ĐỒ án tốt NGHIỆP THIẾT kế mô HÌNH và xây DỰNG QUY TRÌNH CHẨN đoán ĐỘNG cơ KIA j3

Trong hệ thống Common rail thì việc tạo áp suất và phun nhiên liệu là tách biệt nhau, một bơm cao áp riêng biệt tạo ra áp suất liên tục, áp suất này chuyển tới và được tích lại trong ốn

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC -o0o -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ KIA J3

GVHD: Th.S Phạm Sơn Tùng SVTH: Nguyễn Ánh Ngọc 17014581

Trần Văn Quang 17034581 Phạm Công Quốc Thiên 17034641 Hoàng Minh Thuận 17031081

TP.HCM, tháng 07/2021

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ KIA J3

TRẦN VĂN QUANG PHẠM CÔNG QUỐC THIÊN HOÀNG MINH THUẬN

ĐÀO MINH TUẤN

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC

PHIẾU NHẬN XÉT BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

(Dành cho giáo viên phản biện) Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN

ĐỘNG CƠ KIA J3

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ánh Ngọc MSSV: 17014581

Phạm Công Quốc Thiên MSSV: 17034641

Giáo viên phản biện: Giảng viên bộ môn Động cơ

Cơ quan công tác: Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM

I Ý KIẾN NHẬN XÉT

(Giảng viên phản biện ghi rõ nội dung cần chỉnh sửa và bổ sung nếu có)

1 Hình thức và tóm tắt của đồ án/ báo cáo:

2 Tổng quan đồ án/ báo cáo:

3 Nội dung của đồ án/báo cáo:

4 Phương pháp nghiên cứu:

5 Kết quả và kết luận:

6 Thiếu sót và việc cần thực hiện:

II CÁC VẤN ĐỀ CẦN LÀM RÕ

(Các câu hỏi của Giáo viên phản biện)

III KẾT LUẬN

(Giảng viên phản biện ghi rõ được bảo vệ hay không được bảo vệ )

TPHCM, ngày… tháng… năm…

GVPB

LỜI CẢM ƠN

Không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù

ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của những người thân thiết đồng hành với chúng ta Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học Khoa Công Nghệ Động Lực ngành Công Nghệ Ô Tô tại Trường Đại học Công Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh đến nay, chúng em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy, gia đình và bạn

bè

Đặc biệt em rất cảm ơn Khoa Công Nghệ Động Lực đã giúp cho em được tiếp cận với các môn học rất hữu ích cho bây giờ và cho cả tương lai đối với tất cả các sinh viên ngành Công Nghệ Ô Tô Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến thầy Phạm Sơn Tùng đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập cũng như làm đề tài

đồ án tốt nghiệp này

Tuy đã cố gắng hết sức, nhưng cũng không thể tránh khỏi những sai sót, mong quý Thầy góp ý cho chúng em thêm để có thể học hỏi một cách hoàn thiện nhất có thể

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM KẾT

Nhóm chúng em xin cam đoan rằng những công việc trình bày trong đề tài đồ án tốt nghiệp ‘‘ THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ KIA J3 ” là tác phẩm gốc của nhóm chúng em thực hiện Trong thời gian làm đồ án nhóm chúng em luôn chủ động và tham khảo ý tưởng từ giáo viên hướng dẫn và tự nhóm thực hiện hoàn thiện đề tài này Với toàn bộ kinh phí thực hiện do các thành viên trong nhóm cùng nhau góp lại để hoàn thiện đề tài Về phần xây dựng quy trình chẩn đoán nhóm chúng em xây dựng quy trình bám sát vào mô hình thực tế và

đã thử nghiệm trước khi giao nộp đề tài Về phần tài liệu tham khảo thì nhóm em đã trích dẫn trong phần ‘‘ Tài liệu tham khảo ”

TP Hồ Chí Minh, ngày….tháng…năm…

Ký tên đại diện

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iv

LỜI CAM KẾT v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC BẢNG x

DANH MỤC HÌNH ẢNH xi

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xiv

TÓM TẮT ĐỒ ÁN xv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Lý do thực hiện và tầm quan trọng của đề tài 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 1

