HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ (EDC16) ĐỘNG CƠ DIESEL VOLKSWAGEN

Qui định lượng nhiên liệu Số lượng nhiên liệu được phun ảnh hưởng quan trọng đến các đặc tính động cơ, chẳng hạn như mô-men xoắn, đầu ra, tiêu thụ nhiênliệu, khí thải và ứng suất cơ học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ (EDC16)

ĐỘNG CƠ DIESEL VOLKSWAGEN

TP.HCM – 12/2018

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Hệ thống điều khiển điện tử động cơ EDC 16 mới của Bosch đã ra mắt trong cácđộng cơ V10-TDI và R5-TDI Nhu cầu tăng của động cơ diesel ngày nay về sự tiêu thụnhiên liệu, xử lý khí thải, có nghĩa là phức tạp hơn trong phần cứng và phần mềm của các

hệ thống điều khiển động cơ

Với điều khiển động cơ diesel điện tử EDC 16, một hệ thống điều khiển động cơ

đã được cung cấp sẵn để đáp ứng các yêu cầu này Điều này đã đạt được trên tất cả bởihiệu suất xử lý được cải thiện đáng kể của bộ điều khiển động cơ và một hệ thống xử lýtín hiệu mới

Trong bài tiểu luận này, tôi sẽ tìm hiểu và phân tích hệ thống điều khiển điện tửđộng cơ diesel EDC 16, sử dụng động cơ V10-TDI làm ví dụ Và so sánh sự thay đổigiữa các động cơ V10-TDI và R5-TDI

Bosch EDC 16 là một hệ thống điều khiển động cơ định hướng mô-men xoắnđược giới thiệu lần đầu tiên trong một động cơ diesel Như trường hợp với động cơ xăng,trong hệ thống EDC 16, tất cả các yêu cầu mô-men xoắn được thu thập, đánh giá và phốihợp trong bộ điều khiển động cơ Điều này có lợi thế là khả năng thích ứng tốt hơn giữacác hệ thống trên xe (điều khiển động cơ, hệ thống phanh, hộp số tự động, điều hòakhông khí, )

3

Hệ thống điều khiển động cơ EDC 16 của Bosch được thiết kế tương thích với cảkhái niệm đơn vị điều khiển đơn và đôi Khái niệm thực tế được sử dụng phụ thuộc vào

số lượng xi lanh trong động cơ

– Trên động cơ R5-TDI, bộ điều khiển động cơ 1 là J623 đáp ứng tất cả các chứcnăng

– Trên động cơ V10-TDI, bộ điều khiển động cơ 1 J623 đáp ứng các chức năng cơbản cho dãy xy lanh 1 và bộ điều khiển động cơ 2 J624 cho dãy xy lanh 2

Các chức năng cơ bản là, chạy thử, hoạt động của van phun solenoid và tuần hoànkhí thải

Các chức năng bao phủ toàn bộ các xy lanh, chẳng hạn như nguồn cấp nước làmmát, được thực hiện bởi bộ điều khiển động cơ 1 J623, hoặc điều khiển chạy trơn tru của

bộ điều khiển động cơ 2 J624

Thông tin nhận được bởi bộ điều khiển động cơ 1 J623 được gửi đến bộ điều khiểnđộng cơ 2 J624 thông qua một mạng CAN bên trong.

Cả hai thiết bị điều khiển đều giống nhau và có cùng một số bộ phận Việc phân bổ

bộ điều khiển động cơ 1 và bộ điều khiển động cơ 2 được thực hiện thông qua một liênkết mã hóa trong đầu nối cho bộ điều khiển động cơ 2 Sau khi phân bổ, các đơn vị điềukhiển không thể thay đổi được nữa

5

CHƯƠNG II ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

1 Tổng quan về hệ thống động cơ V10 – TDI

Sơ đồ nguyên lý hoạt động:

Engine speed sender G28

Accelerator pedal position sender G79 Kick-down switch F8

Idle switch F60

Air mass meter G70

Lambda probe G39

Coolant temperature sender G62

Coolant temperature sender radiator outlet G83

Fuel temperature sender G81

Charge pressure sender G31 Intake air temperature sender G42

Brake light switch F Brake pedal switch F47

Fuel composition sender G133

Additional input signals

7

Hệ thống động cơ V10 – TDI hoạt động nhờ vào các cảm biến sau:

