Nội dung nghiên cứu của dồ án bao gồm: - Các cảm biến của hệ thống điều khiển động cơ 2GD-FTV trên Toyota Hilux 2021 - Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 2GD-FTV - Hệ thống điề
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Lí do chọn đề tài
Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng tân tiến không ngừng đổi mới cùng với những cải tiến trên những mẫu xe hiện đại hiện nay được trang bị nhiều công nghệ tiên tiến cùng với những chức năng thông minh nhằm hỗ trợ cho nhu cầu đi lại của con người Song vấn đề về ô nhiễm môi trường từ khí thải của ô tô ngày càng được quan tâm hơn buộc các nhà sản xuất ô tô trên thế giới cần cải thiện các vấn đề giảm khí thải trên động cơ ô tô Vì thế, Toyota – một trong các hãng xe nổi tiếng đã cho ra đời công nghệ mới mang tên D4D (Direct Injection 4 Diesel) là một hệ thống động cơ Diesel của Toyota, được thiết kế để cải thiện hiệu suất động cơ, tăng hiệu quả nhiên liệu, giảm lượng khí thải và được áp dụng trên các dòng xe Hilux đời mới.Với mong muốn hiểu biết hơn về công nghệ này, nhóm chúng em chọn đề tài “Hệ thống điều khiển động cơ 2GD-FTV trên Toyota Hilux 2021” Với đề tài này chúng em sẽ tìm hiểu về các nội dung như công dụng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các chi tiết, bộ phận liên quan của hệ thống điều khiển động cơ Toyota Hilux
Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của đề tài là tập trung nghiên cứu, tìm hiểu về hệ thống điều khiển trên động cơ 2GD-FTV trên xe Toyota Hilux 2021 về các nội dụng sau:
• Tìm hiểu về cấu tạo, công dụng, nguyên lý hoạt động và cách kiểm tra của các cảm biến trên động cơ 2GD-FTV
• Tìm hiểu về cấu tạo, công dụng, nguyên lý hoạt động và cách kiểm tra các bộ phận trên hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 2GD-FTV
• Tìm hiểu về các chi tiết liên quan hệ thống điều khiển trên động cơ 2GD-FTV
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển động cơ 2GD-FTV trên xe Toyota Hilux
- Phạm vi nghiên cứu: Công dụng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động các cảm biến, các bộ phận liên quan đến hệ thống điều khiển, cơ cấu chấp hành và điều khiển phun nhiên liệu
Phương pháp nghiên cứu
Nhóm sử dụng phương pháp nghiên cứu phân tích và tổng hợp, hệ thống hóa lý thuyết dựa trên các kiến thức đã được tiếp thu
Kết hợp với giáo trình bộ môn động cơ ô tô, các tài liệu tham khảo, tài liệu của hãng Toyota, các bài nghiên cứu cả trong và ngoài nước để tổng hợp nội dung cho đồ án.
Bố cục đề tài
Bố cục đề tài gồm 5 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về đề tài
Chương 2: Các cảm biến của hệ thống điều khiển động cơ 2GD-FTV trên Toyota Hilux 2021
Chương 3: Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 2GD-FTV
Chương 4: Hệ thống điều khiển động cơ
CÁC CẢM BIẾN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 2GD-
Cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến trục khuỷu có nhiệm vụ đo tín hiệu tốc độ và xác định vị trí của trục khuỷu sau đó gửi về ECU và từ đó ECU sẽ sử dụng dữ liệu này để tính toán thời điểm phun nhiên liệu, góc đánh lửa cho các xi-lanh
Cảm biến vị trí trục khuỷu loại Hall được gắn vào thân máy gần trục khuỷu của động cơ 2GD-FTV trên xe Hilux 2021
Hình 2.1:Minh hoạ cảm biến vị trí trục khuỷu và roto cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến gồm có: Có 1 nam châm vĩnh cữu và IC Hall được đặt trong cảm biến Một đĩa răng kích từ 34 răng được gắn trên trục khuỷu
Hình 2.2: Cấu tạo cảm biến vi trí trục khuỷu
Trước tiên ta cần làm quen với khái niệm hiệu ứng Hall Hãy tưởng tượng rằng bạn có một tấm bán dẫn N và một nam châm vĩnh cửu Đặt thanh nam châm cách tấm bán dẫn (tấm Hall ) một khoảng không đổi sao cho từ trường đi qua tấm bán dẫn có phương vuông góc Ta cho dòng điện I qua tấm Hall và dịch chuyển thanh nam châm lại gần tấm Hall Trong tấm Hall, các hạt điện tích đang dịch chuyển với vận tốc V trong từ trường B sẽ bị tác dụng bởi lực Lorentz làm chệch hướng lên phần trên của tấm Hall Do sự chênh lệch điện áp ở 2 phần của tấm Hall, từ đó tạo ra được một hiệu điện thế Hall Điện áp hai đầu trên và dưới của tấm Hall được đo bằng đồng hồ Lúc này ta sẽ thấy một giá trị hiệu điện thế Hall UH
Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng Hall
Sau khi đã hiểu về hiệu ứng Hall ta sẽ đến với nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí trục khuỷu được trang bị trên động cơ 2GD-FTV với xe Hilux 2021 Nó bao gồm phần tử Hall được đặt trong nam châm vĩnh cữu và IC xử lý tín hiệu Khi trục khuỷu động cơ quay đồng thời làm rotor cảm biến cũng quay, từng răng của rotor đi qua cảm biến vị trí trục khuỷu tạo ra xung tín hiệu Xung tín hiệu này sẽ được gửi đến PCM Răng của rotor dùng để khép từ cho nam châm
- Khi có nguồn cấp đến IC Hall và từ trường nam châm qua phần tử Hall, dây tín hiệu của cảm biến vị trí trục khuỷu được IC khuếch đại tín hiệu gửi đến PCM ở mức điện áp cao
- Ngược lại khi không có từ trường tác động đến phần tử Hall, điện áp được gửi đến cho PCM ở mức điện áp thấp 0V
Tín hiệu của cảm biến vị trí trục khuỷu (NE) qua IC là dạng tín hiệu ON-OFF, nên tín hiệu qua cảm biến là dạng xung vuông
Hình 2.4: Sơ đồ dây cảm biến vị trí trục khuỷu
Hình 2.5: Sơ đồ chân của cảm bién vị trí trục khuỷu Ý nghĩa các chân:
