nghiên cứu hệ thống common rail denso trên động cơ 2kd ftv, toyota hiace

Trong suốt quá trình học tập tại trường và thực hiện đề tài tốt nghiệp “Nghiêncứu hệ thống Common Rail –Denso trên động cơ 2KD-FTV, Toyota Hiace”, tôi nhậnđược rất nhiều sự giúp đỡ tận t

KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG COMMON RAIL- DENSO TRÊN

ĐỘNG CƠ 2KD-FTV, TOYOTA HIACE

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ngành: Cơ khí giao thông – Khóa: 37

Tháng 4/2015

Cần Thơ, ngày 8 tháng 1 năm 2015

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

NĂM HỌC: 2014-2015

1 Họ và tên sinh viên: Thạch Minh Du MSSV: 1110474

2 Tên đề tài: Nghiên cứu hệ thống Common Rail-Denso trên động cơ 2KD-FTV,Toyota Hiace

3 Thời gian thực hiện: Học kỳ II, 2014-2015 Từ 12/1/2015 đến 8/5/2015

4 Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Nhựt Duy

5 Địa điểm thực hiện: Trường Đại học Cần Thơ

6 Mục tiêu của đề tài:

- Biết được lịch sử ứng dụng hệ thống Common Rail

- Nắm được nguyên lý hoạt động của hệ thống

- Hiểu và có khả năng chuẩn đoán, bảo dưỡng khắc phục hư hỏng cho hệthống

7 Giới hạn của đề tài: Không tập trung vào việc thiết kế, tính toán mà chỉ nghiêncứu, khảo sát nguyên lý làm việc của hệ thống

8 Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài:

9 Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: …… đồng

Ý KIẾN CỦA CBHD SINH VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Nhựt Duy Thạch Minh Du

Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN Ý KIẾN CỦA HỘ ĐỒNG LV&LVTN

Trong suốt quá trình học tập tại trường và thực hiện đề tài tốt nghiệp “Nghiêncứu hệ thống Common Rail –Denso trên động cơ 2KD-FTV, Toyota Hiace”, tôi nhậnđược rất nhiều sự giúp đỡ tận tình của quy thầy cô, các quý cô chú trực thư viện, cácbạn đồng nghiệp,… Vì vậy, đến nay đề tài luận văn tốt nghiệp của tôi đã được hoànthành tốt đẹp, tôi xin chân thành cảm ơn đến:

- Ban giám hiệu trường Đại học Cần Thơ đã tạo mọi điều kiện cơ sở vật chất,quản lý đào tạo tốt nhất để tôi học hành đạt kết quả khả thi trong suốt quá trình họctập tại trường

- Quý thầy, cô trong khoa Công nghệ và toàn thể thầy cô trong trường đã dạy

dỗ và truyền đạt kiến thức cho tôi suốt bốn năm học tập

- Thầy Nguyễn Nhựt Duy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn trong suốt quá trìnhthực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp

- Các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, chia sẻ tài liệu tham khảo, kiến thức quý báutrong suốt quá trình học tập

- Các cô chú trực thư viện khoa đã hướng dẫn và cung cấp tài liệu tham khảocho em suốt thời gian thực hiện đề tài

Cần Thơ, ngày 14 tháng 4 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Thạch Minh Du

1 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

- Nắm được cơ bản lịch sử ứng dụng hệ thống Common Rail

- Biết được cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống cũng như tên gọi vàchức năng của các chi tiết trong hệ thống

- Hiểu được nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển điện tử trong hệthống

- Nắm rõ các lưu ý cơ bản trong thuật chuẩn đoán, bảo dưỡng, và sửa chữa hệthống

2 Phương pháp thực hiện đề tài

- Tham khảo giáo viên hướng dẫn đề tài

- Lược khảo tài liệu từ các nguồn khác nhau

- Tổng hợp, chỉnh sửa thành tài liệu hoàn chỉnh

3 Giới hạn của đề tài

Với yêu cầu về nội dung, các mục tiêu và thời gian có hạn cộng với nguồn tàiliệu hiện có, đề tài không tập trung vào tính toán, thiết kế các chi tiết trong hệ thống

mà chỉ giới hạn tập trung khảo sát, phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của từngchi tiết trong hệ thống và các lưu ý trong bảo dưỡng, chẩn đoán hư hỏng và sửa chữa

và đúng hạn cùng với kết quả thu được nhất định:

- Hiểu khái quát chung về nguyên lý làm việc của hệ thống Common Rail

- Nắm rõ cấu tạo và nguyên lý từng bộ phận, chi tiết của hệ thống

- Nắm được cách bảo dưỡng, chuẩn đoán, sửa chữa hệ thống.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC LỊCH SỬ HỆ THỐNG COMMON RAIL 2

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC ĐỘNG CƠ 2KD-FTV CỦA TẬP ĐOÀN DENSO TRÊN ÔTÔ TOYOTA HIACE 4

2.1 Khái quát chung 4

2.2 Thông số kỹ thuật 5

2.3 Các bộ phận chính của động cơ 6

2.3.1 Thân máy 6

2.3.2 Piston 6

2.3.3 Thanh truyền và bạc thanh truyền 7

2.3.4 Trục khuỷu và bạc trục khuỷu 7

2.3.5 Cơ cấu xu páp 8

2.3.6 Hệ thống bôi trơn 9

2.3.7 Hệ thống làm mát động cơ 9

2.3.8 Tua bin tăng áp 10

2.3.9 Van tuần hoàn khí xả EGR 10

Chương III: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL ĐỘNG CƠ 2KD-FTV 12

