Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 2KD-FTV trên xe Toyota Hiace

5 ép lò xo làm van trượt dịch chuyển vè phía trước điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào bơm pit ton.. Lượng nhiên liệu hút vào tăng hay giảm tuỳ thuộc vào cường độ dòng điện đi qua van, nếu dòng đến SCV trong một thời gian dài thì cường độ trung bình của dòng điện chạy đến cuộn dây tăng khi đó van 2 đóng lại lượng nhiên liệu qua ít, còn nếu dòng đến SCV trong một thời gian ngắn, cường độ trung bình của dòng điện chạy đến cuộn dây giảm khi đó van mở lớn. Do đó lượng nhiên liệu hút tăng. Hình 4-17 Van SCV 1- lò xo ; 2- Van trượt ; 3- nma châm điện ; 4- rắc cắm điện ; 5- Lỏi sắt ; A- Khoang chứa nhiên liệu vàoB. Khoang nhiên liệu ra. *Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu. Hình 4-18 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 1- Nhiệt điện trở ; 2- Thân cảm biến ; 3- Giắc cắm Cảm biến này nhận biết nhiệt độ nhiên liệu bằng nhiệt điện trở bên trong, lắp trực tiếp trên bơm cao áp. Nhiên liệu sẽ bay hơi kém khi nhiệt độ nhiên liệu thấp, vì vậy cần hỗn hợp đậm. Vì thế khi nhiệt độ nhiên liệu thấp, điện trở của nhiệt điện trở tăng lên và tín hiệu điện áp THF cao được đưa đến ECU. Dựa trên tín hiệu này ECU sẽ tăng lượng nhiên liệu phun vào làm cải thiện khả năng tải trong quá trình hoạt động của động cơ. Ngược lại khi nhiệt độ nhiên liệu cao, một tín hiệu điện áp thấp THF gửi đến ECU làm giảm lượng nhiên liệu phun. Hình 4-19 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nhiên liệu Do điện trở R trong ECU và nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ nhiên liệu được nối tiếp nên điện áp THF thay đổi khi điện trở của nhiệt điện trở thay đổi. b. Ông trữ nhiên liệu áp suất cao ( ống phân phối ) Ngay cả khi kim phun lấy nhiên liệu từ ống phân phối để phun thì áp suất nhiên liệu trong ống vẫn không đổi. Điều này thực hiện nhờ sự co giãn của 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 160 MPa. Ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao dùng để chứa nhiên liệu áp suất cao. Đồng thời, sự dao động của áp suất cao do bơm cao áp tạo ra sẽ được giảm chấn bởi thể tích của ống. Ống tích trữ áp suất cao này dùng chung cho tất cả các xi lanh. Do đó tên nó là ‘’ đường ống chung ‘’ (Common Rail). Ngay cả khi một lượng nhiên liệu mất đi khi phun, ống vẫn duy trì áp suất thực tế bên trong không đổi. Điều này đảm bảo cho áp suất phun của kim không đổi từ khi kim mở. Hình 4-20 Cấu tạo ống tích trữ nhiên liệu cao áp 1- Ống Rail ; 2- Cảm biến áp suất ; 3- Đầu nối với nhiên liệu cao áp từ bơm cao áp ; 4- Đầu nối cao áp với vòi phun ; 5- Van ổn định áp suất ; 6- Đường hồi nhiên liệu Để thích hợp với các điều kiện lắp đặt khác nhau trên động cơ, ống phải được thiết kế với nhiều kiểu để phù hợp với bộ hạn chế dòng chảy và dự phòng chổ để gắn các cảm biến, van điều khiển áp suất, van hạn chế áp suất. Thể tích bên trong của ống thường xuyên được điền đầy bằng nhiên liệu có áp suất. Khả năng nén của nhiên liệu được tận dụng để tạo hiệu quả tích trữ. Khi nhiên liệu rời khỏi ống để phun ra thì áp suất thực tế trong bộ tích trữ nhiên liệu áp suất cao vẫn được duy trì không đổi. Sự thay đổi áp suất là do bơm cao áp thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào phần nhiên liệu vừa phun. Trên ống Rail có lắp cảm biến áp suất theo dõi áp suất nhiên liệu trong ống đồng thời làm tín hiệu gửi về ECU tính toán và một van giới hạn áp suất nhiên liệu trong ống, khi áp suất nhiên liệu vượt qua giới hạn cho phép trong ống van 160 MPa sẽ mở cho nhiên liệu chảy về bình chứa theo đường dầu hồi. *Van giới hạn áp suất. Hình 4-21 Van giới hạn áp suất 1- Đế van ; 2- Thân van ; 3- Lò xo van ; 4- Piston 5- Lỗ dầu ; 6- Van ; 7- Đường dầu vào cao áp ; 8- Đường dầu hồi Van giới hạn áp suất là một thiết bị cơ khí gồm các thiết bị sau : - Phần có ren ngoài để lắp vào ống. - Một piston di chuyển. - Một lò xo. Tại phần cuối chỗ nối với ống có một buồng với một đường dẫn dầu có phần đui hình côn mà piston đi xuống sẽ làm kín bên trong buồng. Ở áp suất hoạt động bình thường (tối đa là 160MPa), lò xo đẩy piston xuống làm kín ống. Khi áp suất của hệ thống vượt quá mức, piston bị đẩy lên trên do áp suất của dầu trong ống thắng lực căng của lò xo. Nhiên liệu có áp suất cao được thoát ra thông qua van và đi vào đường dầu trở lại bình chứa. Khi van mở, nhiên liệu rời khỏi ống vì vậy áp suất trong ống giảm xuống, van sẽ đóng lại khi áp suất trở lại mức xấp xỉ 30 MPa . *Cảm biến áp suất nhiên liệu. Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời trong ống phân phối và báo về ECU với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh. Nhiên liệu chảy vào cảm biến áp suất đường ống thông qua một đầu mở và phần cuối được bịt kín bởi màng cảm biến. Thành phần chính của cảm biến là một thiết bị bán 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. Hình 4-22 Cảm biến áp suất trên ống phân phối 1- Mạch điện ; 2- Màng so ; 3- Màng của phần tử cảm biến. 4- ỐNg dẫn áp suất ; 5- Ren lắp ghép. Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc : - Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị. Sự biến dạng (khoảng 1 mm ở áp suất 160 MPa ) là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thay đổi 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 được khuếch đại bởi mạch khuếch đại đến 0,5 V- 4.5V. Việc kiểm soát một cách chính xác áp suất của ống là điều bắt buộc để hệ thống hoạt động đúng. Đây cũng là nguyên nhân tại sao cảm biến áp suất ống Rail phải có sai số nhỏ trong quá trình đo. Trong dải hoạt động của động cơ, độ không chính xác khi đo cho phép khoảng 2%. Nếu cảm biến áp suất ống bị hỏng thì van điều khiển áp suất sẽ được điều khiển theo giá trị định sẵn trong ECU. c. Vòi phun Vòi phun được sử dụng vòi phun kín, thời điểm phun và lượng phun được điều khiển bằng van điện từ dưới sự điều khiển của ECU. Hoạt động của vòi phun có thể chia làm 4 giai đọan chính khi động cơ làm việc và bơm cao áp tạo ra áp suất cao : - Kim phun đóng (khi có áp lực dầu tác dụng). - Kim phun mở (bắt đầu phun). - Kim phun mở hoàn toàn. - Kim phun đóng (kết thúc phun). Các giai đoạn hoạt động là kết quả của sự phân phối lực tác dụng lên các thành phần của