Vì vậy là một học viên ngành ô tô chúng em quyết định chon đề tài “Nghiên cứu hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail của động cơ diesel 2KD-FTV trên xe Toyota Hiace ” làm đề tài đồ án
TỔ NG QUAN V Ề H Ệ TH Ố NG CUNG C Ấ P NHIÊN LI Ệ U ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN Ô TÔ
Khái quát chung v ề h ệ th ố ng nhiên li ệu động cơ diesel
1.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển động cơ diesel Động cơ Diesel phát triển vào năm 1897 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên lý Tự cháy Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy Đến năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao áp (Bơm phun Bosch lắp cho động cơ diesel ôtô thương mại và ôtô khách vào năm 1936) Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn các chất ô nhiễm Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề:
- Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ P.M do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu - không khí
- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp
- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun để làm giảm Hidrocacbon
- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả (ERG: Exhaust Gas Recirculation)
Hiện nay, các nhược điểm của HTNL Diesel đã được khắc phục bằng cải tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ (năm 1986 Bosch đưa vào thịtrường việc điều khiển điện tửcho động cơ diesel) Đó là Hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel
1.1.2 Tổng quan về hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel
- Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định mà không cần cấp thêm nhiên liệu vào, lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, giúp nhiên liệu luân chuyển dễ dàng trong hệ thống
- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ: Đảm bảo tốt các yêu cầu sau
+ Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.
+ Phun nhiên liệu vào đúng xylanh thời điểm, đúng quy luật
+ Đối với động cơ nhiều xylanh thì lượng nhiên liêu phun vào các xylanh phải đồng đều trong một chu trình công tác
- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa sốlượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng cháy, cường độvà phương hướng chuyển động của mỗi chất trong buồng cháy đểhoà khí được hình thành nhanh và đều
Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Hoạt động ổn định, có độ tin cậy và tuổi thọ cao
- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sữa chữa
- Dễ chế tạo, giá thành hạ.
H ệ th ố ng cung c ấ p nhiên li ệ u Common rail
1.Thùng nhiên liệu; 2 Bơm cao áp Common rail; 3 Lọc nhiên liệu; 4 Đường cấp nhiên liệu cao áp; 5 Đường nối cảm biến áp suất đến ECU; 6 Cảm biến áp suất; 7 Ống phân phối; 8 Van an toàn; 9 Vòi phun; 10 Các cảm biến nối với ECU; 11 Đường dầu hồi
Hệ thống Common Rail về cơ bản bao gồm các thành phần sau:
- Vòi phun điều khiển bằng van điện từ(solenoid) được gắn vào nắp máy
- Ống tích trữ nhiên liệu (ống phân phối áp lực cao)
- Bơm cao áp(bơm tạo áp suất cao)
Hình 1.1 Cấu tạo hệ thống Common rail
Các thiết bị sau cũng cần cho sự hoạt động điều khiển của hệ thống :
- Cảm biến tốc độ trục khuỷu
- Cảm biến tốc độ trục cam
- Cảm biến bàn đạp ga
So với hệ thống cũ dẫn động bằng trục cam thì hệ thống nhiên liệu Common Rail khá linh hoạt trong việc đáp ứng thích nghi đểđiều khiển phun nhiên liệu cho động cơ diesel như:
- Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách,tải nhẹ, tải nặng, xe lửa và tàu thủy)
- Áp suất phun đạt đến 1350 bar
- Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ.
- Có thể thay đổi thời điểm phun
Nhiên liệu có áp suất cao được bơm vào ống phân phối để từ đó cung cấp cho các vòi phun Nhiên liệu từ thùng chứa được bơm qua bơm điện và đi vào bộ lọc qua bơm chuyển qua van điều áp vào bơm cao áp nhiên liệu áp suất cao được bơm vào ống dự trữqua van điều chỉnh áp suất Tại đường ống phân phối sẽcó các đường ống cao áp nối tới vòi phun để phun nhiên liệu vào buồng đốt động cơ và quá trình phun nhiên liệu được điều khiển bởi ECU
ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến (cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến áp suất…) sau khi xử lý các tín hiệu đầu vào này ECU sẽđưa ra tín hiệu điều khiển vòi phun
Vòi phun được nối với ống tích nhiên liệu áp suất cao (rail) bằng một đường ống ngắn Kết hợp với đầu phun và van điện từ được cung cấp điện qua ECU Khi van solenoid không được cấp điện thì vòi ngừng phun Nhờ áp suất phun không đổi, lượng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với độ dài của xung điều khiển solenoid Yêu cầu mở nhanh solenoid được đáp ứng bằng việc sử dụng điện áp cao và dòng lớn Thời điểm phun được điều khiển bằng hệ thống điều khiển góc phun sớm Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận biết tốc độ động cơ, và một cảm biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động Lợi ích của vòi phun common rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra với áp suất rất cao đồng thời kết hợp hệ thống điều khiển điện tử để kiểm soát lượng phun, thời điểm phun một cách chính xác Do đó làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn
Phun nhiên liệu chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và phun kết thúc Các giai đoạn phun sơ khởi làm giảm thời gian cháy trễ và phun thứ cấp tạo cho quá trình cháy hoàn thiện Với phương pháp này áp suất phun lên đến 1350 bar có thể thực hiện ở mọi thời điểm ngay cả lúc động cơ đang ở tốc độ thấp
Qua đây ta thấy hệ thống nhiên liệu common rail có những ưu điểm sau:
- Tiêu hao nhiên liệu thấp
- Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn
- Cải thiện tính năng động cơ
- Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng.