3.1 Chức năng của hệ thống 12

3.2 Ưu, nhược điểm của hệ thống 12

3.2.1 Ưu điểm 12

3.2.2 Nhược điểm 12

3.3 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống 13

3.3.1 Sơ đồ, cấu tạo của hệ thống 13

3.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Common Rail 13

3.4 Cấu tạo, chức năng của các chi tiết trong hệ thống 15

3.4.1 Thùng chứa nhiên liệu 16

3.4.2 Lọc nhiên liệu 16

3.4.3 Bơm cao áp 17

3.4.3.1 Bơm cấp liệu 19

3.4.3.2 Van điều khiển 19

3.4.3.4 Bộ phận bơm 21

3.4.3.5 Van phân phối 22

3.4.4 Ống phân phối 22

3.4.4.1 Cảm biến áp suất ống phân phối 23

3.4.4.2 Bộ giới hạn áp suất ống phân phối 24

3.4.5 Vòi phun 24

CHƯƠNG IV: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ .27

4.1 Sơ đồ mạch hệ thống điều khiển điện tử 27

4.2 Cấu tạo, hoạt động của bộ điều khiển động cơ ECU 28

4.2.1 Sơ đồ chân ECU 29

4.2.2 Ý nghĩa ký hiệu và giá trị tiêu chuẩn các chân ECU 29

4.2.3 Dạng sóng của các cảm biến và bộ chấp hành 33

4.2.3.1 Van điều khiển hút 33

4.2.3.2 Tín hiệu điều khiển kim phun (IJT): 34

4.2.3.3 Tín hiệu phản hồi kim phun (INJF): 34

4.2.3.4 Tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam (Ne, G): 34

4.2.3.5 Tín hiệu điều khiển tuần hoàn khí xả EGR 35

4.2.3.6 Tín hiệu điều khiển mô tơ bướm ga (LUSL): 35

4.2.3.7 Tín hiệu tốc độ xe (SPD): 36

4.2.3.8 Tín hiệu đương truyền CANH, CAN+ 36

4.2.3.9 Tín hiệu CANL,CAN- 36

4.2.4 Mạch cấp nguồn ECU 37

4.2.5 Các chức năng điều khiển chính của ECU 37

4.2.5.1 Điều khiển lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu 37

a Điều khiển lượng nhiên liệu phun 37

b Điều khiển thời điểm phun 39

4.2.5.2 Điều khiển áp suất nhiên liệu 40

4.2.5.3 Điều khiển tốc độ không tải 41

4.2.5.4 Điều khiển tuần hoàn khí xả EGR 41

4.3 Cấu tạo, hoạt động của bộ khuếch đại tín hiệu EDU 42

4.3.1 Cấu tạo bộ điều khiển điện tử EDU 43

4.3.2 Mạch cấp nguồn EDU 44

4.4 Các cảm biến và các tín hiệu đầu vào của hệ thống 45

4.4.1 Cảm biến vị trí bàn đạp ga VPA 45

4.4.2 Cảm biến vị trí bướm ga (van cắt cửa nạp) VTA (VLU) 46

4.4.3 Cảm biến vị trí trục cam G (TDC) 47

4.4.4 Cảm biến vị trí trục khuỷu NE 48

4.4.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát THW(ECT) 50

4.4.6 Cảm biến nhiệt độ khí nạp THA 51

4.4.7 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu THF 53

4.4.8 Cảm biến áp suất nhiên liệu PCR1 54

4.4.9 Cảm biến lưu lượng khí nạp (VG) 55

4.4.10 Cảm biến tốc độ xe 56

4.4.11 Cảm biến áp suất tua bin tăng áp PIM 57

4.4.12 Cảm biến vị trí van EGR 59

4.4.13 Tín hiệu công tắc đèn phanh 60

4.4.14 Tín hiệu máy khởi động STA 60

4.5 Các tín hiệu đầu ra 61

4.5.1 Tín hiệu van điều khiển hút 61

4.5.2 Tín hiệu điều khiển kim phun 62

4.5.3Cảm biến góc mở bướm ga và tín hiệu điều khiển mô tơ bướm ga ……… 63

4.5.4 Tín hiệu điều khiển mở van EGR 65

CHƯƠNG V:CÁC DẠNG HƯ HỎNG, CHUẨN ĐOÁN VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG COMMON RAIL 66

5.1 Các dạng hư hỏng thường gặp 66

5.1.1 Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu 66

5.1.2 Các hư hỏng của bơm cao áp 67

5.1.3 Các hư hỏng của vòi phun 68

5.1.4 Các hư hỏng của ống dẫn nhiên liệu 68

5.1.5 Các hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến 68

5.2 Khắc phục các hư hỏng hệ thống nhiên liệu 68

5.2.1 Lọc nhiên liệu 68

5.2.2 Bơm cấp liệu 69

5.2.3 Ống phân phối 70

5.2.4 Vòi phun 70

5.2.5 Ống cấp liệu 70

5.3 Kỹ thuật chuẩn đoán hệ thống nhiên liệu Common Rail của động cơ -KD-FTV 71

5.3.1 Các thuật ngữ trong chuẩn đoán 72

5.3.2 Thông số hoạt động của hệ thống 73

5.3.3 Đọc và xóa mã lỗi hư hỏng 79

5.3.4 Chức năng dự phòng của hệ thống 82

5.3.5 Chức năng kích hoạt của IT-II 86

5.4 Công tác bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu Common Rail của động cơ -KD-FTV 87 5.4.1 Bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên (W1): 87

