Và mộtvấn đề nữa là nhằm mục đích khi hoàn thành đề tài thì đề tài sẽ là một phần để phục vụcho sinh viên khoa Công Nghệ Động Lực của trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh
Trang 1KHOA 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
Trần Văn Quang Phạm Công Quốc Thiên Hoàng Minh Thuận Đào Minh Tuấn
TP.HCM, tháng 07/2021
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHTHIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ KIA J3
10/2020 07/2021
Trang 3BỘ 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
Trần Văn Quang MSSV: 17034581Phạm Công Quốc Thiên MSSV: 17034641Hoàng Minh Thuận MSSV: 17031081Đào Minh Tuấn MSSV: 15053391
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:
i
Trang 43 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 )
ii
Trang 5TPHCM, ngày… tháng… năm…
GVPB
iii
Trang 6LỜI 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 vớichúng ta Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học Khoa Công Nghệ Động Lực ngànhCông 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 vàbạn bè
Đặc biệt em rất cảm ơn Khoa Công Nghệ Động Lực đã giúp cho em được tiếpcận với các môn học rất hữu ích cho bây giờ và cho cả tương lai đối với tất cả cácsinh viên ngành Công Nghệ Ô Tô Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửiđến thầy Phạm Sơn Tùng đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạtvốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập cũng như làm đềtài đồ án tốt nghiệp này
Tuy đã cố gắng hết sức, nhưng cũng không thể tránh khỏi những sai sót, mongquý Thầy góp ý cho chúng em thêm để có thể học hỏi một cách hoàn thiện nhất cóthể
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
iv
Trang 7LỜI 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 CHẨNĐOÁN ĐỘNG CƠ KIA J3 ” là tác phẩm gốc của nhóm chúng em thực hiện Trongthời gian làm đồ án nhóm chúng em luôn chủ động và tham khảo ý tưởng từ giáoviên hướng dẫn và tự nhóm thực hiện hoàn thiện đề tài này Với toàn bộ kinh phíthực hiện do các thành viên trong nhóm cùng nhau góp lại để hoàn thiện đề tài Vềphần 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 thamkhảo thì nhóm em đã trích dẫn trong phần ‘‘ Tài liệu tham khảo ”
TP Hồ Chí Minh, ngày….tháng…năm…
Ký tên đại diện
v
Trang 8MỤC 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
vi
Trang 92.9 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
vii
Trang 10Sửa 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
viii
Trang 11CHƯƠNG 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
ix
Trang 12DANH 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
x
Trang 13DANH 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
xi
Trang 14Hình 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
xii
Trang 15Hình 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
xiii
Trang 16DANH 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
FTS Fuel Temperature
xiv
Trang 17TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Tóm tắt: Đề tài “ Thiết kế mô hình và xây dựng quy trình chẩn đoán động cơKIA J3 ” được thực hiện với các mục tiêu như: Thiết kế khung mô hình, đánh pantheo thực tế, xây dựng quy trình chẩn đoán động cơ và xây dựng các bài tập thựchành Trong quá trình thực hiện đồ án, các công việc cụ thể đã được nhóm thực hiệnnhư: Đại tu, thay mạch điện mới, bổ sung các chi tiết và hoàn thiện động cơ, thiết kếkhung mô hình, xây dựng các bài tập phục vụ thực hành chẩn đoán, quy trình chẩnđoán ứng với các tình huống thực tế trên động cơ Trên tinh thần hợp tác làm việccủa 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 traquy trình đo kiểm trên mô hình, thao tác tạo pan thực tế, đấu các đèn báo ( đèn báonguồn, 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 forthe KIA J3 engine " is carried out with the following objectives: Design the modelframe, create a realistic pan, build a dynamic diagnostic process muscles and buildpractical exercises During the implementation of the project, specific tasks wereperformed by the group such as: Overhauling, replacing new electrical circuits,adding details and completing the engine, designing model frames, buildingexercises serving diagnostic practice, diagnostic procedures corresponding to actualsituations on the engine In the spirit of cooperation and work of all members, thegroup has completed the goals and requirements set out by the topic, the engine hasoperated smoothly and stably However, because of the complicated epidemicsituation, there are still some small thing of the project that the team has notcompleted such as: Checking the test procedure on the model, realistic pan creationoperation, wiring for the indicator lights ( Power , Glow , Check engine )
Keyword: KIA J3 engine, diagnostic procedures and practical exercises
xv