HỆ TH Ố NG CUNG C Ấ P NHIÊN LI Ệ U C ỦA ĐỘNG CƠ 2KD-FTV TRÊN XE TOYOTA HIACE
Gi ớ i thi ệ u v ề xe Toyota Hiace
Thông sốkĩ thuật Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Kích thước tổng thể DxRxC 5380 x 1880 x 2285 mm
Chiều dài cơ sở D 3110 mm
Khoảng sáng gầm xe 185 mm Động cơ/ hộp số Động cơ 2KD-FTV
Hộp số Số sàn 5 cấp
Dung tích xi lanh 2494 cc
Công suất cực đại ps/rpm 75/3600 ps/rpm
Mô men xoắn cực đại Kgm/rpm 260/1600-2600
Truyền động Dẫn động cầu sau
Phanh sau Phanh tang trống
Hệ thống treo trước Độc lập, tay đòn kép
Hệ thống treo sau Phụ thuộc, nhíp lá
Trợ lực lái Thủy lực
Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật xe Toyota Hiace 2014
Gi ớ i thi ệu động cơ 2KD -FTV
Hình 2 2 Động cơ 2KD-FTV
Bảng 2 2 Thông sốđộng cơ 2KD-FTV Động cơ 2DK-FTV trang bị trên xe Hiace là loại động cơ Diesel tu-bin tăng áp TOYOTA D-4D có công suất 75 KW/ 3600v/ph Động cơ được trang bị hệ thống hồi lưu khí xả, hệ thống tăng áp tu-bin và hệ thống phối khí của các xupap được dẫn động trực tiếp từu trục cam thông qua con đội thủy lực Với những hệ thông trên giúp động cơ nạp đầy thải sạch, tăng công suất động cơ, giảm được lượng khí thải động hại ra môi trường [8] Động cơ 2KD-FTV sử dụng hệ thống nhiên liệu diesel Common Rail của Denso, áp suất phun tối đa khoảng 1800bar, đây là hệ thống được điều khiển hoàn toàn bằng điện, với các chức năng:
• Điều khiển áp suất nhiên liệu
• Điều khiển thời điểm phun
Hình 2 3 Mặt cắt động cơ 2KD-FTV
K ế t c ấ u h ệ th ố ng nhiên li ệu Common Rail trên động cơ 2KD -FTV
Hệ thống Common rail được gồm hai phần:
-Hệ thống cung cấp nhiên liệu: thùng nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bơm cao áp, ống phân phối, kim phun, các đường ống
-Hệ thống điều khiển điện tử: bộ xử lý trung tâm ECM, bô khuếch đại điện áp để mở kim phun EDU, các cảm biến đầu vào và bộ chấp hành
Hình 2 4 Động cơ 2KD-FTV và hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hình 2 5 Kết cấu hệ thống Common rail
Hệ thống Common rail sử dụng ống phân phối để lưu trữ nhiên liệu có áp suất cao và các kim phun chứa các van điện từđược điều khiển điện tửđể phun nhiên liệu có áp suất vào các xi lanh ECU động cơ kiểm soát hệ thống phun (bao gồm áp suất phun, tốc độ phun và thời điểm phun), hệ thống này không bị ảnh hưởng bởi tốc độ hoặc chếđộ lam việc của động cơ Điều này đảm bảo áp suất phun ổn định mọi lúc, đặc biệt là ở tốc độ thấp, và giảm đáng kể lượng khói đen thường phát ra từ động cơ diesel trong quá trình khởi động, tăng tốc
Kết quả là, lượng khí thải thải ra sạch hơn và giảm thiểu, đồng thời tăng hiệu năng động cơ [9]
Kiểm soát áp suất phun: Cho phép phun áp suất cao, ngay cả ở dải tốc độ động cơ thấp, Tối ưu hóa việc kiểm soát để giảm thiểu vật chất dạng hạt và phát thải NOx
Kiểm soát thời gian tiêm: Kiểm soát thời gian một cách tối ưu để phù hợp với điều kiện lái xe
Kiểm soát tốc độphun: Điều khiển kim phun phun một lượng nhỏ nhiên liệu trước khi phun chính
Hình 2 6 Điều chỉnh của Common rail
Các thành ph ầ n chính
Bơm cao áp có nhiệm vụ tạo áp suất cao cho nhiên liệu trong quá trình phun Nhiên liệu sau khi ra khởi bơm sẽ được vận chuyển qua đường ống cao áp vào ống phân phối để tích lũy cao áp
Bơm cung cấp chủ yếu bao gồm thân bơm (cam lệch tâm, cam vòng và pít tông), SCV (Van điều khiển hút), cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và bơm cấp liệu.Hai pít tông được định vị thẳng đứng trên cam vòng ngoài để tạo độ chắc chắn.Động cơ dẫn động bơm cung cấp theo tỷ lệ 1: 2 Máy bơm hút nhiên liệu từ thùng nhiên liệu, gửi nó đến buồng pít tông.Trục cam bên trong dẫn động hai pít tông, và chúng tạo áp suất nhiên liệu được đưa đến buồng pít tông và đưa nó đến đường dẫn Lượng nhiên liệu cung cấp cho đường ống được điều khiển bởi SCV, sử dụng tín hiệu từ ECU động cơ SCV là loại thường đóng (van nạp đóng trong quá trình khửnăng lượng)