5.4.2 Bảo dưỡng sửa chữa định kỳ: 88

5.4.2.1 Bảo dưỡng định kỳ các cấp W2, W3, W4 ( Không tháo động cơ) .……… 88

5.4.2.2 Bảo dưỡng định kỳ cấp W5 89

5.4.2.3 Bảo dưỡng định kỳ cấp W6 89

KẾT LUẬN 90

KIẾN NGHỊ 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

LỜI NÓI ĐẦU

Đi lại, vận chuyển là nhu cầu lớn và không thể thiếu trong cuộc sống Vì thế,giao thông là một lĩnh vực quan trọng trong bất cứ thời đại nào của xã hội loài người.Khi nhắc đến lĩnh vực giao thông vận tải, người ta không thể không nghĩ đến lĩnh vựcvận tải đường bộ, là loại hình giao thông được phát triển khá sớm

Do nhu cầu càng cao của con người đã kéo theo sự gia tăng nhanh về số lượng

xe ô tô ngày càng nhanh trên phạm vi toàn thế giới Tuy nhiên, tình hình giao thôngngày càng phức tạp và nảy sinh ra các vấn đề cấp bách cần phải giải quyết như tainạn giao thông, ô nhiễm môi trường, khủng hoảng nhiên liệu,… Do đó, để giải quyếtcác vấn đề này, đòi hỏi ngành công nghệ ô tô phải áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiếntrong thiết kế, ứng dụng các nguyên vật liệu và công nghệ hiện đại để cho ra đờinhững chiếc xe ngày càng hoàn hảo với tính năng vận hành và tính an toàn vượt trội

Hệ thống Common Rail là hệ thống nhiên liệu hiện đại nhất hiện nay, nó đượctrang bị rộng rãi hầu hết trên các động cơ ngay cả động cơ xe cơ giới, tàu thủy Đây

là hệ thống hoàn toàn giải quyết được vấn đề cấp bách trên bao gồm các tính năngvượt trội như: giúp động cơ hoạt động êm dịu, giảm tiếng ồn, tiết kiệm nhiên liệu,giảm khí thải ra môi trường,…

Do đó, nhằm tìm hiểu hệ thống mới này, đồng thời hệ thống lại các kiến thức

đã học trong quá trình học tập trên giảng đường, cũng như trang bị kiến thức sau khi

ra trường, nhờ sự tận tình giúp đỡ, hướng dẫn của thầy Nguyễn Nhựt Duy, sự ủng hộcác thầy trong bộ môn, sự chia sẻ các bạn đồng ngiệp, tôi đã thực hiện đề tài “Nghiêncứu hệ thống Common Rail- Denso trên động cơ 2KD-FTV, Toyota Hiace”

Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu này, do thời gian và sự hiểu biết

có giới hạn, nên không khỏi sự thiếu sót, mong nhận được sự đóng góp quý báu củacác thầy, các bạn

Cần Thơ, ngày 14 tháng 4 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Thạch Minh Du

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC LỊCH SỬ HỆ THỐNG COMMON RAIL

Vào những năm 1892, Rodlf Diesel , kỹ sư người Đức đã đăng ký bằng sángchế đầu tiên về loại động cơ phun dầu, sau này được mang tên ông Từ đó đến nayloại động cơ này đã có được rất nhiều cải tiến để đến sự hoàn thiện vào những nămđầu thập niên 70 của thế kỷ XX

Từ ban đầu khi động cơ này ra đời, hầu như tất cả các hệ thống đều được điềukhiển bằng cơ khí nên công suất động cơ, tiêu hao nhiên liệu, các chế độ hoạt độngcủa động cơ chưa được hoàn thiện trong quá trình sử dụng và gây rất nhiều khó khăncho người sử dụng Do đó, với cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật ra đời vào nhữngnăm 50, 60 của thế kỷ XX đã có tác dụng tích cực làm thay đổi khả năng tự độngđiều khiển của động cơ, với sự trợ giúp chủ yếu của các cảm biến, các bộ xử lý vàcác bộ thừa hành làm cho quá trình điều khiển động cơ thích ứng với điều kiện làmviệc nhanh hơn và chính xác hơn rất nhiều so với các hệ thống điều khiển cơ khí,thuỷ lực thường dùng trước đây Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải quyết cácvấn đề:

- Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiênliệu-không khí

- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp - Điều chỉnhdạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun để làm giảmlượng Hidrocacbon (HC)

- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả (EGR: Exhaust Gas Recirculation).Hiện nay, các nhược điểm của HTNL Diesel đã được khắc phục bằng cải tiếncác bộ phận như: Bơm cao áp, vi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứngdụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ Đó là hệ thống nhiên liệuCommon Rail Diesel

Robert Huber (Thụy Sĩ) là người đầu tiên phát minh ra hệ thống Common RailDiesel vào cuối những năm 60 Sau đó, công trình này được tiến sĩ Marco Ganser củaviện nghiên cứu kỹ thuật Thụy Sĩ tại Zurich tiếp tục nghiên cứu và phát triển Đếngiữa 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 trêncác xe tải nặng, và bán ra thị trường vào 1995 Năm 1996 bắt đầu bổ sung hệ thốngnày cho xe chở hành khách.Năm 1999 lần đầu tiên hệ thống Common Rail xuất hiện