kim phun. Khi động cơ dừng lại và không có áp suất trong ống phân phối, lò xo kim đóng kim phun. * Kim phun đóng (ở trạng thái nghĩ):. Nhiên liệu từ Rail đến vòi và theo đường ống dẫn sẽ đi đến buồng điều khiển 7 thông qua tiết lưu 10 buồng điều khiển được nối với đường dầu về thông qua lỗ xả 17 được điều khiển bởi van từ 8 (solenoid). Khi không có dòng điện chạy đến cuộn dây từ 9 thì lực lò xo 18 lớn hơn áp suất trong buồng điều khiển, do đó van từ 8 bị đẩy xuống đóng lỗ xả 17 lại, vì thế áp suất tác dụng lên piston điều khiển 5 và nén lò xo 4 cao hơn áp suất dầu tại thân ty kim 2. Kết quả là kim bị đây xuống dưới và làm kín lỗ phun với buồng đốt. * Khi kim phun mở ( bắt đầu phun ). Khi cuộn dây từ có dòng điện, lực hấp dẫn của cuộn dây từ sẽ kéo van từ 8 lên trên lỗ xả 17 mở nhiên liệu chảy ra. Điều này làm cho áp suất ở buồng điều khiển giảm xuống, kết quả là áp lực tác dụng lên piston điều khiển cũng giảm theo. Khi áp suất trên piston điều khiển giảm xuống thấp hơn áp suất tác dụng lên ty kim, thì áp suất tại ty kim thắng lực ép lò xo 4 cho kim phun mở ra và nhiên liệu phun vào buồng đốt qua các lỗ phun. Hình 4-23 Kết cấu vòi phun1- Lỗ phun ; 2- Kim phun ; 3- Khoang chứa Diesel kim phun ; 4- Lò xo ; 5- Piston điều khiển ; 6- Đầu nối ống dầu hồi ; 7- Khoang điều khiển ; 8- Van từ ; 9- Cuộn dây từ ; 10- Lỗ tiết lưu ;11- Đầu nối đường ống cao áp ; 12- Thân vòi phun ; 13- Ecu ;14- Đầu nối đến EDU ;15- Đường dầu vào ; 16- Đường dầu hồi ; 17- Lỗ xả ; 18- Lò xo * Kim phun mở hoàn toàn: Nhiên liệu qua đầu ra rồi chảy bên dưới ống rò nhiên liệu và piston điều khiển, nâng piston lên và tăng cường phản ứng đóng mở cửa miệng. Khi dòng điện tiếp tục tác dụng lên cuộn dây từ, kim phun lên cao nhất làm cho tốc độ phun đạt mức cao nhất (kim phun mở hoàn toàn) * Kim phun đóng (kết thúc phun ). Khi dòng điện qua van điện từ bị ngắt, lò xo đẩy van từ đi xuống và van từ đóng lỗ xả lại. lỗ xả đóng đã làm cho áp suất trong buồng điều khiển van tăng lên thông qua lỗ nạp. Áp suất này tương đương với áp suất trong ống rail và làm tăng lực tác dụng lên đỉnh piston điều khiển. Lực này cùng với lực của của lò xo bây giờ cao hơn lực tác dụng của buồng chứa và ty kim đóng lại. Tốc độ đóng của ty kim phụ thuộc vào dòng chảy của nhiên liệu qua lỗ nạp. æ Đầu kim phun. Thiết kế của đầu phun được quyết định bởi : - việc kiểm soát nhiên liệu phun ra (thời điểm và lượng nhiên liệu phun theo góc độ trục cam); - việc điều khiển nhiên liệu (số lỗ tia, hình dạng nhiên liệu phun ra và sự phun sương tơi nhiên liệu, sự phân phối nhiên liệu trong buồng cháy, mức độ làm kín buồng cháy). Hình 4-24 Cấu tạo đầu kim phun lỗ tia hở 1- Lỗ phun ; 2- Đầu kim ; 3- Thân kim ; 4- Kim phun ; 5- Buồng áp suất 6- Trục định hướng ; 7- Đường dầu vào ; 8- Ecu ; 9- Đế thân kim Hiện nay có hai loại đầu phun dùng cho Common Rail : Đầu phun lỗ tia hở và đầu phun lỗ tia kín. Lỗ tia phun được định vị nhờ vào hình nón phun. Số lượng lỗ tia và đường kính của chúng dựa vào : - Lượng nhiên liệu phun ra. - Hình dạng buồng cháy. - Sự xoáy lốc trong buồng cháy. Đối với cả hai loại lỗ tia hở và lỗ tia kín thì phần cạnh của lỗ tia có thể được gia công bằng phương pháp ăn mòn hidro nhằm mục đích ngăn ngừa sự mài mòn sớm của cạnh lỗ tia gây ra bởi các phần tử mài mòn và giảm sai lệch dung lượng phun. Để giảm lượng hidrocacbon thải ra, thể tích nhiên liệu điền đầy ở đầu của tia kim cần thiết phải giữ ở mức độ nhỏ nhất. Việc này được thực hiện tốt nhất với loại đầu phun loại tia kim. Lỗ tia của loại này được sắp xếp quanh một lỗ bao. Trong trường hợp đỉnh của đầu phun hình tròn, hay tùy thuộc vào loại thiết kế, lỗ tia được khoan bằng cơ khí hay bằng máy phóng điện (EDM- Electrical-Discharge Machine). Lỗ tia với đỉnh của đầu phun hình nón thì luôn được khoan bằng phương pháp EDM. Đầu phun lỗ tia hở có thể được dùng với các loại lỗ bao với kích thước khác nhau như lỗ bao hình trụ và lỗ bao hình nón. Đầu phun của vòi phun động cơ 2KD-FTV sử dụng đầu phun lỗ tia hở có 6 lỗ phun có đường kính 0.14 mm cấu tạo như sau : æ Mạch điều khiển phun nhiên liệu EDU. EDU làm nhiệm vụ khởi động cao các vòi phun. EDU là thiết bị dùng điện thế cao bộ đôi DC/DC để mở các van từ với tốc độ cao . Các tín hiệu điều khiển : + IJt#1 đến 4 : Đầu vào cho các tín hiệu khởi động vòi phun từ ECU động cơ + IJf : Đầu ra cho các tín hiệu kiểm tra khởi động vòi phun (đến ECU động cơ) + COM : Đầu ra cao áp để tạo ra dòng không đổi đến các vòi phun. + IJ #1 đến 4 : Đầu ra để khởi động các vòi phun. + 1 Mạch cao thế. + 2 Mạch điều khiển. Hình 4-25 Sơ đồ mạch điều khiển phun nhiên liệu Thiết bị phát điện áp cao sẽ chuyển điện áp ắc quy thành điện áp cao cho ra đầu COM ổn định và không đổi đến vòi phun. ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến truyền đến xử lý rồi truyền tín hiệu đến đầu nối B thông qua E của EDU, mạch điều khiển EDU nhận tín hiệu này và xử lý truyền tín hiệu đến vòi phun từ đầu nối H thông qua K, khởi động vòi phun. Khi vòi phun khởi động EDU sẽ truyền tín hiệu xác định phun IJf đến ECU thông qua F, ECU nhận tín hiệu này sẽ kết thúc quá trình phun. d. Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao Những đường ống nhiên liệu này mang nhiên liệu áp suất cao. Do đó, chúng thường xuyên chịu áp suất cực đại của hệ thống và trong suốt quá trình ngưng phun. Vì vậy, chúng được chế tạo từ thép ống. Các đường ống nằm giữa ống phân phối và kim phun phải có chiều dài như nhau. Sự khác biệt chiều dài giữa ống phân phối và kim phun được bù bằng cách uốn cong ở các đường ống nối. Tuy nhiên, các đường ống này nên giữ càng thẳng càng tốt. 4.6. Các cảm biến và bộ điều khiển của hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV 4.6.1. Cảm biến vị trí van cắt đường nạp Van cắt của nạp được lắp trên cổ họng gió, gồm một cảm biến vị trí van cắt và môtơ điện từ quay. Nhằm mục đích cải thiện tính năng hoạt động của hệ thống EGR, giảm khói đen khi khởi động, giảm rung động và tiếng ồn nạp khi dừng. Hiện nay có các loại cảm biến vị trí van cắt đường nạp là: loại tuyến tính, loại tiếp điểm và loại phần tử Hall. Trong động cơ 2kD-FTV ta chọn loại phần tử Hall vì nó có những ưu điểm sau: Cảm biến này không chỉ phát hiện chính xác độ mở của bướm ga, mà còn sử dụng phương pháp không tiếp điểm và có cấu tạo đơn giản, vì thế nó không dễ bị hỏng. 1 2 3 Hình 4-26 Van cắt đường nạp 1-Cảm biến vị trí van cắt đường nạp ; 2-Van cắt cửa nạp ; 3- Môtơ điện Hình 4-27 Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí van cắt đường nạp Cảm biến vị trí van cắt đường nạp là loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng, các nam châm được lắp trên trục của van cắt và quay cùng với van cắt. Khi van cắt cửa nạp mở, các nam châm quay cùng một lúc, và các nam châm này thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây ra bởi sự thay đổi vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ cực VLU theo mức thay đổi này. Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở van. Hiệu ứng Hall. Hiệu ứng Hall làm độ chênh điện thế tại vị trí xảy ra dòng điện vuông góc với từ trường, khi một từ trường được đặt vuông góc với dòng điện chạy trong một dây dẫn. Ngoài ra, điện áp được tạo ra bởi độ chênh điện thế này thay đổi theo tỷ lệ với mật độ từ thông đặt vào. Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall dùng nguyên lý này để biến đổi sự thay đổi vị trí bướm ga (mở) nhằm thay đổi mật độ của từ thông để đo chính xác sự thay đổi của vị trí bướm ga. Hình 4-28 Mô tả hiệu ứng hall 4.6.2. Cảm biến vị trí bàn đạp ga   Cảm biến vị trí của bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn đạp ga (góc) thành một tín hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ.  Dùng làm tín hiệu để điều khiển lượng phun nhiên liệu, và thời gian phun nhiên liệu. Hình 4-29 Vị trí cảm biến vị trí bàn đạp ga Có hai loại cảm biến vị trí bàn đạp ga, loại tuyến tính và loại phần tử Hall. (1). Loại tuyến tính. Cảm biến này truyền các tin hiệu sau, một là tín hiệu VPA truyền điện áp theo đường thẳng trong toàn bộ phạm vi bàn đạp ga. Tín hiệu khác là tín hiệu VPA2, truyền điện áp bù từ tín hiệu VPA.  Cảm biến này có nhược điểm là không được tháo rời. Việc điều chỉnh vị trí yêu cầu độ chính xác rất cao khi lắp đặt cảm biến. Vì vậy, phải thay thế cả cụm bàn đạp ga khi cảm biến này bị hỏng. (2). Loại phần tử Hall Trên động cơ 2KD_FTV ta cũng chọn cảm biến vị trí bàn đạp ga loại phần tử Hail.Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này cơ bản giống như cảm biến vị trí van cắt cửa nạp loại phần tử Hall. Để đảm bảo độ tin cậy cao hơn, phải cung cấp một mạch điện độc lập cho từng hệ thống một. 1 2 3 Hình 4-30 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 1- Phần tử IC Hall ; 2- Nam châm ; 3- Cần bàn đạp ga V Hình 4-31 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga Cảm biến vị trí bàn đạp ga gồm các nam châm điện (2) lắp trên trục cần bàn đạp ga (3) quay cùng với sự biến đổi góc của cần bàn đạp ga. Khi cần bàn đạp ga đạp xuống (biến đổi góc) thì nam châm quay cùng trục cần có nghĩa là thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây ra bỡi sự thay đổi vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ cực VPA1 và VPA2 theo mức thay đổi này. Vị trí cực VCP1, VCP2 là vị trí mở hoàn toàn, EP1, EP2 vị trí đóng hoàn toàn Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu đạp ga. Cảm biến này không chỉ phát hiện chính xác thay đổi vị trí bàn đạp ga, mà còn sử dụng phương pháp không tiếp điểm và có cấu tao đơn giản, vì thế nó không dễ bị hỏng ,giảm việc chỉnh cần ga như chân ga cổ điển. 4.6.3. Các bộ tạo tín hiệu G và NE(Cảm biến trục cam,trục khuỷu ) Tín hiệu G và NE được tạo ra bởi cuộn nhận tính hiệu, bao gồm một cảm biến vị trí trục cam hoặc cảm biến vị trí trục khuỷu, và đĩa tín hiệu hoặc rôto tín hiệu. Thông tin từ hai tín hiệu này được kết hợp bởi ECU động cơ để phát hiện đầy đủ góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ.  a. Cảm biến vị trí trục cam (bộ tạo tín hiệu G) Cảm biến vị trí trục cam sử dụng loại cuộn dây điện từ, được lắp phía đầu động cơ, gần bơm cao áp, roto cảm biến có 5 răng. Cảm biến này phát hiện vị trí TDC của xylanh để gửi tín hiệu về ECU, cứ 2 vòng quay trục khuỷu động cơ sẽ có 5 xung tín hiệu xoay chiều phát ra và gửi về ECU. Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G này được chuyển đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu để xác định TDC (điểm chết trên) kỳ nén của mỗi xi lanh để xác định thời điểm phun và phát hiện góc quay của trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun. Hình 4-32 Cảm biến vị trí trục cam b. Cảm biến vị trí trục khuỷu NE Hình 4-33 Cảm biến vị trí trục khuỷu 1- Lõi sắt ; 2- Cuộn dây ; 3- Bộ tạo từ trường ; 4- Nam châm. Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 34 răng, 2 răng khuyết (khu vực 2 răng khuyết này là dùng để phát hiện tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xác định được 100 của góc quay trục khuỷu). Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE. ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bản và lượng phun cơ bản dựa vào tín hiệu này. Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở không khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi. Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh càng lớn. Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ. Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải. Hình 4-34 Sơ đồ mạch và dạng sóng tạo ra của cảm biến trục khuỷu và cam 1-Mạch đầu vào G ; 2- Mạch đầu vào NE ; 3- 34 xung mỗi 3600CA ; 4-1800CA 5- Xung mỗi 7200CA CHÚ Ý KHI SỬA CHỮA: Khi ECU động cơ không nhận được tín hiệu NE từ cảm biến này, ECU động cơ xác định rằng động cơ đã ngừng chạy, làm cho động cơ chết máy. 4.6.4. Cảm biến nhiệt độ nước, Cảm biến nhiệt độ khí nạp Cảm biến nhiệt độ nước đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ. Cảm biến nhiệt độ khí nạp này đo nhiệt độ của không khí nạp. Cảm biến nhiệt độ nước và cảm biến nhiệt độ khí nạp đã được gắn các nhiệt điện trở bên trong, mà nhiệt độ càng thấp, trị số điện trở càng lớn, ngược lại, nhiệt độ càng cao, trị số điện càng thấp. Và sự thay đổi về giá trị điện trở của nhiệt điện trở này được sử dụng để phát hiện các thay đổi về nhiệt độ của nước làm mát và không khí nạp. Điện trở được gắn trong ECU động cơ và nhiệt điện trở trong cảm biến này được mắc nối tiếp trong mạch điện sao cho điện áp của tín hiệu được phát hiện bởi ECU động cơ sẽ thay đổi theo các thay đổi của nhiệt điện trở này. Khi nhiệt độ của nước làm mát hoặc khí nạp thấp, điện trở của nhiệt điện trở sẽ lớn, tạo nên một điện áp cao trong các tín hiệu THV và THA.  a. Cảm biến nhiệt độ nước Cảm biến nhiệt độ nước đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ. Khi nhiệt độ của nước làm mát động cơ thấp, phải tăng tốc độ chạy không tải, tăng thời gian phun, góc đánh lửa sớm, v.v... nhằm cải thiện khả năng làm việc và để hâm nóng. Vì vậy, cảm biến nhiệt độ nước không thể thiếu được đối với hệ thống điều khiển động cơ.  