1.3 Đối tượng và phạm vi khai thác 1

1.4 Giới hạn nghiên cứu 2

1.5 Phương pháp thực hiện 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Sơ lược lịch sử hệ thống Common rail 4

2.2 Cấu tạo hệ thống Common rail 5

2.3 Nguyên lý hoạt động 6

2.4 Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common Rail 7

2.5 Giới thiệu về động cơ J3 8

2.6 Thông số của động cơ J3 9

2.7 Thông số kỹ thuật xe Kia Bongo 3 10

2.8 Hệ thống nhiên liệu trên động cơ J3 11

2.9 Sơ đồ mạch điện trên động cơ J3 13

Sơ đồ mạch điện động cơ 13

Sơ đồ mạch điện điều khiển 13

2.10 Sơ đồ các chân giắc của ECU 16

2.11 Các cảm biến trên động cơ 18

Cảm biến vị trí trục khuỷu ( CKPS ) 18

Cảm biến vị trí trục cam ( CMPS ) 19

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ( ECTS ) 21

Cảm biến lưu lượng khí nạp ( MAFS ) 23

Cảm biến nhiệt độ khí nạp ( IATS ) 24

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ( FTS ) 25

Cảm biến áp suất nhiên liệu ( RPS ) 26

Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga ( APS ) 28

2.12 ECU điều khiển động cơ 29

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ J3 31

3.1 Mục đích 31

3.2 Phương pháp thực hiện 31

3.3 Thiết kế khung động cơ 31

3.4 Thiết kế bảng táp lô, chân giắc đo kiểm ECU 32

3.5 Thiết kế đánh pan 33

3.6 Tình trạng mô hình khi nhận đề tài 33

3.7 Công việc thực tiễn 34

Sửa chữa hệ thống điều khiển 34

Sửa chữa hệ thống nhiên liệu 34

Đại tu động cơ 35

Hoàn thiện động cơ 41

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN VÀ BÀI TẬP THỰC HÀNH 44

4.1 Giới thiệu máy chẩn đoán G-SCAN 2 44

4.2 Cách xây dựng các bài thực hành chẩn đoán 45

4.3 Quy trình chẩn đoán và các bài tập thực hành 45

Cảm biến vị trí trục khuỷu ( CKPS ) 45

Lỗi cảm biến vị trí trục cam ( CMPS ) 48

Van điều khiển hút ( IMV ) 51

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ( ECTS ) 56

Cảm biến lưu lượng khí nạp ( MAFS ) và nhiệt độ khí nạp ( IATS ) 59

Cảm biến áp suất nhiên liệu ( RPS ) 62

Cảm biến vị trí bàn đạp ga ( APS ) 64

Hệ thống kim phun 70

Hệ thống khởi động 72

Hệ thống mạch điện nguồn 72

4.4 Tình huống hư hỏng thực tế và quy trình kiểm tra chẩn đoán tổng quát 73

Máy khởi động quay, động cơ không nổ 73

Động cơ hoạt động rung giật, có tiếng gõ 75

Động cơ đang nổ, tắt máy đột ngột 76

Động cơ hoạt động có khói, hoạt động không ổn định lúc nguội 77

Khó khởi động khi động cơ lạnh 78

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 79

5.1 Kết luận 79

5.2 Ưu, nhược điểm của mô hình 79

Ưu điểm 79

Nhược điểm 80

5.3 Hướng phát triển của mô hình 80

5.4 Kiến nghị 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của động cơ J3 9

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của xe Kia Bongo 3 10

Bảng 2.3: Ý nghĩa các chân giắc của hộp điều khiển 18

Bảng 3.1: Thông số của mỗi lòng xi lanh sau khi đo kiểm 39

Bảng 3.2: Thông số sau khi đo độ côn của lòng xi lanh 39

Bảng 3.3: Thông số sau khi đo độ ô van của lòng xi lanh 39

Bảng 3.4: Thông số của khe hở miệng xi lanh sau khi đo kiểm 40

Bảng 3.5: Thông số của khe hở lưng xéc măng sau khi đo kiểm 41

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Động cơ của xe Kia Bongo 3 2

Hình 1.2: Phần mềm sửa chữa GDS HYUNDAI - KIA 3

Hình 2.1: Hệ thống Common Rail.[10] 6

Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của hệ thống Common Rail 7

Hình 2.3: Động cơ J3 8

Hình 2.4: Xe Kia Bongo 3 và động cơ J3 10

Hình 2.5: Hệ thống common rail trên động cơ J3.[10] 12

Hình 2.6:Sơ đồ mạch điện khởi động và máy phát.[9] 13

Hình 2.7:Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ(1).[9] 13

Hình 2.8:Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ(2).[9] 14

Hình 2.9:Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ(3).[9] 14

Hình 2.10:Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ(4).[9] 15

Hình 2.11:Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ(5).[9] 15

Hình 2.12: Sơ đồ chân giắc của ECU.[9] 16

Hình 2.13: Cảm biến vị trí trục khuỷu 19

Hình 2.14: Cấu tạo và tín hiệu xung của cảm biến vị trí trục khuỷu.[2] 19

Hình 2.15: Cảm biến vị trí trục cam 20

Hình 2.16: Cấu tạo và tín hiệu xung của cảm biến vị trí trục cam.[2] 21

Hình 2.17: Cấu tạo và vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát 22

