Bài 2 HỆ THỐNG EDC TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL DÙNG ỐNG PHÂN PHỐI

• Hệ thống nhiên liệu Common Rail System hiện đại, sử dụng một bơm cao áp 14 hoạt động hút và bơm nhiên liệu với áp suất cao khoảng 160MPa đến ống phân phối nhiên liệu “Rail” 12. Trục cam của bơm cao áp 14 quay bằng ½ vận tốc trục khuỷu của động cơ với 3 thuỳ cam lệch tâm, điều khiển ba piston hướng kính bố trí cách đều nhau 1200. (quá trình cấp nhiên liệu thấp áp ban đầu cho bơm cao áp 14 do bơm chuyển thấp áp 21 hút từ thùng chứa 8) • Ống phân phối nhiên liệu “Rail” 12 có chức năng là ống chứa, tích và nén nhiên liệu hay còn gọi là acquy thuỷ lực, đồng thời làm giảm đỉnh áp suất từ bơm cao áp và ổn định áp suất khi kim phun mở • Áp suất nhiên liệu tích trong ống phân phối gần như không đổi nên có thể được bơm theo ý muốn, không phụ thuộc vào chuyển động của piston bơm • Việc điều khiển quá trình phun nhiên liệu của kim phun vào buồng đốt động cơ bắt đầu xảy ra sớm ở hành trình nén và có thể tiếp tục sau quá trình cháy giãn nở để tắt bẫy hạt được thấm cacbon • Phun mồi dẫn hướng (Pilot Injection). Giai đoạn này khoảng 1 ÷ 4 mm3 nhiên liệu được phun sớm vào xilanh cuối thì ép trước TDC 900. Góc phun sớm được thực hiện như vậy nhằm tránh tình trạng nhiên liệu bám, tích đọng trên thành vách xilanh và đỉnh piston, lượng nhiên liệu phun mồi dẫn hướng giúp nhiên liệu cháy trước một phần và làm tăng áp suất trong xilanh ở cuối kỳ nén, giảm bớt thời gian cháy trễ, giảm tiếng ồn, tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường • Phun chính (Mail Injection). Giai đoạn phun chính này vẫn phun với áp suất không đổi nhằm tạo công suất cho động cơ, giúp tăng lực kéo của động cơ • Phun sau (Post) được áp dụng để đốt cháy NOx. Nó diễn ra ngay sau giai đoạn phun chính thuộc kỳ cháy giãn nở hoặc ở khoảng 2000 sau TDC. Ngược với quá trình (phun mồi dẫn hướng và phun chính), nhiên liệu phun vào không được đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải. Một phần hỗn hợp này lại được đưa vào buồng đốt thông qua van EGR hồi lưu khí xả có tác dụng tương tự như chính giai đoạn phun mồi dẫn hướng. Valve EGR được lắp để tận dụng nhiên liệu trong khí thải như là một nhân tố hoá học giúp làm giảm nồng độ NOx trong khí thải

Bài 2

HỆ THỐNG EDC TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL DÙNG ỐNG PHÂN PHỐI

(Common Rail System)

1 Đặc điểm cấu trúc hệ thống nhiên liệu Common Rail System

1.1 Đặc điểm hệ thống (hình 2.1)

• Hệ thống nhiên liệu Common Rail System hiện đại, sử dụng một bơm cao áp 14 hoạt động hút và bơm nhiên liệu với áp suất cao khoảng 160MPa đến ống phân phối nhiên liệu “Rail” 12 Trục cam của bơm cao áp 14 quay bằng ½ vận tốc trục khuỷu của động cơ với 3 thuỳ cam lệch tâm, điều khiển ba piston hướng kính bố trí cách đều nhau 1200 (quá trình c ấp nhiên liệu thấp áp ban đầu cho bơm cao áp 14 do bơm chuyển - thấp áp 21 hút từ thùng chứa 8)

• Ống phân phối nhiên liệu “Rail” 12 có chức năng là ống chứa, tích và nén nhiên liệu hay còn gọi là acquy thuỷ lực, đồng thời làm giảm đỉnh áp suất từ bơm cao áp và