– Cảm biến đo nhiệt độ nhiên liệu G81 và G248

– Cảm biến thành phần nhiên liệu G133

– Tín hiệu đầu vào bổ sung

Các tín hiệu từ cảm biến được đưa đến 2 bộ điều khiển động cơ là J623 và J624 Giữa chúng được liên kết bởi mạng CAN với những bộđiều khiển:

– Bộ điều khiển ABS với ESP J104

– Bộ điều khiển hộp số tự động J217

– Đơn vị điều khiển để hiển thị trong bảng chèn ngang J285

– Bộ phận điều khiển túi khí J234

Sau khi xử lý thông tin, 2 bộ điều khiển động cơ đưa tín hiệu ra các thiết bị truyền động phù hợp với chế độ làm việc của động cơ như:

– Kim phun N240,N241,N242,N243,N244,N245, N303,N304,N305,N306

– Rơle bơm nhiên liệu J17

– Bơm nhiên liệu G6

Bơm nhiên liệu G23

– Van tuần hoàn khí thải N18 và N213

– Motor đường ống nạp V157 và V275

– Bộ điều chỉnh nhiệt làm mát động cơ F265

– Rơ le làm mát bổ sung J496

– Bơm tuần hoàn nước làm mát liên tục V51

– Rơle làm mát nhiên liệu J445

– Bơm làm mát nhiên liệu V166

– Van điện từ bên phải gắn động cơ N145

– Đầu dò nhiệt Lambda Z19

– Rờ le Bugi xông J52

– Bugi xông Q10, Q11, Q12, Q13, Q14, Q15, Q16, Q17, Q18, Q19

– Tín hiệu đầu ra bổ sung

– Van chuyển đổi EGR N345 và N381

2 Qui định lượng nhiên liệu

Số lượng nhiên liệu được phun ảnh hưởng quan trọng đến các đặc tính động cơ, chẳng hạn như mô-men xoắn, đầu ra, tiêu thụ nhiênliệu, khí thải và ứng suất cơ học và nhiệt của động cơ

Nhờ quy định lượng nhiên liệu, động cơ có thể hoạt động trong mọi điều kiện làm việc với nhiên liệu đốt cháy tối ưu

9

…N244

Khí nạp, bình thường Tín hiệu đầu vàoKhí nạp, nén Tín hiệu đầu raKhí thải Mạng CAN

Nguyên lý hoạt động:

Để đạt được mô-men xoắn tối ưu, một số lượng nhiên liệu được yêu cầu

Số lượng nhiên liệu được tính toán bởi bộ phận điều khiển động cơ liên quan đến:

– Yêu cầu của người lái xe

– Tốc độ động cơ

– Nhiệt độ nước làm mát

– Nhiệt độ nhiên liệu

– Nhiệt độ khí nạp

Tuy nhiên, để bảo vệ động cơ khỏi bị hư hỏng cơ học và ngăn chặn khói đen, cần có hạn chế về số lượng nhiên liệu được phun Vì lý

do này, bộ điều khiển động cơ tính toán giá trị giới hạn cho số lượng này

Giá trị giới hạn phụ thuộc vào:

11

– Tốc độ động cơ

– Khối lượng khí nạp

– Áp suất khí nạp

3 Điều chỉnh phun nhiên liệu

Điều chỉnh phun nhiên liệu ảnh hưởng đến một số tính chất động cơ, chẳng hạn như hiệu suất động cơ, mức tiêu thụ nhiên liệu, phát thảitiếng ồn và cũng quan trọng không kém đó là lượng khí thải

Bộ điều khiển động cơ tính toán thời điểm bắt đầu phun

Đặc điểm kỹ thuật phụ thuộc vào:

Nguyên lý hoạt động:

Điều chỉnh phun được bắt đầu khi van solenoid đơn vị phun được kích hoạt Đối với hoạt động, từ trường được tạo ra và van đóng.Khi van đóng trên ghế van, có thể nhận thấy một xung đột đặc biệt trong dòng chảy hiện tại Điều này được gọi là COI (Bắt đầu giaiđoạn phun) COI báo hiệu hoàn toàn việc đóng van solenoid đơn vị phun và đó là điểm van đóng (BIP) Tín hiệu được nhận bởi bộ điềukhiển động cơ

Nếu van đóng, dòng điện được duy trì ở mức không đổi Khi thời gian đóng van bắt buộc đã hết, hành động sẽ ngừng và van sẽ mở.Thời điểm thực tế mà tại đó van solenoid đơn vị đóng, đó là COI, được xác định sao cho có thể tính được điểm hoạt động cho giai đoạnphun tiếp theo

13

Nếu COI thực tế lệch khỏi các chi tiết được lưu trữ trong bộ điều khiển động cơ, bộ điều khiển động cơ sẽ điều chỉnh điểm hoạt độngcủa van.