Hình 2.18: Nguyên lý hoạt động của cảm biến MAF.[2] 24

Hình 2.19: Cảm biến nhiệt độ khí nạp.[11] 25

Hình 2.20: Cấu tạo cảm biến áp suất nhiên liệu[11] 27

Hình 2.21: Đồ thị áp suất và điện áp của cảm biến áp suất nhiên liệu[9] 28

Hình 2.22: Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga.[2] 29

Hình 2.23: Hộp điều khiển động cơ ( ECU ) 30

Hình 3.1: Bản vẽ 2D của khung đỡ động cơ.[4] 31

Hình 3.2: Bản vẽ 3D của khung đỡ động cơ.[4] 32

Hình 3.3: Bảng táp lô phía trên 32

Hình 3.4: Bảng đo kiểm phía dưới 33

Hình 3.5: Đồ thị áp suất nhiên liệu theo tốc độ động cơ.[10] 35

Hình 3.6: kiểm tra áp suất buồng đốt động cơ 36

Hình 3.7: Áp suất tiêu chuẩn của buồng đốt.[9] 36

Hình 3.8: Quay về đúng dấu trước khi tháo dây cuaroa 37

Hình 3.9: Tháo và vệ sinh các chi tiết 38

Hình 3.10: Đo kiểm lòng xi lanh 38

Hình 3.11: Đo kiểm xéc măng 40

Hình 3.12: Sơn khung đỡ động cơ 41

Hình 3.13: Thay mới toàn bộ đường điện cho mô hình 42

Hình 3.14: Bổ sung hộp cầu chì và các cảm biến 42

Hình 3.15: Thay mới các cảm biến hư hỏng 42

Hình 4.1: Máy chẩn đoán G-SCAN 2 44

Hình 4.2: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu[9] 45

Hình 4.3: Mã lỗi của cảm biến vị trí trục khuỷu 46

Hình 4.4: Kiểm tra tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu 47

Hình 4.5: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam.[9] 48

Hình 4.6: Kiểm tra tín hiệu cảm biến vị trí trục cam 49

Hình 4.7: Van điều khiển hút ( IMV ) 51

Hình 4.8: Cấu tạo của van điều khiển hút 52

Hình 4.9: Xung tín hiệu của van 52

Hình 4.10: Sơ đồ mạch điện của van điều khiển hút.[9] 53

Hình 4.11: Các mã lỗi liên quan đến van điều khiển hút 53

Hình 4.12: Xem dữ liệu động cơ trên máy chẩn đoán 54

Hình 4.13: Kiểm tra điện trở van điều khiển hút 55

Hình 4.14: Kiểm tra điện áp từ accu đến IMV 55

Hình 4.15: Kiểm tra thông mạch đoạn từ ECU đến van 56

Hình 4.16: Sơ đồ mạch điện cảm biến nước làm mát.[9] 56

Hình 4.17: Kiểm tra nguồn cấp cho cảm biến.[9] 58

Hình 4.18: Kiểm tra thông mạch giữa các dây dẫn 58

Hình 4.19: Sơ đồ mạch điện cảm biên lưu lượng khí nạp và nhiệt độ khí nạp.[9] 59

Hình 4.20: Sơ đồ mạch điện của cảm biến áp suất nhiên liệu.[20] 62

Hình 4.21: Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí bàn đạp ga.[11] 64

Hình 4.22: Đọc dữ liễu của cảm biến trên máy chẩn đoán 66

Hình 4.23: Bảng giá trị tiêu chuẩn và tín hiệu của cảm biến.[9] 67

Hình 4.24: Kiểm tra điện áp cấp cho cảm biến 67

Hình 4.25: Đo điện trở mạch tín hiệu 1 và mạch tín hiệu 2 68

Hình 4.26: Kiểm tra ngắn mạch dây tín hiệu 69

Hình 4.27: Kiểm tra ngắn mạch dây tín hiệu tới mass.[11] 69

Hình 4.28: Sơ đồ mạch điện hệ thống kim phun.[10] 68

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ECU Electronic Control Unit

CKPS Crankshaft Position Sensor

CMPS Camshaft position sensor

IMV Inlet metering valve

ECTS Engine coolant temperature sensor

MAFS Mass air flow sensor

IATS Intake air temperature sensor

RPS Rail pressure sensor

APS Accelerator position sensor

RPM Revolution per minute

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Tóm tắt: Đề tài “ Thiết kế mô hình và xây dựng quy trình chẩn đoán động cơ KIA J3 ” được thực hiện với các mục tiêu như: Thiết kế khung mô hình, đánh pan theo thực tế, xây dựng quy trình chẩn đoán động cơ và xây dựng các bài tập thực hành Trong quá trình thực hiện đồ án, các công việc cụ thể đã được nhóm thực hiện như: Đại tu, thay mạch điện mới, bổ sung các chi tiết và hoàn thiện động cơ, thiết kế khung