- Ne+: Tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu (+)
- Ne- : Tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu (-)
➢ Kiểm tra bằng dụng cụ đo xung:
- Bật chìa khoá ở vị trí ON, sử dụng đồng hồ VOM đo điện áp Vc - Ne- để đảm bảo có nguồn 5V cấp cho cảm biến
- Dùng máy đo xung để quan sát tín hiệu dạng xung, so sánh xung theo tiêu chuẩn nhà sản suất
Bảng 2.1: Các điều kiện đo xung cảm biến vị trí trục khuỷu bằng dụng cụ đo xung
Hình 2.6: Dạng xung của cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến vị trí trục cam xác định vị trí của trục cam gửi tín hiêu về ECU Từ đó ECU xác định điểm chết trên của xi lanh số 1 hoặc các máy khác và đồng thời xác định thời điểm đánh lửa (cho động cơ xăng) hoặc thời điểm phun nhiên liệu (động cơ phun dầu điện tử Common rail)
Trên động cơ 2GD-FTV trên xe Toyota HIlux 2021, cảm biến vị trí trục cam được lắp ở phía đầu trục cam
Hính 2.7: Cảm biến vị trí trục cam Đo giữa các chân Điều kiện Dạng sóng
NE+ – NE- Chạy không tải Dạng sóng tương ứng với dạng sóng trong hình
Cấu tạo cảm biến gồm: 1 nam châm vĩnh cữu và IC Hall được đặt trong cảm biến, được đặt gần đĩa tạo xung
Tương tự như cảm biến vị trí trục khuỷu, khi các răng trên bộ tạo xung đi qua cảm biến, từ trường giảm đột ngột từ đó tạo ra một xung vuông Khi trục khuỷu quay truyền động lên trục cam, trục cam quay đồng thời rotor cảm biến vị trí trục cam cũng quay
Vì vậy, khi bộ tạo xung quay, mỗi chu kỳ cảm biến sẽ quét được số xung ứng với số răng trên bộ tạo xung
Hình 2.8: Sơ đồ dây cảm biến vị trí trục cam
Hình 2.9: Sơ đồ các chân cảm biến vị trí trục cam
- G2- : Tín hiệu cảm biến vị trí trục cam (-)
- G2+: Tín hiệu cảm biến vị trí trục cam (+)
• Kiểm tra bằng dụng cụ đo xung
- Bật chìa khoá ở vị trí ON, sử dụng đồng hồ VOM đo điện áp chân Vc-Ne- để đảm bảo có nguồn 5V cấp cho cảm biến
- Dùng máy đo xung để quan sát tín hiệu dạng xung, so sánh xung theo tiêu chuẩn nhà sản suất
Bảng 2.2: Các điều kiện đo xung cảm biến vị trí trục cam bằng dụng cụ đo xung Đo giữa các chân Điều kiện Dạng sóng
G2+ – G2- Chạy không tải Dạng sóng tương ứng với dạng sóng trong hình
Hình 2.10: Dạng xung cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hình 2.11: Cảm biến vị trí nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được đặt ở đường dẫn nước làm mát động cơ và tiếp xúc với nước làm mát Nó đo nhiệt độ nước làm mát của động cơ và gửi tín hiệu đến ECU để xác định thời điểm phun, lượng phun và tốc độ cầm chừng dựa trên nhiệt độ nước làm mát Tín hiệu này cũng được sử dụng để kiểm soát quạt làm mát động cơ, hệ thống điều hòa không khí và chuyển số trên hộp số tự động ở một số loại xe
Một nhiệt điện trở sử dụng hệ số nhiệt điện trở âm NTC (Negative Temperature Coefficient), nhiệt độ nước tỉ lệ nghịch với điện trở cảm biến, có nghĩa là khi nhiệt độ nước tăng lên, điện trở của cảm biến sẽ giảm xuống và ngược lại
Hình 2.12: Cấu tạo và sơ đồ mạch điện nước làm mát
2.3.3 Nguyên lý hoạt động Điện áp 5V được truyền tới cảm biến bằng một điện trở chuẩn có giá trị không đổi Sau đó, nó được truyền về ECU và sau đó về mát Như vậy nhiệt điện trở và điện trở chuẩn trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự-số (bộ chuyển đổi ADC – Analog to Digital Converter) nhận được điện áp điểm giữa cầu
Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp lớn sẽ được gửi về bộ biến đổi ADC Bộ vi xử lý chuyển đổi tín hiệu điện áp thành tín hiệu dạng xung Sau đó, bộ vi xử lý giải mã tín hiệu này để thông báo cho ECU biết rằng động cơ đang lạnh Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp giảm, báo cho ECU biết là động cơ đang nóng
Hình 2.13: Mạch điện cảm biến nước làm mát
Hình 2.14: Đường đặc tuyến của cảm biến nước làm mát
Hình 2.15: Sơ đồ các chân cảm biến vị trí nước làm mát
- Dùng đồng hồ VOM đo giá trị điện trở của hai chân cảm biến (THW-E2), so sánh giá trị theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất
Bảng 2.3: Giá trị điện trở của nước làm mát
• Không đặt tay vào nước ấm trong quá trình kiểm tra
• Chạm vào nước nóng có thể dẫn đến bỏng
• Khi kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ trong nước, không để nước tiếp xúc với các cực Sau khi hoàn thành kiểm tra, làm khô cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ.
Cảm biến tỷ lệ nhiên liệu không khí
Hình 2.16: Cảm biến tỷ lệ nhiên liệu không khí A/F
Cảm biến A/F cũng có thể gọi là cảm biến phạm vi rộng hay cảm biến tỉ lệ rộng vì khả năng phát hiện tỉ lệ A/F của cảm biến này trên phạm vi rộng hơn so với cảm biến O2, vì vậy ECM có thể kiểm soát chính xác hơn việc phun nhiên liệu và giảm phát thải Đo giữa các chân Điều kiện Giá trị
Hình 2.17: Cấu tạo cảm biến A/F
Cấu tạo cảm biến bao gồm: điện cực platin, điện cực rắn, bộ sấy nóng, lớp phủ
Khi hỗn hợp A/F giàu, nồng độ O2 trong khí thải rất thấp, tạo dòng âm, mạch sẽ tạo ra tín hiệu điện áp dưới 3.3V Khi hỗn hợp A/F nghèo, nồng độ O2 trong khí thải cao, tạo dòng dương, mạch sẽ tạo ra tín hiệu điện áp trên 3.3V
Cảm biến A/F sẽ làm việc tốt ở nhiệt độ 650°C (1200℉)
Hình 2.18: Mạch cảm biến tỉ lệ A/F
Hình 2.19: Đặc tuyến của cảm biến A/F
