HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ (EDC16) ĐỘNG CƠ DIESEL VOLKSWAGEN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ (EDC16)
ĐỘNG CƠ DIESEL VOLKSWAGEN

TP.HCM – 12/2018


MỤC LỤC


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Hệ thống điều khiển điện tử động cơ EDC 16 mới của Bosch đã ra mắt trong các
động cơ V10-TDI và R5-TDI. Nhu cầu tăng của động cơ diesel ngày nay về sự tiêu thụ
nhiên liệu, xử lý khí thải, có nghĩa là phức tạp hơn trong phần cứng và phần mềm của các
hệ thống điều khiển động cơ.

Với điều khiển động cơ diesel điện tử EDC 16, một hệ thống điều khiển động cơ
đã được cung cấp sẵn để đáp ứng các yêu cầu này. Điều này đã đạt được trên tất cả bởi
hiệu suất xử lý được cải thiện đáng kể của bộ điều khiển động cơ và một hệ thống xử lý
tín hiệu mới.
Trong bài tiểu luận này, tôi sẽ tìm hiểu và phân tích hệ thống điều khiển điện tử
động cơ diesel EDC 16, sử dụng động cơ V10-TDI làm ví dụ. Và so sánh sự thay đổi
giữa các động cơ V10-TDI và R5-TDI.
Bosch EDC 16 là một hệ thống điều khiển động cơ định hướng mô-men xoắn
được giới thiệu lần đầu tiên trong một động cơ diesel. Như trường hợp với động cơ xăng,
trong hệ thống EDC 16, tất cả các yêu cầu mô-men xoắn được thu thập, đánh giá và phối

hợp trong bộ điều khiển động cơ. Điều này có lợi thế là khả năng thích ứng tốt hơn giữa
các hệ thống trên xe (điều khiển động cơ, hệ thống phanh, hộp số tự động, điều hòa
không khí, ...).

3


Hệ thống điều khiển động cơ EDC 16 của Bosch được thiết kế tương thích với cả
khái niệm đơn vị điều khiển đơn và đôi. Khái niệm thực tế được sử dụng phụ thuộc vào
số lượng xi lanh trong động cơ.
–

Trên động cơ R5-TDI, bộ điều khiển động cơ 1 là J623 đáp ứng tất cả các chức

năng.
– Trên động cơ V10-TDI, bộ điều khiển động cơ 1 J623 đáp ứng các chức năng cơ
bản cho dãy xy lanh 1 và bộ điều khiển động cơ 2 J624 cho dãy xy lanh 2.
Các chức năng cơ bản là, chạy thử, hoạt động của van phun solenoid và tuần hoàn
khí thải.
Các chức năng bao phủ toàn bộ các xy lanh, chẳng hạn như nguồn cấp nước làm
mát, được thực hiện bởi bộ điều khiển động cơ 1 J623, hoặc điều khiển chạy trơn tru của
bộ điều khiển động cơ 2 J624.

4


Thông tin nhận được bởi bộ điều khiển động cơ 1 J623 được gửi đến bộ điều khiển
động cơ 2 J624 thông qua một mạng CAN bên trong.

Cả hai thiết bị điều khiển đều giống nhau và có cùng một số bộ phận. Việc phân bổ

bộ điều khiển động cơ 1 và bộ điều khiển động cơ 2 được thực hiện thông qua một liên
kết mã hóa trong đầu nối cho bộ điều khiển động cơ 2. Sau khi phân bổ, các đơn vị điều
khiển không thể thay đổi được nữa.

