Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn và biết ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Văn Giao người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt thời gian em nghiên cứu khóa luận. Và cũng là người đưa ra những ý tưởng, kiểm tra sự phù hợp của luận văn.
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Đặt vấn đề
Trong 20 năm qua, ngành công nghiệp ô tô đã trải qua những thay đổi lớn, đặc biệt trong hệ thống điện và điện tử nhằm nâng cao công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải độc hại, và tăng tính an toàn cũng như tiện nghi Hiện nay, ô tô trở thành một hệ thống phức hợp giữa cơ khí và điện tử, với sự hiện diện của các bộ vi xử lý trong hầu hết các hệ thống điện Các công nghệ mới được áp dụng rộng rãi, từ hệ thống điều khiển động cơ đến các tính năng an toàn và tiện nghi Ví dụ, hệ thống đánh lửa điện tử đã thay thế cho hệ thống đánh lửa truyền thống, và bộ chế hòa khí đã được thay thế bằng hệ thống phun xăng điện tử Do đó, tôi nhận thấy tầm quan trọng của hệ thống điện động cơ và quyết định chọn đề tài “Khai thác hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE” để nghiên cứu sâu hơn, phục vụ cho công việc tương lai.
Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu lý thuyết về hệ thống điện động cơ thông qua các tài liệu từ hãng Toyota và giáo trình giảng dạy của trường Đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM sẽ giúp nắm vững kiến thức cơ bản và ứng dụng trong lĩnh vực này.
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sự dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:
+ Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, đặc biệt là các cuốn cẩm nang khai thác, bảo dưỡng sửa chữa của chính hãng Toyota
Nghiên cứu và tìm kiếm thông tin trên Internet từ các website trong và ngoài nước là một bước quan trọng Việc so sánh và chắt lọc thông tin giúp chúng ta sử dụng những dữ liệu cần thiết và đáng tin cậy nhất.
Để có cái nhìn sâu sắc về ngành cơ khí ô tô, cần tham khảo ý kiến từ các chuyên gia và giảng viên tại bộ môn Cơ khí ô tô của trường ĐH Giao Thông Vận Tải TP Hồ Chí Minh Ngoài ra, ý kiến từ các kỹ sư, chuyên viên kỹ thuật tại các trung tâm bảo hành, xưởng sửa chữa và garage chuyên dụng cũng rất quan trọng Những người có kinh nghiệm lâu năm trong việc sử dụng và bảo quản xe cũng đóng góp giá trị cho việc hiểu biết về lĩnh vực này.
Tìm hiểu về phương pháp kiểm tra và chẩn đoán các bộ phận của hệ thống điện động cơ là rất quan trọng, dựa trên lý thuyết và kiến thức đã học, kết hợp với kinh nghiệm thực tiễn từ các đợt thực tập và sự hướng dẫn của giáo viên.
Để nâng cao hiệu quả vận hành của động cơ 2TR-FE, cần xây dựng quy trình kiểm tra và chẩn đoán các hư hỏng thường gặp Đồng thời, thiết kế mô hình hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa cũng là một yếu tố quan trọng giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của động cơ.
Mục tiêu đề tài
+ Nắm vững phần lý thuyết hệ thống điện động cơ
+ Trình bày các quy trình kiểm tra,chẩn đoán các hư hỏng của hệ thống
+ Đồng thời bài báo cáo này cũng có thể trở thành tài liệu tham khảo cho các sinh viên khóa sau.
Giới hạn của đề tài
+ Vì giới hạn về thời gian, đề tài chỉ nghiên cứu phần lý thuyết hệ thống điện động cơ, không nghiên cứu điện thân xe
+ Có mô hình thực tế.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ…
Lịch sử phát triển
Vào thế kỷ 19, kỹ sư người Pháp Stevan đã phát minh ra phương pháp phun nhiên liệu cho máy nén khí Sau đó, một kỹ sư người Đức thử nghiệm phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không thành công Đến năm 1966, hãng BOSCH đã phát triển thành công hệ thống phun xăng cơ khí K-Jetronic, trong đó nhiên liệu được phun liên tục vào trước supap hút Hệ thống này được áp dụng trên các xe của hãng Mercedes và nhiều mẫu xe khác, tạo nền tảng cho sự phát triển của các hệ thống phun xăng thế hệ tiếp theo như KE-Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic và Motronic.