mô hình, xây dựng các bài tập phục vụ thực hành chẩn đoán, quy trình chẩn đoán ứng với các tình huống thực tế trên động cơ Trên tinh thần hợp tác làm việc của toàn bộ thành viên, nhóm đã hoàn tất các mục tiêu và yêu cầu mà đề tài đề ra, động cơ đã hoạt động êm ái và ổn định Tuy nhiên, vì tình hình dịch bệnh phức tạp, vẫn còn một số hạn mục nhỏ của đề tài mà nhóm chưa hoàn thành như: Kiểm tra quy trình đo kiểm trên mô hình, thao tác tạo pan thực tế, đấu các đèn báo ( đèn báo nguồn, đèn xông, đèn báo lỗi )

Từ khóa: Động cơ KIA J3, quy trình chẩn đoán và bài tập thực hành

Abstract: The topic " Designing a model and building a diagnostic process for the KIA J3 engine " is carried out with the following objectives: Design the model frame, create a realistic pan, build a dynamic diagnostic process muscles and build practical exercises During the implementation of the project, specific tasks were performed by the group such as: Overhauling, replacing new electrical circuits, adding details and completing the engine, designing model frames, building exercises serving diagnostic practice, diagnostic procedures corresponding to actual situations on the engine In the spirit of cooperation and work of all members, the group has completed the goals and requirements set out by the topic, the engine has operated smoothly and stably However, because of the complicated epidemic situation, there are still some small thing of the project that the team has not completed such as: Checking the test procedure on the model, realistic pan creation operation, wiring for the indicator lights ( Power , Glow , Check engine )

Keyword: KIA J3 engine, diagnostic procedures and practical exercises

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do thực hiện và tầm quan trọng của đề tài

Với sự phát triển của nền kinh tế, ô tô ngày càng được phổ biến rộng rãi Nghành công nghệ ô tô ngày một phát triển, đi theo đó là sự phát triển của các hệ thống trên

ô tô Bao gồm cả hệ thống động cơ của chiếc ô tô đó Cùng với sự đam mê với ngành công nghệ ô tô Cụ thể là sự đam mê với động cơ ô tô, nhóm đã tập hợp 5 con người

có cùng một sự đam mê chung và khi nhận được báo cáo về các đề tài tốt nghiệp về việc '' THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN ĐỘNG

CƠ KIA J3" Nhóm đã lập tức liên hệ với thầy Phạm Sơn Tùng để nhận đề tài Và một vấn đề nữa là nhằm mục đích khi hoàn thành đề tài thì đề tài sẽ là một phần để phục vụ cho sinh viên khoa Công Nghệ Động Lực của trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh trong việc học tập và cụ thể hơn là được tiếp cận với động

cơ được hoạt động tốt và tiếp cận được các lỗi thực tế cùng với các quy trình chẩn đoán của lỗi đó Góp phần củng cố kiến thức giúp cho sinh viên có kĩ năng giải quyết các vấn đề về hư hỏng Phục vụ cho sự phát triển của bản thân sau này

1.2 Mục tiêu của đề tài

Với nội dung của đề tài, mục tiêu đề tài cần đạt được những yêu cầu sau:

- Thiết kế khung mô hình, thiết kế đánh pan theo thực tế

- Xây dựng quy trình chẩn đoán động cơ

- Xây dựng các bài thực hành chẩn đoán thông qua các thiết bị chẩn đoán và thiết bị đo kiểm

1.3 Đối tượng và phạm vi khai thác

Phạm vi khai thác:

- Các dòng xe sử dụng động cơ J3: Kia Bongo 3, Kia Carnival, Hyundai Terracan,

Đối tượng khai thác:

- Toàn bộ hệ thống trên động cơ J3 của xe Kia Bongo 3

Hình 1.1: Động cơ của xe Kia Bongo 3

1.4 Giới hạn nghiên cứu

Tìm hiểu thiết kế mô hình chẩn đoán nằm trong những cơ sở lý thuyết và thực hành mà chúng em tiếp thu được trong quá trình học tập tại trường, cũng như một số kiến thức được thực tập tại doanh nghiệp, tìm hiểu từ bên ngoài

Thiết kế với các chi tiết có giá thành hợp lý và tối ưu nhất kinh phí nhưng vẫn đạt được chất lượng tốt nhất trong quá trình thực hiện

1.5 Phương pháp thực hiện

Để đề tài được hoàn thành chúng em đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu Tham khảo tài liệu từ phần mềm GDS Kia - Hyundai, tài liệu qua internet, nắm được nguyên lý hoạt động của các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Phương pháp thiết

kế, bảng hiển thị Phương pháp nghiên cứu đọc tài liệu lắp sơ đồ mạch điện Tham khảo ý kiến các thầy cô, các chuyên gia trong lĩnh vực ô tô