Hình 2 7 Các thành phần chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hình 2 9 Đường đi của nhiên liệu
Hình 2 8 Cấu tạo bơm cao áp HP-3
2.4.1.1 Các lo ại bơm cao áp:
Bơm có 2 piston, ứng với moiix pitson có một van PCV Lượng nhiên liệu cung cấp cho đường ống đường điều chỉnh bởi van này Áp suát nhiên nhiên liệu do bơm tạo ra lên đén 120MPa Bơm HP-0 sản suất từnăm 1996 đến nay và được trang bị trên xe trọng tải nặng và vừa
Hình 2 10 Bơm cao áp HP-0
Hình 2 11 Bơm cao áp HP-2
Bơm HP-2 được sản suất từu năm 1998 đến nay , nó được trnag bị trên xe tải nhỏvà xe hơi Lượng nhiên liệu được điểu chỉnh bởi van SCV có áp lực lên đêna 135MPa.
Bơm được trang bịhai piston đối diện nhau qua vành cam lệch tâm, áp lực do nơm tạo ra lên đến 180MPa HP-3 được sản xuất từ năm 2001 đến này và đươc lắp đăt trên xe tải có tải trọng vừa và nhỏ, xe hơi
Hình 2 12 Bơm cao áp HP-3
Hình 2 13 Bơm cao áp HP-4
Bơm HP-4 sử dụng ba piston lệch nhau 120 0 dẫn động bởi cam lệch tâm tạo được ấp lực lê đến 180MPa Bơm được sản suất từu năm 2003 đến này, nó được lắp đặt trên xe tải tải trọng vừa và nhỏ, xe hơi
2.4.1.2 Nguyên lý ho ạt độ ng c ủa bơm cao áp:
Bơm HP-3 gồm 2 piston A và B đối xứng nhau được đẩy lên nhờ cam vòng và cam lệch tâm, hồi vị nhờ lò xo Khi piston A đi lên nhờ lực đẩy cảu cam lệch tâm thì nhiên liệu ở trên piston bị nén tăng áp suất đẩy van bơm để nhiên liệu áp suất cao đi vào ống phân phối, đồng thời van hút đóng lại ko cho nhiên liệu chảy ngược lại Piston A đi xướng nhờ lò xo hồi vị, lực chân không trên đỉnh piston A đóng van bơm đồng thời lò xo van hút hổi vịđưa nhiên liệu vào
Các bầu lọc nhiên liệu có nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất ra khỏi nhiên liệu như: cặn bẩn, nước,
Dựng để tỏch cỏc tạp chất cơ học cú kớch thước từ 20àm trở lờn và nước ra khỏi nhiên liệu
Nguyên lý hoạt động: nhiên liệu chảy vào bộ lọc, đi qua phần tử lọc
Những hạt bụi có kích thước lớn được giữ lại trên bề mặt của phần tử lọc Sau
Hình 2 14 Nguyên lý hoạt động của bơm HP-3 đó, nhiên liệu đi lên phía trên và ra khỏi bầu lọc sau khi đã được lọc sạch Nước chứa trong nhiên liệu sẽ lắng đọng trong đáy bộ lọc Do vậy phải định kỳ xả nước ra khỏi lọc bằng cách mở vít xả nước ở dưới đáy bầu lọc nhiên liệu
2.4.2.1 B ộ l ọ c tinh Được lắp trên đường dẫn nhiên liệu từ bơm chuyển nhiên liệu đến bơm cao áp, dùng để lọc các phần tử mài mòn trong nhiên liệu Các phần tử lọc thường được làm bằng vật liệu: gốm silicat và kim loại, gỗ, cuộn chỉ, bông giấy, giấy lọc đặc biệt, a, Lọc thô b, Lọc tinh Hình 2 15 Cấu tạo các bộ lọc nhiên liệu
2.4.3 Van SCV (Suction Control Valve)
Van SCV làm nhiệm vụđịnh lượng, lượng nhiên liệu đưa vào piston cảu bơm cao áp từbơm nạp dưới sự điều khiển của ECU Đồng thời SCV còn điều khiển áp suất trong ống phân phối
Bơm cao áp thường được trang bị SCV loại thường đóng Khi điện từ được cung cấp năng lượng, van kim được ép lên (trong SCV nhỏ gọn, xi lanh được kéo theo) bởi phần ứng, mởhoàn toàn đường dẫn nhiên liệu và cung cấp nhiên liệu cho pít tông (Tổng lượng hút Tổng lượng đã xả) Khi ngắt nguồn điện từ điện từ, lò xo hồi vị sẽ ép van kim trở lại vịtrí ban đầu, đóng đường dẫn nhiên liệu
Nguyên lí làm việc của van SCV: [8]