Khi hỗn hợp A/F giàu (nồng độ O2 trong khí thải thấp), cảm biến tạo dòng điện âm (A/F-) Khi hỗn hợp A/F nghèo (nồng độ O2 nhiều hơn), cảm biến tạo dòng điện dương (A/F+) Tại điểm tỉ lệ A/F lý tưởng, không có dòng điện nào được tạo ra Từ đó, ECU biết chính xác mức độ hỗn hợp A/F là giàu hay nghèo và có thể điều chỉnh hỗn hợp nhiên liệu nhanh hơn nhiều so với hệ thống điều khiển nhiên liệu sử dụng cảm biến O2 Do đó, không có chu kỳ giàu/ nghèo nào như ở cảm biến O2 loại cơ bản Thay vào đó, tín hiệu điện áp cảm biến A/F thường xuyên liên tục thay đổi ở mức 3.3V
Hình 2.20: Các chân cảm biến tỉ lệ nhiên liệu A/F
• HA1A: chân mát dây sấy
• A1A -: chân tín hiệu (-) cảm biến A/F
• A1A +: chân tín hiệu (+) cảm biến A/F
• Đo điện trở tiêu chuẩn:
Bảng 2.4: Giá trị điện trở cảm biến A/F Đo giữa các chân Điều Kiện Giá trị điện trở
3 (A1A+) - 4 (A1A-) Luôn luôn 10 kΩ hoặc cao hơn
Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Hình 2.21: Cảm biến bàn đạp ga
Cảm biến vị trí bàn đạp ga được bố trí trực tiếp trên bàn đạp ga để xác định góc mở của nó Sau đó, giá trị này được chuyển thành điện áp và gửi về ECU Tín hiệu này được ECU sử dụng để điều chỉnh mô tơ mở bướm ga theo góc mở bàn đạp ga và điều chỉnh lượng phun nhiên liệu để tăng tốc động cơ Góc mở của bướm ga được xác định bởi cảm biến vị
17 trí bướm ga, sau đó ECU nhận tín hiệu này Sự điều chỉnh này được gọi là hệ thống điều khiển bướm ga thông minh ETCS-i (Electronic Throttle Control System – Intelligent)
Trên động cơ Toyota Hilux 2GD-FTV sử dụng cảm biến vị trí bàn đạp ga kiểu Hall Cấu tạo cảm biến gồm có: nam châm và IC Hall
Hình 2.22: Sơ đồ và đặc tuyến cảm biến vị trí bàn đạp ga kiểu Hall
Nguyên lý hoạt động dựa vào hiệu ứng Hall, IC Hall được đặt cố định trong cảm biến Nguồn 5V cấp cho cảm biến từ ECU đến hai cặp cực VCPA – EPA và VCP2 – EPA2 Khi đạp bàn đạp ga, nam châm được gắn trên trục truyền động, trục này chuyển động cùng với bàn đạp ga, khiến cho các nam châm quay xung quanh IC Hall, từ trường qua IC Hall thay đổi Điện áp tín hiệu thay đổi do sự thay đổi từ trường
Tín hiệu ra VPA được sử dụng làm tín hiệu chính để điều khiển động cơ, trong khi tín hiệu VPA2 được sử dụng để ECU kiểm tra phát hiện hư hỏng ECU xác định vị trí chính xác của bàn đạp ga bằng cách thay đổi điện áp ra từ hai chân tín hiệu của cảm biến Tín hiệu điện áp xác định góc mở bàn đạp ga VPA và VPA2 được gửi đến ECU để ECU điều khiển phun nhiên liệu Góc mở bàn đạp ga tương ứng với từ thông đi qua IC Hall Khi góc mở bàn đạp ga tăng lên thì từ thông qua IC Hall cũng tăng, tín hiệu điện áp gửi về ECU cũng tăng tuyến tính so với góc đạp bàn đạp ga
- Cấp nguồn dương 5V vào chân VCPA, VCP2
- Cấp nguồn âm vào chân EPA, EPA2
- Tiến hành đo giá trị điện áp tại chân tín hiệu VPA với giá trị điện áp từ 0.5 – 4V và chân tín hiệu VPA2 với giá trị điện áp từ 1.2 – 4.75V khi góc mở bàn đạp ga tăng dần
Hình 2.23: Sơ đồ chân cảm biến vị trí bàn đạp ga Ý nghĩa tên cực:
• VCP2: nguồn 5V cấp cho cảm biến 2
• VPA2: tín hiệu vị trí bàn đạp ga cảm biến 2
• VCPA: nguồn 5V cấp cho cảm biến 1
• VPA: tín hiệu vị trí bàn đạp ga cảm biến 1
Cảm biến vị trí bướm ga
Hình 2.24: Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga dùng để xác định độ mở vị trí của cánh bướm ga Cảm biến vị trí bướm ga được bố trí trên trục bướm ga Cảm biến này chuyển vị trí góc mở cánh bướm ga thành tín hiệu điện thế gửi đến ECU
• Thông tin về bướm ga trên động cơ Diesel:
Một số động cơ Diesel cũ không thấy có bướm ga, trái ngược với động cơ xăng Điều này là do động cơ Diesel luôn hoạt động trong chế độ thừa không khí, nghĩa là lượng không khí luôn nạp vào tối đa
Do đó, tốc độ của động cơ Diesel không phụ thuộc vào lượng gió nạp vào động cơ Thay vào đó, nó phụ thuộc vào lượng phun nhiên liệu (nhiên liệu phun càng nhiều thì tốc độ càng lớn và ngược lại) Ở động cơ kiểu cũ thường sử dụng dây cáp nối từ bàn đạp ga đến bướm ga để điều khiển góc mở của bướm ga Ngày nay, dây cáp không còn được sử dụng và thay vào đó, ECU động cơ sử dụng mô tơ điều khiển bướm ga để điều chỉnh góc mở của bướm ga đến một giá trị phù hợp với mức độ đạp bàn đạp ga Trên động cơ Diesel, bàn đạp ga sẽ gửi tín hiệu về ECU, và ECU sẽ điều khiển bướm ga, kiểu điều khiển này còn được gọi là hệ thống điều khiển bướm ga thông minh ETCS-i (Electronic Throttle Control System – intelligent)
Với hệ thống ETCS-i, ECU sẽ điều khiển góc mở bướm ga trực tiếp thông qua mô tơ điều khiển bướm ga để thực hiện chế độ điều khiển chạy tự động
Hình 2.25: Sơ đồ điều khiển của hệ thống ETCS-i
Hình 2.26: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và nam châm quay quanh chúng
Các nam châm được lắp ở trên trục bướm ga và quay cùng với bướm ga
Khi đạp bàn đạp ga, cảm biến vị trí bàn đạp ga sẽ phát hiện vị trí của bàn đạp ga gửi tín hiệu đến ECU ECU sẽ điều khiển motor để đóng mở bướm ga, góc đóng mở bướm ga được phát hiện dựa vào cảm biến vị trí bướm ga
Khi bướm ga mở, các nam châm quay cùng lúc và các nam châm này thay đổi vị trí của chúng Vào lúc đó IC Hall phát hiện ra sự thay đổi từ thông gây ra bởi sự thay đổi của vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ VTA theo mức thay đổi này Thông qua chân VTA thì ECU sẽ xác định được góc mở của bướm ga
Hình 2.27: Sơ đồ cụm chân cảm biến vị trí bướm ga Ý nghĩa:
- M+: Chân nguồn (+) cấp cho mô tơ điều khiển
- M-: Chân nguồn (-) cấp cho mô tơ điều khiển
- E2: Chân nguồn (-) cấp cho cảm biến vị trí bướm ga
