ECU, đảm bảo thông tin phản hồi chính xác cho việc điều khiển kim phun.
Hình 5.8: Sơ đồ chân EDU Bảng 5.1: 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 điệu khiển phun về
COM Chân chung của các kim phun
5.1.2 Mạch cấp nguồn cho EDU và điều khiển kim phun
Hình 5.9: Mạch cấp nguồn cho EDU
Khi bật khóa điện sang vị trí ON, ECU sẽ tiếp mass 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 yêu cầu phun từ ECU và khuếch đại điện áp từ 12V lên 85V để cấp cho kim phun Khi kim phun mở, nhiên liệu có áp suất cao trong ống phân phối sẽ được phun vào buồng đốt Quá trình phun dừng lại khi EDU ngừng cung cấp điện cho kim phun.
Mạch cầu chì và relay
Hình 5.10: Mạch bảng cầu chì và relay hệ thống
Mạch đèn Check Engine
Hình 5.11: Mạch đèn Check Engine
Mạch giắc chẩn đoán OBD II
Hình 5.12: Sơ đồ đấu dây của giắc OBD
Hệ thống các cảm biến
5.8.1 Bộ đo gió dây nhiệt (MAF SENSOR)
Hình 5.13: Bộ đo gió dây nhiệt
Hình 5.14: Cấu tạo và đặc tính hoạt động của bộ đo gió a Cấu tạo
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 mạch điều khiển điện tử Nhiệt điện trở có chức năng kiểm tra nhiệt độ không khí nạp vào bộ đo, và cả thiết bị này được bảo vệ trong một hộp nhựa dẻo, đảm bảo tính ổn định và độ bền trong quá trình hoạt động.
Dây nhiệt và nhiệt điện trở được lắp đặt trên lộ trình di chuyển của không khí Khi lượng không khí đi qua dây nhiệt tăng lên, nhiệt độ mang theo sẽ cao hơn và không khí sẽ nguội đi nhanh chóng.
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 để giữ cho nhiệt độ này không thay đổi.
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 nạp, điện trở của nó giảm, dẫn đến điện áp tại điểm B cũng giảm theo, kích hoạt hoạt động của bộ khuếch đại.
Transistor 52 mở ra cho dòng điện vào mạch, làm cho dòng điện qua dây nhiệt tăng lên Khi đó, điện trở của dây nhiệt cũng tăng theo, cho đến khi điện thế tại điểm A bằng với điện thế tại điểm B.
Trong quá trình làm việc, khi nhiệt độ không khí nạp tăng lên một lượng T, nhiệt độ dây nhiệt cũng sẽ tăng tương ứng Để khắc phục vấn đề này, người ta lắp đặt một điện trở nhiệt ở nhánh khác của cầu, do đó hệ thống không cần 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.
Bộ đo gió được trang bị cảm biến nhiệt độ không khí nạp, phục vụ cho việc điều khiển các hệ thống khác của động cơ Sơ đồ chân của thiết bị cũng được cung cấp để hỗ trợ trong quá trình lắp đặt và sử dụng.
Hình 5.15: Sơ đồ giắc bộ đo gió
5.8.2 Cảm biến vị trí van EGR
Cảm biến được thiết kế để phát hiện mức độ mở của van tuần hoàn khí xả (EGR), nhằm cung cấp thông tin về trạng thái hoạt động của van EGR đến ECU Loại cảm biến này sử dụng biến trở con trượt, giúp cải thiện độ chính xác trong việc theo dõi hoạt động của hệ thống EGR.
+B: Chân điện nguồn cung cấp từ relay chính
VG: Tín hiệu xác định khối lượng không khí nạp
E2: Mass cảm biến nhiệt độ không khí THA: Tín hiệu cảm biến nhiệt độ không khí EVG: Mass bộ đo gió
Hình 5.16: 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 ảnh hưởng đến điện áp tại chân VELF, và ECU sử dụng giá trị điện áp này để theo dõi độ mở của van EGR.
Bảng 5.2: Bảng thông số điện trở kiểm tra cảm biến vị trí van EGR
Cực đo Trạng thái Điện trở
Sơ đồ chân của cảm biến vị trí van EGR
Hình 5.18: Sơ đồ giắc cảm biến vị trí van EGR
5.8.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau tăng áp
Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau turbo tăng áp được lắp đặt phía sau turbo, là một loại cảm biến bán dẫn với hệ số nhiệt điện trở âm.
Hình 5.19: Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạo sau tăng áp
Khi khí khóa điện được bật ở vị trí ON, nó cung cấp điện áp 5V đến chân THIA của cảm biến Khi nhiệt độ khí nạp sau tăng áp tăng, điện áp trên hai đầu điện trở cảm biến sẽ giảm Các cực của cảm biến có ý nghĩa như sau: VELF là tín hiệu vị trí van EGR, VC là nguồn 5V cung cấp từ ECU, và E2 là mass cảm biến.
