Đồ án Khai thác động cơ 1MZ - FE lắp trên xe Lexus RX - 300

à Hình 1.14. bánh đà Bánh đà giữ cho độ chuyển động không đồng đều của trục khuỷu động nằm trong giới hạn cho phép và dự trữ động năng cho quá trình nén và thải, là nơi nắp các chi tiết của cơ cấu khởi động như vành răng khởi động và là nơi đánh dấu tương ứng với điểm chết và khắc vạch chia độ góc quay trục khuỷu. Bánh đà được chế tạo từ gang xám và được cân bằng động cùng với trục khuỷu. 1.2.2. Cơ cấu phối khí Cơ cấu phối khí được dùng là cơ cấu phối khí dùng xu páp treo. Động cơ 1MZ-FE sử dụng cơ cấu phối khí thông minh VVT-i. Hệ thống VVT-i (Variable Valve Timing Intelligent) sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí. Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiễm. Hình 1.15. cơ cấu VVT-i Như trong hình minh họa, hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 40 độ so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến. * Nhiệm vụ - yêu cầu: Cơ cấu phối khí bao gồm tất cả các cụm, các chi tiết và các kết cấu với chức năng đảm bảo quá trình trao đổi khí giữa xy lanh động cơ với môi trường bên ngoài trong các quá trình nạp khí vào xy lanh và thải các sản phẩm cháy từ xy lanh ra môi trường bên ngoài. Yêu cầu đối với cơ cấu phối khí đó là: Nạp đầy và thải sạch ở mọi chế độ làm việc của động cơ. Tiếng ồn thấp, khả năng bao kín tốt. Độ bền và độ tin cậy làm việc cao. Dễ dàng lắp ráp thay thế chi tiết và sửa chữa bảo dưỡng điều chỉnh.  y của bạc cổ trục là 2,25 ,25 p, bề mặt làm việc được phủ một lớp hợp kim chống mòn COC 66 . động quay Hình 1.16. Cơ cấu dẫn động phối khí Với cơ cấu phối khí xu páp treo bảo đảm cho buồng cháy nhỏ gọn, chống cháy kích nổ tốt nên có thể tăng được tỉ số nén và làm cho dạng đường thải, nạp thanh thoát, khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí xu páp hợp lí hơn nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí khiến hệ số nạp tăng. Cấu tạo cơ cấu phối khí gồm các chi tiết chính sau : trục cam, xu páp a, Xu páp Trên động cơ 1MZ-FE gồm 12 xu páp nạp và 12 xu páp xả. Các xu páp được dẫn động trực tiếp từ trục cam. Các xu páp làm việc trong điều kiện rất xấu; chịu tải động và phụ tải nhiệt rất lớn nhất là đối với xu páp thải. Hình 1.17: Kết cấu các phần của xu páp và lắp ghép xu páp với đế 1.Đuôi xu páp; 2.Thân xu páp; 3.Nấm xu páp * Xu páp nạp Xu páp nạp làm bằng thép. Giữa thân và tán nấm có bán kính góc lượn lớn để cải thiện tình trạng lưu thông của dòng khí nạp vào xi lanh, đồng thời tăng độ cứng vững cho xu páp, giảm được trọng lượng. Phần đuôi được tôi cứng. * Xu páp thải Xu páp thải làm bằng thép chịu nhiệt. Phần đuôi được tôi cứng để tránh mòn và có rãnh để lắp móng hãm giữa đuôi xu páp và lò xo xu páp. Móng hãm hình côn gồm 2 nửa với kiểu lắp này có kết cấu đơn giản, độ an toàn cao, và không gây nên ứng suất tập trung trên đuôi xu páp. Để dễ sửa và tránh hao mòn cho nắp xi lanh ở chỗ lắp xu páp người ta lắp ống dẫn hướng.ống dẫn hướng có dạng hình trụ rỗng được đóng ép vào nắp xi lanh đến một khoảng cách nhất định. + Đế xu páp hình ống, mặt trong được vát góc theo góc vát của tán nấm và được đóng trên nắp máy + Lò xo xu páp hình trụ hai đầu được quấn sít với nhau và mài phẳng. b, Trục cam Trục cam được chế tạo bằng thép hợp kim thành phần các bon thấp. Trên trục cam có 12 cam nạp và 12 cam thải. Các cam nạp và các cam thải được làm liền trục, trên trục cam còn có bánh lệch tâm để dẫn động bơm xăng. Trục cam được dẫn động từ trục khuỷu bằng bộ truyền đai. Hình 1.18. Cơ cấu dẫn động trục cam c, Ống dẫn hướng xu páp: Để thuận lợi cho việc gia công, đại tu, sửa chữa và kéo dài tuổi thọ lắp xy lanh giữa thân xu páp và nắp xy lanh có một chi tiết trung gian là ống dẫn hướng. Ống dẫn hướng lắp lỏng với thân xu páp và có chức năng dẫn hướng cho xu páp chuyển động tịnh tiến qua lại khi đóng