Hệ thống K – Jetronic, hay còn gọi là CIS (continuous injection system), chủ yếu được sử dụng trên các hãng xe Châu Âu và bao gồm bốn loại cơ bản: K – Jetronic, K – Jetronic với cảm biến oxy, KE – Jetronic (kết hợp điều khiển điện tử), và KE – Motronic (có điều khiển góc đánh lửa sớm) Do những nhược điểm của hệ thống phun cơ khí, vào đầu những năm 80, BOSCH đã phát triển hệ thống phun điện tử với hai loại chính: L – Jetronic (xác định lượng nhiên liệu phun qua cảm biến lưu lượng khí nạp) và D – Jetronic (xác định lượng nhiên liệu phun dựa vào áp suất đường ống nạp) Năm 1984, Nhật Bản đã mua bản quyền từ BOSCH và áp dụng hệ thống L – Jetronic và D – Jetronic trên xe Toyota với động cơ 4A – ELU, và đến năm 1987, Nissan đã sử dụng L – Jetronic thay cho bộ chế hòa khí trên xe Nissan Sunny.
Hình 2.2 Hệ thống phun xăng L-Jectronic
Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) cũng được đưa vào sử dụng vào những năm đầu thập kỷ 80 Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition System) ra đời, cho phép không sử dụng delco và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới
Ngày nay, hầu hết các ô tô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ cho cả động cơ xăng và Diesel, giúp đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về khí thải và tiết kiệm nhiên liệu Bên cạnh đó, công suất động cơ cũng đã được cải thiện đáng kể.
Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời Đó là động cơ phun xăng trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection) Trong tương lai gần, chắc chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi
2.2 Tổng quan động cơ 2TR-FE Động cơ 2TR-FE lắp trên xe Toyota Fortuner là loại động cơ xăng thế hệ mới, 4 xy lanh thẳng hàng dẫn động bằng xích thông qua con đội thuỷ lực với hệ thống van nạp biến thiên thông minh VVT, dung tích xilanh 2,7L trục cam kép DOHC 16 xupap
Hình 2.3 Động cơ 2TR-FE Động cơ 2TR-FE được bố trí phía trước và nằm dọc trên xe Fortuner Động cơ cùng hệ thống truyền lực tạo ra moment chuyển động tại cầu sau (loại 4x2) hoặc cả cầu trước và cầu sau (loại 4x4)
Thân động cơ (thân máy) là nơi chứa và lắp đặt các cơ cấu và hệ thống của động cơ Xylanh được bố trí thành dãy dọc ở phần trên của thân động cơ.Trong thân máy có các lỗ, các đường dẫn dầu bôi trơn và nước làm mát Bao quanh các Xylanh là khoang chứa nước để làm mát
Nắp máy là phần đậy trên Xylanh, có cấu tạo tương đối phức tạp vì trong nó có rất nhiều các đường ống dẫn khí, dẫn nước, dẫn dầu và là nơi chứa nhiều bộ phận khác của động cơ Các bộ phận được lắp trên nắp máy như: giàn xu páp, các đường nạp, xả cho các Xylanh, các đường dầu, đường nước làm mát, lỗ để lắp kim phun nhiên liệu, bugi…Nắp máy được bắt chặt với thân máy bằng các budong cấy và các bulong
Hình 2.5 Nắp máy động cơ 2TR-FE
Xylanh được gia công chính xác trực tiếp trên thân máy và liền với thân động cơ, giúp tăng độ cứng vững, giảm trọng lượng và tối ưu hóa kết cấu Động cơ sử dụng hệ thống làm mát bằng nước Xylanh được đúc bằng gang với bề mặt làm việc được gia công tỉ mỉ, đạt độ bóng cao và được nhiệt luyện để đảm bảo độ cứng cần thiết.
Hình 2.6 Xy lanh động cơ 2 TR-FE
Cơ cấu Piston - trục khuỷu - thanh truyền bao gồm các thành phần chính như piston, chốt piston, xéc măng, thanh truyền, trục khuỷu và bánh đà Nhiệm vụ của cơ cấu này là tiếp nhận năng lượng từ khí cháy và chuyển hóa nó thành cơ năng, giúp quay trục khuỷu.