ở thị trường châu Âu

Đến năm 2002 tập đoàn Denso đã giới thiệu CRS 1800 thanh - hệ thốngCommon Rail tiên tiến nhất thế giới ra thị trường Hệ thống này đã áp ứng hoàn toànquy định khí thải EURO 4 – tiêu chuẩn khí thải đối với xe chở hành khách thuộc thế

hệ mới từ ngày 1 tháng 1 năm 2005

Hiện nay, hầu hết tất cả động cơ xe ô tô, ngay cả động cơ xe cơ giới, tàu thủy…đều được trang bị phổ biến hệ thống này với nhiều tên gọi khác nhau như: Toyota vớitên D-4D, Mercedes với tên CDI, Huyndai với tên CRDi, Peugoet với tên HDI, Hondavới tên i-CTDi, Mazda với tên CiTD

CHƯƠNG II

GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC ĐỘNG CƠ 2KD-FTV CỦA TẬP ĐOÀN

DENSO TRÊN ÔTÔ TOYOTA HIACE

2.1 Khái quát chung

Động cơ 2KD-FTV của hãng TOYOTA là loại động cơ Diesel tua bin tăng áp

và sử dụng hệ thống phun dầu trực tiếp thông qua đường dẫn dầu chung CommonRail Động cơ có công suất lớn 75KW/3600 v/ph ,gồm 4 xy lanh được đặt thẳng hàng

và làm việc theo thứ tự nổ 1-3-4-2, hệ thống phối khí của các xupap được dẫn độngbằng đai và bánh răng với cách bố trí 4 xupap (DOHC) trên một xy lanh tạo đượcchất lượng nạp và thải (nạp đầy, thải sạch), nhằm tăng công suất động cơ, giảm đượclượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường Với hệ thống phun nhiên liệu dieselbằng hệ thống tích luỹ nhiên liệu, điều khiển bằng ECU và hệ thống tuần hoàn khí xảtạo cho động cơ luôn làm việc ở chế độ an toàn và hiệu quả cao.

Hình 2.1 Xe Toyota Hiace

92,00 * 93,80 mm

Công suất cực đại 75kW/ 3600 v/pMomen xoắn cực đại 260N.m/1600~2600v/p

2.3 Các bộ phận chính của động cơ

2.3.1 Thân máy

- Là nơi chứa và lắp đặt các cơ cấu và các hệ thống của động cơ

- Được chế tạo bằng thép hợp kim

- Bổ sung nhiều gân tăng cứng giúp giảm rung động

2.3.3 Thanh truyền và bạc thanh truyền

- Thanh truyền làm bằng thép có độ bền cao

- Giữa 2 nắp thanh truyền có chốt định vị để tăng tính ổn định khi lắp ráp

- Bạc thanh truyền làm bằng nhôm và có vấu định vị

Hình 2.5 Thanh truyền và bạc thanh truyền

2.3.4 Trục khuỷu và bạc trục khuỷu

- Trục khuỷu có 5 cổ trục và 8 khối cân bằng

- Bạc trục khuỷu được doa tinh sẽ đạt được khe hở dầu tối ưu Do đó cải thiệntrạng thái khởi động lạnh và giảm được rung động của động cơ

- Nửa bạc trên có rãnh dầu dọc theo lòng chu vi

Hình 2.6 Thanh truyền và bạc thanh truyền

2.3.5 Cơ cấu xu páp

- Mỗi xy lanh có 2 xu-páp nạp xả với các cửa nạp/xả rộng hơn sẽ tăng cườnghiệu quả nạp và xả

- Các xu páp được mở/ đóng trực tiếp bằng trục cam

- Đai cam dẫn động trục cam nạp, sau đó trục cam xả được trục cam nạp dẫnđộng thông qua bánh răng

- Trục cam và xu páp

Hình 2.7 Cơ cấu xu páp

- Con đội xu páp là loại không dùng căn đệm điều chỉnh

- Cần thay thế con đội xu páp để đạt được khe hở thích hợp

1.Bánh răng dẫn động cam nạp ; 2 Cam nạp ; 3.Bánh răng dẫn động cam xả

;

4 Cam xả ; 5 Cam ;6.Lò xo xupap ; 7.Xupap

Hình 2.8 Trục cam và xu páp

2.3.6 Hệ thống bôi trơn

- Lỗ phun dầu của piston nằm dưới đáy piston

- Mỗi vòi phun dầu đều có van 1 chiều để ngăn chặn việc bơm dầu khi áp suấtdầu động cơ là thấp

Hình 2.9 Hệ thống bôi trơn

2.3.7 Hệ thống làm mát động cơ

Động cơ 2KD-FTV có hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡngbức, kiểu kín, nước tuần hoàn trong hệ thống nhờ bơm ly tâm được dẫn động từ trụckhuỷu

Hình 2.10 Hệ thống làm mát động cơ

2.3.8 Tua bin tăng áp

- Là loại gọn nhẹ, được làm mát bằng áo nước tại ổ bạc giúp cải thiện tínhnăng nạp

- Van cửa xả sẽ điều khiển áp suất tăng áp của tua bin, vận hành bằng cơ cấu

cơ khí tùy vào áp suất của tua bin

Hình 2.11 Tua bin tăng áp

2.3.9 Van tuần hoàn khí xả EGR

Van EGR được lắp trên đường xả do được làm mát nên cho phép lượng khí xảlớn hơn đi qua Một cảm biến vị trí van EGR sẽ đo được trục tiếp vị trí của van, giátrị đo này được ECu trực tiếp theo dõi để hiệu chỉnh chính xác độ mở của van Van

cơ, giảm nồng độ NO, tùy theo lệnh từ ECU, van tuần hoàn khí xả điều chỉnh lượngkhí xả vào lại đường ống nạp Đường ống dẫn khí xả vào vòng phía sau thân máy.

