Thuyết minh đồ án: Khai thác kỹ thuật hệ thống nhiên liệu Diesel Fortuner 2009

Tài liệu đồ án công nghệ ô tô về hệ thống nhiên liệu Diesel Toyota Fortuner 2009, bao gồm cấu tạo, chẩn đoán hư hỏng và phương pháp khắc phục.

• Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Khai thác Kỹ thuật Hệ Thống Cung Cấp Nhiên Liệu Diesel Xe Toyota Fortuner 2009
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2022

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống nhiên liệu Diesel Toyota Fortuner 2009

Hệ thống nhiên liệu Diesel trên Toyota Fortuner 2009 là một trong những công nghệ tiên tiến nhất của thời kỳ đó. Đây là dòng xe được trang bị động cơ 1KD-FTV với hệ thống Common Rail điều khiển điện tử, giúp tối ưu hóa hiệu suất nhiên liệu và giảm khí thải. Hệ thống này được thiết kế để đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về môi trường và hiệu năng. Sự kết hợp giữa bơm cao áp, vòi phun điện tử và cảm biến thông minh tạo nên một hệ thống nhiên liệu đáng tin cậy. Việc hiểu rõ cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống này là cơ sở quan trọng để thực hiện bảo dưỡng và sửa chữa hiệu quả.

1.1. Đặc điểm hệ thống Common Rail trên động cơ 1KD FTV

Hệ thống Common Rail là công nghệ phun nhiên liệu điều khiển điện tử hiện đại. Hệ thống này duy trì áp suất nhiên liệu ổn định trong ống phân phối chính, cho phép phun nhiên liệu có độ chính xác cao. Áp suất hoạt động có thể lên đến 1800 bar, đảm bảo sự cháy hoàn toàn và hiệu suất động cơ tối đa. Công nghệ này giảm đáng kể tiếng ồn động cơ và lượng khí thải độc hại.

1.2. Lịch sử phát triển và ứng dụng trên Toyota Fortuner

Toyota Fortuner 2009 là thế hệ đầu tiên áp dụng hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử tiên tiến. Sự phát triển này đến từ nhu cầu giảm lượng khí thải CO2 và tăng hiệu suất xăng dầu. Động cơ 1KD-FTV được trang bị công nghệ này đã mở ra kỷ nguyên mới cho dòng xe bán tải hạng trung, kết hợp tốc độ, công suất và tiết kiệm nhiên liệu.

II. Cấu trúc và các thành phần chính của hệ thống

Hệ thống nhiên liệu Diesel của Toyota Fortuner 2009 bao gồm hai vùng áp suất: vùng áp suất thấp và vùng áp suất cao. Vùng áp suất thấp gồm bình chứa nhiên liệu, đường ống dẫn, bơm cấp nhiên liệu và bộ lọc nhiên liệu. Vùng áp suất cao chứa bơm cao áp Common Rail, ống phân phối chính và vòi phun điện tử. Mỗi thành phần đóng vai trò thiết yếu trong quá trình cung cấp, lọc và phun nhiên liệu vào buồng cháy. Sự phối hợp chặt chẽ giữa các thành phần này tạo nên hiệu suất hoạt động tối ưu của động cơ, đảm bảo độ tin cậy cao trong các điều kiện hoạt động khác nhau.

2.1. Vùng áp suất thấp và bộ lọc nhiên liệu

Vùng áp suất thấp bao gồm bình chứa nhiên liệu, đường ống dẫn nhiên liệu và bộ lọc nhiên liệu. Bộ lọc là thành phần quan trọng, giúp loại bỏ các tạp chất và nước từ nhiên liệu trước khi vào bơm cao áp. Độ sạch của nhiên liệu quyết định tuổi thọ của toàn bộ hệ thống phun.

2.2. Vùng áp suất cao và hệ thống phun nhiên liệu

Vùng áp suất cao chứa bơm cao áp, ống phân phối và vòi phun điện tử. Bơm cao áp tạo áp suất lên đến 1800 bar, sau đó được cấp đến ống phân phối duy trì áp suất ổn định. Vòi phun điện tử nhận tín hiệu điều khiển và phun nhiên liệu với độ chính xác cao vào buồng cháy theo yêu cầu của động cơ.

III. Hệ thống điều khiển điện tử và các cảm biến quan trọng

Hệ thống điều khiển điện tử của Toyota Fortuner 2009 sử dụng một bộ vi xử lý để điều khiển toàn bộ quá trình phun nhiên liệu dựa trên dữ liệu từ các cảm biến thông minh. Các cảm biến bao gồm cảm biến vị trí bàn đạp ga (VPA), cảm biến vị trí trục khuỷu (NE), cảm biến vị trí trục cam (G), cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW), cảm biến áp suất nhiên liệu (PCR1) và nhiều cảm biến khác. Mỗi cảm biến gửi tín hiệu đến bộ điều khiển để tối ưu hóa thời điểm phun, lượng phun và áp suất phun. Công nghệ này cho phép động cơ hoạt động ở hiệu suất cao nhất trong mọi tình huống, từ khởi động lạnh đến tải công suất tối đa.