Hình 1.2: Phần mềm sửa chữa GDS HYUNDAI - KIA

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hệ thống Common rail là hệ thống phun kiểu tích áp Trong hệ thống Common rail thì việc tạo áp suất và phun nhiên liệu là tách biệt nhau, một bơm cao áp riêng biệt tạo ra áp suất liên tục, áp suất này chuyển tới và được tích lại trong ống rail để cung cấp tới các kim phun theo thứ tự làm việc của các xi lanh So với hệ thống cũ dẫn động bằng cam, hệ thống common rail khá linh hoạt và thích ứng trong việc điều khiển phun nhiên liệu cho động cơ diesel như: Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch và xe tải nhỏ có công suất đạt đến 30KW/xi lanh, cũng như xe tải nặng, xe lửa và tàu thuỷ có công suất đạt đến 200KW/xi lanh Áp suất phun đạt đến 1400 bar Có thể thay đổi thời điểm phun nhiên liệu Có thể phun làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính, phun kết thúc Thay đổi áp suất phun tuỳ theo chế độ hoạt động của động cơ [1]

2.1 Sơ lược lịch sử hệ thống Common rail

Động cơ Diesel được phát minh vào năm 1892 nhờ kỹ sư người Đức 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 mới phát triển bơm cao áp (bơm phun Bosch lắp cho động cơ Diesel trên ôtô thương mại và ôtô khách vào năm 1936) Ra đời sớm nhưng động cơ Diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn Động cơ Diesel có tính hiệu quả và kinh tế hơn động cơ xăng, tuy nhiên vấn đề tiếng ồn và khí thải vẫn là những hạn chế trong sử dụng động cơ Diesel Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừng được cải tiến với các giải pháp kỹ thật tối ưu nhằm làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu [3] Cho đến nay hệ thống điều khiển hệ thống common rail với việc điều khiển kim phun bằng điện tử đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi Hệ thống Common rail đầu tiên được phát minh bởi Robert Huber, người Switzerland vào cuối những năm 60 Công trình này sau đó được tiến sĩ Marco Ganser của viện nghiên cứu kỹ thuật Thụy Sỹ tại Zurich tiếp tục nghiên cứu và phát triển Đến giữa những năm 90, tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki, của tập đoàn

Denso – một nhà sản xuất phụ tùng ô tô lớn của Nhật Bản đã phát triển tiếp và ứng dụng trên các xe tải nặng hiệu Hino, và bán rộng rãi ra thị trường vào 1995, sau đó ứng dụng rộng rãi trên các xe du lịch Hiện nay, hầu như tất cả các hãng ô tô đã sử dụng phổ biến hệ thống này trên xe của họ, cũng như sử dụng trên các động cơ xe cơ giới, tàu thủy… với nhiều tên gọi khác nhau như: Toyota với tên D-4D, Mercedes với tên CDI, Hyundai - Kia với tên CRDi,…

2.2 Cấu tạo hệ thống Common rail

Hệ thống Common Rail có cấu tạo gồm 2 phần:

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu: Gồm thùng nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bơm cao

áp, ống phân phối, kim phun, các đường ống cao áp Hệ thống cung cấp nhiên liệu có công dụng hút nhiên liệu từ thùng chứa sau đó nén nhiên liệu lên áp suất cao và chờ tín hiệu điều khiển từ ECU sẽ phun nhiên liệu vào buồng đốt

- Hệ thống điều khiển điện tử: Gồm bộ xử lý trung tâm ECU, các cảm biến đầu vào và bộ chấp hành ECU thu thập các tín hiệu từ nhiều cảm biến khác nhau

để nhận biết tình trạng hoạt động của động cơ, sau đó tính toán lượng phun, thời điểm phun nhiên liệu và gửi tín hiệu điều khiển mở kim phun Ngoài ra hệ thống điều khiển điện tử còn tính toán và điều khiển áp suất nhiên liệu và tuần hoàn khí xả

Hình 2.1: Hệ thống Common Rail [10]