Hình 2.7 Nhóm Piston – trục khuỷu – thanh truyền động cơ 2TR-FE
Bảng thông số động cơ 2TR-FE:
Tên thông số Giá trị Động cơ 2 TR-FE bốn xi lanh thẳng hàng, 16 xupap DOHC
Dung tích công tác (cc) 2694
Công suất tối đa (Hp/rpm) 178/6000
Momen xoắn cực đại (N.m/rpm) 231/4100
Dung tích bình nhiên liệu (l) 65 Đường kính piston (mm) 95
Hệ thống phun nhiên liệu EFI
Hệ thống đánh lửa DIS có ESA
Tiêu chuẩn khí thải EURO 2 Điều khiển cam hút, cam xả Biến thiên thông minh VVT-i
Tích hợp bộ chẩn đoán Onboard M-OBD
2.3 Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE
2.3.1 Vị trí các chi tiết trên động cơ
Hình 2.8 Vị trí các chi tiết trên động cơ 2TR-FE
Hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE bao gồm ba thành phần chính với rất nhiều bộ phận nằm ở các vị trí khác nhau trên động cơ, có thể liệt kê một số vị trí trên động cơ như sau:
+ Cảm biến vị trí trục cam: Nằm ở trên nắp quy lát phía sau trục cam
+ Cảm biến vị trí trục khuỷu: Nằm ở đầu puly trục khuỷu
+ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: nằm tại đường nước làm mát động cơ
Cảm biến vị trí bướm ga và bộ chấp hành kết hợp tạo thành cụm bướm ga điện tử, trong khi cuộn đánh lửa và vòi phun nhiên liệu được đặt tại nắp dàn cò và ống phân phối.
2.3.2 Mô tả hệ thống Động cơ xăng sinh công qua chu trình giãn nở của hỗn hợp xăng và không khí Ba yếu tố chủ yếu của động cơ xăng để sinh công là: hỗn hợp hòa khí (hòa khí) tốt, nén tốt, đánh lửa tốt Để đạt được 3 yếu tố này trong cùng một lúc, điều quan trọng là sự điều khiển chính xác để tạo được hỗn hợp hòa khí và thời điểm đánh lửa Trước năm 1981, chỉ có hệ thống điều khiển động cơ là EFI (Phun nhiên liệu bằng điện tử), sử dụng máy tính để điều khiển lượng phun nhiên liệu Ngoài EFI này, ngày nay, còn có các hệ thống khác được điều khiển bằng máy tính, bao gồm ESA (Đánh lửa sớm bằng điện tử), ISC (Điều khiển tốc độ chạy không tải), các hệ thống chẩn đoán, v.v Để máy tính làm việc được thích hợp, cần có một hệ thống toàn diện bao gồm các thiết bị đầu vào và đầu ra Trên một ô tô, các cảm biến như : cảm biến nhiệt độ nước hoặc cảm biến lưu lượng khí nạp tương ứng với thiết bị đầu vào Và các bộ chấp hành như các kim phun hoặc các IC đánh lửa tương ứng với thiết bị đầu ra Máy tính điều khiển động cơ được gọi là ECU động cơ Các cảm biến, các bộ chấp hành và ECU động cơ gắn liền với các dây dẫn điện Chỉ sau khi ECU động cơ xử lý các tín hiệu vào từ các cảm biến và truyền các tín hiệu điều khiển đến các bộ chấp hành mới có thể điều khiển được toàn bộ hệ thống như là một hệ thống điều khiển bằng máy tính
Hình 2.9 Sơ đồ các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ 2 TR-FE
2.3.3 Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE
Ngày nay với sự ra đời và phát triển mạnh của khoa học - công nghệ tự động điều khiển đã làm cơ sở và nền tảng cho việc thiết lập các hệ thống điều khiển theo chương trình trên động cơ 2TR-FE đã giải quyết được các vấn đề hiện đang đặt ra như: công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, khí thải…
Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE
2.3.1 Vị trí các chi tiết trên động cơ
Hình 2.8 Vị trí các chi tiết trên động cơ 2TR-FE
Hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE bao gồm ba thành phần chính với rất nhiều bộ phận nằm ở các vị trí khác nhau trên động cơ, có thể liệt kê một số vị trí trên động cơ như sau:
+ Cảm biến vị trí trục cam: Nằm ở trên nắp quy lát phía sau trục cam
+ Cảm biến vị trí trục khuỷu: Nằm ở đầu puly trục khuỷu
+ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: nằm tại đường nước làm mát động cơ