- VC: Chân nguồn 5V cho cảm biến vị trí bướm ga
- VTA: Chân tín hiệu của cảm biến vị trí bướm ga
Hình 2.28: Sơ đồ chân cảm biến vị trí bướm ga
- Bật đồng hồ VOM ở thang đo Volt (bật chìa khoá ON và không nổ máy )
- Que đỏ đồng hồ đặt vào cực dương của ắc quy, que đen đưa vào 3 chân còn lại Chân nào đồng hồ hiển thị 12V thì đó là -chân mát
- Tiếp tục đo 2 chân còn lại, lấy que đen để vào chân mát vừa tìm được, que đỏ để vào 2 chân còn lại
- Đồng hồ hiển thị 5V là chân Vc, chân còn lại là VTA
Hình 2.29: Biểu đồ tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga
• Bước 1: Kiểm tra điện áp cấp nguồn của cảm biến Đo điện áp giữa chân VC-E khi khoá ON bằng đồng hồ VOM Nếu điện áp có giá trị 4,5 – 5,5 V thì cảm biến còn hoạt động
• Bước 2: Đo điện áp giữa chân VTA – E, so sánh với giá trị tiêu chuẩn sau:
Bảng 2.5: Giá trị điện áp cảm biến vị trí bướm ga
Trạng thái Giá trị hiên thị (VTA)
Bướm ga đóng hoàn toàn 0.4-1 (V)
Bướm ga mở hoàn toàn 3.6-4.2 (V)
Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF)
Cảm biến đo lưu lượng khí nạp dùng để đo lưu lượng dòng khí nạp đi vào động cơ Sau đó, nó chuyển thành tín hiệu điện áp và gửi đến ECU động cơ Tín hiệu cảm biến MAF sẽ được ECU sử dụng để tính toán lượng phun nhiên liệu
Cảm biến MAF được cấu tạo bao gồm:
• Dây nhiệt bằng Platin nằm trên đường di chuyển của không khí và mạch điều khiển điện tử
Nhiệt điện trở dùng để kiểm tra nhiệt độ không khí nạp
Dây nhiệt bằng platin (dây sấy) luôn ổn định ở 120°C
Nhiệt độ của dây nhiệt bằng platin được duy trì không đổi, dây nhiệt được đặt trên đường di chuyển của dòng không khí Điện trở của dây nhiệt giảm khi không khí đi qua làm mát dây nhiệt, khiến dòng điện đi qua tăng để duy trì nhiệt độ không đổi Khối lượng không khí có thể được xác định bằng cách kiểm tra dòng điện qua dây nhiệt
Hình 2.30: Nguyên lý đo khối lượng khí nạp cảm biến MAF
Hình 2.31: Sơ đồ dây cảm biến lưu lượng khí nạp
Hình 2.32: Sơ đồ chân cảm biến lưu lượng khí nạp
- FG: Tín hiệu xác định khối lượng không khí nạp
- E2G: Chân mát cấp cho cảm biến
- 5V: Chân nguồn cấp cho cảm biến
- THA: Tín hiệu xác định nhiệt độ không khí nạp
• Kiểm tra điện trở và điện áp của THA và E2G
Tháo giắc cảm biến dùng đồng hồ VOM đo điện trở giữa THA-E2G để kiểm tra, so sánh với giá trị tiêu chuẩn:
Bảng 2.6: Giá trị điện trở cảm biến nhiệt độ khí nạp Đo giữa các chân Điều kiện Giá trị
Kiểm tra điện áp: Lắp giắc vào bộ đo gió Khởi động động cơ, kiểm tra điện áp giữa 2 cực THA và E2G Điện áp cho phép 0.5 - 2.4V (ứng với động cơ chạy cầm chừng ở nhiệt độ từ 20 o C – 80 o C)
• Kiểm tra điện áp cảm biến
Dùng thiết bị chẩn đoán kiểm tra giá trị điện áp tại chân FG:
- Bật công tắc ON (không nổ máy) Điện áp hiện thị ~ 1V
- Cho động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng Điện áp hiện thị 1.6V – 2.3V Nếu điện áp khác với điện áp chuẩn cần kiểm tra lại mạch cảm biến.
Cảm biến áp suất trên đường ống nạp
Hình 2.33: Cảm biến áp suất trên đường ống nạp
Cảm biến áp suất đường ống nạp xác định áp suất tuyệt đối trong đường ống nạp của động cơ Trong quá trình hoạt động, cảm biến thu thập dữ liệu về áp suất trong đường ống nạp và sau đó chuyển dữ liệu này thành tín hiệu điện áp để gửi về ECU ECU sẽ sử dụng thông tin thu thập được để điều chỉnh thời gian đánh lửa và lượng nhiên liệu phun phù hợp cho động cơ
Cảm biến MAP thường được đặt trước turbo, phía trên đường nạp hoặc bên cạnh thân bướm ga
Cảm biến cấu tạo từ 2 thành phần chính: buồng chân không và chip silic Một mặt của chip silic tiếp xúc với độ chân không trong buồng chân không (giá trị không đổi) và mặt còn lại của chip silic tiếp xúc với đường ống nạp
Hình 2.34: Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp
Khi động cơ hoạt động, độ chân không được truyền đến màng silicon từ sau bướm ga Lúc này màng silicon sẽ biến dạng và làm thay đổi điện trở của màng silicon
Sự thay đổi điện trở này được gửi về IC (tích trong cảm biến) Sau đó, IC tạo ra tín hiệu điện áp tương ứng, được gửi về ECU Từ đó, ECU sử dụng tín hiệu này để xác định áp suất trong đường ống nạp
Lượng khí nạp tỉ lệ với chân không đường ống nạp Khi mà lượng khí nạp càng tăng thì chân không đường ống nạp càng tăng, dựa vào tín hiệu đó sẽ tính được lượng khí nạp
Hình 2.35: Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp
Hình 2.36: Đường đặc tuyến của cảm biến áp suất đường ống nạp
Hình 2.37: Sơ đồ dây cảm biến áp suất trên đường ống nạp
Hình 2.38: Sơ đồ chân các cảm biến áp suất trên đường ống nạp
- PIM: Điện áp tín hiệu đo áp suất không khí nạp
- Tháo giắc cắm cảm biến
- Dùng đồng hồ áp suất chân không tạo các giá trị theo nhà sản xuất
- Cấp nguồn cho cảm biến: VC – E2 (5V)
- Đo tín hiệu điện áp tại cực PIM – E2 của cảm biến
Bảng 2.7: Giá trị cảm biến áp suất đường ống nạp Đo giữa các chân Điều kiện Giá trị
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD-
Tổng quan về hệ thống Common Rail
Hệ thống Common Rail sử dụng nhiên liệu áp suất cao để cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu Hệ thống này cũng cung cấp công suất động cơ mạnh mẽ đồng thời triệt tiêu độ rung và tiếng ồn của động cơ
Hệ thống này lưu trữ nhiên liệu trong ống phân phối đã được điều áp và cung cấp bởi bơm cao áp Bằng cách lưu trữ nhiên liệu ở áp suất cao, hệ thống Common Rail có thể cung cấp nhiên liệu ở áp suất phun nhiên liệu ổn định, bất kể tốc độ động cơ hoặc tải trọng động cơ