Nhiên liệu áp suất thấp Nhiên liệu áp suất cao Nhiên liệu hồi

2.3 Nguyên lý hoạt động

Vùng nhiên liệu áp suất thấp: Bơm tiếp vận (nằm trong bơm cao áp) hút nhiên liệu từ thùng chứa qua lọc nhiên liệu để lọc sạch cặn bẩn và tách nước và đưa đến van điều khiển hút (IMV) lắp trên bơm cao áp Vùng nhiên liệu áp suất cao: Nhiên liệu từ van điều khiển hút (IMV) được đưa vào buồng bơm, tại đây nhiên liệu sẽ được bơm cao áp nén lên áp suất cao và thoát ra đường ống dẫn cao áp đi đến ống phân phối và

từ ống phân phối đi đến các kim phun chờ sẵn Áp suất nhiên liệu sẽ được quyết định bởi tính toán của ECU tùy theo chế độ làm việc của động cơ thông qua các tín hiệu cảm biến gửi về ECU sẽ điều khiển mức độ đóng mở của van IMV để điều khiển áp suất hệ thống Điều khiển phun nhiên liệu: ECU tính toán thời điểm và lượng nhiên liệu phun ra tối ưu cho từng chế độ làm việc cụ thể của động cơ dựa vào tín hiệu từ cảm biến gửi về Thời điểm bắt đầu phun được quyết định bởi thời điểm ECU phát

tín hiệu phun, lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi độ dài thời gian phát tín hiệu phun của ECU Tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng sớm thời điểm phun càng sớm và ngược lại, tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng dài lượng nhiên liệu phun ra càng nhiều và ngược lại [10]

Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của hệ thống Common Rail

2.4 Ưu điểm của hệ thống nhiên liệu Common Rail

- Tăng công suất động cơ ( Với common rail, áp suất phun có thể cho nhiều bộ phận được lựa chọn tự do và độc lập với tình trạng làm việc của động cơ Ý nghĩa này moment động cơ có thể được gia tăng trong vùng tốc độ thấp, một thực tế là nó thực hiện đóng góp chính làm tăng tính linh hoạt của ô tô dùng động cơ diesel)

- Giảm bớt tiếng ồn ( Hoạt động ở áp suất cao và quá trình phun được riêng lẻ của mỗi vòi phun trong hệ thống Common Rail Việc cho phép phun sơ khởi

và phun hỗn hợp này mà cả hai làm giảm đáng kể tiếng ồn động cơ)

- Tiết kiệm nhiên liệu (Common Rail có hệ thống phun được điều khiển bằng điện tử)

- Giảm được khí thải độc hại (Áp suất phun của Common Rail rất cao nên làm cải thiện được quá trình cháy mà thực tế làm giảm bớt lượng phát thải khói đen Xa hơn nữa, nó làm giảm lượng phát thải ô nhiễm là nhờ giai đoạn phun

sơ khởi và phun hỗn hợp)

- Có thể ứng dụng cho tất cả các loại ô tô du lịch và xe tải

- Áp suất nhiên liệu đạt tới 1400 bar [10]

2.5 Giới thiệu về động cơ J3

Hình 2.3: Động cơ J3

Động cơ J3 của hãng Kia là loại động cơ sử dụng nhiên liệu diesel có tuabin tăng

áp 4 kỳ, 4 xi lanh được đặt thẳng hàng và làm việc theo thứ tự nổ 1-3-4-2 Động cơ

có công suất cực đại là 90kW/3800rpm cùng với momen xoắc cực đại là 245Nm/2000rpm, với hệ thống luân hồi khí xả, hệ thống cam kép tác dụng trực tiếp DOHC 16 xupap, hệ thống tăng áp tuabin và hệ thống phối khí của các xupap được dẫn động trực tiếp từ trục cam thông qua con đội thủy lực, việc sử dụng con đội thủy lực và cách bố trí 4 xupap trên một xi lanh (2 xupap nạp, 2 xupap thải) tạo được chất

lượng nạp và thải (nạp đầy, thải sạch) nhằm tăng năng suất động cơ, giảm được lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường [9]

2.6 Thông số của động cơ J3

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của động cơ J3 [9]

2.7 Thông số kỹ thuật xe Kia Bongo 3

Hình 2.4: Xe Kia Bongo 3 và động cơ J3

Các thông sô cơ bản của xe Kia Bongo 3:

Kích thước bao ngoài ( DxRxC) 5450 x 1800 x 2570 mm

Kích thước thùng hàng ( DxRxC ) 3130 x 1650 x 1750 mm

Công suất động cơ

Dung tích động cơ : 2902 cm3Công suất cực đại: 90(Kw)/3800(rpm) Momen xoắn cực đại : 245Nm/2000(rpm)

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của xe Kia Bongo 3 [10]

2.8 Hệ thống nhiên liệu trên động cơ J3

Trên động cơ J3 sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel, nhiên liệu được nén dưới áp suất cao để nâng cao tính kinh tế nhiên liệu và cung cấp công suất động cơ mạnh mẽ đồng thời triệt tiêu rung động và tiếng ồn động cơ

Hệ thống này tích nhiên liệu đã được nén lại và cung cấp bởi bơm cao áp trong đường ống phân phối Bằng cách tích nhiên liệu ở áp suất cao hệ thống Common Rail

có thể cung cấp nhiên liệu ở áp suất cao độc lập và ổn định không phụ thuộc vào tốc

