CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Trong giai đoạn công nghiệp hóa- hiện đại hóa đất nước hiện nay ngành công nghiệp ô tô đang phát triển nhanh chóng góp phần phục vụ và cải thiện tốt hơn đời sống hằng ngày của chúng ta. Với sự đa dạng và tiện lợi cho nên ô tô đã trở nên rất phổ biến trong cuộc sống hiện nay. Vì vậy yêu cầu đặt ra với động cơ ô tô ngày một cao hơn như lượng tiêu hao nhiên liệu thấp, giảm ô nhiễm môi trường, tăng công suất, giảm tiếng ồn, chạy ổn định… Để động cơ có thể đáp ứng được các yêu cầu như vậy cần phải được tích hợp nhiều công nghệ.
Vì phải hoạt động với công suất cao và liên tục nên việc hư hỏng của các chi tiết trong động cơ là điều khó tránh khỏi. Nhằm bổ sung thêm kiến thức cho người dùng cũng như phát hiện sớm các triệu chứng hư hỏng của động cơ nhóm em đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu và chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ trên xe Toyota Camry 2020” nhằm giúp chúng ta có thể bổ sung các kiến thức về hệ thống điều khiển động cơ cũng như có thể tự mình phát hiện một số hư hỏng cơ bản của động cơ và có hướng giải quyết hiệu quả và nhanh chóng. Tình hình nghiên cứu đề tài 1. Trong nước Hiện tại, việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu và chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ trên xe Toyota Camry 2020 được công bố chính thức tại Việt Nam còn gặp nhiều hạn chế.
Mặc dù có một số bài báo, bài viết chia sẻ thông tin về động cơ này trên các trang web uy tín về ô tô, nhưng chúng chủ yếu mang tính chất giới thiệu, đánh giá hoặc cung cấp thông tin chung về động cơ A25A-FKS. Lý do dẫn đến tình trạng này: 1. Động cơ mới: Động cơ A25A-FKS được giới thiệu tại Việt Nam tương đối mới, do đó các nhà nghiên cứu cần thời gian để tiếp cận, thu thập dữ liệu và thực hiện nghiên cứu kỹ lưỡng. Quá trình này đòi hỏi sự đầu tư về thời gian, nguồn lực và chuyên môn cao.
Tính chuyên môn cao: Nghiên cứu về động cơ đốt trong, đặc biệt là động cơ hiện đại như A25A-FKS, đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật ô tô, điện tử, cơ khí, vật liệu và nhiều lĩnh vực liên quan. Việc thiếu hụt nguồn nhân lực có đủ trình độ chuyên môn cao là một trong những rào cản lớn cho hoạt động nghiên cứu trong lĩnh vực này. Nguồn tài liệu hạn chế: Thông tin kỹ thuật chi tiết về động cơ A25A-FKS có thể hạn chế do là bí quyết của nhà sản xuất. Việc tiếp cận thông tin chính thống từ các nguồn uy tín gặp nhiều khó khăn, ảnh hưởng đến khả năng nghiên cứu và phát triển.
Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng xe trang bị động cơ A25A-FKS ngày càng tăng cao, cùng với tiềm năng phát triển của ngành công nghiệp ô tô trong nước, sẽ tạo động lực thúc đẩy các hoạt động nghiên cứu trong lĩnh vực này. Ngoài nước Bài báo: "Benchmarking a 2018 Toyota Camry 2.5-Liter Atkinson Cycle Engine with Tier 2 Fuel" Bài báo này đánh giá hiệu suất và các yếu tố liên quan đến động cơ A25A-FKS. Các tác giả tiến hành thử nghiệm động cơ với hệ thống EGR làm mát, bản đồ nhiên liệu và kiểm soát lực kéo để cải thiện hiệu suất và giảm lượng khí thải, đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của Euro 6. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể trong hiệu suất nhiệt của phanh và giảm lượng khí CO2 so với các mẫu động cơ trước đó.