Loại van điện từ tuyến tính đã được sử dụng ECU kiểm soát tỷ lệ làm việc (khoảng thời gian mà dòng điện được áp dụng cho SCV), để kiểm soát lượng nhiên liệu được cung cấp cho pít tông áp suất cao Khi dòng điện chạy đến SCV, sức điện động thay đổi được tạo ra theo công suất làm việc, di chuyển kim van sang bên phải và thay đổi độ mở của đường dẫn nhiên liệu để điều chỉnh lượng nhiên liệu
Hình 2 16 Sơ đồ điều khiển van SCV
• Với SCV ON, lò xo van co lại, mở hoàn toàn đường dẫn nhiên liệu và cung cấp nhiên liệu cho các pít tông (Lượng đầy đủ và xả đầy đủ sốlượng)
• Khi SCV OFF, lực của lò xo van di chuyển kim van sang trái, đóng đường dẫn nhiên liệu (thường đóng).
Bằng cách BẬT / TẮT SCV, nhiên liệu được cung cấp một lượng tương ứng với tỷ lệ nhiệm vụ truyền động, và nhiên liệu được nạp bằng các pít tông
2.4.4 Ống phân phối Ống phân phối lưu trữ nhiên liệu có áp suất (0 đến 160 MPa) đã được cung cấp từ bơm cung cấp và phân phối nhiên liệu cho từng xi lanh kim phun Một cảm biến áp suất đường ray và một van xả áp suất (van áp suất thấp) được sử dụng trong ống phân phối Cảm biến áp suất (cảm biến Pc) phát hiện áp suất nhiên liệu trong ống và gửi tín hiệu đến ECU động cơ, và bộ giới hạn chắc chắn trước sẽ kiểm soát áp suất dư thừa Điều này đảm bảo quá trình đốt cháy tối ưu và giảm tiếng ồn của quá trình đốt cháy
Các c ả m bi ế n
Hình 2 23 Kết cấu các cảm biến và bộ điều khiển
2.5.1 Cảm biến vịtrí bướm ga
Cảm biến này lắp trên cổ họng gió nạp của động cơ, nó dùng phát hiện góc mở của bướm ga (cánh van cắt cửa nạp) và gửi tín hiệu về ECM bằng tín hiệu điện áp Cảm biến này sử dụng loại cảm biến Hall [5]
Hình 2 24 Vị trí cảm biến bướm ga
Hình 2 25 Sơ đồ cảm biến bướm ga
Khi khóa điện ở vị trí ON, ECM cấp nguồn Vcc 5V cho cảm biến vào cặp chân VC – E2, chân tín hiệu ra VAF của cảm biến được nối vào chân VLU của ECM, khi cánh bướm ga (cắt cửa nạp) mở dần từ vịtrí đóng hoàn toàn thì điện áp ra chân VAF cũng tăng dần từ 0V~5V Nhờ sựthay đổi điện áp của tín hiệu ra đó mà ECM biết được góc mở thực tế của cánh bướm ga (van cắt cửa nạp)
2.5.2 Cảm biến vịtri bàn đạp ga
Tín hiệu này được lấy từ cảm biến này được lắp trên bàn đạp ga, dùng phát hiện mức độ đạp ga của người lái xe và gửi tín hiệu này dưới dạng điện áp thông qua chân VPA và VPA2 về ECM để ECM điều khiển phun dầu Đây là loại cảm biến Hall có độ bền cao
Hình 2 26 Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Khi bật khóa điện đến vị trí ON, ECM sẽ cấp điện áp nguồn VCC (5 V) cho cảm biến vịtrí bàn đạp ga thông qua các cặp chân VCPA-EPA và VCPA2- EPA2 Khi bàn đạp ga được đạp, sẽcó điện áp ra từ các chân VPA và VPA2 từ cảm biến Điện áp ra của 2 chân VPA và VPA2 tăng dần từ 0~5V khi bàn đạp ga từ vịtrí không đạp đến vịtrí đạp tối đa Trong đó tín hiệu ra VPA dùng làm tín hiệu chính đểđiều khiển động cơ, tín hiệu VPA2 là tín hiệu dự phòng dùng phát hiện hư hỏng cảm biến Nhờ sựthay đổi điện áp ra của 2 chân tín hiệu từ cảm biến mà ECM biết được chính xác mức độđạp ga của tài xế
Hình 2 27 Sơ đồ cảm biến vị trí bàn đạp ga
Cảm biến vị trí trục cam sử dụng loại cuộn dây điện từ, được lắp phía đầu động cơ, gần bơm cao áp, roto cảm biến có 5 răng Cảm biến này phát hiện vị trí TDC của xylanh để gửi tín hiệu về ECM, cứ 2 vòng quay trục khuỷu động cơ sẽ có 5 xung tín hiệu xoay chiều phát ra và gửi về ECM
2.5.4 Cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến vị trí trục khuỷu cũng sử dụng loại cuộn dây điện từ, được lắp phía đầu động cơ để phát hiện góc quay trục khuỷu và số vòng quay động cơ Roto cảm biến là loại 34 răng đủ và 2 răng khuyết Khi 2 răng khuyết khi đi ngang qua cảm biến thì piston máy số 1 ở TDC [5]
Hình 2 28 Cảm biến vị trí trục cam
Hình 2 29 Cảm biến trục khuỷa và tín hiệu