Để các lỗi có thể được phát hiện tại van điện từ, bộ điều khiển động cơ đánh giá vị trí COI từ mẫu dòng chảy hiện tại Nếu không có lỗi,COI sẽ nằm trong giới hạn kiểm soát Nếu không phải là những trường hợp trên, van bị lỗi

Ảnh hưởng của mất tín hiệu

Nếu lỗi được phát hiện tại van solenoid, bắt đầu phân phối được xác định dựa trên giá trị cố định từ bản đồ Quy định không còn khả thi

và hiệu suất sẽ bị suy giảm

4 Tuần hoàn khí thải

Tuần hoàn khí thải có nghĩa là một số lượng khí thải phát thải từ quá trình đốt cháy được sử dụng một lần nữa Bởi vì khí thải chứarất ít oxy, nhiệt độ đốt cháy cao nhất được hạ thấp và khí thải nitơ oxit (NOX) bị giảm Khí thải tuần hoàn xảy ra với tốc độ động cơkhoảng 3000 vòng / phút

Khí nạp bình thường Tín hiệu vào

Khí nạp nén Tín hiệu ra

Khí thải được làm mátChất làm mát

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Đo khối lượng khí nạp

Bộ điều khiển động cơ 1

Bộ điều khiển động cơ 2

Van tuần hoàn khí thải

Van solenoid, xy lanh 1 - 5

Van chuyển đổi nhiệt EGR

AB

CDEFGHI

Cảm biến độ caoEGR cooler(V10-TDI-engine,Phaeton)

Chuyển đổi EGR

Bộ hút chân khôngĐường nạp phụVan EGR Dẫn động quayBơm chân không

Bộ làm mát không

N345 khí

V157 Mô tơ nạp

Lượng khí thải tuần hoàn sẽ luôn phụ thuộc vào tốc độ động cơ, lượng nhiên liệu được bơm vào, lượng không khí được hút vào, nhiệt

độ không khí nạp và áp suất không khí

Quy định Lambda cho tuần hoàn khí thải (động cơ V10-TDI)

Trên động cơ V10-TDI, lượng khí thải tuần hoàn được hiệu chỉnh theo quy định Lambda Với hệ thống này, hàm lượng oxy còn lạitrong khí thải được tính toán và hình được gửi đến bộ phận điều khiển động cơ Nếu hàm lượng oxy thực tế lệch khỏi hình được chỉ định,

bộ điều khiển động cơ sẽ kích hoạt van tuần hoàn khí thải N18 và tăng hoặc giảm lượng khí thải tuần hoàn Với quy định Lambda, lượngkhí thải tuần hoàn có thể được xác định chính xác

– Nếu hàm lượng oxy quá cao, lượng khí thải tuần hoàn sẽ tăng

– Nếu hàm lượng oxy quá thấp, lượng khí thải tuần hoàn sẽ hạ xuống

Kiểm soát tuần hoàn khí thải (động cơ R5-TDI)

Trên động cơ R5-TDI, lượng khí thải tuần hoàn được lưu trữ trong bản đồ trong bộ điều khiển động cơ Nó chứa một giá trị cho sốlượng không khí trong lành cần thiết cho mọi tình huống hoạt động

Nếu khối lượng không khí được rút ra lệch khỏi hình được chỉ định, lượng khí thải tuần hoàn được điều chỉnh tương ứng

Làm mát tuần hoàn khí thải

17

Động cơ V10-TDI trong Phaeton có bộ làm lạnh độc lập cho tuần hoàn khí thải cho mỗi dãy xi lanh do phân loại khí thải của nó Hệthống làm lạnh khí thải tuần hoàn khi nhiệt độ nước làm mát vượt quá 50 0C.