ECM cung cấp dòng điện tới van điện từ trong mỗi kim phun để điều chỉnh thời điểm và lượng phun nhiên liệu ECM cũng giám sát áp suất nhiên liệu bên trong của ống phân phối bằng cảm biến áp suất nhiên liệu ECM làm cho bơm cao áp cung cấp nhiên liệu cần thiết để đạt được áp suất nhiên liệu mục tiêu
Ngoài ra, hệ thống này còn sử dụng một van điện từ bên trong mỗi kim phun để đóng mở đường dẫn nhiên liệu Do đó, cả thời gian phun nhiên liệu và lượng phun nhiên liệu đều có thể được điều chỉnh chính xác bởi ECM
Hệ thống Common Rail cho phép quá trình phun nhiên liệu nhiều giai đoạn Để cải thiện hiệu suất đốt cháy, hệ thống này thực hiện "phun mồi" trước "phun chính" Trong giai đoạn phun mồi, một lượng nhỏ nhiên liệu được phun vào xi lanh để “mồi” Kết quả là quá trình cháy được cải thiện và đạt được một số hiệu quả sau:
- Áp suất cuối quá trình nén tăng một ít nhờ vào giai đoạn phun mồi và nhiên liệu cháy một phần Điều này giúp giảm thời gian trễ cháy, sự tăng đột ngột của áp suất khí cháy và áp suất cực đại (quá trình cháy êm dịu hơn)
- Kết quả là giảm tiếng ồn của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và trong nhiều trường hợp giảm được độ độc hại của khí thải Quá trình phun mồi đóng vai trò gián tiếp trong việc làm tăng công suất của động cơ
Hệ thống Common Rail trên động cơ 2GD-FTV
Hình 3.1: Sơ đồ bố trí của hệ thống common rail trên động cơ 2GD-FTV
Hệ thống common rail trên động cơ 2GD-FTV gồm các bộ phận chính như: Bơm cao áp HP5S, van điều khiển hút (van PCV), kim phun G4S, bộ lọc nhiên liệu, thùng chứa và ống phân phối (gồm cảm biến áp suất nhiên liệu và van xả áp)
Với mức đạt tiêu chuẩn khí thải Euro 4 tại Việt Nam, xe Toyota Hilux 2021 động cơ 2GD-FTV có sơ đồ hệ thống nhiên liệu (không có bộ lọc DPF) như hình bên dưới:
Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common rail trên động cơ 2GD -FTV
Bình chứa nhiên liệu có nhiệm vụ tích trữ nhiên liệu và cung cấp nhiên liệu cho động cơ hoạt động Bình chứa được chế tạo từ các vật liệu chống ăn mòn, chịu được áp suất cao mà không bị rò rỉ nhiên liệu Bình chứa phải đặt cách xa động cơ nhằm trường hợp bị cháy nổ khi xảy ra sự cố va chạm, tai nạn
Bộ lọc nhiên liệu có nhiệm vụ lọc các chất cặn bẩn có trong nhiên liệu để đảm bảo hoạt động ổn định trên động cơ
Hình 3.3: Thành phần của bộ lọc nhiên liệu
Trên bộ lọc nhiên liệu Diesel của động cơ 2GD - FTV gồm có công tắc cảnh báo quá tải và cảnh báo mức nước để phát hiện tình trạng của bộ lọc bằng đèn cảnh báo trên đồng hồ táp lô
Hình 3.4: Sơ đồ đèn cảnh báo trạng thái lọc của nhiên liệu Diesel
Trên các dòng xe Hilux từ 2015 đến nay với loại động cơ GD được trang bị loại bơm cao áp Denso HP5S với áp suất tới 220Mpa
Hình 3.5: Mặt cắt của bơm cao áp HP5S
Bơm cao áp có chức năng hút nhiên liệu từ bình chứa và nén nhiên liệu lên áp suất cao sau đó chuyển nhiên liệu đến đường ống phân phối để sẵn sàng cung cấp đến các kim phun trong mọi chế độ hoạt động của động cơ
Bơm Denso HP5S gồm trục cam dẫn động bơm, pít tông bơm, van một chiều, bơm tiếp vận và van điều khiển hút (hay van PCV)
Hình 3.6: Cấu tạo của bơm cao áp HP5S
Khi nhiên liệu được hút từ bình chứa bởi bơm cao áp qua bộ lọc, trục cam dẫn động bơm quay, cam lệch tâm quay dẫn theo con đội di chuyển pít tông bơm lên trên Nếu PCV đóng, áp suất tăng và nhiên liệu từ bơm cao áp chảy qua van một chiều vào ống phân phối ECM kiểm soát thời điểm đóng van PCV và do đó cung cấp mức áp suất phù hợp trong ống phân phối Nếu pít tông không bị cam đẩy thì nó sẽ bị lực lò xo hồi vị đẩy xuống dưới
Hình 3.7: Hoạt động của bơm cao áp
Bơm tiếp vận dùng loại bơm kiểu bánh răng ăn khớp trong và được tích hợp trong bơm cao áp Bơm có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ bình chứa nhiên liệu qua bộ lọc nhiên liệu theo cổng nạp và đưa nhiên liệu vào buồng bơm Bánh răng chủ động được dẫn động bởi trục cam Khi trục cam dẫn động xoay bánh răng chủ động và bánh răng bị động xoay theo Nhiên liệu sẽ được bơm ra khỏi cổng xả theo khe hở được tạo ra theo chuyển động của bánh răng chủ động và bị động
Hình 3.8: Cấu tạo bơm tiếp vận
3.2.5 Van điều khiển hút ( Van PCV – Pre-stroke Control Valve)
Van PCV điều chỉnh lượng xả nhiên liệu từ bơm cao áp để điều chỉnh áp suất đường ống phân phối Lượng nhiên liệu cấp đến bơm cao áp tới đường ống phân phối được xác định theo thời điểm dòng điện được cấp vào
Van PCV được cấu tạo như hình bên dưới và được BẬT và TẮT để mở và đóng van ECU động cơ xử lý việc điều khiển BẬT/TẮT của van PCV và điều khiển thời điểm BẬT/TẮT để cung cấp áp suất đường ống phù hợp dựa trên tín hiệu từ các cảm biến
Hình 3.9: Cấu tạo van PCV
- Khi thời gian dòng điện được cấp tới cuộn dây điện từ dài, van PCV đóng muộn làm tăng lượng nhiên liệu cấp vào bơm và đồng thời lượng nhiên liệu cấp đến ống phân phối giảm đi
Hình 3.10: Van PCV đóng muộn
- Khi thời gian dòng điện được cấp tới cuộn dây điện từ ngắn, van PCV đóng sớm làm tăng lượng nhiên liệu cấp đến ống phân phối
Hình 3.11: Van PCV đóng sớm
Theo xu hướng mới nhất, dòng động cơ GD có kim phun điện từ (solenoid) (không phải áp điện (piezo) ) Động cơ 2GD-FTV sử dụng loại kim phun G4S có khả năng làm việc với mức áp suất cao lên tới 220 MPa