Khi trục khuỷu động cơ quay, các đĩa roto của cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu cũng quay, các cựa lồi trên roto cảm biến quét ngang qua cảm biến khi quay làm biến thiên từ trường đi qua cuộn dây cảm biến cuộn dây cảm biến sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng hình sin như hình bên dưới Các tín hiệu này được đưa vềECM để báo tốc độđộng cơ, góc trục khuỷu, và vị trí TDC
2.5.5 Cảm biến nhiệt độnước làm mát
Cảm biến nhiệt độnước làm mát động cơ sử dụng loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm, khi nhiệt độ nước làm mát tăng, giá trị điện trở cảm biến giảm và ngược lại, ECM dùng tín hiệu này để phát hiện tình trạng nhiệt độ động cơ
Hình 2 30 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
2.5.6 Cảm biến lưu lượng khí nạp
Cảm biến lưu lượng khí nạp sử dụng loại cảm biến dây nhiệt, dùng đo lượng khí nạp thực tế vào động cơ và gửi tín hiệu lưu lượng khí nạp về ECM đểlàm cơ sở tính toán cho việc điều khiển tuần hoàn khí xả
2.5.7 Cảm biến áp suất nhiên liệu
Hình 2 31 Cảm biến lưulượng khí nạp
Hình 2 32 Cảm biến ấp suất nhiên liệu
Cảm biến áp suất nhiên liệu được lắp trên ống phân phối, nó dùng xác định áp suất nhiên liệu thực tế tức thời tại ống phân phối và gửi tín hiệu về ECM để làm thông tin phản hồi về áp suất nhiên liệu để ECM hiệu chỉnh áp suất nhiên liệu cho phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ Cảm biến nà sử dụng loại biến trở silicon Áp suất nhiên liệu tác dụng lên phần tử silicon là nó biến dạng và thay đổi giá trị điện trở
Khi bật khóa điện ON, ECM cấp nguồn 5V cho cặp chân VC-E2 của cảm biến Khi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối tăng hay giảm sẽ tác dụng lên điện trở silicon làm giá trị điện trở thay đổi Giá trị điện trở này sẽ được biến đổi thành điện áp và đưa về ECM qua chân PR cảm biến.
Hình 2 33 Sơ đồ cảm biến áp suất nhiên liệu
2.5.8 Cảm biên tốc độ xe
Cảm biến tốc độ xe sử dụng loại cảm biến Hall, được lắp ởđuôi hộp sốđể gửi tín hiệu tốc độ xe (dạng xung) về đồng hồ tốc độ xe và từ đồng hồ tốc độ xe tín hiệu tốc độ này được gửi đến ECM để báo tín hiệu tốc độ xe cho ECM đểđiều khiển cắt phun nhiên liệu khi giảm tốc độ xe nhằm tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiểm.
B ộ điề u khi ể n (ECU)
Hình 2 34 Tín hiệu cảm biến tôc độ xe
Hình 2 35 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ
Hệ thóng điều khiển động cơ theo chương trình, bao gồm các cảm biến kiểm soát liên tục tình trạng hoạt động cảu động cơ Một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lí tín hiệu cà đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành
2.6.1 Cấu tạo của bộđiều khiển điện tử [4]
A, Bộ nhớ : bộ nhớ trong ECU chia thành 4 loại:
ROM (Read Only Memory): dùng để trữ thông tin hường trực ROM chỉđọc thông tin nhưng không thẻ ghi lại, cung cấp thông tin cho bộ xử lí
RAM (Ramdom Acess Memory): Bộ nhwos truy xuất ngẫu nhiên, dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và được xác định bởi vi xử lý Ram có thể động và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ
PROM ( programmable Read Only Memory): Cơ bản giống như ROM nhwung cho phép nạp dữ liệu khi sử dụng
KAM (keep alive Memory): KAM dùng để lưu trữ những thông tin tạm thời cung cấp đến vi xử lý.KAM vẫn duy trì bộ nhớ khi dừng hoặc tắt máy
B, Bộ xử lý (Microprocessor)Bộ xử lí có chức năng tính toán đưa ra quyết định Đây là “bộ não” của ECU
C, Đường truyền- BUS: Dùng để chuyển các lệnh và số liệu trong ECU
EDU là một thiết bị phát điện cao áp EDU đảm nhận nhiệm vụ khuếch đại điện áp từ 12V-85V (điện áp kim phun hoạt động) EDU được lắp giữa ECU và bộ chấp hành.