Điều này có hai ưu điểm:

– Nhiệt độ đốt giảm

– Một lượng lớn khí thải có thể được tái tuần hoàn

Điều này có nghĩa là có ít nitơ oxit hơn và sự hình thành carbon bị giảm đi

5 Điều khiển áp suất nạp

Áp suất nạp được điều khiển bởi một bản đồ được lưu trữ trong bộ điều khiển động cơ

Thiết bị điều khiển động cơ gửi tín hiệu qua mạng CAN đến các động cơ định vị bộ tăng áp Tín hiệu sẽ đọc từ 0 đến 100% và là giátrị cần thiết cho cài đặt cánh dẫn hướng Động cơ định vị sẽ điều chỉnh vị trí của hướng dẫn turbo tăng áp tương ứng và tốc độ thay đổi sẽ

do các góc khác nhau Áp suất nạp sẽ tăng hoặc giảm

Điều khiển áp suất nạp hoạt động tùy thuộc vào nhu cầu mô-men xoắn Để điều khiển áp suất nạp, tín hiệu từ cảm biến áp suất nạpđược sử dụng Các tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến nhiệt độ làm mát và cảm biến độ cao được sử dụng làm yếu tố hiệuchỉnh Áp suất nạp giảm dần khi xe đang đi ở độ cao cao để bảo vệ bộ sạc

6 Hệ thống bugi xông

Hệ thống bugi xông giúp khởi động động cơ ở nhiệt độ bên ngoài thấp hơn Nó được kích hoạt bởi bộ phận điều khiển động cơ ởnhiệt độ nước làm mát dưới 9oC Rờ le bugi xông được kích hoạt bởi bộ điều khiển động cơ Sau khi kích hoạt nó cung cấp dòng điện cầnthiết cho các bugi xông

Giai đoạn khởi động:

Các bugi được kích hoạt khi nhiệt độ bên ngoài dưới 9OC Đèn cảnh báo được sáng lên Khi thời gian xông đã xong, đèn cảnh báo sẽtắt và động cơ có thể khởi động

Thời gian xông kéo dài:

Khi động cơ khởi động, có một khoảng thời gian xông kéo dài Điều này giúp giảm tiếng ồn khi cháy, nó cải thiện chất lượng tốc độchạy không tải và lượng khí thải carbon dioxide giảm Thời gian xông kéo dài tối đa là bốn phút và bị ngừng hoạt động ở tốc độ động cơ ởtrên 2500 vòng / phút Không có thời gian xông kéo dài nếu điện áp ắc quy quá thấp

7 Điều khiển tốc độ chạy không tải

19

Điều khiển tốc độ không tải có nghĩa là tốc độ chỉ định được đặt trước khi bàn đạp ga được tác động Điều này sau đó được điều chỉnhphù hợp với điều kiện hoạt động hiện tại của động cơ Do đó, một động cơ xứ lạnh sẽ có tốc độ chạy không tải cao hơn một động cơ ở cácnước nhiệt đới Hơn nữa, các yêu cầu hiệu suất khác được xem xét như:

- Lượng năng lượng lớn được hoạt động bởi máy phát điện khi hệ thống điện có công suất thấp, bơm trợ lực lái

- Mức áp suất cao cần thiết cho việc bơm dầu

- Năng lượng cần thiết để vượt qua ma sát bên trong của động cơ

- Từ bộ chuyển đổi mô-men xoắn ở các tải trọng khác nhau

Nguyên lý hoạt động:

Tốc độ động cơ được điều chỉnh bởi một bản đồ trong bộ điều khiển động cơ Bản đồ thu thập thông tin:

- Từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát

- Tải trên máy phát điện

- Tải trên hệ thống điện của xe

Bộ điều khiển động cơ liên tục điều chỉnh lượng nhiên liệu được bơm cho đến khi tốc độ thực tế tương đương với giá trị được quyđịnh

Để tránh lượng khí thải không cần thiết, tốc độ chạy không tải được giữ ở mức tối thiểu, mặc dù trong quá trình này, nhu cầu chạy êmcũng đóng một vai trò quan trọng