ổn định áp suất khi kim phun mở

• Áp suất nhiên liệu tích trong ống phân phối gần như không đổi nên có thể được bơm theo ý muốn, không phụ thuộc vào chuyển động của piston bơm

• Việc điều khiển quá trình phun nhiên liệu của kim phun vào buồng đốt động cơ

bắt đầu xảy ra sớm ở hành trình nén và có thể tiếp tục sau quá trình cháy - giãn nở

để tắt bẫy hạt được thấm cacbon

• Phun mồi dẫn hướng (Pilot Injection) Giai đoạn này khoảng 1 ÷ 4 mm3 nhiên liệu được phun sớm vào xilanh cuối thì ép trước TDC 900 Góc phun sớm được thực hiện như vậy nhằm tránh tình trạng nhiên liệu bám, tích đọng trên thành vách xilanh

và đỉnh piston, lượng nhiên liệu phun mồi dẫn hướng giúp nhiên liệu cháy trước một phần và làm tăng áp suất trong xilanh ở cuối kỳ nén, giảm bớt thời gian cháy trễ, giảm tiếng ồn, tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường

• Phun chính (Mail Injection) Giai đoạn phun chính này vẫn phun với áp suất

không đổi nhằm tạo công suất cho động cơ, giúp tăng lực kéo của động cơ

• Phun sau (Post) được áp dụng để đốt cháy NOx Nó diễn ra ngay sau giai

đoạn phun chính thuộc kỳ cháy - giãn nở hoặc ở khoảng 2000 sau TDC Ngược với

quá trình (phun m ồi dẫn hướng và phun chính), nhiên liệu phun vào không được đốt

cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải Một phần hỗn hợp này lại được đưa vào buồng đốt thông qua van EGR hồi lưu khí xả có tác dụng tương tự như chính giai đoạn phun mồi dẫn hướng Valve EGR được lắp để tận dụng nhiên liệu trong khí thải như là một nhân tố hoá học giúp làm giảm nồng độ NOx trong khí thải

1.2 Cấu trúc hệ thống (hình 2.1 & 2.2)

• Vùng nhiên liệu áp suất thấp

- Thùng chứa nhiên liệu 8;

- Bộ lọc nhiên liệu thô 9;

- Bộ lắng lọc 19;

- Valve ngắt dòng nhiên liệu 20;

- Bơm thấp áp dạng bánh răng 21 và các ống dẫn, hồi nhiên liệu thấp áp;

- Bộ lọc nhiên liệu toàn phần 23

• Vùng nhiên liệu áp suất cao

- Ống tích trữ nhiên liệu “Rail”12;

- Valve FPCV 13 điều hoà áp suất nhiên liệu “Rail”;

- Bơm 14 cao áp thế hệ 4 với valve điều khiển hút nhiên liệu SCV;

- Vòi phun điện tử và các đường ống cao áp

• Các nhóm cảm biến “Sensor” và tín hiệu “Signal”

- Nhóm cảm biến tạo ra tín hiệu điện áp (NE; G; OX; KNK)

- Nhóm cảm biến dùng nhiệt điện trở (THW; THA; THF)

- Nhóm cảm biến dùng điện áp VC (VTA; PIM; VG)

- Nhóm cảm biến dùng điện áp BẬT/TẮT (IDL; NSW)

- Nhóm cảm biến dùng điện áp khác từ ECM (STA; STP)

• Trung tâm điều khiển điện tử ECM tiếp nhận tín hiệu - xử lý thông tin, truyền tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành

• Cơ cấu chấp hành (các loại valve; vòi phun; các đồng hồ đo; bộ tăng áp turbo; giắc chẩn đoán - diagnosis ……)

1.3 Bước phát triển hệ thống Common Rail System của hãng Bosch

- 1997 Hệ thống đạt 1350bar ra mắt lần đầu tiên (1bar = 14.51psi);

- 1999 Hệ thống đạt 1480bar dành cho xe tải (Renault) thế hệ thứ nhất;