Hình 2.12 Van EGR

- Điều khiển áp suất nhiên liệu

- Điều khiển lượng phun

- Điều khiển thời điểm phun

Ngoài ra, hệ thống còn có chức năng phụ đó là giảm độ độc hại của khí thải vàlượng nhiên liệu tiêu thụ , tăng tính an toàn, thoải mái và tiện nghi

3.2 Ưu, nhược điểm của hệ thống

3.2.1 Ưu điểm

- Tiêu hao nhiên liệu thấp

- Giảm khí độc hại gây ô nhiễm môi trường

- Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn

- Cải thiện tính năng động cơ

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

3.2.2 Nhược điểm

- Thiết kế và chế tạo phức tạp đòi hỏi có ngành công nghệ cao

- Khó xác định và lắp đặt các chi tiết Common Rail trên động cơ cũ

- Giá thành cao

3.3 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống

3.3.1 Sơ đồ, cấu tạo của hệ thống

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống Common Rail

Hệ thống Common Rail 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 cócông dụng hút nhiên liệu từ thùng chứa sau đó nén nhiên liệu lên áp suất cao và chờtín 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, bộ khuyếch đạiđiện áp để mở kim phun EDU, các cảm biến đầu vào và bộ chấp hành ECU thu thậpcác 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 điều khiển phunđến EDU để EDU điều khiển mở kim phun Ngoài ra hệ thống điều khiển điện tử còntính toán và điều khiển áp suất nhiên liệu và tuần hoàn khí xả

3.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Common Rail

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động Common Rail

Bơm cấp liệu hút nhiên liệu bình chứa qua bầu lọc để lọc sạch các chất cặn bẩn

và tách nước rồi đến bơm Van điều khiển hút (SCV) sẽ dẫn nhiên liệu sạch đến cácpiston Các piston nén nhiên liệu chảy qua van phân phối đến ống phân phối Nhiênliệu trong ống phân phối sau đó sẽ được đưa đến các vòi phun để phun vào các xy-lanh nhờ vào tín hiệu điều khiển mở kim phun từ EDU

Lượng nhiên liệu thừa từ bơm cao áp, ống phân phối, vòi phun theo ống hồiquay trở lại bình nhiên liệu

3.4 Cấu tạo, chức năng của các chi tiết trong hệ thống

Hình 3.3 Sơ đồ vị trí phân bố của hệ thống Common Rail trên xe

Hình 3.4 Vị trí phân bố các chi tiết của hệ thống trên động cơ

3.4.1 Thùng chứa nhiên liệu

Thùng chứa nhiên liệu được làm từ vật liệu chống ăn mòn và giữ không cho bị

rò rỉ nhiên liệu ở áp suất gấp đôi áp suất hoạt động bình thường Thùng nhiên liệuphải được gắn chặt ở cổ nối với lọc nhiên liệu để không bị rò rỉ nhiên liệu khi xe bịxóc nhẹ hoặc đang vào đường vòng hoặc đang lên dốc Ngoài ra, xe thùng nhiên liệuphải phân bố xa với động cơ ở một khoảng cách an toàn để tránh cháy nổ

3.4.2 Lọc nhiên liệu

Hình 3.5 Bình lọc nhiên liệu

Lọc nhiên liệu có công dụng tách nước và cặn bẩn lẫn trong nhiên liệu trướckhi đưa đến bơm cao áp Lọc nhiên liệu có lõi lọc bằng giấy, vỏ ngoài bằng nhựa vàđược lắp thêm:

- Bơm tay để bơm mồi nhiên liệu từ thùng chứa lên bơm cao áp khi tháo lắp hệthống

- Công tắc cảnh báo mực nước lắng đọng trong lọc và tình trạng nghẹt lọc đểhiển thị đèn cảnh báo tình trạng lọc nhiên liệu Khi mực nước trong cốc lọc cao, đènbáo trên đồng hồ táp lô sẽ nháy liên tục Khi lọc nghẹt, đèn báo sẽ luôn sáng

Hình 3.6 Đèn báo lọc nhiên liệu

3.4.3 Bơm cao áp

Bơm cao áp sử dụng loại 2 piston đặt lệch nhau 1800, được dẫn động bởi trụckhủy động cơ qua cơ cấu bánh răng Bơm cao áp có công dụng hút nhiên liệu từ thùngchứa và nén nhiên liệu lên áp suất cao khoảng 1500 ~ 1800 bar khi hệ động cơ hoạtđộng, bao gồm các bộ phận chi tiết và chức năng sau:

Hình 3.7 Cấu tạobơm cao áp

Cụm chi tiết Chức năng

Bơm cấp liệu Hút nhiên liệu từ bình NL đưa vào pittôngVan điều khiển Điều khiển áp suất NL trong bơm cao áp