5


CHƯƠNG II. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
1. Tổng quan về hệ thống động cơ V10 – TDI
Sơ đồ nguyên lý hoạt động:
Engine speed sender G28

Accelerator pedal position sender G79
Kick-down switch F8
Idle switch F60

Air mass meter G70

Lambda probe G39

Coolant temperature sender G62

Coolant temperature sender radiator
outlet G83

Fuel temperature sender G81

Charge pressure sender G31
Intake air temperature sender G42

Brake light switch F
Brake pedal switch F47

Fuel composition sender G133

Additional input signals

6


7


Hệ thống động cơ V10 – TDI hoạt động nhờ vào các cảm biến sau:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–

Cảm biến tốc độ động cơ G28
Cảm biến vị trí bàn đạp ga G79
Công tắc Kick-down F8
Công tắc chờ F60
Đồng hồ đo khối lượng khí G70 và G246
Cảm biến nhiệt độ làm mát G62
Nhiệt độ nước làm mát G83
Cảm biến đo nhiệt độ nhiên liệu G81 và G248
Cảm biến thành phần nhiên liệu G133
Cảm biến áp suất nạp G31 và G447
Cảm biến nhiệt độ không khí G42 và G299
Đầu dò Lambda G39 và G108
Công tắc đèn phanh F
Công tắc bàn đạp phanh F47
Cảm biến Hall G40
Tín hiệu đầu vào bổ sung

Các tín hiệu từ cảm biến được đưa đến 2 bộ điều khiển động cơ là J623 và J624. Giữa chúng được liên kết bởi mạng CAN với những bộ
điều khiển:
–
–
–
–

Bộ điều khiển ABS với ESP J104
Bộ điều khiển hộp số tự động J217
Đơn vị điều khiển để hiển thị trong bảng chèn ngang J285
Bộ phận điều khiển túi khí J234

Sau khi xử lý thông tin, 2 bộ điều khiển động cơ đưa tín hiệu ra các thiết bị truyền động phù hợp với chế độ làm việc của động cơ như:
–
–
–
–

Kim phun N240,N241,N242,N243,N244,N245, N303,N304,N305,N306
Rơle bơm nhiên liệu J17
Bơm nhiên liệu G6
Bơm nhiên liệu G23

8


–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–

Van tuần hoàn khí thải N18 và N213
Motor đường ống nạp V157 và V275

Bộ điều chỉnh nhiệt làm mát động cơ F265
Rơ le làm mát bổ sung J496
Bơm tuần hoàn nước làm mát liên tục V51
Rơle làm mát nhiên liệu J445
Bơm làm mát nhiên liệu V166
Van điện từ bên phải gắn động cơ N145
Đầu dò nhiệt Lambda Z19
Rờ le Bugi xông J52
Bugi xông Q10, Q11, Q12, Q13, Q14, Q15, Q16, Q17, Q18, Q19
Tín hiệu đầu ra bổ sung
Van chuyển đổi EGR N345 và N381

2. Qui định lượng nhiên liệu
Số lượng nhiên liệu được phun ảnh hưởng quan trọng đến các đặc tính động cơ, chẳng hạn như mô-men xoắn, đầu ra, tiêu thụ nhiên
liệu, khí thải và ứng suất cơ học và nhiệt của động cơ.
Nhờ quy định lượng nhiên liệu, động cơ có thể hoạt động trong mọi điều kiện làm việc với nhiên liệu đốt cháy tối ưu.

9


10


F8

Công tắc Kick-down

G81 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

F60

Công tắc chờ

J623 Bộ điều khiển động cơ 1

G28

Cảm biến tốc độ động cơ

J624 Bộ điều khiển động cơ 2

G42

Cảm biến nhiệt độ khí nạp

N240 Kim phun dãy xy lanh 1

G62

Cảm biến nhiệt độ làm mát

G70

Đồng hồ đo khối lượng khí nạp

G79

Cảm biến vị trí bàn đạp ga

…N244

A

Cảm biến độ cao

Khí nạp, bình thường

Tín hiệu đầu vào

Khí nạp, nén

Tín hiệu đầu ra

Khí thải

Mạng CAN

Nguyên lý hoạt động:
Để đạt được mô-men xoắn tối ưu, một số lượng nhiên liệu được yêu cầu.
Số lượng nhiên liệu được tính toán bởi bộ phận điều khiển động cơ liên quan đến:
–
–
–
–
–