- 2001 Hệ thống đạt 1600bar dành cho xe khách (Volvo và BMW) thế hệ hai;

- 2002 Hệ thống đạt 1600bar dành cho xe tải (MAN) thế hệ thứ hai;

- 2003 Hệ thống đạt 1600bar dành cho xe khách, thế hệ thứ ba (Audi V-6) Sử dụng kim phun Piezo giảm được 20% lượng khí thải, tăng công suất 5%, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu 3% và tiếng ồn động cơ 30dB;

- 2006 Hệ thống thế hệ thứ tư đang được phát triển với áp suất cao hơn và hình học kim phun được sửa đổi

1.4 Chức năng điều khiển, mạch nối “mass” và cấp nguồn cho ECM động cơ

• Mạch nối “mass” cho ECM để

điều khiển động cơ

(E1) là PIN tiếp “mass” cho

ECM động cơ và thường được nối

với buồng nạp khí của động cơ

• Mạch nối “mass” cho cảm biến

(E2) và (E21) là các PIN tiếp

“mass” cho cảm biến, các PIN này

nối với PIN (E1) trong ECM động cơ,

nhằm tránh cho các cảm biến không

bị lỗi điện áp bằng cách duy trì tiếp

“mass” của cảm biến và tiếp mass

của ECM động cơ ở cùng một vị trí

• Mạch nối “mass” để điều khiển

cơ cấu chấp hành

(E01) và (E02) là các PIN tiếp

“mass” cho cơ cấu chấp hành, như

các valve điều khiển (FPCV - SCV -

EGR…và bộ sấy) (E01) và (E02)

được nối gần buồng nạp khí của

động cơ

∎ Điều khiển bằng khoá điện và relay chính (chỉ có ở một số kiểu xe)

- Khi bật khoá điện ON,

dòng điện chạy vào cuộn dây

của relay chính EFI và làm cho

tiếp điểm đóng lại ECM động

cơ liền cấp điện ngược lại đến

các PIN +B và +B* trong ECM;

- Điện áp của acquy luôn

luôn cấp thường trực đến PIN

“BATT” của ECM động cơ để

tránh cho các mã chẩn đoán và

các dữ liệu khác trong bộ nhớ

của nó không bị xóa khi tắt

khoá điện OFF

∎ Điều khiển bằng nguồn ECM động cơ

- Chức năng của loại relay chính EFI này là cung cấp điện cho ECM động cơ trong vài giây sau sau khi tắt khoá điện OFF và được điều khiển bởi ECM động cơ;

- Khi bật khóa điện ON, điện áp của acquy cấp đến PIN “IGSW” của ECM

động cơ Trong ECM động cơ liền truyền một tín hiệu đến PIN “M-REL” (Main Relay)

và mạch điều khiển relay chính EFI ra “mass” Tín hiệu này làm cho dòng điện chạy vào cuộn dây đóng tiếp điểm của relay chính EFI, dòng điện từ acquy cấp điện cho cực +B của ECM động cơ, thông qua relay chính EFI;

- Điện áp acquy luôn cấp thường trực cho PIN “BATT” như loại điều khiển bằng khoá điện, ngoài ra một số kiểu xe còn có một relay đặc biệt cho mạch sấy nóng cảm biến A/F tỷ lệ không khí - nhiên liệu, yêu cầu phải có một dòng điện lớn

Hình 2.1 Cấu trúc vị trí thành phần hệ thống EDC - Common Rail System

1 Valve RPCV điều khiển áp suất “Rail”; 2 Cảm biến oxy (HO2S); 3 Kim phun; 4 Cảm biến (CKPS) vị trí trục khuỷu;

5 Valve EGR hồi lưu khí xả; 6 Cảm biến (CMPS) vị trí trục cam; 7 Cảm biến (MAFS) lưu lượng khí nạp;

8 Cảm biến (IATS1) t0 khí nạp 1; 9 ECM; 10 Relay chính; 11 Cảm biến (BPS) tăng áp; 12 Cảm biến t0 khí nạp 2 (IATS2);

13 Giắc nối kiểm tra lỗi động cơ; 14 Cảm biến (ECTS) t0 nước làm mát; 15 Cảm biến (RPS) áp suất nhiên liệu ống “Rail”;

16 Valve VGT điều khiển cánh turbo; 17 Solenoid điều khiển cách bướm ga; 18 Thước đo mức dầu bôi trơn;

19 Valve điều chỉnh áp suất nhiên liệu; 20 Cơ cấu điều khiển cánh biến thiên

Hình 2.2 Cấu trúc hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử Common Rail System