SCV (van điều khiển hút) Điều khiển lượng NL đưa vào pittông

Bộ

phận bơm

Cam khôngđồng trục Quay cam vòng

Cam vòng Quay pittông

piston Luân phiên hút và nén NL

Van hút Ngăn không để nhiên liệu đã bị nén

chảy ngược về SCV

Van phân phối Đẩy NL mà pittông bơm lên vào ống

phân phốiCảm biến nhiệt độ NL Kiểm tra nhiệt độ NL

Khi động cơ hoạt động, trục bơm quay làm cam lệch tâm quay kéo vòng camdịch chuyển lên xuống Khi vòng cam dịch chuyển xuống, lò xo hồi piston A kéopiston A di chuyển xuống tạo chân không trong buồng bơm.Van nạp piston Amở,nhiên liệu được hút vào buồng bơm A Đồng thời với piston A hoạt động ở phahút, piston B bị vòng cam di chuyển xuống đẩy xuống dưới, nhiên liệu trong buồngpiston B bị nén đến khi áp suất trong buồng bơm lớn hơn áp suất ở ống phân phối,van

bi phía xả mở,nhiên liệu thoát ra ngoài đi đến ống phân phối Khi gối cam lệch tâmquay xuống vị trí thấp nhất, piston A cũng di chuyển hết hành trình hút, piston B dichuyển hết hành trình nén nhiên liệu, quá trình diễn ra ngược lại piston A bắt đầunén, piston B bắt đầu hút

Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động của bơm cao áp

3.4.3.1 Bơm cấp liệu

Bơm cấp liệu sẽ hút nhiên liều từ bình nhiên liệu đến hai pittông thông quaphin lọc và SCV (van điều khiển hút) Trục điều khiển quay rô to trong và ngoài củabơm nạp Khi rô to quay làm thay đổi thể tích buồng bơm, sẽ hút nhiên liệu vào bộphận hút và bơm nhiên liệu ra khỏi bộ phận xả

1 Rô to ngoài, 2 Rô to trong, 3 Buồng hút, 4 Buồng xả

Hình 3.7 Bơm cấp liệu

3.4.3.2 Van điều khiển

Van điều khiển giữ cho áp suất nạp nhiên liệu (áp suất xả) thấp hơn một mứcnhất định Nếu tốc độ bơm tăng và áp suất bơm tăng cao hơn mức van điều khiển chophép, van sẽ sử dụng lực lò xo để mở và đưa nhiên liệu về phía hút

Hình 3.10 Van điều khiển

3.4.3.3 Van điều khiển hút (SCV)

Van SCV dùng loại van điện từ, hoạt động nhờ tín hiệu xung hệ số tác dụng từECU, có công dụng điều khiển lượng nhiên liệu nạp vào buồng bơm:

- Nếu dòng đến SCV trong 1 thời gian dài, cường độ trung bình của dòng điệnchạy đến cuộn dây tăng, van kim sẽ mở ra ngoài, SCV mở rộng hơn Do đó, lượngnhiên liệu hút tăng

Hình 3.11 Van SCV mở nhiều

- Nếu dòng đến SCV trong 1 thời gian ngắn Cường độ trung bình của dòngđiện chạy đến cuộn dây giảm, lực lò xo sẽ hút van kim vào, SCV mở hẹp đi Do đó,lượng nhiên liệu hút giảm.

Hình 3.12 Van SCV mở ít

3.4.3.4 Bộ phận bơm

Cam không đồng trục được gắn vào trục quay và vòng cam, cụm piston và vanhút được gắn tì lên vòng cam Khi trục quay, bánh cam sẽ quay không đồng trục,vòng cam sẽ di chuyển lên và xuống làm cho pittông di chuyển lên và xuống

3.4.3.5 Van phân phối

1 Thân van 2 Van bi 3 Lò xo 4 Giá đỡ 5 Pittông

Hình 3.14 Van phân phối

Van phân phối của bơm được hợp nhất thành một cụm Do đó, nó bao gồm 1van bi, lò xo, giá đỡ Khi áp suất ở pittông vượt quá áp suất trong ống phân phối, van

bi sẽ mở để xả nhiên liệu ra

3.4.4 Ống phân phối

Ống phân phối được chế tạo bằng gang đúc, thành ống dày để chịu được áp suấtcao ( > 1800 bar) Ống phân phối chứa nhiên liệu được nén từ bơm cao áp và đưa đếncác vòi phun của xylanh Ngay cả khi kim phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối đểphun thì áp suất nhiên liệu trong ống vẫn không đổi Điều này thực hiện nhờ sự co giãncủa nhiên liệu Áp suất nhiên liệu được đo bằng cảm biến áp suất trên ống phân phối

và được duy trì bởi van điều khiển áp suất nhằm giới hạn áp suất tối đa là 180 MPa.Cảmbiến áp suất ống phân phối ,bộ giới hạn áp suất và một van xả áp suất được gắn trênống phân phối

Hình 3.17 Ống phân phối

3.4.4.1 Cảm biến áp suất ống phân phối

Cảm biến áp suất ống phân phối dùng để đo áp suất nhiên liệu thực tế trong ốngphân phối và truyền tín hiệu đến ECU động cơ

Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất đường ống thông qua một đầu mở và phầncuối được bịt kín bởi màng cảm biến Thành phần chính của cảm biến là một thiết bịbán dẫn gắn trên màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện Tín hiệu

do cảm biến tạo ra được đưa vào mạch khuếch đại tín hiệu và đưa đến ECU

1.Mạch điện, 2 Màng so, 3 Màng của phần tử cảm biến, 4 Ống dẫn áp suất,

5 Ren lắp ghép

Hình 3.18 Cảm biến áp suất phân phối

Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc :

Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị Sự biếndạng (khoảng 1 mm ở áp suất 180 MPa) là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thayđổi điện trở dẫn đến sự thay đổi điện thế ở mạch cầu điện trở