3.1. Các cảm biến chính và chức năng của chúng

Cảm biến vị trí bàn đạp ga (VPA) phát hiện mục đích tăng tốc của tài xế. Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE) và cảm biến trục cam (G) xác định vị trí chính xác của pittông để phun nhiên liệu đúng thời điểm. Cảm biến nhiệt độ giúp điều chỉnh áp suất phun theo điều kiện công việc của động cơ.

3.2. Bộ điều khiển ECU và quá trình xử lý dữ liệu

ECU (Engine Control Unit) là bộ vi xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ tất cả các cảm biến. Nó so sánh dữ liệu thực tế với các thông số chuẩn được lập trình sẵn, sau đó phát ra lệnh điều khiển vòi phun và van điều khiển áp suất. Quá trình này xảy ra liên tục và rất nhanh, đảm bảo hiệu suất tối ưu hóa nhiên liệu và giảm thiểu khí thải.

IV. Kiểm tra chẩn đoán và bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu

Kiểm tra và chẩn đoán hệ thống nhiên liệu Diesel trên Toyota Fortuner 2009 cần được thực hiện định kỳ để đảm bảo tính an toàn và hiệu suất. Các triệu chứng hư hỏng phổ biến bao gồm động cơ không êm, tiếng gõ lạch cạch, công suất yếu và tăng lượng khí thải. Để chẩn đoán, kỹ thuật viên cần kiểm tra áp suất nhiên liệu, kim phun, bơm cao áp và các cảm biến. Sử dụng thiết bị chẩn đoán Common Tester giúp phát hiện các lỗi điện tử. Bảo dưỡng thường xuyên bao gồm thay bộ lọc nhiên liệu, vệ sinh kim phun và kiểm tra đường ống dẫn nhiên liệu để tránh rò rỉ và tăng tuổi thọ hệ thống.

4.1. Các triệu chứng hư hỏng và cách nhận diện

Động cơ bị rung động hoặc không êm thường do kim phun bẩn hoặc áp suất nhiên liệu thấp. Tiếng gõ lạch cạch có thể là dấu hiệu của bơm cao áp bị mòn hoặc van điều khiển hỏng. Công suất yếu và tăng tiêu hao nhiên liệu có thể do cảm biến bị lỗi hoặc kim phun bị tắc. Các triệu chứng này yêu cầu kiểm tra chuyên sâu để xác định nguyên nhân gốc rễ.

4.2. Quy trình bảo dưỡng định kỳ và khắc phục hư hỏng

Bảo dưỡng định kỳ bao gồm thay bộ lọc nhiên liệu sau mỗi 40.000-50.000 km. Vệ sinh kim phun bằng hóa chất chuyên dụng giúp duy trì độ chính xác phun. Kiểm tra áp suất bằng máy đo chuyên dụng đảm bảo không vượt hoặc dưới ngưỡng cho phép. Các lỗi điện tử cần xóa mã lỗi sau khi khắc phục để ECU hoạt động bình thường trở lại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU DIEZEL 1. Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu điesel 1. Công dụng - Dự trữ nhiên liệu: Đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định ; lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu ; giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống.

- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ : đảm bảo tốt các yêu cầu : + Lượng nhiên liệu cấp cho mổi chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. + Phun nhiên liệu vào đúng thời điểm, đúng quy luật mong muốn. + Lưu lượng nhiên liêu vào các xylanh phải đồng đều. Phải phun nhiên liệu vào xylanh qua lỗ phun nhỏ với chênh áp lớn phía trước và lỗ phun, để nhiên liệu được xé tơi tốt.

- Các tia nhiên liệu phun vào xylanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số lượng và phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng buồng cháy và với cường độ và phương hướng chuyển động của mỗi chất trong buồng cháy để hoà khí được hình thành nhanh và đều. Yêu cầu Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel phải thoả mãn các yêu cầu sau : - Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao. - Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sữa chữa. - Dễ chế tạo, giá thành hạ.

Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel thường. Ở động cơ diesel gần cuối quá trình nén, nhiên liệu mới được phun vào buồng cháy động cơ để hình thành hoà khí rồi tự bốc cháy. Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel là bộ phận quan trọng nhất của động cơ thực hiện sự hình thành hoà khí kể trên. Bơm chuyển nhiên liệu 9 hút nhiên liệu từ thùng chứa 12, sau đó đẩy tới bầu lọc tinh 2.