1 Van điện từ; 2 Ty van điều khiển; 3 Thanh đẩy; 4 Ty kim; 5 Đót kim; 6 Két làm mát nhiên liệu; 7 Bugi xông; 8 Thùng dầu;

9 Lọc nhiên liệu thô; 10 Bộ điều khiển ECU; 11 Cảm biến RPS; 12 Ống phân phối “Rail”; 13 Valve RPCV điều áp nhiên liệu;

14 Bơm cao áp thế hệ 4; 15 Cảm biến CKPS vị trí trục khuỷu; 16 Cảm biến CMPS vị trí trục cam;

17 Cảm biến ECTS nhiệt độ nước làm mát động cơ; 18 Cảm biến APS bàn đạp ga; 19 Bộ lọc lắng;

20 Van điện ngắt dòng; 21 Bơm nhiên liệu thấp áp; 22 Bộ sấy ấm nhiên liệu; 23 Bộ lọc nhiên liệu toàn phần

25

2 Nhóm cảm biến tạo ra tín hiệu điện áp

2.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu CKPS (Crankshaft Position Sensor)

∎ Chức năng

Giám sát, phát hiện tốc độ và vị trí của trục khuỷu, chuyển đổi thành tín hiệu xung điện (NE) gửi về ECM động cơ Sử dụng tín hiệu (NE) và kết hợp tín hiệu của cảm biến khác, ECM động cơ thực hiện thuật toán phát tín hiệu điều khiển lượng nhiên liệu cần phun hay góc đánh lửa tối ưu (động cơ phun xăng điện tử)

∎ Vị trí gá lắp

Được gắn ở phía

trước động cơ đối diện

puly trục khuỷu hoặc ở

đằng sau động cơ đối diện

bánh đà

∎ Cấu tạo (kiểu hiệu ứng từ - hình 2.3)

- Bộ phận chính của cảm biến gồm một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt từ và một nam châm vĩnh cửu Rotor tạo xung có (60 – 2 = 58) vấu cực, gắn và quay cùng với puly trục khuỷu, góc giữa 2 vấu cực liền kề nhau là 60 (số vấu cực này khác nhau tuỳ theo kiểu động cơ);

- Vùng khuyết 2 vấu cực trên rotor là điểm tham chiếu cho sự thay đổi góc quay của trục khuỷu, nhưng không thể xác định đó là TDC kỳ nén hoặc TDC kỳ xả;

- Từ vấu cực thứ 20 trên rotor tạo xung (sau vị trí vấu cực bị khuyết) sẽ trùng khớp với TDC của xilanh thứ nhất và xi lanh thứ tư (nếu động cơ có 4 xilanh)

Hình 2.3 Cấu tạo và vị trí gá lắp cảm biến trục khuỷu CKPS

1 Nam châm vĩnh cửu; 2 Vỏ cảm biến; 3 Cacte; 4 Lõi cực từ; 5 Cuộn solenoid;

6 Khe hở không khí; 7 Rotor tạo xung và vị trí dấu tham chiếu;

8 Puly trục khuỷu; 9 Trục khuỷu; 10 Dây curoa

∎ Thông số kỹ thuật và sơ đồ mạch điện

Cảm biến CKPS hiệu ứng từ ra hai PIN là [signal (+) và signal (-)], nếu có

thêm một đầu PIN thứ ba thì đó là PIN tác dụng chống nhiễu nối đến “mass” của ECM Đặc trưng của loại cảm biến này là phát ra xung điện DC hình sin (≥ 2V ) Loại cảm biến Tín hiệu đặc trưng Khe hở từ Điện áp khi