Hình 3.12 Kim phun G4S trên động cơ 2GD-FTV
Dữ liệu kim phun (mã model, thông số kỹ thuật của kim phun) được in dưới dạng mã QR và đảm bảo được lập trình trong bộ điều khiển của ECU Mã QR trên kim phun có thể được sử dụng để theo dõi thông tin chi tiết về kim phun, như các sai số kim phun để ECU có thể nhận biết và hiệu chỉnh chính xác lượng phun nhiên liệu
Kim phun được lắp tại đầu xi-lanh động cơ Chúng sử dụng các vòi phun nhỏ để phun nhiên liệu từ giàn phun vào trong buồng đốt của động cơ với một áp suất cao, làm tơi nhiên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình cháy
Hình 3.13: Cấu tạo của kim phun
Khi cuộn dây điện từ không được cấp điện, van điều khiển bị đóng bằng lực lò xo van Ban đầu, nhiên liệu áp suất cao từ ống phân phối nạp vào buồng điều khiển và buồng van kim Do diện tích bề mặt tiếp xúc lên piston điều khiển của phía buồng điều khiển lớn hơn phía buồng van kim nên lực tác dụng của áp suất nhiên liệu phía buồng điều khiển gây ra lên piston điều khiển kết hợp với lực lò xo piston thắng được lực tác dụng của áp suất nhiên liệu phía buồng van kim làm piston điều khiển đẩy xuống và van kim chưa thể mở
Khi dòng điện được cấp vào cuộn dây, van điều khiển sẽ mở đường dẫn nhiên liệu xả ra khỏi buồng điều khiển hồi về thùng chứa Do lượng nhiên liệu chảy ra qua lỗ xả lớn hơn
Kiểm tra hệ thống nhiên liệu
3.3.1 kiểm tra cụm lọc nhiên liệu
Hình 3.20: Bộ phận và sơ đồ chân của bộ lọc
• Chân 1: cực FCHK là công tắc quá tải
• Chân 3: cực + là công tắc cảnh báo mức nước
• Chân 2, 4: cực E là cực nối mát ắc quy
Sử dụng đồng hồ VOM chỉnh thang đo điện trở để đo giá trị điện trở các cực của bộ lọc nhiên liệu theo bảng giá trị bên dưới Nếu giá trị điện trở đo được không như tiêu chuẩn, thì thay bộ lọc nhiên liệu
Bảng 3.1: Bảng giá trị điện trở tiêu chuẩn của công tắc quá tải
3.3.2 Kiểm tra kim phun nhiên liệu
Hình 3.21: Sơ đồ chân của kim phun
• Chân 1 là chân dương tín hiệu kim phun số 1 2 3 4 (#1D+, #2D+, #3D+, #4D+)
• Chân 2 là chân âm tín hiệu kim phun số 1 2 3 4 ((#1D-, #2D-, #3D-, #4D-)
Sử dụng đồng hồ VOM chỉnh thang đo điện trở để đo giá trị điện trở của 2 cực của kim phun theo bảng giá trị bên dưới Nếu giá trị điện trở đo được không như tiêu chuẩn, thì thay kim phun Đo giữa các chân Điều kiện Giá trị
Vị trí đầu trên của phao Dưới 1 Ω
Vị trí đầu dưới của phao 10 kΩ hoặc cao hơn
Bảng 3.2: Bảng giá trị điện trở tiêu chuẩn của kim phun
3.3.3 Kiểm tra bơm cao áp
Hình 3.22: Sơ đồ chân của van PCV
*Chú thích: PCV+, PCV-: Các cực tín hiệu của van PCV
Sử dụng đồng hồ VOM chỉnh thang đo điện trở để đo giá trị điện trở của 2 cực của van PCV theo bảng bên dưới Nếu giá trị điện trở đo được không như tiêu chuẩn, thì thay van PCV
Bảng 3.3: Bảng giá trị điện trở tiêu chuẩn của van PCV Đo giữa các chân Điều kiện Giá trị
Chân 1 - 2 20°C (68°F) 0,52 đến 0,66 Ω Đo giữa các chân Điều kiện Giá trị
3.3.4 Kiểm tra ống phân phối
- Kiểm tra cảm biến áp suất nhiên liệu:
Hình 3.23: Sơ đồ chân của cảm biến áp suất nhiên liệu
• E2, E2S: Chân nối mát của cảm biến
• VC, VCS: Chân cấp nguồn 5V của cảm biến
• PR, PR2: Chân tín hiệu cảm biến áp suất nhiên liệu (chính/phụ)
Sử dụng đồng hồ VOM chỉnh thang đo điện trở để đo giá trị điện trở của các cực của cảm biến áp suất nhiên liệu theo bảng bên dưới Nếu giá trị điện trở đo được không như tiêu chuẩn, thì thay cảm biến áp suất nhiên liệu
Bảng 3.4: Bảng giá trị điện trở tiêu chuẩn của cảm biến áp suất nhiên liệu Đo giữa các chân Điều kiện Giá trị
- Kiểm tra van xả áp
Hình 3.24: Sơ đồ chân của van xả áp
*Chú thích: PRV+, PRV-: Các cực tín hiệu của van xả áp
Sử dụng đồng hồ VOM chỉnh thang đo điện trở để đo giá trị điện trở của 2 cực của van xả áp theo bảng bên dưới Nếu giá trị điện trở đo được không như tiêu chuẩn, thì thay van xả áp
Bảng 3.5: Bảng giá trị điện trở tiêu chuẩn của van xả áp
Một số hệ thống khác
Hình 3.25: Bugi sấy trên trên động cơ 2GD –FTV Đo giữa các chân Điều kiện Giá trị
Bugi sấy động cơ Diesel có chức năng tạo nhiệt để làm nóng không khí trong buồng đốt trước khi nhiên liệu được phun vào Điều này giúp tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình cháy nổ của nhiên liệu khi bị nén trong xi lanh động cơ
Các bugi sấy được điều khiển bởi bộ điều khiển bugi sấy bao gồm rơ le bugi sấy và đèn báo sấy trên bảng táp lô Các bugi sấy thường được đặt trong buồng đốt của xi lanh động cơ, đối diện với kim phun, các bugi sấy được nối song song với nhau
Hình 3.26: Cấu tạo bugi sấy
Trước khi khởi động, bật công tắc ở vị trí IG ON Bộ điều khiển bugi sấy sẽ nhận tín hiệu từ ECM dựa trên tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát và tín hiệu công tắc IGSW để điều khiển các bugi sấy và đèn báo sấy sáng lên bảng táp lô
Khi nhiệt độ thấp, dòng điện từ ắc quy qua công tắc tới bộ điều khiển bugi sấy và qua rơ le bugi sấy nhiệt độ cao, dòng điện vào các bugi sấy được cấp hoàn toàn mức điện áp của ắc quy để đảm bảo quá trình sấy nóng nhanh
Khi nhiệt độ bình thường, bugi sấy được điều khiển qua rơ le bugi sấy nhiệt độ thấp, dòng điện vào bugi sấy thông qua 1 điện trở, điện áp đặt vào các bugi sấy bị giảm đi, mức độ đốt nóng của các bugi sấy giảm so với khi sấy ở nhiệt độ thấp
Khi thời gian sấy cần thiết đã đủ, bộ điều khiển bugi sấy sẽ cho ngắt dòng điện tới các bugi sấy và đồng thời đèn báo sấy trên bảng táp lô cũng tắt