Tại bầu lọc tinh nhiên liệu được lọc sạch tạp chất, sau đó nhiên liệu theo đường ống 3 tới bơm cao áp 8. Bơm cao áp tạo cho nhiên liệu một áp suất đủ lớn theo đường ống cao áp 6 đến vòi phun 4 cung cấp cho xylanh động cơ. Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ bơm cao áp được theo đường ống dẫn 5 và 11 trở về thùng chứa. Nhiên liệu đi vào trong xylanh bơm cao áp không được lẫn không khí vì không khí sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm không ổn định, thậm chí có thể làm gián đoạn quá trình cấp nhiên liệu.

Không khí lẫn trong hệ thống nhiên liệu có thể là 5 Kiểm tra và chẩn đoán hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử do không khí hòa tan trong nhiên liệu tách ra khi áp suất thay đổi đột ngột, cũng có thể do khí trời lọt vào do đường ống không kín, đặc biệt là ở những khu vực mà áp suất nhiên liệu thấp hơn áp suất khí trời. Để xả không khí ra khỏi hệ thống nhiên liệu trên bầu lọc, trên vòi phun và trên bơm cao áp có bulông xả khí.1 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel 1- Bulông xả khí ; 2- Bầu lọc nhiên liệu ; 3, 5, 6, 10, 11- Ống dẫn nhiên liệu ; 4- Vòi phun ; 7- Van tràn ; 8- Bơm cao áp ; 9- Bơm chuyển ; 12- Thùng chứa nhiên liệu ; 13- Bulông xả nước. Không khí từ ngoài trời qua lọc khí vào ống nạp rồi qua xupáp nạp đi vào động cơ. Trong quá trình nén các xupáp hút và xả đều đóng kín, khi piston đi lên không khí trong xylanh bị nén.

Piston càng tới sát điểm chết trên, không khí bên trên piston bị chèn chui vào phần khoét lõm ở đỉnh piston, tạo ra ở đây dòng xoáy lốc hướng kính ngày càng mạnh. Cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào dòng xoáy lốc này, được xé nhỏ, sấy nóng, bay hơi và hoà trộn đều với không khí tạo ra hoà khí rồi tự bốc cháy. Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel điều khiển điện tử. 6 Kiểm tra và chẩn đoán hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử Hình 1.2: Sơ đồ phân loại hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử Các hệ thống phun nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử cho phép giảm bớt đáng kể kết cấu cơ khí của bơm cao áp, chẳng hạn như rãnh cắt nhiên liệu, bộ điều tốc, cơ cấu kiểm soát thời điểm phun…Do vậy chức năng của bơm cao áp chỉ thực hiện tạo nên áp suất nhiên liệu cao, cho phép tối ưu hóa kết cấu theo hướng tạo nên áp suất cao, thực hiện phun tơi nhiên liệu.

Hơn nữa, khả năng điều chỉnh được thực hiện theo nhiều tín hiệu cấp cho ECU, do vậy tính chất tinh chỉnh sẽ cao hơn, đáp ứng chính xác nhiều chế độ làm việc của động cơ, thực hiện thỏa mãn nhu cầu làm việc của động cơ trong nhiều trạng thái làm việc mà không gây nên hiện tượng thừa thiếu nhiên liệu, phát huy tối đa công suất và cải thiện chất lượng khí xả. Tuy nhiên nhược điểm duy nhất của hệ thống là giá thành cao, độ tin cậy phụ thuộc vào công nghệ của các nhà sản xuất. Các hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử hiện nay bao gồm: a. Hệ thống nhiên liệu Diesel điều kiển điện tử dùng bơm PE có cơ cấu ga điện từ: 7 Kiểm tra và chẩn đoán hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử - Điều chỉnh lượng nhiên liệu phun bằng cách điều chỉnh thanh răng nhờ cần ga điện từ (không dùng bộ điều tốc).

- Điều chỉnh góc phun sớm hay muộn bằng cảm biến tốc độ động cơ. Hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử dùng bơm phân phối VE có cơ cấu ga điện từ: - Cấu tạo gần giống với bơm VE thông thường. - Áp suất phun đạt xấp xỉ 80 MPa. - Điều chỉnh lượng phun nhiên liệu bằng cần ga điện từ (không dùng bộ điều tốc như bơm VE thông thường).

- Điều chỉnh góc phun sớm hay muộn bằng van điều khiển thời điểm phun. Hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử dùng bơm VE có van xả áp loại một piston hướng trục: - Cấu tạo gồm có các bộ phân chính: bơm sơ cấp, khớp chữ thập dẫn động cam đĩa, vành con lăn, cam đĩa, piston, van tắt máy, cơ cấu điều khiển phun sớm. - Áp suất phun đạt xấp xỉ là 130 MPa. - Điều chỉnh lượng phun nhiên liệu bằng van xả áp.