độ động cơ hay tải ECU sẽ tính toán rồi cung cấp một dòng điện đến van điện từ bên trong vòi phun để điều khiển thời điểm phun và lượng phun đồng thời theo dõi áp suất bên trong ống phân phối bằng cảm biến áp suất nhiên liệu Lượng phun sẽ được giới hạn trong các điều kiện nhất thời được xác định theo tốc độ động cơ và nhu cầu lưu lượng

Động cơ J3 sử dụng hệ thống nhiên liệu diesel Common Rail của Delphi, đây là

hệ thống được điều khiển hoàn toàn bằng điện Hệ thống nhiên liệu Common Rail sẽ gồm hộp ECU và các cảm biển như :

- Cảm biến vị trí trục khuỷu ( CKPS )

- Cảm biến vị trí trục cam (CMPS )

- Cam biến vị trí bàn đạp ga ( APS )

- Cảm biến áp suất nhiên liệu ( RPS )

- Cảm biến lưu lượng khí nạp ( MAFS )

- Cảm biến nhiệt độ động cơ ( ECTS )

- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (FTS)

Sử dụng các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến, ECU sẽ ghi lại yêu cầu của người lái và xác định hiệu suất vận hành tức thời của động cơ và toàn bộ xe Cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến vị trí trục cam giúp ECU xác định được tốc độ quay của trục khuỷu và vị trí Piston từ đó ECU sẽ điều khiển kim phun phun đúng thời điểm Cảm biến vị trí bàn đạp ga giúp ECU tính được lượng phun phù hợp với từng chế độ hoạt động Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến lưu lượng khí nạp cung cấp cho

ECU dữ liệu để quá trình đốt cháy có thể điều chỉnh sao cho tuân thủ các quy định về khí thải

Các chức năng cơ điều khiển việc nhiên liệu diesel vào đúng thời điểm, đúng số lượng và áp suất phun chính xác Chúng đảm bảo rằng động cơ diesel không chỉ chạy

êm mà còn tiết kiệm

Áp suất phun tối đa của động cơ J3 sẽ được giới hạn trong khoảng 1600bar nhờ vào van giới hạn áp suất được gắn ở bơm cao áp Nếu có lỗi xảy ra, van giới hạn áp suất sẽ mở không cho áp suất lên quá cao ( thường là 1800bar van sẽ mở để giảm áp ) Các đường ống cao áp sử dụng trong hệ thống Common Rail được chế tạo để có thể chịu được áp suất cao lên đến 2100 bar, có kích thước là 6*2,4mm và được làm bằng thép

Hình 2.5: Hệ thống common rail trên động cơ J3 [10]

2.9 Sơ đồ mạch điện trên động cơ J3

Sơ đồ mạch điện động cơ

Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện khởi động và máy phát [9]

Sơ đồ mạch điện điều khiển

Hình 2.7: Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ [9]

Hình 2.8: Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ [9]

Hình 2.9: Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ [9]

Hình 2.10: Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ [9]

Hình 2.11: Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ [9]

2.10 Sơ đồ các chân giắc của ECU

Hình 2.12: Sơ đồ chân giắc của ECU [9]

Ý nghĩa của các chân giắc trên hộp ECU:

62 Tín hiệu CAM Động cơ hoạt động Tín hiệu xung

58;59 Tín hiệu CKP Động cơ hoạt động Tín hiệu xung

(1200C-600C)

54 Tín hiệu FTS Động cơ hoạt động 1.06~1.28k

(400C)

0.5~3.4V (800C-00C)

(7~640kg/h)

91 Điều khiển GlowRL1

Idle : 0.6 - 0.9 Fully : 3.6 - 4.6

6 Nguồn DC APS1 SW ON 5 V

Idle : 0.2 - 0.5 Fully : 1.6 - 2.5

Bảng 2.3: Ý nghĩa các chân giắc của hộp điều khiển

2.11 Các cảm biến trên động cơ

Cảm biến vị trí trục khuỷu ( CKPS )

- Chức năng: Cảm biến vị trí trục khuỷu có nhiệm vụ đo tín hiệu tốc độ của trục

khuỷu, vị trí trục khuỷu gửi về cho ECU và ECU sử dụng tín hiệu đó để tính

toán thời điểm phun nhiên liệu cơ bản cho động cơ

- Cấu tạo: Bao gồm một cuộn dây cảm ứng và một nam châm vĩnh cửu

- Nguyên lý hoạt động: Khi trục khuỷu quay từ thông trong cảm biến thay đổi

khi các răng và khe hở đi qua, đồng thời tạo ra điện áp xoay chiều hình sin gửi

về ECU, ECU sẽ sử dụng thuật toán logic được lập trình sẵn trong hộp, nó đếm

số xung đó trên một đơn vị thời gian và tính toán được tốc độ của trục khuỷu

[2]