Hình 3.27: Sơ đồ điều khiển Bugi sấy
Hình 3.28: Kiểm tra bugi sấy
Sử dụng đồng hồ VOM chỉnh thang đo điện trở để đo giá trị điện trở các cực của bugi sấy theo bảng bên dưới Nếu giá trị điện trở đo được không như tiêu chuẩn, thì thay bugi sấy
Bảng 3.6: Bảng giá trị điện trở tiêu chuẩn của bugi sấy
3.4.2 Hệ thống luân hồi khí thải (Exhaust Gas Recirculation – EGR)
Khi nhiệt độ của quá trình cháy của động cơ lên đến 1500°C, khí Nitơ trong không khí sẽ kết hợp với Oxi để tạo nên những Oxit Nitơ (NOx) khác nhau như NO, NO2, N2O, N2O5,… Vì vậy, cách tốt nhất để giảm lượng NOx là làm giảm nhiệt độ trong động cơ Để làm giảm nhiệt độ buồng đốt xuống, ta dùng một hệ thống để đưa một lượng khí thải nhất định trở lại buồng đốt Hệ thống này được gọi là hệ thống luân hồi khí thải (Exhaust Gas Recirculation – EGR)
Hệ thống EGR có nhiệm vụ luân hồi một phần khí thải vào lại đường ống khí nạp để giảm nhiệt độ cháy và làm giảm khí NOx sinh ra Tác dụng chủ yếu của khí thải luân hồi ở động cơ Diesel là tăng nhiệt dung riêng của hỗn hợp, qua đó giảm nhiệt độ cháy giúp giảm đáng kể lượng khí NOx được tạo ra
Trên các động cơ Diesel hiện đại, hệ thống EGR được trang bị thêm bộ làm mát EGR để khí thải có thể được làm mát và đưa lại vào trong khí nạp để giảm nhiệt độ khí nạp vào buồng đốt giúp hạn chế lượng khí NOx sinh ra
Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR có các thành phần chính như sau:
• Van EGR: dùng để điều khiển hoạt động đóng mở van để cho lượng khí thải phù hợp đi qua và hòa lại cùng khí nạp
• Van chuyển mạch chân không: được nối với xi lanh thông qua cơ cấu chấp hành của bộ làm mát EGR Theo đó, khí thải từ buồng đốt di chuyển qua cơ cấu chấp Đo giữa các chân Điều kiện Giá trị Điện bugi sấy
52 hành của bộ làm mát EGR, sau đó theo van bypass đi tới van EGR Lúc này, tùy theo áp suất van chuyển mạch chân không sẽ cho bơm chân không điều chỉnh và phân bố lượng khí thải phù hợp để quay trở lại buồng đốt
• Bộ làm mát EGR: dùng để làm mát khí thải (làm mát bằng nước) và được điều khiển qua van bypass theo tín hiệu ECU động cơ trước khi cho khí thải được hòa với khí nạp để không ảnh hướng đến quá trình hoạt động của động cơ
Hình 3.29: Sơ đồ bố trí của hệ thống tuần hoàn khí thải trên động cơ 2GD-FTV
Hình 3.30: Sơ đồ hệ thống tuần hoàn khí thải EGR
Mô tơ van EGR được đặt trong đường của bộ làm mát EGR để thực hiện điều khiển được tối ưu hóa cho trạng thái động cơ Van EGR chuyển một phần khí thải vào đường nạp để giảm nhiệt độ tối đa trong xi lanh và giảm lượng khí thải NOx Van EGR có cảm biến vị trí van EGR để phát hiện độ mở van và gửi tín hiệu về ECU động cơ để xác nhận cấp dòng điện qua Mô tơ van EGR để van mở ra một góc thích hợp
Hình 3.31: Hoạt động điều khiển EGR
Bộ làm mát EGR có cấu tạo chính gồm: lưới tản nhiệt, van bypass
Bên trong bộ làm mát EGR được chia thành hai đường dẫn khí thải được điều khiển qua van bypass dựa theo tín hiệu từ ECU động cơ như sau:
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
Bộ điều khiển ECU động cơ
ECU động cơ (hay ECM) dùng để điều khiển hệ thống phun nhiên liệu và thực hiện điều khiển tổng thể động cơ Mọi hoạt động của động cơ được điều khiển thông qua việc tiếp nhận dữ liệu từ các cảm biến trên động cơ hoặc ô tô Dữ liệu này sau đó được truyền về ECU xử lý tín hiệu và sau đó được đưa ra "mệnh lệnh" cho các cơ cấu chấp hành, chẳng hạn như việc điều khiển nhiên liệu, kiểm soát khí thải…
ECU động cơ được tích hợp với EDU (thiết bị khuếch đại điện áp) để kiểm soát lượng phun chính xác, điều chỉnh áp suất và theo dõi các điều kiện hoạt động của động cơ
Hình 4.2: Bộ điều khiển ECU động cơ
Hình 4.3: Sơ đồ mạch nguồn của ECM
Điều khiển phun nhiên liệu
Hình 4.4: Sơ đồ mạch điều khiển kim phun
Trong hệ thống CRS này, việc phun xảy ra tối đa năm lần Trong điều kiện hoạt động bình thường, việc điều khiển phun nhiên liệu được thực hiện qua các giai đoạn sau: phun mồi (phun sơ khởi), phun chính và phun sau (phun thứ cấp) Trong đó:
⎯ Giai đoạn phun mồi (phun sơ khởi): Phun mồi có thể diễn ra sớm đến 90° trước điểm thượng (BTDC) Nếu thời điểm khởi phun xuất hiện nhỏ hơn 40° BTDC, nhiên liệu có thể bám vào bề mặt của piston và thành xi lanh và làm loãng dầu bôi trơn Phun mồi giúp giảm thời gian cháy trễ, sự tăng đột ngột của áp suất khí cháy và áp suất cực đại (quá trình cháy êm dịu hơn)
⎯ Giai đoạn phun chính: Công suất đầu ra của động cơ xuất phát từ giai đoạn phun chính tiếp theo giai đoạn phun mồi Điều này có nghĩa là giai đoạn phun chính giúp tăng sức kéo của động cơ
⎯ Giai đoạn phun sau (phun thứ cấp): Theo quan điểm xử lý khí thải, phun sau có thể được áp dụng để khử khí NOx Nó diễn ra ngay sau giai đoạn phun chính và được định để xảy ra trong quá trình giãn nở hay ở kỳ thải khoảng 200° sau điểm thượng (ATDC) Ngược lại với quá trình phun mồi và phun chính, nhiên liệu được phun vào không được đốt cháy mà để bốc hơi nhờ vào sức nóng của khí thải ở ống pô để giúp đốt cháy muội than bám trong bộ DPF trên đường ống thải
Hình 4.5: Các giai đoạn của phun nhiên liệu
Các loại điều khiển phun nhiên liệu:
• Điều khiển lượng phun nhiên liệu
• Điều khiển phun nhiên liệu nhiều giai đoạn
• Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu
• Điều khiển áp suất phun nhiên liệu