- Điều chỉnh góc phun sớm hay muộn bằng van điều khiển thời điểm phun. Hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử dùng bơm VE có van xả áp loại nhiều piston hướng kính: - Dùng một bơm sơ cấp để tạo ra áp suất sơ cấp nạp vào trong khoang bơm. - Áp suất phun cao hơn loại piston hướng trục. - Hệ thống tạo áp suất nhiên liệu và phân phối nhiên liệu khác so với loại hướng trục.

- Điều khiển lượng phun bằng van xả áp trực tiếp. Hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử dùng ống phân phối – Common Rail System (CRS): - Áp suất phun rất cao (1300 ÷ 2200kg/cm2 ). - Thời gian phun cực ngắn, tốc độ phun cực nhanh (1,1m/s bao gồm một lần phun mồi và một lần phun chính thức ). - Các chi tiết trong hệ thống cao áp được chế tạo rất chính xác ( khe hở giữa kim phun và xi lanh phun là 0,5 ÷ 2 µm ).

Hệ thống nhiên liệu Diesel HEUI (Hydraulically Electronically Controlled Unit Injector – Tác động thủy lực, điều khiển điện tử): - Hệ thống HEUI được điều khiển bằng ECM. Phun nhiên liệu bằng áp suất dầu từ 800 ÷ 3000 Psi, được bơm cao áp đưa vào vòi phun. Quá trình phun được điều khiển bằng van điện từ nhận tín hiệu điều khiển từ ECM. 8 Kiểm tra và chẩn đoán hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử - Áp suất phun đối với hệ thống nhiên HEUI không phụ thuộc vào tốc độ động cơ mà được điều khiển điện tử.

- Hệ thống HEUI cho phép nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm các tổn thất cũng như tiếng ồn của động cơ. Công nghệ phun nhiên liệu cho động cơ Diesel trước đây được coi là khó biến đổi vì các chi tiết điên tử thay thế rất liên kết cơ khí ở động cơ truyền thống rất phức tạp, đòi hỏi các nhà sản xuất cần có kỹ thuật công nghệ cao. Ngày nay với những bước tiến mới của khoa học kỹ thuật cùng với sức ép về tiêu chuẩn khí xả, công nghệ này đã có những bước tiến vượt bậc. Sau đây ta sẽ đi vào cụ thể từng hệ thống.

Các hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển điện tử. Hệ thống nhiên liệu diesel điện tử dung bơm cao áp. Bơm PE điều kiển điện tử có cơ cấu ga điện từ. Cấu tạo: Về cơ bản các chi tiết của bơm PE điều khiển điện tử có cấu tạo và hoạt động giống bơm PE thông thường, chỉ khác ở chỗ : - Bơm PE thông thường dùng cơ cấu điều chỉnh lượng nhiên liệu phun là thanh răng và bộ điều tốc.

- Còn bơm PE điều khiển điện tử, để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun thi ECU sẽ tiếp nhận các tín hiệu từ các cảm biến, sau đó sẽ gửi tín hiệu điều khiển cho cơ cấu ga điện từ để thay đổi vị trí thanh răng ( hay thay đổi tốc độ động cơ).1: Bơm cao áp PE điều khiển điện tử 1- Thanh răng; 2- Nhánh bơm; 3- Cơ cấu ga điện từ; 4- Cảm biến tốc độ; 5- Trục bơm b. Hoạt động của bơm: 9 Kiểm tra và chẩn đoán hệ thống nhiên liệu Diesel điều khiển điện tử Khi ôtô máy kéo làm việc, tải trọng trên động cơ luôn thay đổi. Nếu thanh răng của bơm cao áp giữ nguyên một chỗ thì khi tăng tải trọng, số vòng quay của động cơ sẽ giảm xuống, còn khi tải trọng giảm thì số vòng quay sẽ tăng lên. Điều đó dẫn đến trước tiên làm thay đổi tốc độ của ôtô máy kéo, thứ hai là động cơ làm việc ở những chế độ không có lợi.

Để giữ số vòng quay của trục khuỷu động cơ không thay đổi khi chế độ tải trọng khác nhau thì đồng thời với sự tăng tải cần phải tăng lượng nhiên liệu cấp vào xylanh, còn khi giảm tải thì giảm lượng nhiên liệu cấp vào xylanh. Khi luôn luôn có sự thay đổi tải trọng thì không thể dùng tay mà điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào xylanh, công việc ấy được thực hiên tự động nhờ một thiết bị đặc biệt trên bơm cao áp gọi là cơ cấu ga điện từ.  Cơ cấu ga điện từ làm nhiệm vụ: - Điều hòa tốc độ động cơ dù có tải hay không tải.