Các quá trình điề u khi ể n phun nhiên li ệ u
ECU thực hiện 3 chức năng sau đểxác định lượng phun:
Tính toán lượng phun cơ bản
Tính toán lượng phun tối đa
So sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa
2.7.1.1 Tính toán lượng phun cơ bả n
Việc tính toán dựa trên cơ sở các tín hiệu tốc độ động cơ và lực tác động lên bàn đạp ga
Hình 2 37 Sơ đồtính toán lượng phun cơ bản
2.7.1.2 Tính toán lượ ng phun t ối đa
Việc tính toán được thực hiện từ việc tổng hợp các cảm biến như: tốc độ động cơ, nhiệt độ nước, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nhiên liệu và cảm biến áp suất khí nạp
Hình 2 38 Sơ đồ tính toán lượng phun tối đa
2.7.2 Xác định thời điểm phun
Thời điểm phun cơ bản cảu hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV được xác định thông qua tốc độ động cơ và vị trí bàn đạp ga và thêm một vài giá trị điều chỉnh ECU gửi các tín hiệu phun tới EDU và làm sớm hoặc làm muộn thời điểm phun đểđiều chỉnh thời điềm phun
Hình 2 39 Sơ đồxác định thời điểm phun
BẢO DƯỠ NG VÀ CHU ẨN ĐOÁN HƯ HỎ NG H Ệ TH Ố NG
Các điểm lưu ý trong khi bảo dưỡ ng s ử a ch ữ a
Khi động cơ đang hoạt động, xảy ra các dấu hiệu sau đây cần phải kiểm tra hệ thống:
DẤU HIỆU VÙNG HƯ HỎNG KHẮC PHỤC ĐÈN BÁO Đèn báo nhiên liệu nhấp nháy
Có lẫn nước trong nhiên liệu và mực nước trong lọc nhiên liệu cao quá giới hạn an toàn cho hệ thống
Xảnước trong lọc nhiên liệu Đèn báo nhiên liệu luôn sáng
Lọc nhiên liệu bị tắc Thay thế lọc nhiên liệu Đèn Check luôn sáng
Trục trặc trong hệ thống điều khiển điện tử
Dùng thiết bị chẩn đoán kiểm tra
Bảng 3 1 Những lưu ý khi sửa chữa
- Mạch cảnh báo mực nước và tắc lọc nhiên liệu:
- Mạch báo nghẹt lọc nhiên liệu:
Khi mực nước trong lọc nhiên liệu cao hơn mức cho phép, công tắc cảnh báo mực nước trong lọc bật ON, ECU đồng hồ táp lô khi nhận được tín hiệu này sẽ bật nhấp nháy đèn báo nhiên liệu Khi gặp tính huống này chỉ cần xả nước trong lọc nhiên liệu đèn báo sẽ tắt
Hình 3 1 Mạch cảnh báo có nước trong nhiên liệu
Hình 3 2 Mạch cảnh báo nghẽn lọc nhiên liệu
Khi lọc nhiên liệu bị tắc, lực hút từbơm tiếp vận sẽ làm giảm áp suất trên đường ống dẫn nhiên liệu sau lọc => công tắc cảnh báo tắc lọc OFF=> ECU đồng hồ táp lô bật sáng đèn cảnh báo nhiên liệu sáng liên tục.