Bài báo này cũng nêu bật các công nghệ tiên tiến như hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp (D-4S) kết hợp cả phun trực tiếp và phun gián tiếp để tối ưu hóa hiệu suất và giảm tiêu thụ nhiên liệu. Bài báo: "Lessons Learned from the Toyota A25A-FKS Engine" từ diễn đàn Bob is the Oil Guy Bài viết trên diễn đàn này cung cấp những hiểu biết thực tiễn về động cơ A25A-FKS. Bài viết nhấn mạnh độ bền của động cơ và hệ thống phun nhiên liệu tiên tiến (D-4S), kết hợp cả phun trực tiếp và phun gián tiếp để tối ưu hóa hiệu suất và giảm tiêu thụ nhiên liệu. Những thông tin từ diễn đàn giúp người dùng hiểu rõ hơn về các vấn đề thực tế và giải pháp kỹ thuật cho động cơ A25A-FKS.
Mục đích đề tài Nghiên cứu về các cảm biến trên động cơ Nghiên cứu về các cơ cấu chấp hành trên động cơ Hướng dẫn chẩn đoán một số lỗi cơ bản trên động cơ 1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển động cơ xăng gồm có: Các tín hiệu đầu vào là các cảm biến, bộ xử lí ECU và các cơ cấu chấp hành cũng với một số hướng dẫn chẩn đoán các hệ thống. * Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các cảm biến. Nghiên cứu các cơ cấu chấp hành.
Hướng dẫn chẩn đoán các hệ thống. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo tài liệu, thu thập thông tin liên quan đến đề tài trên cơ sở nghiên cứu các văn bản, tài liệu đã có sẵn và bằng các thao tác tư duy logic. Học hỏi những kiến thức và kinh nghiệm từ thầy cô, bạn bè. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Tham khảo, nghiên cứu các mô hình động cơ có ở xưởng của trường.
Quan sát và ghi lại các hình ảnh thực hiện liên quan đến hệ thống điều khiển động cơ xăng. Giới hạn đề tài Với yêu cầu về nội dung, các mục tiêu và thời gian thực hiện có hạn, đề tài chỉ tập trung vào việc xây dựng nội dung liên quan đến hệ thống các cảm biến, các cơ cấu chấp hành trên động cơ, đưa ra một số hướng dẫn chẩn đoán kiểm tra các hệ thống ở động cơ xăng, chưa đi sâu hết vào những hệ thống còn lại trên xe. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2. Giới thiệu hệ thống điều khiển động cơ Hình 2.1: Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ Công nghệ ngày càng phát triển nên nhu cầu về động cơ ngày càng tăng cao.
Động cơ ngày nay phải đạt được công suất đầu ra cao, tiết kiệm nhiên liệu và lượng khí thải từ động cơ phải thấp đã dẫn đến các hệ thống điều khiển động cơ rất tinh vi và phức tạp. Đặc biệt là Mô-đun điều khiển động cơ (ECM), quản lý nhiều hệ thống khác nhau. Các hệ thống này về cơ bản được chia thành các khu vực sau: • Hệ thống nạp khí. • Hệ thống nhiên liệu.
4 • Hệ thống đánh lửa. • Hệ thống kiểm soát khí thải/khí thải. Tất cả các hệ thống trên và các hệ thống khác đều được điều khiển hoặc cảm nhận bởi ECM. ECM với các cảm biến và bộ truyền động thường được gọi là hệ thống điều khiển điện tử.
Điều quan trọng cần lưu ý khi chẩn đoán các lỗi về động cơ là các nguyên tắc cơ bản của hoạt động của động cơ (hỗn hợp không khí và nhiên liệu chính xác được nén đủ và bốc cháy vào thời điểm thích hợp) không khác nhau. Hệ thống nạp không khí Hình 2.2: Tổng quan hệ thống nạp Không khí được lọc bởi bộ lọc không khí và được đo bằng cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF). Lượng không khí vào ống nạp được điều chỉnh bằng bướm ga. Van điều khiển không tải điều chỉnh lượng không khí đi qua bướm ga để điều chỉnh tốc độ không tải.
