Đặt vấn đề Trong vòng 20 năm trở lại đây, công nghiệp ô tô đã có những sự thay đổi lớn lao. Đặc biệt, hệ thống điện và điện tử trên ô tô đã có bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng các yêu cầu: tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại của khí thải, tăng tính an toàn và tiện nghi của ô tô. Ngày nay chiếc ô tô là một hệ thống phức hợp bao gồm cơ khí và điện tử. Trên hầu hết các hệ thống điện ô tô đều có mặt các bộ vi xử lý để điều khiển các quá trình của hệ thống.
Các hệ thống mới lần lượt ra đời và được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe, từ các hệ thống điều khiển động cơ và hộp số cho đến các hệ thống an toàn và tiện nghi trên ô tô. Điển hình như hệ thống đánh lửa điện tử đã thay cho hệ thống đánh lửa điều khiển bằng vít lửa, bộ chế hòa khí đã được thay bằng hệ thống phun xăng điện tử. Vì vậy tôi hiểu rằng điện điện tử trên ô tô là rất quan trọng và đặc biệt là hệ thống điện động cơ. Do đó tôi chọn đề tài “Khai thác hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE” để tìm hiểu sâu hơn nhằm phục vụ cho công việc của tôi sau này.
Nội dung và phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu lý thuyết hệ thống điện động cơ trên các tài liệu của hãng Toyota, giáo trình giảng dạy của trường Đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM,… Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sự dụng một số phương pháp nghiên cứu sau: + Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, đặc biệt là các cuốn cẩm nang khai thác, bảo dưỡng sửa chữa của chính hãng Toyota. + Nghiên cứu, tìm kiếm thông tin trên mạng Internet, các website trong và ngoài nước. So sánh và chắt lọc để sử dụng những thông tin cần thiết và đáng tin cậy. + Tham khảo ý kiến của các nhà chuyên môn, các Giảng viên trong ngành cơ khí ô tô.
Trong đó phải kể đến các thầy trong tổ bộ môn Cơ khí ô tô của trường ĐH Giao Thông Vận Tải TP. Hồ Chí Minh, các kỹ sư, chuyên viên kỹ thuật về ô tô tại các Trung tâm bảo hành, các xưởng sửa chữa và các Garage chuyên dùng, và cả những người có kinh nghiệm lâu năm trong việc sử dụng và bảo quản xe… + Nghiên cứu trực tiếp trên xe và các hệ thống cụ thể trong thực tế. Trang 1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN QUỐC VIỆT + Tìm hiểu phương pháp kiểm tra và chẩn đoán các bộ phận của hệ thống điện động cơ dựa trên cơ sở lý thuyết, kiến thức được học cùng với kiến thức thực nghiệm qua các đợt thực tập và sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn. + Xây dựng một vài quy trình kiểm tra, chẩn đoán của các hư hỏng thường gặp.
+ Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển phun xăng, đánh lửa trên động cơ 2TR-FE.3 Mục tiêu đề tài + Nắm vững phần lý thuyết hệ thống điện động cơ. + Trình bày các quy trình kiểm tra,chẩn đoán các hư hỏng của hệ thống. + Đồng thời bài báo cáo này cũng có thể trở thành tài liệu tham khảo cho các sinh viên khóa sau. Giới hạn của đề tài + Vì giới hạn về thời gian, đề tài chỉ nghiên cứu phần lý thuyết hệ thống điện động cơ, không nghiên cứu điện thân xe.
+ Có mô hình thực tế. Trang 2 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN QUỐC VIỆT CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 2. Lịch sử phát triển Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp – ông Stevan – đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả.
Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển các hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE – Jetronic, Mono – Jetronic, L – Jetronic, Motronic… Tên tiếng Anh của K – Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trưng cho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K – Jetronic với các cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Có hai loại: hệ thống L – Jetronic (lượng nhiên liệu phun được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D – Jetronic (lượng nhiên liệu phun được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp).1 Hệ thống phun xăng K-Jectronic Trang 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN QUỐC VIỆT Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L – Jetronic và D – Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ 4A – ELU).
Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L– Jetronic thay cho bộ chế hoà khí của xe Nissan Sunny.2 Hệ thống phun xăng L-Jectronic Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) cũng được đưa vào sử dụng vào những năm đầu thập kỷ 80. Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition System) ra đời, cho phép không sử dụng delco và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới. Ngày nay, gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ cả động cơ xăng và động cơ Diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó công suất động cơ cũng được cải thiện rõ rệt.
Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời. Đó là động cơ phun xăng trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection). Trong tương lai gần, chắc chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi. Trang 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN QUỐC VIỆT 2.2 Tổng quan động cơ 2TR-FE Động cơ 2TR-FE lắp trên xe Toyota Fortuner là loại động cơ xăng thế hệ mới, 4 xy lanh thẳng hàng dẫn động bằng xích thông qua con đội thuỷ lực với hệ thống van nạp biến thiên thông minh VVT, dung tích xilanh 2,7L trục cam kép DOHC 16 xupap.3 Động cơ 2TR-FE Động cơ 2TR-FE được bố trí phía trước và nằm dọc trên xe Fortuner.