55 và ngược lại ECU nhận biết nhiệt độ khi nạp thông qua giá trị điện áp này Từ đó ECU hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun
Hình 5.20: Đường đặc tính của điện trở cảm biến Bảng 5.3: Điều kiện kiểm tra cảm biến nhiệt độ khí nạp sau tăng áp
Cực Đo Điều Kiện Điện Trở Điện Áp
Hình 5.21: Sơ đồ giắc cảm biến nhiệt độ khí nạp sau tăng áp
5.8.4 Cảm biến áp suất đường ống nạp
Cảm biến áp suất turbo tăng áp được kết nối với đường ống nạp thông qua một ống mềm dẫn không khí, nhằm xác định áp suất trong đường ống nạp và lượng không khí được nạp vào động cơ.
THIA: Tín hiệu nhiệt độ khí nạp sau tăng áp
ECU dùng tín hiệu này để điều khiển lượng phun, hệ thống nạp không khí và điều khiển hệ thống EGR
Hình 5.22: Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp
Một chip silicon được gắn với buồng chân không có độ chân không chuẩn, nằm trong bộ cảm biến Một bên của chip tiếp xúc với đường ống nạp, trong khi bên còn lại tiếp xúc với môi trường chân không Khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi, hình dạng của chip cũng thay đổi, dẫn đến sự biến đổi giá trị điện trở tương ứng với mức độ biến dạng.
Hình 5.23: Mạch điện và đường đặc tính cảu cảm biến áp suất đường ống nạp
Sự dao động của điện trở trong cảm biến được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp nhờ 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 Cực VC của ECU cung cấp nguồn 5V ổn định cho IC.
Bảng 5.4: Bảng thông số kiểm tra 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 5.24: Sơ đồ giắc cảm biến áp suất đường ống nạp Ý nghĩa các cực:
VC: Nguồn 5V cung cấp từ ECU
PIM: Điện áp tín hiệu xác định lưu lượng không khí nạp
5.8.5 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 khí khóa điện bật ở vị trí ON, cung cấp điện áp 5V đến chân THW của cảm biến Khi nhiệt độ nước làm mát tăng, điện áp trên hai đầu điện trở cảm biến sẽ giảm và ngược lại ECU nhận diện nhiệt độ động cơ qua tín hiệu này để điều chỉnh phun và thực hiện các chức năng khác.
Bảng 5.5: Bảng thông số kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cực Đo Điều Kiện Điện Trở
THIA: Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát E2: Mass cảm biến
Hình 5.26: Sơ đồ giắc cảm biến nhiệt độ nước làm mát
5.8.6 Cảm biến áp suất nhiên liệu
Cảm biến áp suất nhiên liệu được bố trí trên ống phân phối
Các cơ cấu chấp hành
Bướm ga Diesel được lắp đặt trên đường ống nạp và hoạt động độc lập với bàn đạp ga Nó được điều khiển bởi motor bước, cho phép điều chỉnh độ mở của bướm ga theo tín hiệu 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 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 giảm lưu lượng khí nạp vào
Hình 5.43: Biểu đồ điều khiển bướm ga của ECU
Hoạt động của bướm ga:
ECU sẽ đặt bướm ga ở vị trí mở tối đa trong 2 – 3 giây sau khi bật công tắc máy và kiểm tra công tắc báo bướm ga Khi động cơ tăng tốc hoặc chịu tải lớn, ECU cũng sẽ điều chỉnh bướm ga và kiểm tra trạng thái công tắc Nếu công tắc báo không ở vị trí ON khi động cơ khởi động hoặc tăng tốc, ECU sẽ báo lỗi và thiết lập chế độ không an toàn, giới hạn công suất động cơ.
Hình 5.44: Mạch điện của bướm ga
Hình 5.45: Sơ đồ giắc bướm ga
5.9.2 Van EGR và EGR cut
5.9.2.1 Van EGR (Back pressure modulated)
Hình 5.46: Van EGR 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 được điều khiển bởi ECU thông qua việc kiểm soát lượng chân không cấp vào bộ chấp hành, giúp điều chỉnh lượng khí xả tuần hoàn Khi chân không mạnh, van EGR nâng lên nhiều hơn, dẫn đến lượng khí xả tuần hoàn tăng ECU sẽ nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí van EGR để điều chỉnh chính xác tín hiệu điều khiển chân không, đảm bảo hiệu suất hoạt động của van EGR.
Khí thải từ động cơ đi vào phần rỗng của chốt van và màng Control, làm cho bệ van nâng lên và đóng lỗ trung tâm của màng Power Khi đó, áp suất thấp từ động cơ sẽ hút toàn bộ màng Power và màng Control, cho phép khí thải đi vào đường ống nạp của động cơ.