Trang 18CHƯƠNG 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 ngànhcông nghệ ô tô Cụ thể là sự đam mê với động cơ ô tô, nhóm đã tập hợp 5 con người có cùngmột 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 mộtvấn đề nữa là nhằm mục đích khi hoàn thành đề tài thì đề tài sẽ là một phần để phục vụcho 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 hoạtđộng 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 hưhỏng 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
1
Trang 19Hình 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 sốkiến 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 vẫnđạt 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, nắmđược nguyên lý hoạt động của các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Phương phápthiết 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
2
Trang 20Hình 1.2: Phần mềm sửa chữa GDS HYUNDAI - KIA
3
Trang 21CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hệ thống Common rail là hệ thống phun kiểu tích áp Trong hệ thống Commonrail thì việc tạo áp suất và phun nhiên liệu là tách biệt nhau, một bơm cao áp riêngbiệt tạo ra áp suất liên tục, áp suất này chuyển tới và được tích lại trong ống rail đểcung cấp tới các kim phun theo thứ tự làm việc của các xi lanh So với hệ thống cũdẫn động bằng cam, hệ thống common rail khá linh hoạt và thích ứng trong việcđiều 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 1400bar 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 độngcủa 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 vàobuồng cháy động cơ để hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy Đến năm 1927 RobertBosch mới phát triển bơm cao áp (bơm phun Bosch lắp cho động cơ Diesel trên ôtôthương mại và ôtô khách vào năm 1936) Ra đời sớm nhưng động cơ Diesel không pháttriển như động cơ xăng do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn Động cơ Diesel có tínhhiệu quả và kinh tế hơn động cơ xăng, tuy nhiên vấn đề tiếng ồn và khí thải vẫn lànhững hạn chế trong sử dụng động cơ Diesel Hệ thống nhiên liệu Diesel không ngừngđược 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 railvới việc điều khiển kim phun bằng điện tử đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi Hệthống Common rail đầu tiên được phát minh bởi Robert Huber, người Switzerland vàocuối những năm 60 Công trình này sau đó được tiến sĩ Marco Ganser của viện nghiêncứu 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
4
Trang 22Denso – một nhà sản xuất phụ tùng ô tô lớn của Nhật Bản đã phát triển tiếp và ứngdụng trên các xe tải nặng hiệu Hino, và bán rộng rãi ra thị trường vào 1995, sau đóứng dụng rộng rãi trên các xe du lịch Hiện nay, hầu như tất cả các hãng ô tô đã sửdụng 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 dụnghút 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 đầuvào 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 vàtuần hoàn khí xả
5
Trang 23Hình 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 điềukhiển hút (IMV) lắp trên bơm cao áp Vùng nhiên liệu áp suất cao: Nhiên liệu từ vanđiều khiển hút (IMV) được đưa vào buồng bơm, tại đây nhiên liệu sẽ được bơm cao ápnén lên áp suất cao và thoát ra đường ống dẫn cao áp đi đến ống phân phối và từ ốngphân phối đi đến các kim phun chờ sẵn Áp suất nhiên liệu sẽ được quyết định bởi tínhtoán của ECU tùy theo chế độ làm việc của động cơ thông qua các tín hiệu cảm biếngửi về ECU sẽ điều khiển mức độ đóng mở của van IMV để điều khiển áp suất hệthống 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
6
Trang 24tín hiệu phun, lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi độ dài thời gian phát tínhiệu phun của ECU Tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng sớm thời điểm phun càngsớm và ngược lại, tín hiệu yêu cầu phun phát ra càng dài lượng nhiên liệu phun racàng 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 bộphận được lựa chọn tự do và độc lập với tình trạng làm việc của động cơ Ý nghĩa nàymoment động cơ có thể được gia tăng trong vùng tốc độ thấp, một thực tế là nó thực hiệnđóng 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 lẻcủa mỗi vòi phun trong hệ thống Common Rail Việc cho phép phun sơ khởi và phun hỗnhợp này mà cả hai làm giảm đáng kể tiếng ồn động cơ)
7
Trang 25- 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 làmcải thiện được quá trình cháy mà thực tế làm giảm bớt lượng phát thải khói đen Xa hơnnữa, nó làm giảm lượng phát thải ô nhiễm là nhờ giai đoạn phun sơ khởi và phun hỗnhợp)
- 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 tuabintăng 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 là245Nm/2000rpm, với hệ thống luân hồi khí xả, hệ thống cam kép tác dụng trực tiếpDOHC 16 xupap, hệ thống tăng áp tuabin và hệ thống phối khí của các xupap đượcdẫn động trực tiếp từ trục cam thông qua con đội thủy lực, việc sử dụng con đội thủylực và cách bố trí 4 xupap trên một xi lanh (2 xupap nạp, 2 xupap thải) tạo được chất
8
Trang 26lượng 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
97.1 x 98(mm)
Công suất phát cực đại
90/3800(Kw/rpm)
Momen xoắn cực đại
245/2000(Nm/rpm)
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của động cơ J3 [9].