Hình 4-35 Cảm biến nhệt độ nước làm mát 1-Điện trở ; 2- Thân cảm biến ; 3- Chất cách điện ; 4- Giắccắm ; 5- Đầu cắm điện Hình. 4-36 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát b. Cảm biến nhiệt độ khí nạp Hinh 4-37 Cảm biến nhiệt độ khí nạp Điên trở nhiệt NTC ; 2- Thân cảm biến ; 3- Lớp cáchđiện ; 4- Ổ nối dây Cảm biến nhiệt độ khí nạp này đo nhiệt độ của không khí nạp. Lượng và mật độ không khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ của không khí. Vì vậy cho dù lượng không khí được cảm biến lưu lượng khí nạp phát hiện là không thay đổi, lượng nhiên liệu phun phải được hiệu chỉnh. Tuy nhiên cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy trực tiếp đo khối lượng không khí. Vì vậy không cần phải hiệu chỉnh. Cảm biến nhiệt độ không khí nạp dùng nhận biết nhiệt độ không khí nạp và kết hợp với cảm biến áp suất để xác định lượng không khí nạp đi vào động cơ. Gồm một điện trở nhiệt loại NTC đặt ở đầu cảm biến nối với đầu ghim (4), thông qua lớp cách điện (3). Giá trị điện trở thay đổi khi nhiệt độ môi trường quanh nó (nhiệt độ khí nạp) thay đổi. Điện trở tăng khi nhiệt độ giảm và điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Điện trở loại này được gọi điện trở có hệ số nhiệt âm. Tuỳ theo nhiệt độ khí nạp mà PCM sẽ nhận tín hiệu điện thay đổi từ điện trở để tăng hoặc giảm lượng khí nạp phù hợp với tỉ lệ hoà trộn hỗn hợp không khí - nhiên liệu. Hình 4-38 Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở 1- Đường giá trị điện trở lý tưởng ; 2- Đường giá trị điện trở lớn nhất ; 3- Đường giá trị điện trở thấp nhất. 4.6.5. Cảm biến áp suất tăng áp Hình 4-39 Cảm biến áp suất tăng áp (áp suất không khí nạp) Hình 4-40 Sơ đồ mạch điện Cảm biến này gắn một IC cảm nhận áp suất đuờng nạp như một tín hiệu PIM. ECU dựa vào tính hiệu này xác định thời gian phun cơ bản. Cấu tạo gồm một chip silic kết hợp với một buồng chân không được duy trì ở độ chân không định mức, được gắn vào bộ cảm biến này. Một phía của chip này được lộ ra với áp suất đường ống nạp và phí bên kia thông với buồng chân không bên trong. Vì vậy không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn vì áp suất của đường ống nạp có thể đo được chính xác ngay cả khi độ cao này thay đổi. Một thay đổi về áp suất của đường ống nạp sẽ làm cho hình dạng của chip silic này thay đổi, và trị số điện trở của chip này dao động theo mức biến dạng này, tín hiệu điện áp mà IC biến đổi từ sự dao động của giá trị điện trở này gọi là tín hiệu PIM. 4.6.6. Cảm biến vị trí van EGR Hình 4-41 van EGR Hệ thống EGR dùng để khống chế NOx là bằng cách dùng sự tuần hoàn của khí thải. Khi nhiệt độ buồng đốt cao, bộ EGR sẽ nạp một mẫu nhỏ khí thải vào không khí nạp. Bộ van EGR được bố trí trên đường ống nạp. Nó bao gồm một cái vỏ, bên trong chứa một lò xo và một màng chân không và một cảm biến để xác định vị trí van EGR. Khi chân không trong vỏ gia tăng thì màng sẽ dịch chuyển kéo van đi lên và mở van để đưa một mẫu nhỏ khí thải vào đường ống nạp. Tín hiệu chân không được lấy từ đường ống nạp. Cảm biến vị trí van EGR sẽ đo trực tiếp vị trí mở của van, giá trị đo này được ECU động cơ theo dõi để hiệu chỉnh chính xác độ mở của van. 4.6.7. Bộ điều khiển điện tử (ECU – Electronic Control Unit) Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình, bao gồm các cảm biến kiểm soát liên tục tình trạng hoạt động của động cơ. Một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành.  Hình 4-42 Sơ hệ thống điều khiển động cơ a. Tổng quan về ECU Cơ cấu chấp hành luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến. Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết, để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ. ECU cũng đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ, giúp chuẩn đoán động cơ một cách hệ thống khi có sự cố xảy ra. Điều khiển động cơ bao gồm hệ thống điều khiển nhiên liệu, góc đánh lửa, góc phối cam, ga tự động, ... Bộ điều khiển, máy tính, ECU hay hộp đen là những tên gọi khác nhau của mạch điều khiển điện tử. Nhìn chung, đó là bộ tổ hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gửi đi các tín hiệu thích hợp. Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch in. Các linh kiện công suất của tầng cuối – nơi điều khiển các cơ cấu chấp hành được lắp với khung kim loại của ECU với mục đích giải nhiệt. Sự tổ hợp các chức năng trong mạch điều khiển (bộ tạo xung, bộ chia xung, bộ dao động đa hài điều khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao. b. Cấu tạo của bộ điều khiển điện tử * Bộ nhớ: Bộ nhớ trong ECU chia làm 4 loại: - ROM (Read Only Memory): Dùng trữ thông tin thường trực. Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không thể ghi vào được. Thông tin của nó đã được cài đặt sẵn, ROM cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý. - RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý. RAM có thể đọc và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ. RAM có hai loại: Loại RAM xóa được: Bộ nhớ sẽ mất khi mất dòng điện cung cấp. Loại RAM không xóa được: Vẫn giữ duy trì bộ nhớ cho dù khi tháo nguồn cung cấp. RAM lưu trữ những thông tin về hoạt động của các cảm biến dùng cho hệ thống tự chuẩn đoán. - PROM (Programmable Read Only Memory): Cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất như ROM. PROM cho phép sữa đổi chương trình điều khiển theo những đòi hỏi khác nhau. - KAM (Keep Alive Memory): KAM dùng để lưu trữ những thông tin mới (những thông tin tạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lý. KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho dù động cơ ngưng hoạt động hoặc tắt công tắc máy. Tuy nhiên, nếu tháo nguồn cung cấp từ acquy đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất. * Bộ vi xử lý (Microprocessor) Bộ vi xử lý có chức năng tính toán và ra quyết định. Nó là “bộ não” của ECU. Hình 3-43 Sơ đồ khối các hệ thống trong ECU với bộ vi xử lý * Đường truyền – BUS: Dùng để chuyển các lệnh và số liệu trong ECU. Ở những thế hệ đầu tiên, máy tính điều khiển động cơ dùng loại 4, 8, hoặc 16 bit phổ biến nhất là loại 4 và 8 bit. Máy tính 4 bit chứa rất nhiều lệnh vì nó thực hiện các lệnh logic tốt hơn. Tuy nhiên, máy tính 8 bit làm việc tốt hơn với các phép đại số, và chính xác hơn 16 lần so với loại 4 bit. Vì vậy, hiện nay để điều khiển các hệ thống khác nhau trên ôtô với tốc độ thực hiện nhanh và chính xác cao, người ta sử dụng máy tính 8 bit, 16 bit hoặc 32 bit. c. Cấu trúc bộ điều khiển điện tử Bộ phận chủ yếu của nó là bộ vi xử lý (Microprocessor) hay còn gọi là CPU (Control Processing Unit), CPU lựa chọn các lệnh và xử lý số liệu từ bộ nhớ ROM và RAM, chứa các chương trình và dữ liệu đã xử lý đến các cơ cấu thực hiện.Sơ đồ cấu trúc của CPU trên hình 3. Nó bao gồm cơ cấu đại số logic để tính toán dữ liệu, các bộ ghi nhận lưu trữ tạm thời dữ liệu và bộ điều khiển các chức năng khác nhau. Ở các CPU thế hệ mới, người ta thường chế tạo CPU, ROM, RAM trong một IC, gọi là bộ vi điều khiển (Microcontroller). Cấu trúc của ECU được trình bày trên hình 4-45. Hình 4-44  Sơ đồ khối cấu trúc của ECU Hình 4-45  Cấu trúc của CPU Bộ điều khiển ECU hoạt động trên cơ sở tín hiệu số nhị phân với điện áp cao biểu hiện cho số 1, điện áp thấp biểu hiện cho số 0. Mỗi một số hạng 0 hoặc 1 gọi là bit. Mỗi dãy 8 bit sẽ tương đương 1 byte hoặc 1 từ (Word). Byte này được dùng để biểu hiện cho một lệnh hoặc 1 mẫu thông tin. Hình 4-46 Chuỗi tín hiệu nhị phân d. Mạch giao tiếp vào/ra (I/O) - Bộ chuyển đổi A/D (Analog to Digital Converter) Dùng để chuyển các tín hiệu tương tự từ đầu vào, với sự thay đổi điện áp trên các cảm biến nhiệt độ, cảm biến bướm ga, …thành các tín hiệu số để bộ vi xử lý hiểu được. Hình 4-47 Mạch điện của bộ chuyển đổi A/D - Bộ đếm (Counter) Dùng để đếm xung, ví dụ như từ cảm biến vị trí piston rồi gửi lượng đếm về bộ vi xử lý. Hình 4-48  Mạch điện của bộ đếm - Bộ nhớ trung gian (Buffer) Chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông dạng số, nó không giữ lượng đếm như trong bộ đếm. Bộ phận chính là một transistor sẽ đóng mở theo cực tính của tín hiệu xoay chiều. Hình 4-49 Mạch điện của bộ nhớ trung gian - Bộ khuếch đại (Amplifier) Một số cảm biến có tín hiệu rất nhỏ nên trong ECU có thêm bộ khuếch đại tín hiệu. Hình 4-50  Mạch điện của bộ khuếch đại - Bộ ổn áp (Voltage regulator) Trong ECU thường có hai bộ ổn áp 5V và 12V. Hình 4-51  Mạch điện bộ ổn áp - Mạch giao tiếp ngõ ra Hình 4-52  Mạch điện giao tiếp ngõ ra Tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lý sẽ đưa đến các transistor công suất điều khiển relay, solenoid, motor,…Các transistor này có thể được bố trí bên trong hoặc bên ngoài ECU. 4.6.8. EDU ( Electronic Driver Unit ) EDU là một thiết bị phát điện cao áp. Do kim phun trong hệ thống nhiên liệu Common Rail hoạt động với điện áp cao (khoảng 85V), EDU đảm nhận nhiệm vụ khuếch đại điện áp từ 12V lên 85V để dẫn động mở kim phun. EDU được lắp giữa ECU và một bộ chấp hành, EDU khuếch đại điện áp của ắc quy và trên cơ sở các tín hiệu từ ECU sẽ kích hoạt vòi phun để phun nhiên liệu. Hình 4-53 Sơ đồ mạch điều khiển phun nhiên liệu Các tín hiệu điều khiển : + IJt#1 đến 4 : Đầu vào cho các tín hiệu khởi động vòi phun từ ECU động cơ + IJf : Đầu ra cho các tín hiệu kiểm tra khởi động vòi phun (đến ECU động cơ) + COM : Đầu ra cao áp để tạo ra dòng không đổi đến các vòi phun. + IJ #1 đến 4 : Đầu ra để khởi động các vòi phun. + 1 Mạch cao thế. + 2 Mạch điều khiển. 4.7. Các quá trình điều khiển phun nhiên liệu Quá trình điều khiển ECU và EDU điều khiển thời gian và lượng nhiên liệu phun chính xác vào động cơ. ECU thực hiện những tính toán cần thiết dựa vào những tín hiệu nhận được từ các cảm biến. Sau đó thì ECU sẽ xác định lượng phun và điều khiển thời điểm phun. 4.7.1. xác định lương phun ECU thực hiện ba chức năng sau để xác định lượng phun: - tính toán lượng phun cơ bản. - tính toán lượng phun tối đa. - so sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa. a. Tính toán lượng phun cơ bản Việc tính toán lượng phun cơ bản được thực hiện trên cơ sở các tín hiệu tốc độ động cơ và lực bàn đạp tác động lên bàn đạp ga. Tốc độ động cơ Góc mở bàn đạp ga Hiệu chỉnh ISC Công tắc A/C Nhiệt độ nước ECU Tính toán lượng phun cơ bản Hình 4-54 Sơ đồ tính toán lượng phun cơ bản b. Tính toán lượng phun tối đa Việc tính toán lượng phun tối đa được thực hiện trên cơ sở các tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ ( Cảm biến NE ), cảm biến nhiệt độ nước, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và áp suất tua-bin, cảm biến áp suất khí nạp. Tốc độ động cơ Nhiệt độ nước làm mát Nhiệt độ khí nạp Nhiệt độ nhiên liệu Áp suất không khí nạp Áp suất nhiên liệu ECU Tính toán lương phun tối đa Hình 4-55 Sơ đồ tính toán lượng phun tối đa -Điều chỉnh lượng phun +Điều chỉnh áp suất không khí nạp vào. Lượng phun được điều chỉnh phù hợp với áp suất không khí nạp vào (lưu lượng) +Điều chỉnh nhiệt độ không khí nạp vào. Tỉ trọng của không khí nạp vào (lượng không khí) thay đổi phù hợp với nhiệt độ không khí nạp vào. (Nhiệt độ không khí nạp vào thấp => điều chỉnh tăng lượng phun). Hình 4-56 Sơ đồ điều chỉnh lượng phun theo áp suất và nhiệt độ khí nạp +Điều chỉnh nhiệt độ nhiên liệu Nhiệt độ nhiên liệu cao => điều chỉnh tăng lượng phun. +Điều chỉnh động cơ lạnh .Nhiệt độ nước làm mát thấp => điều chỉnh tăng lượng phun. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu ECU Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECU Hình 4-57 Sơ đồ điều chỉnh lượn phun theo nhiệt độ nhiên liệu và nhiệt độ nước làm mát +Điều chỉnh áp suất nhiên liệu. Những thay đổi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối được phát hiện trên cơ sở các tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu. Nếu áp suất nhiên liệu thấp hơn áp suất dự định thì thời gian mở vòi phun sẽ được kéo dài. -Tính toán lượng phun tối đa ECU so sánh lượng phun cơ bản đã tính toán và lượng phun tối đa và xác định lượng nhỏ hơn làm lượng phun. 4.7.2. Xác định thời điểm phun ECU so sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế để xác định thời điểm phun. Thời điểm phun phun cơ bản của hệ thống nhiên liệu động cơ 2KD-FTV được xác định thông qua tốc độ động cơ và góc mở bàn đạp ga và bằng cách thêm một giá trị điều chỉnh dựa trên cơ sở nhiệt độ nước và áp suất không khí nạp (lưu lượng). ECU sẽ gửi các tín hiệu phun tới EDU và làm sớm hoặc làm muộn thời điểm phun để điều chỉnh thời điểm bắt đầu phun. Tốc độ động cơ Góc mở bàn đạp ga Nhiệt độ làm mát Áp suất /khối lượng không khí nạp vao ECU Thời điểm phun cơ bản Giá trị điều chỉnh Xác định thơi điểm phun EDU Vòi phun Hình 4-58 Sơ đồ xác định thời điểm phun 4.7.3. Đièu khiển lượng phun trong khi khởi động Tín hiệu của máy khởi động Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECU + Lượng phun cơ bản Điều chỉnh Xác định lượng phun Hình 4-59 Sơ đồ điều chỉnh lượng phun khi khởi động Lượng phun khi khởi động được xác định bằng việc điều chỉnh lượng phun cơ bản phù hợp với các tín hiệu ON của máy khởi động (thời gian ON) và các tín hiệu của cảm biến nhiệt độ nước làm mát. Khi động cơ nguội, nhiệt độ nước làm mát sẽ thấp hơn và lượng phun sẽ lớn hơn. Hình 4-60 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến lượng phun khi khởi động Thời điểm bắt đầu phun cũng được điều chỉnh phù hợp với tín hiệu của máy khởi động, nhiệt độ nước và tốc độ động cơ. Khi nhiệt độ nước thấp, nếu tốc độ động cơ cao thì điều chỉnh thời điểm phun sẽ sớm lên. Tín hiệu của máy khởi động Nhiệt độ nước làm mát Tốc độ động cơ ECU Nhiệt độ nước làm mát thấp, số vòng quay của động cơ cao Thời điểm phun mong muốn Thời điểm phun điều chỉnh sớm lên Hình 4-61 Sơ đồ điều chỉnh thời điểm phun khi khởi động 4.7.4. Phun trước Hệ thống nhiên liệu common rail sử dụng phun trước. Trong hệ thống phun trước một lượng nhỏ nhiên liệu được phun đầu tiên trước khi việc phun chính được thực hiện. Khi việc phun chính bắt đầu thì lượng nhiên liệu được bắt lửa làm cho nhiên liệu của quá trình phun chính được đốt đều và êm. Phun có hệ phun trước Phun thông thường Nâng vòi phun Áp suất xi lanh Hình 4-62 So sánh phun có hệ phun trước và phun thong thường 4.7.5. Điều khiển tốc độ không tải Góc mở bàn đạp ga Nhiệt độ nước làm mát Nhiệt độ nhiên liệu Tín hiệu tốc độ xe Tín hiệu của máy khởi động Tín hiệu trung gian Công tắc AC Công tắc bộ sửi chạy điện Tính toán tốc độ mong muốn So sánh Điều chỉnh lượng phun Phát hiện tốc độ Cảm biến tốc độ động cơ ECU EDU Vòi phun Hình 4-63 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ không tải Dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến, ECU tính tốc độ mong muốn phù hợp với tình trạng lái xe. Sau đó, ECU so sánh gía trị mong muốn với tín hiệu (tốc độ động cơ) từ cảm biến tốc độ động cơ và điều khiển vòi phun để điều khiển lượng phun nhằm điều chỉnh tốc độ không tải. ECU thực hiện điều khiển chạy không tải (để cải thiện hoạt động làm ấm động cơ) trong quá trình chạy không tải nhanh khi động cơ lạnh, hoặc trong quá trình hoạt động của điều hoà nhiệt độ/ bộ gia nhiệt. Ngoài ra, để ngăn ngừa sự giao động tốc độ không tải sinh ra do sự giảm tải động cơ khi công tắc A/C được tắt, và lượng phun được tự động điều chỉnh trước khi tốc độ động cơ giao động. 4.7.6. Điều khiển giảm rung động khi chạy không tải Điều khiển này phát hiện các giao động về tốc độ động cơ khi chạy không tải sinh ra do các khác biệt trong bơm hoặc vòi phun và điều chỉnh lượng phun đối với từng xi lanh. Do đó, sự rung động và tiếng ồn không tải được giảm xuống. Lượng phun được điều chỉnh sao cho tất cả các trị số trở nên bằng nhau. Hình 4-64 Điều khiển giảm rung động khi chạy không tải 4.7.7. Điều khiển áp suất nhiên liệu Lượng phun cơ bản Lượng phun tối đa Lượng phun Điều chỉnh Tốc độ động cơ Xác định áp suất nhiên liệu cần thiết SCV ECU Hình 4-65 Sơ đồ điều khiển áp suất nhiên liệu Một áp suất nhiên liệu đáp ứng các điều kiện vận hành của động cơ được tính toán phù hợp với lượng phun nhiên liệu thực tế đã được xác định trên cơ sở tín hiệu từ các bộ cảm biến và tốc độ động cơ. ECU sẽ phát các tín hiệu đến van SCV để điều chỉnh áp suất nhiên liệu ra bởi bơm cung cấp. 5. Tìm hiểu các dạng hư hỏng, cách khắc phục và chẩn đoán 5.1. Các dạng hư hỏng thường gặp ở hệ thống nhiên liệu 5.1.1. Các hư hỏng bơm cao áp Cặp piston-xylanh bơm cao áp bị mòn : do có lẫn tạp chất cơ học có trong nhiên liệu tạo ra các hạt mài, khi piston chuyển động trong xylanh các hạt mài này gây mòn piston-xylanh. Trong quá trình làm việc cặp piston-xylanh bơm cao áp thường bị mòn và cào xước bề mặt ở các khu vực cửa nạp, cửa xả của xylanh, và cạnh đỉnh piston. Do điều kiện làm việc của pittông-xylanh bơm cao áp chịu áp lực cao, mài mòn... , nên trong hành trình nén áp lực dầu tác dụng lên các phần trên đầu piston không cân bằng gây ra va đập. Điều đó làm cho phần đầu pittông và xylanh mòn nhiều nhất. Khi pittông-xylanh mòn làm áp suất nhiên liệu trong thời kỳ nén nhiên liệu giảm, áp suất nhiên liệu đưa đến vòi phun không đúng giá trị qui định gây ảnh hưởng đến chất lượng phun nhiên liệu. Lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình giảm, động cơ không phát huy được công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tăng. 5.1.2. Các hư hỏng của vòi phun Lỗ phun bị tắc hoặc giảm tiết diện : do trong quá trình sử dụng muội than bám vào đầu vòi phun làm tắc lỗ phun. Trong nhiên liệu và quá trình cháy tạo ra các axít ăn mòn đầu vòi phun làm ảnh hưởng đến chất lượng phun. Kim phun mòn : tăng khe hở phần dẫn hướng làm giảm áp suất phun, lượng nhiên liệu hồi tăng lên giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng cháy. Công suất động cơ giảm. Lò xo van điện từ bị giãn : Khi đó chỉ cần một lực nhỏ cũng có thể nâng được kim phun lên. Do đó nhiên liệu phun vào buồng cháy không tơi, nhỏ giọt. Động cơ không khởi động được, khi động cơ làm việc thì công suất không cao, động cơ hoạt động có khói đen. Kẹt kim phun : Do nhiệt độ từ buồng cháy truyền ra làm cho kim phun nóng lên và giãn nở. Do sự giãn nở không đồng đều làm tăng ma sát giữa kim phun và phần dẫn hướng làm kim phun khó di chuyển. 5.1.3. Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu Lõi lọc quá cũ, bẩn gây mất chức năng lọc dẫn đến tắc lọc. Cặn bẩn, tạp chất nhiều trong cốc lọc gây tắc lọc giảm tính thông qua của lọc. 5.1.4. Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu Các đường ống hở không khí lọt vào làm động cơ không nổ. Tại các điểm nối bị hở, ống bị thủng. Làm rò rỉ nhiên liệu, nhiên liệu không cung cấp đến bơm cao áp hay vòi phun, nhiên liệu cung cấp không đủ áp suất làm động cơ không nổ. Các đường ống bị va đập làm dẹp, các chỗ uốn bị gãy gây trở lực lớn trong đường ống hoặc bị tắc ống dẫn. Các van an toàn, van một chiều lắp trên đường ống không điều chỉnh đúng áp lực mở theo qui định. 5.1.5. Hư hỏng hệ thống điện tử và các cảm biến Đối với các hư hỏng này phải dùng các pan mà nhà chế tạo cung cấp để phát hiện các triệu chứng. Để khắc phục các hư hỏng này thì thường phải thay mới. 5.2. Khắc phục các hư hỏng hệ thống nhiên liệu 5.2.1. Bơm cao áp Bơm cao áp bị hư ta thay bơm mới, ta thiết lập giá trị ban đầu, cân lượng nhiên liệu cung cấp từ bơm cấp liệu. Cài đặt giá trị lượng nhiên liệu cung cấp từ bơm cao áp vào ECU sau khi thay mới. 5.2.2. Ống phân phối Nếu ống phân phối bị hỏng ta chỉ việc thay mới, không thao rã ống phân phối. 5.2.3. Vòi phun Sau khi sữa chữa vòi phun hoặc thay mới thì phải cài đặt lại thông số hiệu chỉnh lượng phun cho vòi phun. 5.3. Phương pháp chẩn đoán Ở đây ta chẩn đoán theo trạng thái hoạt động của động cơ. 5.3.1. Động cơ không tải, không êm, bị rung động Bảng 5-1 Bảng chẩn đoán động cơ không tải, không êm, bị rung động Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đoán chính Khu vực chẩn đoán có liên quan 1. Không tải không êm hay rung do có quá trình cháy không bình thường 2. Rung khi xe khởi hành do hư hỏng của hệ thống ly hợp 1. Hư hỏng trong vòi phun - Chuyển động của piston vòi phun trục trặc - Vòi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội ở vòi phun - Hư hỏng mạch điện vòi phun 2. Hư hỏng hệ thống ly hợp - Hệ thống ly hợp (rung khi xe khởi động) - Mã hiệu chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu - Gối đỡ động cơ - Rò rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống đóng đường nạp - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Bơm cao áp - Van xả áp - EDU (Nếu P0200 thiết lập đồng thời) - Nhiên liệu chất lượng thấp - Sửa đổi xe - ECU 5.3.2. Động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch Bảng 5-2 Bảng chẩn đoán động cơ có tiếng gõ, kêu lạch cạch Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đoán chính Khu vực chẩn đoán có liên quan 1. Tiếng gõ và âm thanh không bình thường do áp suất cháy đặc biệt cao 2. Âm thanh không bình thường do ma sát giữa các chi tiết 1. Hư hỏng vòi phun - Chuyển động của piston trong vòi phun bị hỏng - Vòi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội trong vòi phun - Hỏng mạch vòi phun 2. Áp suất ống phân phối không bình thường - Bơm cao áp - Âm thanh xung áp nhiên liệu - Không khí trong nhiên liệu 3. Ma sát giữa các chi tiết 4. Áp suất nén - Mã hiệu chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu - Rò rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống đóng đường nạp - Cảm biến áp suất nhiên liệu - Cảm biến áp suất tuyệt đối đường nạp - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Cảm biến áp suất khí quyển (bên trong ECU) - Sửa đổi xe - Nhiên liệu chất lượng thấp - Thiếu nhiên liệu - ECU 5.3.3. Động cơ yếu, bị ì Bảng 5-3 Bảng chẩn đoán động cơ yếu, bị ì Trạng thái hư hỏng Khu vực chẩn đoán chính Khu vực chẩn đoán có liên quan 1. Động cơ bị yếu do lượng phun nhiêu liệu không bình thường (hỏng bơm cấp áp) 2. Động cơ bị yếu do lượng khí nạp vào thiếu (Hỏng tuabin tăng áp hay đoạn ống xả trước hay bộ trung hòa khí xả bị tắc) 1. Hư hỏng vòi phun - Chuyển động của píttông trong vòi phun bị hỏng - Vòi phun kẹt đóng - Vòi phun kẹt mở - Muội trong vòi phun - Hỏng mạch vòi phun 2. Áp suất ống phân phối không bình thường - Bơm cao áp 3. Lượng khí nạp không bình thường - Tuabin tăng áp - Đoạn ống xả trước bị tắc - Bộ trung hòa khí xả bị tắc - Van xả áp (P1271 được thiết lập) - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Rò rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống nạp khí - Hệ thống EGR - Hệ thống nhiêu liệu bị tắc - Hệ thống đóng đường nạp - Áp suất nén - Mã điều chỉnh vòi phun - Rò rỉ nhiên liệu - Bugi sấy - Cảm biến áp suất nhiên liệu - EDU (Nếu P0200 được thiết lập) - Sửa đổi xe - Nhiên liệu chất lượng thấp - Nhiên liệu bị đông cứng - ECU 5.4. Công tác bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu common rail lắp trên động cơ 2KD-FTV Kế hoạch bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên là rất cần thiết để động cơ luôn luôn có được chất lượng tốt và độ tin cậy tối đa. Sự sẵn sàng hoạt động, sự an toàn khi hoạt động cũng như chi phí vận hành, bảo dưỡng sửa chữa và chăm sóc động cơ là thấp nhất. Hệ thống Common Rail sử dụng các cấp bảo dưỡng sau : óBảo dưỡng sửa chữa thường xuyên (W1) : Bao gồm nội dung kiểm tra có tính chất thường xuyên nhằm khắc phục các hư hỏng xảy ra trong vận dụng. Công tác bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên W1 được thực hiện hàng ngày (tương ứng với 25 h hoạt động của động cơ). óBảo dưỡng sửa chữa định kỳ : Bảo dưỡng sửa chữa theo các cấp qui định là việc bảo dưỡng sửa chữa mang tính chất dự phòng. Các cấp bảo dưỡng qui định cụ thể như sau : + W2 : Tương ứng với 250 giờ hoạt động của động cơ. + W3 : Tương ứng với 1000 giờ hoạt động của động cơ. + W4 : Tương ứng với 2000 giờ hoạt động của động cơ. + W5 : Tương ứng với 8000 giờ hoạt động của động cơ. + W6 : Tương ứng với 24000 giờ hoạt động của động cơ. Hệ thống nhiên liệu của động cơ cũng tuân theo các qui định về bảo dưỡng và sửa chữa như động cơ. Nội dung các công việc trong các kỳ bảo dưỡng cụ thể như sau : óCấp bảo dưỡng sửa chữa W1: Bộ phận kiểm tra Công việc kiểm tra Bộ phận xả khí Kiểm tra màu khí xả Két làm mát khí nạp Kiểm tra đường ống xả nước ở chổ nước ra Lọc khí nạp Kiểm tra đồng hồ đo áp lực hút khí nạp Nhiên liệu Kiểm tra mức nhiên liệu ó Các cấp bảo dưỡng sửa chữa W2,3,4: Không tháo động cơ. Bộ phận kiểm tra Công việc kiểm tra Cấp Đường dẫn khí nạp Kiểm tra các hư hỏng, độ kín mặt hút W2,3,4 Hệ thống xả khí Kiểm tra và