(rpm) thấp

Điện áp khi (rpm) cao Hiệu ứng từ Xung hình sin (AC) 1.8 mm 230mV 0 ÷ 2769mV

Hình 2.4 Sơ đồ mạch điện và vị trí PIN cảm biến CKPS

∎ Nguyên lý hoạt động

- Rotor tạo xung quay cùng với trục khuỷu Vùng khuyết 2 cực của rotor khi quét qua đầu từ của cảm biến sẽ làm thay đổi từ thông, do đó một xung điện (AC) hình sin (hiệu ứng từ) hay xung vuông (DC) (hiệu ứng Hall) truyền về ECM động cơ;

- Căn cứ vào tín hiệu xung điện (NE) được tạo ra trên số vấu cực của rotor truyền về ECM thực hiện thuật toán phát ra tín hiệu điều khiển lượng nhiên liệu cần phun hoặc thời điểm đánh lửa của bugi

∎ Hiện tượng hư hỏng

Trong trường hợp cảm biến CKPS hoặc rotor tạo xung bị hỏng, bộ điều khiển ECM động cơ sẽ ghi lại lỗi và làm sáng đèn báo MIL “Check Engine” Các hiện

tượng sau đây có thể được chỉ định cho lỗi của cảm biến này

- Động cơ giảm hiệu suất, chạy không tải thất thường;

- Động cơ có tiếng gõ, rung giật trong khi tăng tốc;

- Động cơ sẽ không khởi động được hoặc khởi động xong sẽ dừng ngay

27

Mã lỗi DCT liên quan đến cảm biến

P0335 Lỗi mạch hoặc thành phần cảm biến vị trí trục khuỷu

P0336 Phạm vi hoạt động cảm biến vị trí trục khuỷu sai - Hiệu suất kém P0016 Tương quan cảm biến vị trí trục khuỷu - trục cam (sai cam)

“Circuit” Báo lỗi mạch điện, dây nối, giắc nối

“Performance” Báo lỗi hiệu suất làm việc kém, tín hiệu không đạt yêu cầu

“Correlation” Báo lỗi sự tương quan giữa các tín hiệu có vấn đề

∎ Quy trình kiểm tra - chẩn đoán

• Kiểm tra trực quan dấu hiệu hư hỏng cảm biến (đầu từ cảm biến đối diện rotor

bị bám bẩn dầu, mỡ, nứt, vỡ, rotor bị gãy mất vấu cực….)

• Kiểm tra khe hở không khí giữa rotor tạo xung và đầu từ của cảm biến CKPS có nằm trong giới hạn tiêu chuẩn không

Khe hở tiêu chuẩn = 1.8 mm

• Kiểm tra dây điện kết nối từ giắc cắm CKPS đến ECM có tốt không, đứt, mạch tín hiệu “hở”(đoản mạch) Phải đảm bảo giắc cắm kết nối được lắp chặt và tiếp xúc

vào đúng vị trí của PIN tốt (chuyển thang đo thông mạch hoặc điện trở trên đồng hồ

VOM điện tử để tiến hành kiểm tra)

Giữa PIN (2 và 3) của CKPS với PIN (27 và 12) của ECM: (< 1.0Ω)

• Kiểm tra PIN tín hiệu điện áp (chuyển thang đo AC trên VOM điện tử)

- Khoá START trạng thái ngắt (tắt khoá điện)

- Ngắt giắc kết nối đến cảm biến CKPS

- Khoá START trạng thái bật (đóng khoá điện)

- Đo điện áp giữa hai đầu PIN 2 và PIN 3 của cảm biến

Thông số kỹ thuật: 2.4V ÷ 2.6V

• Kiểm tra trị số điện trở cảm biến (chuyển thang đo Ω trên VOM điện tử)

- Khoá START trạng thái ngắt (tắt khoá điện);

- Ngắt giắc kết nối đến cảm biến CKPS, tháo cảm biến ra khỏi động cơ;