Các d ạng hư hỏng thườ ng g ặ p
3.2.1 Các hư hỏng bơm cao áp
Cặp piston-xulanh bơm cao áp bị mòn: do tạp chất cơ học trong nhiên liệu tạo ra các hạt mài Trong hành trình nén áp lực dầu tác dụng nên các phần đầu của piston không cân bằng gây ra va đập piston-xylanh mòn làm áp suất nhiên liệu kỳ nén giảm, áp suất nhiên liệu đua đên vòi phun giảm gây ảnh hưởng đến chất lượng phun nhiên liệu
3.2.2 Các hư hỏng của vòi phun
- Lỗ phun bị tắc hoặc giảm tiết diện: do quá trình sử dụng muội than bám vào đầu vòi phun làm tắc lỗ phun
- Kim phun mòn: tăng khe hở phần dẫn hướng làm giảm áp suất phun, lượng nhiên liệu hồi tăng nên giảm lượng nhiên liệu cung cấp và buồng cháy
- Lò xo van điện từ bị giãn: Chỉ cần một lực nhỏcũng nâng được kim phun lên Do đó nhiên liệu bường cháy không tơi, nhỏ giọt
- Kẹt kim phun; Do nhiệt độ từ buồng cháy làm kim phun nóng lên và giãn nở Do sự giãn nở không đồng đều làm tăng ma sát giữu kim phun và phần dẫn hướng làm kim phun khó di chuyển
3.2.3 Các hưu hỏng của bộ lọc nhiên liệu
Lõi lọc quá cũa bẩn gây mất chức năng lọc dẫn đến tắc lọc Cặn bẩn, tạp chất nhiều trong cốc lọc gây tắc lọc
3.2.4 Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu
Các đường ống hở không khí lọt vào làm động cơ không nổ Tại các điểm lối bị hở , ống bị thủng làm rò rỉ nhiên liệu, nhiên liệu cung cấp không đến bơm cao áp hay vòi phun Các van an toàn , van môt chiều lắp trên đường ống không điều chỉnh đúng áp lực mởthep quy định
3.2.5 Các hư hỏ ng h ệ th ống điệ n và c ả m bi ế n Đối với các hư hỏng này phải dùng các phần mềm mà nhà sản xuất cung cấp để phát hiện.
Phương pháp chuẩn đoán
3.3.1 Mô tả hệ thống chẩn đoán
Hệ thống chẩn đoán trên xe Hiace sử dụng theo chuẩn M-OBD, việc truyền dữ liệu chẩn đoán từ ECM qua thiết bị chẩn đoán thông qua đường truyền CAN Để hỗ trợ chẩn chẩn đoán này Toyota sử dụng thiết bị chẩn đoán chuyên dùng được gọi là máy chẩn đoán thông minh (Intelligent Tester II) Với thiết bị chẩn đoán này, rất nhiều thông số hoạt động của hệ thống và nhiều chức năng hỗ trợ khác giúp cho kết quả chẩn đoán chính xác và nhanh chóng hơn.
Khi có hư hỏng xảy ra trong hệ thống điều khiển, ECM sẽ bật sáng đèn MIL(Check Engine), và lưu mã lỗi vào bộ nhớECM cho đến khi hư hỏng được sửa chữa và mã lỗi được xóa
Hình 3 3 Vị trí nối má y IT-II
3.3.2 Các khái niệm trong chẩn đoán [7]
Chế độ thường và chế độ kiểm tra ( Normal Mode and Check Mode):
Trong chế độ thường (xe hoạt động trên đường), chức năng tự chẩn đoán của ECM sử dụng thuật toán phát hiện hai hành trình để đảm bảo phát hiện chính xác hư hỏng Tuy nhiên, trong khi thực hiện chẩn đoán, kỹ thuật viên có thể chuyển sang chếđộ kiểm tra đểtăng độ nhạy phát hiện hư hỏng của ECM, đồng thời đây cũng là chức năng hữu hiệu dùng chẩn đoán phát hiện các hư hỏng chập chờn trong hệ thống điều khiển động cơ.
Dữ liệu lưu tức thời (Freeze Frame Data): Ngay khi phát hiện hư hỏng, ECM bật sáng đèn Check Engine, đồng thời lưu mã lỗi và tất cả thông số hoạt động của cả hệ thống điều khiển động cơ vào bộ nhớ Trong khi chẩn đoán, kỹ thuật viên có thể dùng máy chẩn đoán đọc mã lỗi và đọc được tất cả dữ liệu thông số hoạt động tại thời điểm xảy ra hư hỏng Điều đó rất hữu ích cho người chẩn đoán, họ có thể dựa vào các thông số dữ liệu đó để tái tạo lại điều kiện làm việc của động cơ và kết hợp với chếđộ thử sẽ dễ dàng tái tạo lại triệu chứng hư hỏng hơn làm cho quá trình chẩn đoán trở nên đơn giản và hiệu quảhơn.