+ Cảm biến vị trí bướm ga, bộ chấp hành sẽ tạo thành một cụm bướm ga điện tử + Cuộn đánh lửa và vòi phun nhiên liệu nằm tại nắp dàn cò và ống phân phối
2.3.2 Mô tả hệ thống Động cơ xăng sinh công qua chu trình giãn nở của hỗn hợp xăng và không khí Ba yếu tố chủ yếu của động cơ xăng để sinh công là: hỗn hợp hòa khí (hòa khí) tốt, nén tốt, đánh lửa tốt Để đạt được 3 yếu tố này trong cùng một lúc, điều quan trọng là sự điều khiển chính xác để tạo được hỗn hợp hòa khí và thời điểm đánh lửa Trước năm 1981, chỉ có hệ thống điều khiển động cơ là EFI (Phun nhiên liệu bằng điện tử), sử dụng máy tính để điều khiển lượng phun nhiên liệu Ngoài EFI này, ngày nay, còn có các hệ thống khác được điều khiển bằng máy tính, bao gồm ESA (Đánh lửa sớm bằng điện tử), ISC (Điều khiển tốc độ chạy không tải), các hệ thống chẩn đoán, v.v Để máy tính làm việc được thích hợp, cần có một hệ thống toàn diện bao gồm các thiết bị đầu vào và đầu ra Trên một ô tô, các cảm biến như : cảm biến nhiệt độ nước hoặc cảm biến lưu lượng khí nạp tương ứng với thiết bị đầu vào Và các bộ chấp hành như các kim phun hoặc các IC đánh lửa tương ứng với thiết bị đầu ra Máy tính điều khiển động cơ được gọi là ECU động cơ Các cảm biến, các bộ chấp hành và ECU động cơ gắn liền với các dây dẫn điện Chỉ sau khi ECU động cơ xử lý các tín hiệu vào từ các cảm biến và truyền các tín hiệu điều khiển đến các bộ chấp hành mới có thể điều khiển được toàn bộ hệ thống như là một hệ thống điều khiển bằng máy tính
Hình 2.9 Sơ đồ các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ 2 TR-FE
2.3.3 Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE
Ngày nay với sự ra đời và phát triển mạnh của khoa học - công nghệ tự động điều khiển đã làm cơ sở và nền tảng cho việc thiết lập các hệ thống điều khiển theo chương trình trên động cơ 2TR-FE đã giải quyết được các vấn đề hiện đang đặt ra như: công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, khí thải…
Hệ thống điều khiển động cơ bao gồm các chức năng quan trọng như EFI, ESA, ISC, ETCS-i và VVT-i, giúp điều chỉnh các tính năng cơ bản và chức năng chẩn đoán của động cơ, hỗ trợ quá trình sửa chữa Ngoài ra, hệ thống còn có các thiết bị điều khiển phụ như hệ thống cắt số truyền tăng, kiểm soát khí nạp và kiểm soát hơi nhiên liệu, tất cả đều được quản lý bởi ECU động cơ, đảm bảo an toàn và hoạt động hiệu quả khi có sự cố xảy ra.
Hình 2.10 Chức năng hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE 2.3.4 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE
Hệ thống điều khển động cơ cơ bản gồm ba thành phần chính:
+ Hệ thống tín hiệu đầu vào bao gồm các cảm biến
+ Bộ xử lý trung tâm (ECU điều khiển động cơ)
+ Các cơ cấu chấp hành
Hình 2.11 Tổng quan cấu trúc điều khiển
(MAP) Nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến oxy Điện áp accu
TÍN HIỆU VÀO BỘ PHẬN CHẤP HÀNH Điều khiển cầm chừng
NGHIÊN CỨU – KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN ĐỘNG CƠ 2TR-FE
Bộ điều khiển trung tâm (ECU)
Bộ điều khiển ECU là một thiết bị quan trọng, thực hiện nhiều chức năng khác nhau tùy thuộc vào từng nhà chế tạo Nó bao gồm một bộ tổ hợp vi mạch và các bộ phận phụ để nhận diện tín hiệu, lưu trữ thông tin, thực hiện tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gửi tín hiệu phù hợp Các bộ phận hỗ trợ như bộ ổn áp và điện trở hạn chế dòng cũng đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của ECU Do đó, bộ điều khiển này thường được gọi bằng nhiều tên khác nhau, nhưng ECU là thuật ngữ phổ biến nhất để chỉ chung cho thiết bị này.