- Xác định giá trị điện trở (Ω) giữa PIN 2 và PIN 3 của cảm biến, so sánh giá trị đo được với thông số kỹ thuật của cảm biến ứng với từng nhãn hiệu và kiểu xe

(bảng giá trị điện trở tiêu chuẩn)

Giá trị điện trở của cảm biến CKPS hiệu ứng từ theo số hiệu động cơ

PIN đo Điều kiện tiêu chuẩn Giá trị điện trở Loại động cơ

- Nếu giá trị (Ω) giữa PIN 2 và 3 cao  ngắn mạch trong cuộn dây;

- Nếu giá trị = 0 hoặc ≅ 0  có một mạch hở trong cảm biến;

• Chuyển thang đo xoay chiều AC (~) đồng hồ VOM (điện tử), chập que đo vào

PIN 2 và 3 của cảm biến Dùng một thanh kim loại quét qua phía đầu từ của cảm biến  nếu tín hiệu (≥ 0.2 ÷ 0.5V)  cảm biến còn tốt

• Dùng bút thử điện LED bằng phương pháp trên để xác định các PIN [signal (+); signal (-)] của cảm biến Khi quét thanh kim loại qua đầu từ của cảm biến  nếu đèn sáng thì đó là PIN [signal (+); signal (-)] của cảm biến

• Kiểm tra PIN chống nhiễu bảo vệ CKPS (nếu có) (chuyển thang đo Ω)

- Chập một que đo của đồng hồ VOM (điện tử) vào một trong các PIN của СКРS (2 hoặc 3);

- Chạm que đo còn lại của đồng hồ VOM với PIN tương ứng chống nhiễu, giá

trị đo được phải = 0;

- Cắm lại giắc kết nối đến vị trí cảm biến

• Lưu ý

- Bất kể giá trị điện trở đo được nằm trong giới hạn cho phép, không thể coi đó

là bằng chứng cảm biến CKPS sẽ tạo ra tín hiệu điện áp chính xác;

- Trong một số hệ thống, dây chống nhiễu bảo vệ cảm biến CKPS được kết nối với dây CKPS thông qua ‘’mass’’ Trường hợp này, đồng hồ VOM sẽ hiển thị hiện tượng đoản mạch, đây là điều bình thường đối với hệ thống;

2.2 Nguyên lý hiệu ứng Hall

• Cấp nguồn điện vào 2 đầu của thanh bán dẫn N “thanh Hall” (chứa các electron

tự do), lập tức có sự dịch chuyển của các electron tự do chạy từ đầu (-) này sang

đầu (+) kia của thanh bán dẫn N, lúc này dòng điện xuất hiện

• Đặt một thanh nam châm vĩnh cửu có cực S vuông góc gần với “thanh Hall” N,

từ trường nam châm lúc này sẽ làm lệnh các electron khỏi vị trí ban đầu do (cùng

dấu đẩy nhau và khác dấu hút nhau)

- Khi các electron chưa bị từ trường nam châm làm dịch chuyển là mức 0;

- Khi các electron bị từ trường nam châm làm dịch chuyển khỏi vị trí mốc ban

đầu là mức (-);

- Như vậy phía trên mức 0 sẽ xuất hiện các điện tích dương (+) và nếu ta

dùng đồng hồ đo vào 2 điểm này sẽ xuất hiện 1 điện áp uV rất nhỏ

• Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi ta áp dụng đặt một từ

trường vuông góc lên một thanh Hall làm bằng chất bán dẫn N (thanh Hall) đang có

dòng điện chạy qua, lúc đó ta nhận được một hiệu điện thế uV rất nhỏ (hiệu điện thế

Hall) sinh ra tại 2 mặt đối diện của thanh Hall

điểm phun nhiên liệu thích hợp hay thời điểm đánh lửa bugi (động cơ phun xăng);

- Cảm biến CMPS còn đóng vai trò giám sát sự hoạt động của hệ thống điều khiển trục cam biến thiên trên động cơ thế hệ mới có đúng như tín hiệu điều khiển từ

bộ ECM hay không