Bảng 5.12: Điện trở kiểm tra của van 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
5.9.2.2 EGR cut (Hệ thống điều khiển cắt van EGR)
Hình 5.48: Công tắc cắt chân không
Công tắc cắt chân không VSV là thiết bị điều khiển dòng điện giữa các mạch dựa vào nhiệt độ của nước làm mát Nguyên lý hoạt động của van này phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ, cho phép đóng mở dòng chân không một cách hiệu quả.
Khi nhiệt độ nước làm mát giảm, sáp nhiệt co lại, cho phép lò xo đẩy piston di chuyển xuống xa khỏi cần đẩy Trong quá trình này, chân không được cấp vào cửa K, trong khi không khí được cấp vào cửa J Đồng thời, chân không cũng được cấp vào cửa N, trong khi không khí được cung cấp cho hai cửa còn lại là M và L.
Khi nhiệt độ tăng sáp nhiệt giãn nở, đẩy piston đi lên Nó cho phép chân không được cấp vào các cửa L và N
Khi nhiệt độ tăng nữa , piston bị đẩy lên cao hơn chân không ngừng cấp vào cửa N và thay vào đó cấp cho cửa L và M
Hệ thống này kích hoạt vi sinh vật (VSV), giúp không khí trong khí quyển tác động lên EGR (tuần hoàn khí xả) thay vì sử dụng chân không từ đường ống nạp Điều này dẫn đến việc tắt bộ EGR, nhằm duy trì khả năng tải khi nước làm mát động cơ còn lạnh.
ECU động cơ điều khiển VSV để tắt EGR khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn một giá trị nhất định hoặc khi tốc độ động cơ vượt quá mức quy định Điều này giúp duy trì khả năng tải Ngoài ra, ECU cũng kích hoạt VSV để ngăn EGR khi lượng khí nạp lớn hơn một ngưỡng xác định hoặc khi chức năng cắt nhiên liệu hoạt động, nhằm bảo vệ độ bền cho hệ thống EGR.
Hình 5.50: Sơ đồ giắc công tắc cắt chân không Bảng 5.13: Bảng thông số kiểm tra điện trở EGR cut
Cực đo Trạng thái Điện trở
Hình 5.51: Bugi xông Ý nghĩa tên chân +B: Nguồn cấp từ relay chính EGRC: tín hiệu cắt chân không
Hình 5.52: Cấu tạo bugi xông
Bugi sấy, có dạng dây đốt may so, được lắp đặt trong buồng cháy của xi lanh động cơ, đối diện với vòi phun và nối song song với nhau Hệ thống này bao gồm rơle bugi sấy, bộ định thời gian sấy và đèn báo sấy, đóng vai trò quan trọng trong quá trình khởi động động cơ.
Hình 5.53: Mạch điều khiển bugi xông
Trước khi khởi động, hãy bật khóa điện về nấc sấy để dòng điện vào cuộn dây của rơ le bugi sấy, làm cho tiếp điểm rơ le đóng lại Dòng điện này sẽ kích hoạt bugi sấy, nung đỏ nó trong thời gian được định sẵn bởi bộ định thời gian sấy Khi đèn báo sấy trên bảng taplo tắt, nghĩa là thời gian sấy đã đủ.
5.9.4 Van điều khiển hút (Van SCV)
Mạch điện của van SCV cho phép ECU nhận tín hiệu đầu vào để tính toán áp suất nhiên liệu tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ Khi cần áp suất nhiên liệu cao, ECU điều khiển van SCV mở nhiều hơn, tăng lượng nhiên liệu vào buồng bơm, và ngược lại, điều chỉnh bằng tín hiệu xung để thay đổi hệ số tác dụng dòng điện.
Hình 5.55: Cấu tạo van SCV
77 Hình 5.56: Trạng thái đóng và mở của van SCV
Hình 5.57: Hoạt động của van SCV khi van mở lớn
Khi dòng điện đến van SCV trong thời gian dài, cường độ dòng điện tại cuộn dây sẽ tăng, dẫn đến việc van kim mở ra và SCV mở rộng hơn Kết quả là lượng nhiên liệu có thể di chuyển qua van SCV tăng lên.
Nếu piston đi hết hành trình hút, lượng hút vào trở nên lớn do đường hút rộng
Khi van SCV mở nhỏ, nếu dòng đến SCV trong thời gian ngắn, cường độ trung bình của dòng điện đến cuộn dây sẽ giảm, khiến lực lò xo đẩy van kim vào, dẫn đến việc van SCV hẹp hơn 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 Sự chênh lệch giữa thể tích hình học và thể tích nhiên liệu hút vào dẫn đến việc tạo ra độ chân không.