3.2.1 Các thành phần và chức năng của từng bộ phận chính a/ Bộ nhớ của ECU
Bộ nhớ dùng để lưu trữ các lệnh và dữ liệu cho bộ vi xử lí hoặc các vi mạch khác đây là cơ sở chính cho bộ vi xử lí CPU nhận dữ liệu để xử lí Bộ nhớ trong được tạo bởi các vi mạch nhớ bán dẫn
Bộ nhớ bao gồm ROM, RAM KAM
+ ROM: Dùng trữ thông tin thường trực Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không thể ghi vào được Thông tin của nó đã được cài đặt sẵn, ROM cung cấp thong tin cho bộ vi xử lý và được gắn cố định trên mạch in
+ RAM: Bộ nhớ truy suất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ thông tin mới và được ghi trong bộ nhớ của chúng xác định bởi vi xử lý
KAM (Keep Alive Memory) được sử dụng để lưu trữ thông tin tạm thời, giúp ghi lại dữ liệu và cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý của ECU Điều đặc biệt là KAM vẫn duy trì bộ nhớ ngay cả khi động cơ ngưng hoạt động hoặc khi công tắc máy tắt.
Bộ vi xử lý có chức năng tính toán và ra quyết định Nó là “bộ não” của máy tính
Hình 3.49 Bộ xử lí ECU
3.2.2 Mạch cấp nguồn - Mạch VC a/ Mạch cấp nguồn
Hình 3.50 Mạch cấp nguồn động cơ 2TR-FE
Khi bật khóa điện ON, điện áp ắc quy được cấp đến cực IGSW của ECM Tín hiệu ra MREL của ECM làm cho dòng điện chạy qua cuộn dây rơ le EFI, đóng các tiếp điểm của rơ le EFI và cấp nguồn đến cực +B hay +B2 của ECM Điện nguồn cung cấp thường trực đến chân BATT và E1 của ECU để lưu trữ các dữ liệu trong bộ nhớ trong suốt quá trình xe hoạt động Khi tháo cầu chì ra với thời gian khoảng 15 giây thì các dữ liệu trong bộ nhớ sẽ bị xóa b/ Mạch nguồn VC
Từ điện áp Accu cung cấp cho cực +B, ECU động cơ dùng mạch ổn áp tạo ra một điện áp không đổi 5V cấp nguồn cho bộ vi xử lý cũng như các cảm biến
Hình 3.51 Sơ đồ mạch nguồn VC
Hệ thống phun xăng điện tử EFI
3.3.1 Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử EFI a/ Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng
+ Đảm nhiệm vai trò phun nhiên liệu dạng sương vào buồng đốt kết hợp với kông khí nạp Tỷ lệ của không khí và nhiên liệu phải được điều chỉnh thích hợp tùy theo tốc độ động cơ (không tải, tăng tốc, leo dốc)
+ Phân bố nhiên liệu đồng đều cho từng xylanh b/ Phân loại hệ thống phun xăng
➢ Phân loại theo điểm phun:
+ Hệ thống phun xăng đơn điểm (phun một điểm): Kim phun đặt ở cổ ống góp hút chung cho toàn bộ các xi lanh của động cơ, bên trên bướm ga
+ Hệ thống phun xăng đa điểm (phun đa điểm): mỗi xy lanh của động cơ được bố trí 1 vòi phun phía trước xupáp nạp
➢ Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun;
+ Phun xăng điện tử: Sử dụng các cảm biến và ECU để điều khiển giúp cho động cơ hoạt động tối ưu nhất
+ Phun xăng cơ khí: Sử dụng cần ga, bơm cơ khí và bộ điều tốc để kiểm soát lượng nhiên liệu phun vào động cơ
➢ Phân loại theo thời điểm phun xăng:
+ Phun gián đoạn: Kim phun đóng mở một cách độc lập, Nhiên liệu được phun vào khi xupap nạp mở
+ Phun đồng loạt: Trước khi xupap nạp mở hoặc khi xupap nạp mở ra thì nhiên liệu được phun vào buồng đốt
+ Phun liên tục: Phun nhiên liệu vào cổ góp mọi lúc khi động cơ hoạt động Sự giảm áp suất nhiên liệu tại các kim phun điều khiển tỉ lệ hòa khí từ đó giảm lượng nhiên liệu phun ra
➢ Phân loại theo mối quan hệ giữa các kim phun
+ Phun theo nhóm đơn: Các kim phun được phân chia thành hai nhóm bằng nhau và mỗi nhóm phun một lần vào một vòng quay cốt máy
+ Phun theo nhóm đôi: Các kim phun cũng được chia thành hai nhóm bằng nhau và phun luân phiên
Hệ thống phun xăng điện tử EFI hoạt động với các kim phun được điều khiển đồng loạt bởi ECU, phun nhiên liệu vào mỗi vòng quay của cốt máy Các kim phun sẽ mở và đóng cùng một lúc, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho động cơ.
Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến khác nhau để phát hiện tình trạng của động cơ và điều kiện chạy của xe Và ECU động cơ tính toán lượng phun nhiên liệu tối ưu và gửi tín hiệu điện tới làm các vòi phun phun nhiên liệu
Hình 3.52 Hệ thống nhiên liệu động cơ 2TR-FE trên xe Fortuner
Hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ 2TR-FE tương đối giống với các hệ thống phun xăng điện tử hiện đại ngày nay Nó bao gồm ba thành phần chính là tín hiệu đầu vào từ cảm biến, bộ xử lí trung tâm ECU và bộ phận thực hiện phun xăng đó là kim phun Ngoài ra còn rất nhiều bộ phận quan trọng khác như bơm xăng, van điều áp nhiên liệu, lọc nhiên liệu,…
Bơm nhiên liệu có vai trò quan trọng trong việc hút nhiên liệu từ thùng xăng và cung cấp nó với áp suất ổn định đến van điều áp, lọc nhiên liệu và ống phân phối.
Hình 3.54 Cấu tạo bơm nhiên liệu
Bơm nhiên liệu được lắp trong bình nhiên liệu và kết hợp với bộ lọc nhiên liệu, bộ điều áp,… Cánh bơm được mô tơ quay để nén nhiên liệu Van một chiều đóng lại khi bơm nhiên liệu dừng để duy trì áp suất trong đường ống nhiên liệu và làm cho việc khởi động động cơ dễ dàng hơn
Khi bơm quay hoạt động, nó hút nhiên liệu từ thùng chứa và cung cấp cho hệ thống dưới áp suất nhất định đến bộ lọc nhiên liệu Sau đó, nhiên liệu đi qua bộ dập dao động và vào ống phân phối Lượng nhiên liệu thừa sẽ trở về thùng chứa qua bộ điều áp Tại ống phân phối, nhiên liệu được cung cấp cho các kim phun trên đường ống nạp của động cơ Dưới áp suất nhiên liệu, khi kim van mở, nhiên liệu sẽ được phun gián đoạn vào đường ống nạp theo chu kỳ.
➢ Bộ điều áp nhiên liệu
Hình 3.55 Bộ điều áp nhiên liệu
Bộ điều áp điều chỉnh áp suất nhiên liệu vào vòi phun ở 324 Kpa Ngoài ra bộ điều áp còn duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu cũng như cách thức duy trì ở van một chiều của bơm nhiên liệu Khi áp suất nhiên liệu vượt quá lực ép của lò xo trong bộ điều áp, van này mở ra để trả nhiên liệu về bình và điều chỉnh áp suất
Hình 3.56 Cấu tạo bộ điều áp nhiên liệu
1- Khoang chứa lò xo; 2 – Lò xo; 3 – Vai chận; 4 – Màng tác động; 5 – Khoang chứ
6 – Cửa xăng vào và ra; 7 – Thông với khí quyển
Trong quá trình hoạt động, bơm xăng điện nạp đầy xăng vào buồng 5, ấn màng về phía trái cho đến khi màng 4 vào vai chận, lúc này thể tích xăng trong khoang số 5 đạt tối đa làm căng lò xo 2 Sức căng lò xo 2 tạo ra áp suất và duy trì áp suất trong hệ thống giúp xe dễ khởi động
Kim phun phun nhiên liệu vào các cửa nạp theo tín hiệu điều khiển từ ECU Các tín hiệu từ ECU làm cho dòng điện chạy vào cuộn dây điện từ, làm cho piston bị kéo, mở van để phun nhiên liệu Vì hành trình của piston không thay đổi nên lượng phun được điều chỉnh tại thời điểm dòng điện chạy vào cuộn dây điện từ này
Hình 3.58 Cấu tạo kim phun nhiên liệu Hình 3.59 Vị trí đặt vòi phun
Kim phun bao gồm một thân và một kim phun đặt trong ống từ Thân vòi phun chứa một cuộn dây điều khiển sự đóng mở của kim phun Khi không có dòng điện cung cấp cho cuộn dây, lò xo đẩy kim phun vào đế của nó Khi có dòng điện, kim phun được nhấc lên và nhiên liệu được được phun vào các cửa nạp
Các kim phun được ráp trong vỏ bọc cách nhiệt đặc biệt nhằm tránh bị ảnh hưởng bới nhiệt độ của động cơ Bản thân kim phun không tự ấn định được lượng xăng phun ra công tác này được điều khiển do áp suất xăng trong mạch Khi áp suất nhiên liệu đạt đến 3,3Kg/cm2 thì các kim phun mở ra
Vòi phun được lắp đặt trên ống phân phối, với đầu vòi phun được đặt trong đường ống nạp thông qua các vòng đệm cao su Điều này giúp cách nhiệt, giảm rung động và ngăn không cho không khí lọt vào trong đường ống nạp.