Đường ống nạp và cổ góp được điều chỉnh để động cơ hoạt động hiệu quả. 5 Có nhiều biến thể trên hệ thống nạp. Hệ thống kéo dài đường ống nạp (ACIS) điều chỉnh chiều dài đường dẫn khí nạp để đạt hiệu quả cao hơn. Một số động cơ có bộ tăng áp để cung cấp thêm không khí.
Hệ thống phun nhiên liệu Hình 2.3: Tổng quan hệ thống phun nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu cần cung cấp đúng lượng nhiên liệu đến các xi-lanh trong nhiều điều kiện khác nhau. Dựa vào tín hiệu đã nhận được, ECM tính toán lưu lượng và thời điểm nhấc kim phun để cung cấp lượng nhiên liệu chính xác. Nhiên liệu được bơm tạo áp suất và đi vào kim phun nhiên liệu. Bộ điều chỉnh áp suất dùng để điều chỉnh áp suất nhiên liệu.
ECM kiểm soát thời điểm và thời gian nhấc kim phun nhiên liệu. Khi nhấc kim, nhiên liệu sẽ được phun vào đường ống nạp. ECM tính toán lượng nhiên liệu cần phun dựa trên nhiều thông số khác nhau. Hệ thống đánh lửa Hình 2.4: Tổng quan hệ thống đánh lửa Dựa trên các điều kiện vận hành của động cơ, ECM xác định thời điểm cần đốt cháy hỗn hợp không khí/nhiên liệu theo chương trình của nó.
Bộ phận đánh lửa sẽ cấp và ngắt dòng đến các cuộn dây đánh lửa dựa trên tín hiệu từ ECM. Điện áp cao cần thiết để tạo ra tia lửa điện được tạo ra trong (các) cuộn dây. Hệ thống kiểm soát khí xả/khí thải Hình 2.5: Tổng quan hệ thống khí xả ECM quản lý các hệ thống và các bộ phận đáp ứng quy định về khí thải. Hệ thống thu hồi hơi xăng (EVAP) ngăn hơi xăng (HC) xâm nhập vào khí quyển.
Trong quá trình kiểm soát nhiên liệu thì bộ chuyển đổi xúc tác hoạt động ở hiệu suất cao nhất. Điều này làm giảm 7 hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO) và oxit nitơ (NOx). Hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR) còn giúp giảm lượng NOx. * Tổng quan về một hệ thống điều khiển: Hình 2.6: Sơ đồ điều khiển động cơ Hệ thống điều khiển động cơ bao gồm các cảm biến phát hiện các tình trạng động cơ khác nhau, một bộ điều khiển được gọi là Mô-đun điều khiển điện tử (ECM) và nhiều bộ truyền động điều khiển nhiều bộ phận khác nhau của động cơ.
Chẩn đoán chính xác hệ thống điều khiển động cơ điện tử bao gồm một số yếu tố: • Kiến thức cơ bản về cách thức hoạt động của hệ thống. • Tìm kiếm thông tin sửa chữa chính xác. • Giải thích chính xác dữ liệu từ hệ thống điều khiển động cơ. • Thực hiện các bài kiểm tra thích hợp một cách chính xác.
Để hiểu cách ECM điều khiển các chức năng khác nhau của động cơ, hệ thống điều khiển điện tử được chia thành ba phần: 8 • Tín hiệu đầu vào: Bao gồm các loại cảm biến để truyền các tín hiệu bằng các nút nhấn, thay đổi điện trở, thay đổi điện áp,… • Bộ xử lý ECM. • Các tín hiệu đầu ra: Thường là các cơ cấu chấp hành trên xe như rơ le , các mô tơ, các cuộn dây điện từ hoặc các loại bóng đèn,… 2. Tín hiệu đầu vào Hình 2.