Động cơ cùng hệ thống truyền lực tạo ra moment chuyển động tại cầu sau (loại 4x2) hoặc cả cầu trước và cầu sau (loại 4x4). Thân động cơ (thân máy) là nơi chứa và lắp đặt các cơ cấu và hệ thống của động cơ. Xylanh được bố trí thành dãy dọc ở phần trên của thân động cơ. Trong thân máy có các lỗ, các đường dẫn dầu bôi trơn và nước làm mát.
Bao quanh các Xylanh là khoang chứa nước để làm mát.4 Thân máy động cơ 2TR-FE Trang 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN QUỐC VIỆT Nắp máy là phần đậy trên Xylanh, có cấu tạo tương đối phức tạp vì trong nó có rất nhiều các đường ống dẫn khí, dẫn nước, dẫn dầu và là nơi chứa nhiều bộ phận khác của động cơ. Các bộ phận được lắp trên nắp máy như: giàn xu páp, các đường nạp, xả cho các Xylanh, các đường dầu, đường nước làm mát, lỗ để lắp kim phun nhiên liệu, bugi…Nắp máy được bắt chặt với thân máy bằng các budong cấy và các bulong.5 Nắp máy động cơ 2TR-FE Xylanh gia công chính xác trực tếp trên thân máy,liền với thân động cơ, nhờ đó tăng độ cứng vững, gọn kết cấu, giảm trọng lượng động cơ. Động cơ làm mát bằng nước. Xylanh được đúc bằng gang, bề mặt làm việc của xylanh được gia công chính xác và đọ bóng rất cao và được nhiệt luyện để đảm bảo độ cứng cần thiết.6 Xy lanh động cơ 2 TR-FE Cơ cấu Piston - trục khuỷu - thanh truyền bao gồm Piston cùng với chốt piston, các xéc măng, thanh truyền, trục khuỷu và bánh đà.
Nó có nhiệm vụ tiếp nhận năng lượng của khí cháy và biến nó thành cơ năng làm quay trục khuỷu. Trang 6 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN QUỐC VIỆT Hình 2.7 Nhóm Piston – trục khuỷu – thanh truyền động cơ 2TR-FE Bảng thông số động cơ 2TR-FE: Tên thông số Giá trị 2 TR-FE bốn xi lanh thẳng hàng, 16 Động cơ xupap DOHC Dung tích công tác (cc) 2694 Công suất tối đa (Hp/rpm) 178/6000 Momen xoắn cực đại (N.m/rpm) 231/4100 Dung tích bình nhiên liệu (l) 65 Đường kính piston (mm) 95 Hệ thống phun nhiên liệu EFI Hệ thống đánh lửa DIS có ESA Tiêu chuẩn khí thải EURO 2 Điều khiển cam hút, cam xả Biến thiên thông minh VVT-i Tích hợp bộ chẩn đoán Onboard M-OBD Trang 7 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN QUỐC VIỆT 2.3 Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE 2. Vị trí các chi tiết trên động cơ Hình 2.8 Vị trí các chi tiết trên động cơ 2TR-FE Hệ thống điều khiển động cơ 2TR-FE bao gồm ba thành phần chính với rất nhiều bộ phận nằm ở các vị trí khác nhau trên động cơ, có thể liệt kê một số vị trí trên động cơ như sau: + Cảm biến vị trí trục cam: Nằm ở trên nắp quy lát phía sau trục cam + Cảm biến vị trí trục khuỷu: Nằm ở đầu puly trục khuỷu + Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: nằm tại đường nước làm mát động cơ + Cảm biến vị trí bướm ga, bộ chấp hành sẽ tạo thành một cụm bướm ga điện tử. + Cuộn đánh lửa và vòi phun nhiên liệu nằm tại nắp dàn cò và ống phân phối.
Trang 8 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN QUỐC VIỆT 2.2 Mô tả hệ thống Động cơ xăng sinh công qua chu trình giãn nở của hỗn hợp xăng và không khí. Ba yếu tố chủ yếu của động cơ xăng để sinh công là: hỗn hợp hòa khí (hòa khí) tốt, nén tốt, đánh lửa tốt. Để đạt được 3 yếu tố này trong cùng một lúc, điều quan trọng là sự điều khiển chính xác để tạo được hỗn hợp hòa khí và thời điểm đánh lửa. Trước năm 1981, chỉ có hệ thống điều khiển động cơ là EFI (Phun nhiên liệu bằng điện tử), sử dụng máy tính để điều khiển lượng phun nhiên liệu.