Trang 272.7 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:
Loại phương tiện Ô tô tải
Khối lượng bản thân 2215 Kg
Khối lượng hàng hóa 1100 Kg
Khối lượng toàn bộ 3610 KG
Kích thước bao ngoài ( DxRxC) 5450 x 1800 x 2570 mm
Kích thước thùng hàng ( DxRxC ) 3130 x 1650 x 1750 mm
Dung tích động cơ : 2902 cm3Công suất động cơ Công 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].
10
Trang 282.8 Hệ thống nhiên liệu trên động cơ J3
Trên động cơ J3 sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel, nhiên liệuđược nén dưới áp suất cao để nâng cao tính kinh tế nhiên liệu và cung cấp công suấtđộng 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 trongđường ống phân phối Bằng cách tích nhiên liệu ở áp suất cao hệ thống CommonRail có thể cung cấp nhiên liệu ở áp suất cao độc lập và ổn định không phụ thuộcvào tốc độ động cơ hay tải ECU sẽ tính toán rồi cung cấp một dòng điện đến vanđiện từ bên trong vòi phun để điều khiển thời điểm phun và lượng phun đồng thờitheo dõi áp suất bên trong ống phân phối bằng cảm biến áp suất nhiên liệu Lượngphun 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 sẽgồm 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 trụckhuỷu 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 tríbàn đạp ga giúp ECU tính được lượng phun phù hợp với từng chế độ hoạt động Cảmbiến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến lưu lượng khí nạp cung cấp cho
11
Trang 29ECU 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 sốlượng và áp suất phun chính xác Chúng đảm bảo rằng động cơ diesel không chỉchạy êm mà còn tiết kiệm
Áp suất phun tối đa của động cơ J3 sẽ được giới hạn trong khoảng 1600bar nhờvào van giới hạn áp suất được gắn ở bơm cao áp Nếu có lỗi xảy ra, van giới hạn ápsuất 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 cóthể chịu được áp suất cao lên đến 2100 bar, có kích thước là 6*2,4mm và được làmbằng thép
Hình 2.5: Hệ thống common rail trên động cơ J3 [10].
12
Trang 302.9 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].
13
Trang 31Hình 2.8: Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ [9].
Hình 2.9: Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ [9].
14
Trang 32Hình 2.10: Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ [9].
Hình 2.11: Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ [9].
15
Trang 332.10 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:
5;107;111 Nguồn (+) B+ SW ON 11–14V
24 Công tắc ly hợp
104 Điều khiển MainRL SW OFF 11–14V
62 Tín hiệu CAM Động cơ hoạt động Tín hiệu xung
58;59 Tín hiệu CKP Động cơ hoạt động Tín hiệu xung
50 Tín hiệu ECT Động cơ hoạt động 0.2~1V
(1200C-600C)
53 Tín hiệu Knock
Trang 3554 Tín hiệu FTS Động cơ hoạt động 1.06~1.28k
91 Điều khiển GlowRL1
2 Tín hiệu APS1 SW ON Idle : 0.6 - 0.9
Fully : 3.6 - 4.6
Trang 3617
Trang 37Bảng 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 thờiđiểm 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 mộtđơn 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]
Trang 38Hình 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
19
Trang 39- 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 dụnghiệu ứng Hall khi thiết lập vị trí trục cam Một răng bằng vật liệu sắt từ được gắn vào trụccam và quay cùng với nó Khi răng này đi qua các tấm bán dẫn của cảm biến trục cam, từtrường của nó sẽ chuyển hướng các điện tử trong tấm bán dẫn theo góc vuông với hướngcủa 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.
20
Trang 40Hình 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 phundầu 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
21