Điện áp thay đổi trong khoảng 0-70 mV (tùy thuộc áp suất tác động) và đượckhuếch đại bởi mạch khuếch đại đến 0,5 V- 4.5V

2 3 4 5 1

3.4.4.2 Bộ giới hạn áp suất ống phân phối

1.Đế van ; 2 Thân van ; 3 Lò xo van ; 4 Piston 5 Lỗ dầu ; 6 Van ; 7 Đườngdầu vào cao áp ; 8 Đường dầu hồi

Hình 3.19 Bộ giới hạn áp suất ống phân phối

Ở áp suất hoạt động bình thường (tối đa là 180MPa), lò xo đẩy piston xuốnglàm kín ống Khi áp suất của hệ thống vượt quá mức, piston bị đẩy lên trên do áp suấtcủa dầu trong ống thắng lực căng của lò xo Nhiên liệu có áp suất cao được thoát rathông qua van và đi vào đường dầu trở lại bình chứa Khi van mở, nhiên liệu rời khỏiống vì vậy áp suất trong ống giảm xuống, van sẽ đóng lại khi áp suất trở lại mức xấp

xỉ 30 MPa

3.4.5 Vòi phun

Vòi phun của động cơ 2KD-FTV sử dụng vòi phun loại X2, đây là loại vòi phungọn, tiết kiệm năng lượng điều khiển từ với ống phun hai chiều Kim phun 6 lỗ tia,đường kính lỗ tia 0.14mm, hoạt động với điện áp 85V

Tuỳ theo tín hiệu từ ECU động cơ, vòi phun phun nhiên liệu được nén trong ốngphân phối vào buồng đốt của động cơ với thời điểm phun và lượng nhiên liệu phun

ra (thời gian mở kim phun) hợp lí nhất tùy theo chế độ làm việc của động cơ Thờiđiểm phun và lượng phun được điều khiển bằng van điện từ dưới sự điều khiển củaECU

Ống phân phối

Lổ tiết lưu nhỏ

Cửa xả

Buồng B

Van điều khiển hai chiều đóng mở đầu ra để điều khiển áp suất trong buồngđiều khiển cũng như tắt bật chu trình phun.

Khi chưa có tín hiệu phun từ ECU, cuộn dây điện từ chưa được cấp điện, lò

xo hồi nén van điều khiển xuống bịt kín lỗ tiết lưu lớn, áp suất nhiên liệu tác dụng lênmặt trên piston điều khiển thắng lực lò xo nén van kim nên nén lò xo van kim lại làmvan kim đóng kín lỗ tia, nhiên liệu không phun ra.

Hình 3.21 Chưa có tín hiệu phun

Khi có dòng chạy đến cuộn dây từ, lực từ sẽ kéo van lên trên, do đó mở đầu ra

và cho nhiên liệu chạy đến buồng điều khiển rồi ra ngoài Khi nhiên liệu chảy ra, ápsuất trong buồng điều khiển giảm và kéo pittông điều khiển lên, van kim cũng đi lên

và bắt đầu phun

Nhiên liệu đi qua đầu ra sẽ chảy bên dưới ống rò xăng và pittông điều khiển,nâng pittông lên và tăng cường phản ứng mở và đóng của miệng Khi dòng điện tiếptục tác dụng lên cuộn dây từ, kim miệng được đẩy lên cao nhất, do đó tốc độ phuncũng đạt mức cao nhất Khi ngắt dòng điện đến cuộn dây, van từ đi xuống, làm kimmiệng đóng đột ngột và ngừng phun

Hình 3.22 Khi có tín hiệu phun

CHƯƠNG IV

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

4.1 Sơ đồ mạch hệ thống điều khiển điện tử

Hình 4.1 Sơ đồi khối hệ thống điều khiển điện tử

- Điều khiển nhjp mát chân IREL đóng rờ le EDU cấp nguồn cho EDU

- Điều khiển cấp nguồn chân GREL để đóng rờ le, đồng thời nhịp mát chânGIND để đèn báo sáng trong khoảng 10 giây

- Cấp nguồn và nhận các tín hiệu từ các cảm biến mặc dù động cơ chưa hoạtđộng

- Điều khiển nhịp mát chân W để đèn MIL sáng, đồng thời truyền các thôngtin mã lỗi đến đầu nối DLC3

Khi khóa điện bật sang vị trí ST2: Ngoài những điều khiển như khóa điện ở vịtrí IG2, ECU nhận tín hiệu ST và đồng thời cấp nguồn đóng rơ le máy khởi động chomáy khởi động hoạt động cho đến khi động cơ khởi động được (lúc đó động cơ hoạtđộng ở tốc độ khoảng 500 v/p), ECU hiểu là động cơ đã khởi động xong và rơ le máykhởi động ngắt khi khóa điện tar về vị trí IG2

Khi động cơ đã khởi động xong và khóa điện tar về vị trí IG2 thực hiện cácđiều khiển như khi ở vị trí IG2 ban đầu, các điều khiển khác tùy theo tình trạng hoạtđộng của động cơ

4.2 Cấu tạo, hoạt động của bộ điều khiển động cơ ECU

ECU động cơ điều khiển hệ thống phun nhiên liệu và toàn bộ động cơ ECUđộng cơ nhận các tín hiệu từ các cảm biến để điều khiển hoạt động của động cơ Sau

đó ECU sẽ tính toán môt lượng nhiên liệu phù hợp với điều kiện vận hành của động

cơ, chuyển thông tin này đến các chi tiết khởi động, và điều khiển các chi tiết này đểđộng cơ luôn vận hành tốt nhất