Hình 5.59: Sơ đồ chân van SCV Bảng 5.14: Bảng thông số kiểm tra điện trở van SCV
Cực đo Trạng thái Điện trở
Hình 5.60: Mạch điện van xả áp
ECU điều khiển van xả áp bằng cách điều chỉnh dòng điện, với cực PRV tại ECU cung cấp điện cho một đầu dây của van, trong khi đầu dây còn lại được nối với thân xe để tạo thành mạch nối mass Quá trình này giúp duy trì áp suất nhiên liệu trong ống phân phối.
NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU CỦA ECU
Xác định lượng nhiên liệu phun và thời điểm phun nhiên liệu
ECU thực hiện 3 chức năng sau để xác định lượng nhiên liệu phun:
Tính toán lượng phun cơ bản
Tính toán lượng phun tối đa
So sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa
6.1.1 Xác định lượng phun nhiên liệu
6.1.1.1 Tính toán lượng phun cơ bản
Việc tính toán lượng phun cơ bản được thực hiện dựa trên tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến vị trí bàn đạp ga, như thể hiện trong Hình 6.1.
Bên cạnh đó là các tính hiệu để hiệu chỉnh lấy từ cảm biến nhiệt độ nước, công tắc điều hòa và tín hiệu từ van ISC
Hình 6.2: Lượng phun cơ bản ở các chế độ
6.1.1.2 Tính toán lượng phun tối đa
ECU tính toán lượng phun tối đa dựa trên các tín hiệu từ cảm biến, bao gồm cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến nhiệt độ nước, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, áp suất tua bin và cảm biến áp suất nhiên liệu.
Hình 6.4: Lượng phun tối đa
6.1.1.3 So sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa
ECU so sánh lượng phun cơ bản với lượng phun tối đa đã được tính toán, và từ đó, ECU sẽ chọn lượng phun nhỏ hơn làm lượng phun cuối cùng.
Lấy ví dụ tại vị trí bàn đạp ga là 30%, ta xác định lương phun
Hình 6.5: Lựa chọn lương phun
6.1.2 Xác định thời điểm phun
Thời điểm phun thực tế được xác định thông qua quá trình tính toán thời điểm phun cơ bản kết hợp với giá trị hiệu chỉnh.
ECU sử dụng tín hiệu tốc độ động cơ và vị trí bàn đạp ga để tính toán thời điểm phun cơ bản
ECU sử dụng tín hiệu nhiệt độ nước làm mát và tín hiệu áp suất khí nạp để tính toán giá trị hiệu chỉnh.
Điều khiển phun khi khởi động
Khi khởi động, ECU xác định lượng phun bằng cách điều chỉnh lượng phun cơ bản dựa trên tín hiệu ON từ máy khởi động và thông tin từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
Khi động cơ nguội, nhiệt độ nước làm mát sẽ thấp hơn và lượng phun sẽ lớn hơn
6.2.2 Xác định thời điểm phun
ECU điều chỉnh thời điểm phun nhiên liệu trong quá trình khởi động dựa trên tín hiệu từ máy khởi động, nhiệt độ nước và tốc độ động cơ.
Khi nhiệt độ nước thấp, nếu tốc độ động cơ cao thì thời điểm phun sẽ được điều chỉnh sớm lên.
Điều khiển tốc độ phun
Hệ thống phun nhiên liệu hoạt động bằng cách phun một lượng nhỏ nhiên liệu trước khi thực hiện phun chính, giúp đốt cháy đều và êm trong quá trình phun chính.
Điều khiển lượng phun ở tốc độ cầm chừng
ECU điều khiển lượng phun tại tốc độ cầm chừng dựa trên tín hiệu từ các cảm biến Nó tính toán tốc độ mong muốn phù hợp với tình trạng xe và so sánh với tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ Sau đó, ECU điều khiển bộ chấp hành để điều chỉnh lượng phun, nhằm duy trì tốc độ không tải ổn định.
Điều khiển chống rung khi chạy không tải
Chức năng này giúp phát hiện dao động tốc độ động cơ khi không tải, do sự khác biệt trong bơm và vòi phun gây ra, đồng thời điều chỉnh lượng phun cho từng xylanh.
Do đó, sự rung động và tiếng ồn không tải được giảm xuống
Lượng phun được điều chỉnh sao cho tất cả các trị số trở nên bằng nhau.
Điều khiển áp suất nhiên liệu
ECU điều khiển áp suất nhiên liệu chủ yếu dựa vào tín hiệu tốc độ động cơ để tính toán áp suất phun tối ưu Nó gửi tín hiệu điều khiển đến van SCV nhằm điều chỉnh lượng nhiên liệu nạp vào buồng piston bơm Đồng thời, ECU cũng theo dõi áp suất nhiên liệu trên ống phân phối để đảm bảo áp suất đạt yêu cầu, nhờ vào tín hiệu phản hồi từ cảm biến áp suất nhiên liệu.