xả nước W3,4 Lọc khí nạp Vệ sinh W3,4 Đường dẫn khí nạp Kiểm tra khóa đóng khí nạp W3,4 Hệ thống xả khí Kiểm tra các liên kết bulông, sự ngăn cách của ống xả và tăng áp W3,4 W3,4 Bầu lọc thô Vệ sinh W3,4 Bầu lọc kép Xả nhiên liệu thay lõi lọc W3,4 Hệ thống khí nạp Kiểm tra áp lực khí nạp W4 Lọc khí nạp Thay lõi lọc W4 Két làm mát khí nạp Vệ sinh đường ống xả nước W4 Vòi phun cao áp Tháo ra, kiểm tra, thay roăng làm kín, thay đầu vòi phun mới nếu cần W4 óCấp bảo dưỡng và sửa chữa W5 : Ngược lại với các cấp W2,3,4 không tháo động cơ, ở cấp W5 một số bộ phận của động cơ được tháo. Những công việc sau được thực hiện và kiểm tra. Bộ phận kiểm tra Công việc kiểm tra Mặt quy lát Giải thể mặt quy lát, cân chỉnh lại vòi phun Bộ phối khí Tháo gỡ cò mổ và kiểm tra Ống dẫn khí nạp Giải thể, vệ sinh, thay mới roăng làm kín Ống xả tiêu âm Vệ sinh thay mới roăng Két làm mát khí nạp Tháo gỡ vệ sinh kiểm tra độ kín Ống xả Tháo gỡ vệ sinh thay mới roăng làm kín và lớp bảo vệ Bơm cao áp Tháo gỡ và kiểm tra lưu lượng bơm và độ kín, kiểm tra khớp nối, thời điểm phun Bộ cô lập máy Kiểm tra tính hoạt động ó Cấp bảo dưỡng và sửa chữa W6: Nhất thiết phải tháo toàn bộ động cơ và kiểm tra toàn bộ. ó Các công việc bảo dưỡng động cơ khi động cơ ngừng làm việc lâu : Nếu động cơ phải ngừng làm việc lâu, thì trong đường hút khí nạp phải được phun dầu bôi trơn. Sau đó tác động lên bộ tắc máy và cho động cơ quay bằng hệ thống đề. 6. Kết luận. Sau khi nghiên cứu và thiết kế hệ thống nhiên liệu Common Rail lắp trên động cơ 2KD-FTV thì trên cơ sở lí thuyết ta thấy rằng : Sử dụng hệ thống Common Rail cho động cơ nói chung là rất có lợi không những về kinh tế mà còn làm giảm rõ rệt mức độ ô nhiễm môi trường so với động cơ Diesel nguyên thủy. Động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail có các đặc điểm sau : Khả năng tạo hơi nhiên liệu tốt vì phun nhiên liệu với áp suất cao khoảng 1800 bar, các sản vật cháy ít độc hại hơn nhiều lần so với hệ thống nhiên liệu Diesel bình thường, vì quá trình cháy hoàn thiện hơn. Ngoài sự ưu việt về mặt môi trường động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail còn hàng loạt các ưu điểm khác : Động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail có đặc điểm là tồn trữ nhiên liệu ở áp suất cao khi sử dụng phun ở áp suất cao hơn. Nên nhiên liệu cháy hoàn toàn, không tạo ra các sản phẩm phụ khác, ít tạo khói, ít tạo ra muội than và khói thấp hơn động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu Diesel bình thường nên cải thiện rất nhiều vấn đề ô nhiễm không khí. Đối với hệ thống Common Rail lượng khí nạp được cảm nhận bằng cảm biến và đưa về ECU, ECU nhận giá trị này cùng với các giá trị từ các cảm biến khác gởi về xử lí và cho ra một lượng nhiên liệu chu trình thích hợp cho từng chế độ tốc độ của động cơ. do lượng phun được điều khiển chính xác bằng ECU theo sự thay đổi về tốc độ động cơ và tải trọng nên có thể phân phối đều đến từng xylanh. Mặt khác, tỷ lệ khí - nhiên liệu có thể điều khiển tự do (vô cấp) nhờ ECU bằng việc thay đổi thời gian hoạt động của vòi phun (khoảng thời gian phun nhiên liệu). Vì thế hỗn hợp khí - nhiên liệu được phân phối đều đến tất cả các xylanh và tạo ra được tỷ lệ tối ưu. Chúng có ưu điểm trong cả việc kiểm xoát khí xả lẫn tính năng phát huy về công suất. Do đó có thể cấp hỗn hợp khí - nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh. Xét về mức độ phát ô nhiễm thì hệ thống có đặc tính là không độc, đặc tính phun được cải thiện với đặc điểm phun hai lần là phun sơ khởi và phun chính có tác dụng không ồn và giảm được độ độc hại của khí thải. Ngoài ra còn có giai đoạn phun thứ cấp được thực hiện nhờ hệ thống luân hồi khí xả có tác dung làm giảm nồng độ NOx trong khí thải, các sản phẩm cháy ít độc hại hơn nhiều lần so với động cơ Diesel cổ điển. Về suất tiêu hao nhiên liệu thì ở động cơ sử dụng hệ thông nhiên liệu Common Rail, việc phun nhiên liệu bị loại bỏ khi chân ga ở trạng thái tự do làm giảm tiêu hao nhiên liệu so với động cơ Diesel nguyên thủy. Như vậy với hệ thống Common Rail quá trình cháy của động cơ được cải thiện đáng kể, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu suất của động cơ. Do đó việc áp dung hệ thống Common Rail trên động cơ 2KD-FTV là đề tài đang được quan tâm nghiên cứu bởi vì ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt nhiên liệu đang là vấn đề cấp bách trên toàn cầu. Sau 15 tuần làm đồ án tốt nghiệp với sự nổ lực tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Trần Văn Nam, đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế đề tài tốt nghiệp được giao, đề tài đã giúp em hiểu thêm về tính năng và kết cấu của hệ thống nhiên liệu Common Rail lắp trên động cơ 2KD-FTV. Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu, do thời gian và khả năng hiểu biết và tài liệu về hệ thống Common Rai còn hạn chế nên trong quá trình hoàn thành không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự lượng thứ và đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy cô giáo. Cuối cùng em chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí Giao thông Trường ĐHBK Đà Nẵng, đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS. Trần Văn Nam, đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Đà Nẵng, 5 - 2010 Sinh viên thực hiện Hoàng Văn Tuấn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên lý động cơ đốt trong”. Nhà xuất bản giáodục, năm 2000. [2]. Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng. “Nhiệt kỹ thuật”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1999. [3]. Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong, tập 1, 2, 3”. Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, năm 1997. [4]. Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng. “Ôtô và ô nhiễm môi trường”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1999. [5]. Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận, Nguyễn Thạch Tân, Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chí. “Thuỷ lực và máy thuỷ lực”. Nhà xuất bản giáo dục, năm 1996. [6]. Trần Thanh Hải Tùng. “Bài giảng động cơ phun xăng”. Đại học Đà Nẵng, 2008. [7]. Tài liệu động cơ 2KD-FTV và các tài liệu liên quan của TOYOTA. [8]. Tháng 4/2010. [9]. Tháng 4/2010.