1.Các cảm biến

2 Các chi tiết chấp hànhHình 4.2 Sơ đồ ECU

4.2.1 Sơ đồ chân ECU

4.2.2 Ý nghĩa ký hiệu và giá trị tiêu chuẩn các chân ECU

Bảng 4.1 Bảng ý nghĩa ký hiệu chân ECU

Ký hiệu (Số

cực) Màu Dây Mô Tả Cực Điều kiện

Điều Kiện Tiêu Chuẩn

MREL

(B9-8)-E1 (D3-7) G-Y - BR Rơ le MAIN

10 giây sau khikhoá điện OFF

0 ~ 1.5V

VC (D118)

-E2 (D1-28) L-B - Y-R Nguồn cảm biến Khoá điện ON

4.5 ~5.5 VVPA (B9-22) -

VPA2 (B9-23)

- EPA2 (B9-29) B - W-R

Cảm biến vị trí bàn đạp

ga (để phát hiện hư hỏngcủa cảm biến)

Khóa điện ON, nhảhết bàn đạp ga

1.4 ~1.8 V

VPA2 (B9-23)

- EPA2 (B9-29) B - W-R

Cảm biến vị trí bàn đạp

ga (để phát hiện hư hỏngcủa cảm biến)

Khóa điện ON, nhảhết bàn đạp ga

3.7 ~5.0 V

VCPA (B9-26)

- EPA (B9-28) W - W-L

Nguồn của cảm biến vịtrí bàn đạp ga (choVPA1)

Không tải, nhiệt độkhông khí nạp 20°C(68°F)

0.5 ~3.4 V

0.2 ~1.0 VSTA (B9-7) -

E1 (D3-7) R - BR Tín hiệu máy khởi động Quay khởi động

6.0 Vhay hơn

Tạoxung(xemdạngsóng 2)

G1 (D323)

-G- (D3-31) R - G Cảm biến vị trí trục cam Không tải

Tạoxung

(xemdạngsóng 4)

E1 (D3-7) R-W - BR Công tắc đèn phanh

Khóa điện ON, đạpbàn đạp phanh

7.5 ~ 14VSTP (B7-15) -

E1 (D3-7) R-W - BR Công tắc đèn phanh

Khóa điện ON, nhảbàn đạp phanh

0 ~ 1.5VST1- (B7-14) -

E1 (D3-7) R-L - BR

Công tắc đèn phanh(người với STP)

Khóa điện ON, đạpbàn đạp phanh

0 ~ 1.5VST1- (B7-14) -

E1 (D3-7) R-L - BR

Công tắc đèn phanh(người với STP)

Khóa điện ON, nhảbàn đạp phanh

7.5 ~ 14V

Khóa điện ON,bánh xe chủ độngquay chậm

Tạoxung(xemdạngsóng 7)SIL (B9-18) -

E1 (D3-7) W - BR Cực SIL của DLC3

Nối máy chẩn đoánvới giắc DLC3

TạoxungPIM (D3-28) -

E2 (D1-28) P - Y-R

Cảm biến áp suất tuyệtđối khí nạp

Cấp chân không 40kPa (300 mmHg,11.8 in.Hg)

1.3 ~1.9 VPIM (D3-28) -

E2 (D1-28) P - Y-R

Cảm biến áp suất tuyệtđối khí nạp Áp suất khí trời

2.4 ~3.1 VPIM (D3-28) -

E2 (D1-28) P - Y-R

Cảm biến áp suất tuyệtđối khí nạp

Cấp áp suất 170 kPa(1,275 mmHg, 50.2in.Hg)

3.7 ~4.3 VIREL (B9-10) -

E1 (D3-7) R-L - BR Rơle EDU Khoá điện OFF 9 ~ 14 v

IREL (B910)

-E1 (D3-7) R-L - BR Rơle EDU Không tải

0 ~ 1.5VTACH (B9-4) -

E1 (D3-7) B-Y - BR Tốc độ động cơ Không tải

TạoxungPCR1 (D1-26) -

E2 (D1-28) P - Y-R

Cảm biến áp suất ốngphân phối (chính) Không tải

1.3 ~1.8 VGREL (B9-15)

- E1 (D3-7) G - BR Rơle bugi sấy Quay khởi động 9 ~ 14 vGREL (B9-15)

- E1 (D3-7) G - BR Rơle bugi sấy Không tải

0 ~ 1.5VTHF (D1-29) -

E2 (D1-28) R-L - Y-R

Cảm biến nhiệt độ nhiên

0.5 ~3.4 VALT (D1-8) -

E1 (D3-7) W - BR Tỷ lệ hiệu dụng máy phát Không tải

Tạoxung

PCV+ (D12)

-PCV- (D1-1) P - Y-R Van điều khiển hút Không tải

Tạoxung( dạngsóng 1)

INJF (D125)

Tạoxung(xemdạngsóng 3)VLU (D3-29) -

E2 (D1-28) R-L - Y-R Cảm biến vị trí bướm ga

Khoá điện ON,Bướm ga mở hoàntoàn

2.8 ~4.2 V

VLU (D329)

-E2 (D1-28) R-L - BR Cảm biến vị trí bướm ga

Khóa điện ON,bướm ga đóng hoàntoàn

0.3 ~0.9 V

Tạoxung(xemdạngsóng 6)

EGR (D39)

-E1 (D3-7) B-W - BR E-VRV cho EGR Khoá điện ON

Tạoxung(xemdạngsóng 5)