Yêu cầu của người lái xe
Tốc độ động cơ
Nhiệt độ nước làm mát
Nhiệt độ nhiên liệu
Nhiệt độ khí nạp

Tuy nhiên, để bảo vệ động cơ khỏi bị hư hỏng cơ học và ngăn chặn khói đen, cần có hạn chế về số lượng nhiên liệu được phun. Vì lý
do này, bộ điều khiển động cơ tính toán giá trị giới hạn cho số lượng này.
Giá trị giới hạn phụ thuộc vào:

11


–
–
–

Tốc độ động cơ
Khối lượng khí nạp
Áp suất khí nạp

3. Điều chỉnh phun nhiên liệu
Điều chỉnh phun nhiên liệu ảnh hưởng đến một số tính chất động cơ, chẳng hạn như hiệu suất động cơ, mức tiêu thụ nhiên liệu, phát thải
tiếng ồn và cũng quan trọng không kém đó là lượng khí thải.
Bộ điều khiển động cơ tính toán thời điểm bắt đầu phun.
Đặc điểm kỹ thuật phụ thuộc vào:
–
–

Tốc độ động cơ
Lượng nhiên liệu được tính để phun từ quy định về lượng nhiên liệu

Các yếu tố ảnh hưởng khác:
–
–

Nhiệt độ nước làm mát
Áp suất khí nạp

12


Nguyên lý hoạt động:
Điều chỉnh phun được bắt đầu khi van solenoid đơn vị phun được kích hoạt. Đối với hoạt động, từ trường được tạo ra và van đóng.
Khi van đóng trên ghế van, có thể nhận thấy một xung đột đặc biệt trong dòng chảy hiện tại. Điều này được gọi là COI (Bắt đầu giai
đoạn phun). COI báo hiệu hoàn toàn việc đóng van solenoid đơn vị phun và đó là điểm van đóng (BIP) . Tín hiệu được nhận bởi bộ điều
khiển động cơ.
Nếu van đóng, dòng điện được duy trì ở mức không đổi. Khi thời gian đóng van bắt buộc đã hết, hành động sẽ ngừng và van sẽ mở.
Thời điểm thực tế mà tại đó van solenoid đơn vị đóng, đó là COI, được xác định sao cho có thể tính được điểm hoạt động cho giai đoạn
phun tiếp theo.

13


Nếu COI thực tế lệch khỏi các chi tiết được lưu trữ trong bộ điều khiển động cơ, bộ điều khiển động cơ sẽ điều chỉnh điểm hoạt động
của van.
Để các lỗi có thể được phát hiện tại van điện từ, bộ điều khiển động cơ đánh giá vị trí COI từ mẫu dòng chảy hiện tại. Nếu không có lỗi,
COI sẽ nằm trong giới hạn kiểm soát. Nếu không phải là những trường hợp trên, van bị lỗi.
Ảnh hưởng của mất tín hiệu
Nếu lỗi được phát hiện tại van solenoid, bắt đầu phân phối được xác định dựa trên giá trị cố định từ bản đồ. Quy định không còn khả thi
và hiệu suất sẽ bị suy giảm.
4. Tuần hoàn khí thải
Tuần hoàn khí thải có nghĩa là một số lượng khí thải phát thải từ quá trình đốt cháy được sử dụng một lần nữa. Bởi vì khí thải chứa
rất ít oxy, nhiệt độ đốt cháy cao nhất được hạ thấp và khí thải nitơ oxit (NO X) bị giảm. Khí thải tuần hoàn xảy ra với tốc độ động cơ
khoảng 3000 vòng / phút.