8 Điều khiển chạy mượt mà

Điều khiển chạy mượt mà cải thiện tốc độ chạy không tải của động cơ

Xi lanh khác nhau trong một động cơ thường có thể tạo ra các mức mô-men xoắn khác nhau mặc dù cùng một lượng nhiên liệu đãđược bơm Nguyên nhân có thể có của điều này là trong số những chi tiết có sự khác biệt:

- Dung sai của các chi tiết

- Quá trình nén của xi lanh

- Ma sát do xi lanh gây ra

- Các bộ phận phun thủy lực

Những ảnh hưởng của những khác biệt trong mô-men xoắn là:

- Động cơ không cân bằng

21

Example: Necessary changes in the amount of fuel injected at specified speeds of 580 rpm

- Tăng lượng phát thải khí thải

Điều khiển chạy mượt mà được thiết kế để phát hiện các xung ở tốc độ gây ra ảnh hưởng Các xung ở tốc độ sau đó được cân bằng

bằng cách kiểm soát số lượng dầu được phun vào các xy lanh bị ảnh hưởng Ví dụ: Những thay đổi cần thiết về lượng nhiên liệu được phun

ở tốc độ 580 vòng/phút

Nguyên lý hoạt động:

Phát hiện hoạt động ở tốc độ không tải thông qua tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ Nếu tín hiệu được nhận theo nhịp điệu cânbằng, các xy lanh đều hoạt động theo cùng một cách Nếu hiệu suất của một xy lanh nhỏ hơn các xy lanh khác, trục khuỷu cần thời gian dàihơn để đạt được điểm phun tiếp theo

Và trong cùng một cách, một xy lanh thực hiện tốt hơn so với những cái khác sẽ có một con đường ngắn hơn Nếu bộ phận điều khiểnđộng cơ phát hiện độ lệch, xy lanh bị ảnh hưởng sẽ nhận được lượng nhiên liệu nhỏ hơn hoặc lớn hơn cho đến khi động cơ chạy mượt màtrở lại.

9 Hệ thống giảm chấn xung

Với hệ thống giảm chấn xung hoạt động, sẽ có sự giảm thiểu các chuyển động của xe rung do thay đổi tải từ các yêu cầu tăng tốc khácnhau

Giảm chấn xung không hoạt động

Khi bàn đạp ga được giảm bớt, một lượng lớn nhiên liệu (đường cong màu xanh) được bơm trong một thời gian ngắn

Sự thay đổi tải đột ngột này có thể dẫn đến các xung (đường cong màu đỏ) trong xe do sự thay đổi mạnh mẽ của mô-men xoắn độngcơ

Những xung động này được coi là những thay đổi không thoải mái trong việc tăng tốc bởi những người lái chiếc xe

23

3 )

Giảm chấn xung hoạt động

Khi bàn đạp ga bị giảm, lượng nhiên liệu được phun (đường cong màu xanh) không phải là số lượng đầy đủ được yêu cầu ngay từđầu Thay vào đó nó bị trì hoãn một nửa Nếu có xung trong xe, chúng sẽ được phát hiện thông qua việc đánh giá tín hiệu tốc độ động cơ.Khi tốc độ tăng, lượng nhiên liệu được bơm sẽ giảm và tương tự khi tốc độ giảm, nhiên liệu sẽ tăng lên

Các xung bị giảm chấn (đường cong màu đỏ) ít được chú ý hơn bởi người lái chiếc xe

12 20 25

800 1000

V (mm

3 )

Engine control unit 1 J623

Engine speed sender G28

Brake light switch F

Brake pedal switch F47

Accelerator pedal position sender G79

Engine control unit 2 J624

Unit injector solenoid valves N245, N303 … 306

Control unit with display in dash panel insert J285

Multi-function steering wheel

with CCS operator buttons

Airbag control unit J234

Control unit for ABS with ESP J104

Các bộ phận điều khiển động cơ điều chỉnh lượng nhiên liệu được phun để tốc độ thực tế giống với tốc độ quy định

Sơ đồ điều khiển

11 Hệ thống các cảm biến

11.1 Cảm biến tốc độ động cơ G28

Ứng dụng tín hiệu

động cơ và vị trí chính xác của trục khuỷu Với thông tin này, lượng nhiên liệu được tínhtoán và được phun

Ảnh hưởng của việc mất tín hiệu

Trong trường hợp mất tín hiệu, động cơ sẽ tắt và không thể khởi động lại được

27