- Thông số kỹ thuật: Điện trở tiêu chuẩn của cảm biến là khoản 1300, cảm

biến tạo ra tín hiệu xung hình sin từ 0.5-4.5V [9]

Hình 2.13: Cảm biến vị trí trục khuỷu

Hình 2.14: Cấu tạo và tín hiệu xung của cảm biến vị trí trục khuỷu [2]

Cảm biến vị trí trục cam ( CMPS )

- Chức năng: Hộp ECU sử dụng tín hiệu này để xác định điểm chết trên của

máy số 1 hoặc các máy, đồng thời xác định vị trí của trục cam để xác định thời điểm phun nhiên liệu trên động cơ phun dầu điện tử Common rail cho chính

xác

- Cấu tạo: Bộ phận chính của cảm biến là IC tổ hợp, một nam châm vĩnh cửu

và phần tử hall

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến vị trí trục cam có vai trò quyết định trong

việc xác định xi lanh nào đang trong hành trình nén Cảm biến vị trí trục cam

sử dụng hiệu ứng Hall khi thiết lập vị trí trục cam Một răng bằng vật liệu sắt

từ được gắn vào trục cam và quay cùng với nó Khi răng này đi qua các tấm bán dẫn của cảm biến trục cam, từ trường của nó sẽ chuyển hướng các điện tử trong tấm bán dẫn theo góc vuông với hướng của dòng điện chạy qua các tấm này Điều này dẫn đến một tín hiệu điện áp ngắn gọn ( điện áp Hall ) thông báo cho ECU biết rằng xi lanh 1 vừa bước vào giai đoạn nén [2]

- Thông số kỹ thuật: Nguồn cấp cho cảm biến là 5V, cảm biến tạo ra tín hiệu xung hình vuông từ 0,5 - 4,5V [9]

Hình 2.15: Cảm biến vị trí trục cam

Hình 2.16: Cấu tạo và tín hiệu xung của cảm biến vị trí trục cam [2]

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ( ECTS )

- Chức năng: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có nhiệm vụ đo nhiệt độ của

nước làm mát động cơ và truyền tín hiệu đến ECU để tính toán và hiệu chỉnh: Góc phun dầu sớm, thời gian phun nhiên liệu, tốc độ chạy không tải, điều khiển

quạt làm mát …

- Cấu tạo: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có cấu tạo dạng trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có lắp một điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm

Hình 2.17: Cấu tạo và vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát

- Nguyên lý hoạt động: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát nằm trong khoang

nước của động cơ, tiếp xúc trực tiếp với nước của động cơ Vì có hệ số nhiệt điện trở âm nên khi nhiệt độ nước làm mát thấp điện trở cảm biến sẽ cao và ngược lại khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên điện trở của cảm biến sẽ giảm xuống Sự thay đổi điện trở của cảm biến sẽ làm thay đổi điện áp đặt ở chân cảm biến Điện áp 5V qua điện trở chuẩn ( điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ ) đến cảm biến rồi trở về ECU về mass Như vậy điện trở chuẩn

và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (bộ chuyển đổi ADC – Analog to Digital converter) Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU động cơ biết động cơ đang lạnh Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU động cơ biết là động

cơ đang nóng [2]

- Thông số kỹ thuật: Nguồn cấp cho cảm biến là 5V [9]

Nhiệt độ ( °C ) Điện trở ( k )

20 2.20  2.7

Bảng 2.4: Bảng thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến lưu lượng khí nạp ( MAFS )

- Chức năng: Cảm biến lưu lượng khí nạp có chức năng đo lưu lượng khí nạp

qua đường ống nạp và gửi tín hiệu về ECU để tính toán điều chỉnh lượng nhiên

liệu phun đạt tỉ lệ tiêu chuẩn

- Cấu tạo: Bao gồm một nhiệt điện trở, dây nhiệt bằng Platin ( Platinum Hot

Wire ) nằm trên đường di chuyển của không khí và mạch điều khiển điện tử

Nhiệt điện trở dùng để kiểm tra nhiệt độ của không khí

- Nguyên lý hoạt động: Một dây nhiệt bằng platin được bố trí trên dường đi

chuyển của dòng không khí và nhiệt độ của dây nhiệt được duy trì không đổi Không khí đi qua làm mát dây nhiệt nên điện trở của dây nhiệt giảm làm cho dòng điện đi qua dây nhiệt tăng để duy trì nhiệt độ không đổi Bằng cách kiểm

tra dòng điện qua dây nhiệt thì khối lượng không khí sẽ được xác định [2]

- Thông số kỹ thuật: Nguồn cấp cho cảm biến là 12V Tín hiệu điện áp gửi gửi

về ECU từ 0 - 4.5V [9]