14


15


Khí nạp bình thường

Tín hiệu vào

Khí nạp nén

Tín hiệu ra

Khí thải không làm mát

Mạng CAN

Khí thải được làm mát

Chất làm mát
Chân không
G28

Cảm biến tốc độ động cơ

A

Cảm biến độ cao

G39

Lambda probe

B

EGR cooler

G62

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

(V10-TDI-engine,

Đo khối lượng khí nạp

Phaeton)

G70

Bộ điều khiển động cơ 1

C

Chuyển đổi EGR

Bộ điều khiển động cơ 2

D

Bộ hút chân không

J624

Van tuần hoàn khí thải

E

Đường nạp phụ

N18

Van solenoid, xy lanh 1 - 5

F

Van EGR

G

Dẫn động quay

H

Bơm chân không

I

Bộ làm mát không

J623

N240
…
N244

Van chuyển đổi nhiệt EGR

16


N345

V157

khí

Mô tơ nạp

Lượng khí thải tuần hoàn sẽ luôn phụ thuộc vào tốc độ động cơ, lượng nhiên liệu được bơm vào, lượng không khí được hút vào, nhiệt
độ không khí nạp và áp suất không khí.
Quy định Lambda cho tuần hoàn khí thải (động cơ V10-TDI)
Trên động cơ V10-TDI, lượng khí thải tuần hoàn được hiệu chỉnh theo quy định Lambda. Với hệ thống này, hàm lượng oxy còn lại
trong khí thải được tính toán và hình được gửi đến bộ phận điều khiển động cơ. Nếu hàm lượng oxy thực tế lệch khỏi hình được chỉ định,
bộ điều khiển động cơ sẽ kích hoạt van tuần hoàn khí thải N18 và tăng hoặc giảm lượng khí thải tuần hoàn. Với quy định Lambda, lượng
khí thải tuần hoàn có thể được xác định chính xác.
–
–

Nếu hàm lượng oxy quá cao, lượng khí thải tuần hoàn sẽ tăng.
Nếu hàm lượng oxy quá thấp, lượng khí thải tuần hoàn sẽ hạ xuống.
Kiểm soát tuần hoàn khí thải (động cơ R5-TDI)
Trên động cơ R5-TDI, lượng khí thải tuần hoàn được lưu trữ trong bản đồ trong bộ điều khiển động cơ. Nó chứa một giá trị cho số

lượng không khí trong lành cần thiết cho mọi tình huống hoạt động.
Nếu khối lượng không khí được rút ra lệch khỏi hình được chỉ định, lượng khí thải tuần hoàn được điều chỉnh tương ứng.
Làm mát tuần hoàn khí thải

17


Động cơ V10-TDI trong Phaeton có bộ làm lạnh độc lập cho tuần hoàn khí thải cho mỗi dãy xi lanh do phân loại khí thải của nó. Hệ
thống làm lạnh khí thải tuần hoàn khi nhiệt độ nước làm mát vượt quá 50 0C.
Điều này có hai ưu điểm:
–
–

Nhiệt độ đốt giảm
Một lượng lớn khí thải có thể được tái tuần hoàn.
Điều này có nghĩa là có ít nitơ oxit hơn và sự hình thành carbon bị giảm đi.

5. Điều khiển áp suất nạp
Áp suất nạp được điều khiển bởi một bản đồ được lưu trữ trong bộ điều khiển động cơ.
Thiết bị điều khiển động cơ gửi tín hiệu qua mạng CAN đến các động cơ định vị bộ tăng áp. Tín hiệu sẽ đọc từ 0 đến 100% và là giá
trị cần thiết cho cài đặt cánh dẫn hướng. Động cơ định vị sẽ điều chỉnh vị trí của hướng dẫn turbo tăng áp tương ứng và tốc độ thay đổi sẽ
do các góc khác nhau. Áp suất nạp sẽ tăng hoặc giảm.
Điều khiển áp suất nạp hoạt động tùy thuộc vào nhu cầu mô-men xoắn. Để điều khiển áp suất nạp, tín hiệu từ cảm biến áp suất nạp
được sử dụng. Các tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến nhiệt độ làm mát và cảm biến độ cao được sử dụng làm yếu tố hiệu
chỉnh. Áp suất nạp giảm dần khi xe đang đi ở độ cao cao để bảo vệ bộ sạc.