4.2.1 Điều khiển điều chỉnh lượng phun nhiên liệu
ECU thực hiện so sánh 2 giá trị để điều khiển lượng phun nhiên liệu là: lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa
- Phun cơ bản: được tính toán dựa trên vị trí bàn đạp ga và tốc độ động cơ
- Phun tối đa: được điều chỉnh dựa vào tín hiệu cảm biến áp suất khí nạp, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến áp suất khí trời …
Nếu giá trị lượng phun nào thấp hơn thì sẽ chọn lượng phun đó (nhằm giảm khí thải môi trường và tối ưu kinh tế)
Hình 4.6: Sơ đồ phương pháp điều khiển lượng phun nhiên liệu Điều khiển điều chỉnh lượng phun nhiên liệu được sử dụng để thực hiện những mục đích sau:
- Giảm thiểu sai lệch lượng phun do kim phun xuống cấp theo thời gian
- Để ngăn tiếng ồn khi chạy của động cơ và khói thải
❖ Điều khiển lượng phun cơ bản:
Lượng phun cơ bản được xác định bởi tốc độ động cơ và góc mở bàn đạp ga
- Với tốc độ động cơ không đổi, nếu độ mở bàn đạp ga tăng thì lượng phun sẽ tăng
- Với độ mở bàn đạp ga không đổi, nếu tốc độ động cơ tăng lượng phun sẽ giảm
Hình 4.7: Sơ đồ điều khiển lượng phun cơ bản
❖ Điều khiển lượng phun khi động cơ khởi động: Được xác định dựa trên lượng phun cơ bản khi động cơ khởi động và lượng phun hiệu chỉnh tăng hay giảm cho bộ khởi động phù hợp với thời gian, tốc độ động cơ và nhiệt độ nước làm mát
Nếu nhiệt độ nước làm mát thấp, lượng phun được tăng lên Khi động cơ đã khởi động hoàn toàn thì lượng phun nhiên liệu vào động cơ sẽ bị giảm xuống
Hình 4.8: Sơ đồ điều khiển lượng phun khi động cơ khởi động
❖ Điều khiển phun ở tốc độ tối đa: Được xác định bởi tốc độ động cơ Lượng phun bị hạn chế để ngăn chặn sự gia tăng quá mức tốc độ động cơ
Hình 4.9: Sơ đồ điều khiển lượng phun ở tốc độ tối đa
❖ Điều khiển lượng phun tối đa: Được xác định bởi các tín hiệu từ cảm biến áp suất khí nạp, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến áp suất khí trời … Hiệu chỉnh lượng phun tối đa khi khởi động lạnh đối với lượng phun tối đa cơ bản theo tốc độ động cơ
Hình 4.10: Sơ đồ thể hiện điều khiển lượng phun tối đa
- Điều chỉnh số lượng phun tối đa khi động cơ nguội
Trong quá trình khởi động hoặc trong quá trình hoạt động bình thường, khi nhiệt độ nước làm mát thấp, sự điều chỉnh này làm tăng lượng phun nhiên liệu
Hình 4.11: Sơ đồ điều chỉnh số lượng phun tối đa khi động cơ nguội
- Điều chỉnh áp suất khí nạp
Khi áp suất khí nạp thấp, lượng phun tối đa bị hạn chế để giảm phát thải khói đen
Hình 4.12: Sơ đồ điều chỉnh áp suất khí nạp cho lượng phun tối đa
- Điều chỉnh áp suất khí quyển
Lượng phun tối đa được tăng và giảm theo áp suất khí quyển Khi áp suất khí quyển cao, lượng phun tối đa được tăng lên
Hình 4.13: Sơ đồ điều chỉnh áp suất khí quyển cho lượng phun tối đa
4.2.2 Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu
- Thời điểm phun chính: Thời điểm phun được tính từ tốc độ động cơ và lượng phun cuối cùng, trong đó các tín hiệu hiệu chỉnh khác nhau được thêm vào để xác định thời điểm phun chính tối ưu
- Thời điểm phun mồi: được kiểm soát bằng cách thêm giá trị khoảng thời gian phun mồi trước khi phun chính Thời điểm phun mồi được tính toán dựa trên lượng phun cuối cùng, tốc độ động cơ, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí quyển và áp suất khí quyển
Thời điểm phun mồi tại thời điểm khởi động động cơ được tính từ nhiệt độ nước làm mát và tốc độ động cơ
Hình 4.14: Sơ đồ xác định thời điểm phun nhiên liệu
4.2.3 Điều khiển phun nhiên liệu nhiều giai đoạn
Với việc điều khiển phun nhiên liệu chỉ trong một giai đoạn, lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt từ thời điểm bắt đầu phun đến khi quá trình cháy diễn ra tăng lên do lượng phun ban đầu quá cao Kết quả, toàn bộ nhiên liệu được phun vào cháy cùng lúc dẫn đến áp suất trong buồng đốt tăng lên đột ngột gây ra tiếng ồn động cơ và nhiệt độ buồng đốt tăng cao cũng làm tăng lượng khí NOx
Với điều khiển phun nhiên liệu chia làm nhiều giai đoạn, phun mồi được thêm vào để chia nhỏ tỉ lệ nhiên liệu, lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt một ít trước phun chính Khi đó buồng đốt được gia nhiệt từ giai đoạn phun mồi và nhiên liệu được cháy một phần, sau đó cháy lan từ từ sang giai đoạn phun chính, thời gian cháy được kéo dài và chính
70 điều đó làm cho áp suất và nhiệt độ không tăng cao giúp giảm tiếng ồn động cơ và giảm lượng khí NOx
Hình 4.15: Biểu đồ tỉ lệ phun nhiên liệu
Hiện nay không chỉ có phun mồi, mà phun nhiều giai đoạn “multiple-injection” đã được phát triển và mở rộng rất nhiều trên các hệ thống nhiên liệu Common Rail Hệ thống nhiên liệu trên động cơ 2GD-FTV sử dụng kim phun G4S nên có thể tăng số lần phun trong một chu kỳ, việc điều chỉnh tỉ lệ phun nhiên liệu được chia thành 5 giai đoạn: 3 giai đoạn trước phun chính, phun chính và 1 giai đoạn sau phun chính
Hình 4.16: Các giai đoạn của phun nhiên liệu
4.2.4 Điều khiển áp suất phun nhiên liệu
ECU động cơ tính toán áp suất phun nhiên liệu, được xác định bởi lượng phun cuối cùng và tốc độ động cơ Việc tính toán dựa trên nhiệt độ nước làm mát và tốc độ động cơ trong quá trình khởi động Ở tốc độ cầm chừng, áp suất phun nhiên liệu thấp để giảm tiếng ồn Áp suất phun nhiên liệu tăng giúp nhiên liệu phun với tốc độ cao hơn giúp nhiên liệu và không khí hoà trộn tốt hơn và phun tơi hơn