ỨNG DỤNG KHAI THÁC TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ K2400…
TÓM TĂT LUẬN VĂN………ii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU……… ………1
1.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu……… 2
1.4 Giới hạn của đề tài………2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ… …….3
2.2 Khái quát động cơ 2TR-FE……….……… 5
2.3 Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE……… …… 8
2.3.1 Vị trí các chi tiết……… 8
2.3.3 Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE……….10
2.3.4 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE……….10
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU – KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN ĐỘNG CƠ 2TR-FE……….………12
3.1 Hệ thống các cảm biến……….……….……….12
3.1.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu……… 16
3.1.2 Cảm biến vị trí trục cam……….19
3.1.3 Cảm biến lưu lượng khí nạp……… ………22
3.1.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát………24
3.1.5 Cảm biến vị trí bướm ga……….25
3.1.6 Cảm biến vị trí bàn đạp ga……… …… 28
3.2 Bộ điều khiển trung tâm (ECU)……… 36
3.2.1 Các thành phần và chức năng của từng bộ phận chính……… 36
3.2.2 Mạch cấp nguồn - Mạch VC……….37
3.3 Hệ thống phun xăng điện tử EFI……….42
3.3.1 Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử EFI……… 42
3.3.2 Kiểm tra chẩn đoán hư hỏng các chi tiết của hệ thống………….……52
3.4 Hệ thống điều khiển đánh lửa điện tử………58
3.4.1 Quá trình phát triển hệ thống đánh lửa………58
3.4.3 Nguyên lý làm việc hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 2TR-FE….…63 3.4.4 Kiểm tra, chẩn đoán hư hỏng các chi tiết của hệ thống……… 68
3.4.5 So sánh hệ thống phun xăng động cơ 2TR-FE với hệ thống phun xăng động cơ Theta II trên Hyundai Santafe 2020……… 76
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KHAI THÁC TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ K2400… 83
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trong 20 năm qua, ngành công nghiệp ô tô đã trải qua những thay đổi lớn, đặc biệt là trong hệ thống điện và điện tử Sự phát triển này nhằm đáp ứng yêu cầu tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm khí thải độc hại, và nâng cao tính an toàn cũng như tiện nghi cho ô tô Hiện nay, ô tô là một hệ thống phức tạp kết hợp giữa cơ khí và điện tử, với sự hiện diện của các bộ vi xử lý trong hầu hết các hệ thống điện Nhiều hệ thống mới đã được áp dụng rộng rãi, từ điều khiển động cơ và hộp số đến các hệ thống an toàn và tiện nghi Ví dụ, hệ thống đánh lửa điện tử đã thay thế cho hệ thống đánh lửa truyền thống, và bộ chế hòa khí đã được thay bằng hệ thống phun xăng điện tử Do đó, tôi nhận thấy tầm quan trọng của điện điện tử, đặc biệt là hệ thống điện động cơ, và quyết định chọn đề tài “Khai thác hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE” để nghiên cứu sâu hơn cho công việc tương lai của mình.
1.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu lý thuyết hệ thống điện động cơ trên các tài liệu của hãng Toyota, giáo trình giảng dạy của trường Đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM,…
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sự dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:
+ Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, đặc biệt là các cuốn cẩm nang khai thác, bảo dưỡng sửa chữa của chính hãng Toyota
Nghiên cứu và tìm kiếm thông tin trên Internet, từ các website trong và ngoài nước, là một bước quan trọng để thu thập dữ liệu Việc so sánh và chắt lọc thông tin giúp đảm bảo sử dụng những dữ liệu cần thiết và đáng tin cậy.