6. Hệ thống bugi xông
Hệ thống bugi xông giúp khởi động động cơ ở nhiệt độ bên ngoài thấp hơn. Nó được kích hoạt bởi bộ phận điều khiển động cơ ở
nhiệt độ nước làm mát dưới 9oC. Rờ le bugi xông được kích hoạt bởi bộ điều khiển động cơ. Sau khi kích hoạt nó cung cấp dòng điện cần
thiết cho các bugi xông.

18


Giai đoạn khởi động:
Các bugi được kích hoạt khi nhiệt độ bên ngoài dưới 9 OC. Đèn cảnh báo được sáng lên. Khi thời gian xông đã xong, đèn cảnh báo sẽ
tắt và động cơ có thể khởi động.
Thời gian xông kéo dài:
Khi động cơ khởi động, có một khoảng thời gian xông kéo dài. Điều này giúp giảm tiếng ồn khi cháy, nó cải thiện chất lượng tốc độ
chạy không tải và lượng khí thải carbon dioxide giảm. Thời gian xông kéo dài tối đa là bốn phút và bị ngừng hoạt động ở tốc độ động cơ ở
trên 2500 vòng / phút. Không có thời gian xông kéo dài nếu điện áp ắc quy quá thấp.
7. Điều khiển tốc độ chạy không tải

19


Điều khiển tốc độ không tải có nghĩa là tốc độ chỉ định được đặt trước khi bàn đạp ga được tác động. Điều này sau đó được điều chỉnh
phù hợp với điều kiện hoạt động hiện tại của động cơ. Do đó, một động cơ xứ lạnh sẽ có tốc độ chạy không tải cao hơn một động cơ ở các
nước nhiệt đới. Hơn nữa, các yêu cầu hiệu suất khác được xem xét như:

-

Lượng năng lượng lớn được hoạt động bởi máy phát điện khi hệ thống điện có công suất thấp, bơm trợ lực lái
Mức áp suất cao cần thiết cho việc bơm dầu
Năng lượng cần thiết để vượt qua ma sát bên trong của động cơ

Từ bộ chuyển đổi mô-men xoắn ở các tải trọng khác nhau.

20


Nguyên lý hoạt động:
Tốc độ động cơ được điều chỉnh bởi một bản đồ trong bộ điều khiển động cơ. Bản đồ thu thập thông tin:

- Từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát
- Tải trên máy phát điện
- Tải trên hệ thống điện của xe
Bộ điều khiển động cơ liên tục điều chỉnh lượng nhiên liệu được bơm cho đến khi tốc độ thực tế tương đương với giá trị được quy
định.
Để tránh lượng khí thải không cần thiết, tốc độ chạy không tải được giữ ở mức tối thiểu, mặc dù trong quá trình này, nhu cầu chạy êm
cũng đóng một vai trò quan trọng.
8. Điều khiển chạy mượt mà
Điều khiển chạy mượt mà cải thiện tốc độ chạy không tải của động cơ.
Xi lanh khác nhau trong một động cơ thường có thể tạo ra các mức mô-men xoắn khác nhau mặc dù cùng một lượng nhiên liệu đã
được bơm. Nguyên nhân có thể có của điều này là trong số những chi tiết có sự khác biệt:

-

Dung sai của các chi tiết
Quá trình nén của xi lanh
Ma sát do xi lanh gây ra
Các bộ phận phun thủy lực.
Những ảnh hưởng của những khác biệt trong mô-men xoắn là:

- Động cơ không cân bằng
21

- Tăng lượng phát thải khí thải.
Điều khiển chạy mượt mà được thiết kế để phát hiện các xung ở tốc độ gây ra ảnh hưởng. Các xung ở tốc độ sau đó được cân bằng
bằng cách kiểm soát số lượng dầu được phun vào các xy lanh bị ảnh hưởng. Ví dụ: Những thay đổi cần thiết về lượng nhiên liệu được phun
ở tốc độ 580 vòng/phút
Nguyên lý hoạt động:
Example: Necessary changes in the amount of fuel injected at specified speeds of 580 rpm

304_058

Actual speed

Change in quantity of fuel injected

Phát hiện hoạt động ở tốc độ không tải thông qua tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ. Nếu tín hiệu được nhận theo nhịp điệu cân
bằng, các xy lanh đều hoạt động theo cùng một cách. Nếu hiệu suất của một xy lanh nhỏ hơn các xy lanh khác, trục khuỷu cần thời gian dài
hơn để đạt được điểm phun tiếp theo.

22


Và trong cùng một cách, một xy lanh thực hiện tốt hơn so với những cái khác sẽ có một con đường ngắn hơn. Nếu bộ phận điều khiển
động cơ phát hiện độ lệch, xy lanh bị ảnh hưởng sẽ nhận được lượng nhiên liệu nhỏ hơn hoặc lớn hơn cho đến khi động cơ chạy mượt mà
trở lại.
9. Hệ thống giảm chấn xung
Với hệ thống giảm chấn xung hoạt động, sẽ có sự giảm thiểu các chuyển động của xe rung do thay đổi tải từ các yêu cầu tăng tốc khác
nhau.
Giảm chấn xung không hoạt động
Khi bàn đạp ga được giảm bớt, một lượng lớn nhiên liệu (đường cong màu xanh) được bơm trong một thời gian ngắn.

Sự thay đổi tải đột ngột này có thể dẫn đến các xung (đường cong màu đỏ) trong xe do sự thay đổi mạnh mẽ của mô-men xoắn động
cơ.
Những xung động này được coi là những thay đổi không thoải mái trong việc tăng tốc bởi những người lái chiếc xe.

23


1000

n (1/min)

) 3

304_053
800

0

1

2
t (s)

n: tốc độ động cơ
Giảm chấn xung hoạt động
Khi bàn đạp ga bị giảm, lượng nhiên liệu được phun (đường cong màu xanh) không phải là số lượng đầy đủ được yêu cầu ngay từ
đầu. Thay vào đó nó bị trì hoãn một nửa. Nếu có xung trong xe, chúng sẽ được phát hiện thông qua việc đánh giá tín hiệu tốc độ động cơ.
Khi tốc độ tăng, lượng nhiên liệu được bơm sẽ giảm và tương tự khi tốc độ giảm, nhiên liệu sẽ tăng lên.
Các xung bị giảm chấn (đường cong màu đỏ) ít được chú ý hơn bởi người lái chiếc xe.

24


) 3

n (1/min)

1000
25 V (mm

20

800

304_054
t (s)
12
0

1

2

t : thời gian
V: lượng nhiên liệu được phun
10. Hệ thống kiểm soát hành trình
Hệ thống kiểm soát hành trình (Cruise control system) cho phép chiếc xe được điều khiển với tốc độ không đổi mà không cần phải
đạp chân ga.
Việc bắt đầu kiểm soát hành trình phụ thuộc vào từng chiếc xe. Kiểm soát hành trình trên chiếc Touareg bắt đầu giảm tốc ở tốc độ 6
km/h và hoạt động bình thường ở 20 km/h. Trên chiếc Phaeton, nó bắt đầu ở 20 km/h.

Tốc độ được chỉ định được đặt thông qua một nút trên vô lăng đa chức năng. Tín hiệu được gửi đến bộ điều khiển động cơ 1 J623 và
được chuyển sang bộ điều khiển động cơ 2 J624 thông qua mạng CAN bên trong.

25