Giắc chẩn đoán DLC3: sử dụng giắc chẩn đoán DLC3 theo chuẩn ISO
Ký hiệu (Số cực) Mô Tả Cực Điều kiện Điều Kiện Tiêu
“+” Trong khi truyền Tạo xung
CG (4) - Mát thân xe Mát thân xe Mọi điều kiện Dưới 1 Ω
SG (5) - Mát thân xe Tiếp mát tín hiệu Mọi điều kiện Dưới 1 Ω
BAT (16) - Mát thân xe Dương ắc quy Mọi điều kiện 9 đến 14 v
CANH (6) - Cực dương ắc quy Đường CAN
Khoá điện OFF 1 MΩ trở lên
Khoá điện OFF 1 kΩ hay lớn hơn
CANL (14) - Cực dương ắc quy Đường CAN
Khoá điện OFF 1 kΩ hay lớn hơn
Chu ẩn đoán theo trạ ng thái c ủ a động cơ
Trạng thái hư hỏng Khu vực chuẩn đoán chính
Khu vực chuẩn đoán có liên quan
1.Không tải không êm hay rung do có quá trình cháy không bình thường
2.Rung khi xe khởi hành do hư hỏng của hệ thống ly hợp
1.Hư hỏng trong vòi phun
-Chuyển động của piston vòi phun trục trặc -Vòi phun kẹt đóng -Vòi phun kẹt mở -Muội ở vòi phun
-Hư hỏng mạch điện vòi phun
2.Hư hỏng hệ thống ly hợp -Hệ thống ly hợp(rung khi xe khởi động)
-Mã hiệu chỉnh vòi phun
-Rò rỉ nhiên liệu -Gối đỡ động cơ -Rò rỉ hệ thống lọt khí -Tắc hệ thông nạp khí -Hệ thống EGR
-Hệ thống đóng đường nạp -Cảm biến lưu lượng khí nạp
-Bơm cao áp -Van xả áp -ECU
Bảng 3 3 Bảng chuẩn đoán động cơ không tải, không êm, bị rung
Bảng 3 4 Bảng chuẩn đoán động cơ có tiếng lạch cạch
Bảng 3 5 Bảng chuẩn đoán động cơ bị yếu, bịỳ
Trong thời gian làm Bài tập lớn, chúng em được sự giúp đỡ tận tình của các bạn trong nhóm và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn ThS Nguyễn Trung Kiên Đến nay, Bài tập lớn của chúng em đã hoàn thành, nhờ một quá trình thảo luận và nghiên cứu Đề tài đã phân tích được các đặc tính làm việc, ưu điểm và khả năng ứng dụng của hệ thống nhiên liệu Common rail trên ô tô Việc ứng dụng hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử trên ô tô đã làm thay đổi diện mạo của kỹ thuật, công nghệ chế tạo ô tô, nó đã mang lại những hiệu quả thiết thực, đáp ứng đước các nhu cầu của người sử dụng và luật pháp xã hội: tốc độ cao, tiết kiệm nhiên liệu, giảm nồng độ khí xả, tăng độ an toàn và tính tiện nghi khi sử dụng
Nội dung đề tài nghiên cứu các đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống phun nhiên liệu Common rail động cơ 2KD-FTV xe Toyota Hiace Đề tài này không chỉ hỗ trợ chúng em, mà còn hỗ trợ giảng viên trong khoa, sinh viên các khóa, sự nghiệp giáo dục và sự phát triển của khoa, nhà trường và những người quan tâm
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nỗ lực của cả nhóm cũng như sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn ThS Nguyễn Trung Kiên Xong trong quá trình làm bài tập lớn cũng không thể tránh khỏi những sai sót, kính mong thầy (cô) các bạn góp ý đểđề tài chúng em được hoàn thiện hơn
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Thành Bắc, Chu Đức Hùng, Thân Quốc Việt, Phạm Việt Thành, Nguyễn Tiến Hán - Giáo trình hệ thống điện điện tử ô tô cơ bản - NXB Khoa học và kỹ thuật – Hà Nội (2017)
[2] PGS.TS Đỗ Văn Dũng - Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên ô tô hiện đại – Hệ thống điện động cơ – 2012
[3] Nguyễn Mạnh Dũng, Nguyễn Văn Toàn, Ngô Quang Tạo – Giáo Trình Thực hành cơ bản điện ô tô, NXB Khoa học và kỹ thuật – Hà Nội 2015
[4] PGS.TS Đào Mạnh Hùng, Ths Đỗ Khắc Sơn, Bài Giảng Các Thiết Bị Cơ Điện Tử Trên Ô Tô, NXB Bộ Môn Cơ Khí Ô Tô Hà Nội, 2012
[5] PGS-TS ĐỗVăn Dũng, Trang bịđiện và điện tử trên ô tô hiện đại- Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, 2007
[6] Lê Văn Anh, Nguyễn Huy Chiến, Phạm Việt Thành, Kĩ Thuật Bảo Dưỡng và Sửa Chữa Ô Tô, NXB Khoa Học Và Kĩ Thuật, 2015
[7] PGS.TS Nguyễn Khắc Trai, Kỹ Thuật Chẩn Đoán Ô Tô, NXB Giao Thông Vận Tải Hà Nội, 2007
[8] Denso Corporation, Toyota 1KD/2KD engine common rail system (crs) September 2009
[9] Denso Corporation, Common Rail System for Service manual operation Toyota hilux / kijyang innova / July, 2004 Diesel Injection Pump INNOVA 1KD/2KD
[10] Toyota Service Training- New car Feature Hiace- Oversea Service Division, Toyota Motor Corporation
[11] Richard Van Basshuysen and Fred Schaxfer, Internal Combustion Engine
[12] DeLuca, F., 2010 “History of fuel injection”, website, viewed 25-May-