Để có cái nhìn toàn diện về ngành cơ khí ô tô, cần tham khảo ý kiến từ các chuyên gia, giảng viên tại trường ĐH Giao Thông Vận Tải TP Hồ Chí Minh, cùng với các kỹ sư và chuyên viên kỹ thuật tại các trung tâm bảo hành, xưởng sửa chữa, và garage chuyên dụng Ngoài ra, những người có kinh nghiệm lâu năm trong việc sử dụng và bảo quản xe cũng đóng góp những hiểu biết quý báu cho lĩnh vực này.
+ Tìm hiểu phương pháp kiểm tra và chẩn đoán các bộ phận của hệ thống điện động cơ dựa trên cơ sở lý thuyết, kiến thức được học cùng với kiến thức thực nghiệm qua các đợt thực tập và sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn
Xây dựng quy trình kiểm tra và chẩn đoán các hư hỏng thường gặp là rất quan trọng trong việc duy trì hiệu suất động cơ Đồng thời, thiết kế mô hình hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa cho động cơ 2TR-FE sẽ giúp tối ưu hóa hoạt động và tiết kiệm nhiên liệu.
+ Nắm vững phần lý thuyết hệ thống điện động cơ
+ Trình bày các quy trình kiểm tra,chẩn đoán các hư hỏng của hệ thống
+ Đồng thời bài báo cáo này cũng có thể trở thành tài liệu tham khảo cho các sinh viên khóa sau
1.4 Giới hạn của đề tài
+ Vì giới hạn về thời gian, đề tài chỉ nghiên cứu phần lý thuyết hệ thống điện động cơ, không nghiên cứu điện thân xe
+ Có mô hình thực tế
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp – ông Stevan – đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển các hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE – Jetronic, Mono – Jetronic, L – Jetronic, Motronic…
Tên tiếng Anh của K – Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trưng cho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K – Jetronic với các cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm) Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Có hai loại: hệ thống L – Jetronic (lượng nhiên liệu phun được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D – Jetronic (lượng nhiên liệu phun được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp) Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L – Jetronic và D – Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ 4A – ELU) Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L– Jetronic thay cho bộ chế hoà khí của xe Nissan Sunny
Hình 2.2 Hệ thống phun xăng L-Jectronic
Cùng với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) đã được áp dụng vào những năm đầu thập kỷ 80, mang lại hiệu suất cao hơn và ổn định hơn Tiếp theo, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition System) đã ra đời, loại bỏ nhu cầu sử dụng delco và trở thành trang bị tiêu chuẩn trên hầu hết các xe thế hệ mới.
Ngày nay, gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ cả động cơ xăng và động cơ Diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu Thêm vào đó công suất động cơ cũng được cải thiện rõ rệt
Trong những năm gần đây, động cơ phun xăng trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection) đã xuất hiện như một thế hệ mới của công nghệ động cơ Với những ưu điểm vượt trội, GDI hứa hẹn sẽ trở thành lựa chọn phổ biến trong tương lai gần.
2.2 Tổng quan động cơ 2TR-FE Động cơ 2TR-FE lắp trên xe Toyota Fortuner là loại động cơ xăng thế hệ mới, 4 xy lanh thẳng hàng dẫn động bằng xích thông qua con đội thuỷ lực với hệ thống van nạp biến thiên thông minh VVT, dung tích xilanh 2,7L trục cam kép DOHC 16 xupap
Hình 2.3 Động cơ 2TR-FE Động cơ 2TR-FE được bố trí phía trước và nằm dọc trên xe Fortuner Động cơ cùng hệ thống truyền lực tạo ra moment chuyển động tại cầu sau (loại 4x2) hoặc cả cầu trước và cầu sau (loại 4x4)
Thân động cơ (thân máy) là nơi chứa và lắp đặt các cơ cấu và hệ thống của động cơ Xylanh được bố trí thành dãy dọc ở phần trên của thân động cơ.Trong thân máy có các lỗ, các đường dẫn dầu bôi trơn và nước làm mát Bao quanh các Xylanh là khoang chứa nước để làm mát
Nắp máy là bộ phận quan trọng trên Xylanh, có cấu trúc phức tạp với nhiều đường ống dẫn khí, nước và dầu, đồng thời chứa nhiều bộ phận của động cơ Trên nắp máy, các bộ phận như giàn xu páp, đường nạp và xả cho Xylanh, đường dầu, đường nước làm mát, lỗ lắp kim phun nhiên liệu và bugi được lắp đặt Nắp máy được gắn chặt với thân máy thông qua các budong cấy và bulong.
Hình 2.5 Nắp máy động cơ 2TR-FE