mở. Ống được ép căng vào lỗ gia công trong nắp xy lanh. Ống được chế tạo bằng gang hợp kim hoặc gang dẻo nhiệt luyện. Ống có kết cấu hình trụ rỗng có vát mặt đầu để dễ lắp ráp. d, Lò xo xu páp: Xu páp tì chặt lên đế đóng kín đường thông là nhờ lực đẩy của lò xo. Trên mỗi xu páp có lắp một lò xo. Lò xo xu páp được chế tạo bằng thép lò xo (thép crom sillic) sau đó được ram cứng, giúp cho lò xo xu páp đảm bảo ngay cả ở tốc độ động cơ cao. Lò xo xu páp có kết cấu hình trụ, hai đầu mài phẳng để lắp ráp với đĩa xu páp. 1.2.3. Các hệ thống chính của động cơ Hệ thống cung cấp nhiên liệu sẽ được trình bày riêng trong chương 3, vì thế trong phần này tác giả ĐATN chỉ mô tả các hệ thống chính còn lại của động cơ. 1.2.3.1. Hệ thống làm mát a, Nhiệm vụ hệ thống làm mát Khi động cơ làm việc, các chi tiết của động cơ nhất là các chi tiết trong buồng cháy tiếp xúc với khí cháy nên có nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ đỉnh pít tông có thể đến 6000C còn nhiệt độ xu páp thải có thể lên đến 9000C. Nhiệt độ các chi tiết cao có thể dẫn đến các tác hại đối với các động cơ: Giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ các chi tiết; Bó kẹt giữa các cặp chi tiết chuyển động như pít tông - xy lanh, trục khuỷu - bạc lót…; Giảm hệ số nạp nên giảm công suất động cơ; Kích nổ trong động cơ. Hệ thống làm mát có tác dụng tản nhiệt khỏi các chi tiết, giữ cho nhiệt độ của các chi tiết không vượt quá giới hạn cho phép và do đó bảo đảm điều kiện làm việc của động cơ. Trên động cơ 1MZ-FE sử dụng hệ thống làm mát bằng nước, kiểu kín tuần hoàn cưỡng bức nhờ bơm nước. Nguyên lí của hệ thống làm mát được trình bày trên (hình 1.19). Hình 1.19. Hệ thống làm mát 1.Van xả nước; 2. đường nước từ két mát ra bơm nước;3. trục bơm nước; 4.Buli nước; 5. Van hằng nhiệt; 6. Két mát; 7.quạt gió; 8. đường dẫn nước ra két làm mát; 12.thân máy; 13. van tháo nước. * Nguyên lí làm việc của hệ thống: Khi động cơ làm việc thông qua cơ cấu dẫn động làm cho bơm nước làm việc. Nước lạnh từ két mát được bơm nước đẩy vào các đường dẫn vào các khoang trong nắp máy rồi theo các đường dẫn trên nắp máy trở về két mát và bơm nước. Để duy trì nhiệt độ nước làm mát trong hệ thống được ổn định trên hệ thống làm mát có bố trí van hằng nhiệt 5. Khi nhiệt độ nước trong hệ thống nhỏ hơn 70C van hằng nhiệt 5 đóng đường nước ra két mát. Nước được tuần hoàn cưỡng bức từ bơm nước đến các khoang trên nắp máy để làm mát cho hệ thống. Khi nhiệt độ nước làm mát lớn hơn 800C, dưới tác dụng của nhiệt độ van hằng nhiệt mở hoàn toàn. Nước từ bơm nước vào các khoang trên lắp máy.Khi ra khỏi nắp máy nước có nhiệt độ cao được dẫn vào trong két mát nhờ van hằng nhiệt 5 mở . Sau khi qua két nước. Nước được làm mát quay trở về bơm nước thực hiện chu trình tiếp theo Để kiểm tra nhiệt độ của nước làm mát trên bảng đồng hồ có lắp đồng hồ báo nhiệt độ nước. Ngoài ra còn lắp một bộ cảm biến báo lên đèn nguy hiểm trên ca bin buồng lái, khi đèn sáng là báo hiệu động cơ quá nóng. b, Các chi tiết chính +Bơm nước và quạt gió Bơm nước trên hệ thống làm mát của động cơ là bơm ly tâm có nhiệm vụ cung cấp nước tuần hoàn cưỡng bức trong hệ thống làm mát của động cơ. Được dẫn động bằng đai từ trục khuỷ động cơ. Quạt gió có nhiệm vụ tạo ra dòng khí hút đi qua két nước để tăng hiệu quả làm nguội nước nóng sau khi đã làm mát cho động cơ. Quạt gió được lắp trên đầu phía trước của trục bơm nước. Các cánh quạt được chế tạo bằng thép lá. Để nâng cao năng suất và tạo hướng cho dòng khí vành quạt gió có hom khí. +Két nước làm mát Két nước là thiết bị trao đổi nhiệt dùng để truyền nhiệt từ nước làm mát cho dòng không khí chuyển động qua. Hình 1.20. Két nước làm mát 1. Nắp két nước, 2. Ống nước hồi, 3. Ống nước đi. Két nước làm mát bao gồm các ống dẫn bằng đồng đỏ. Các ống này được hàn với các cánh tản nhiệt hình gợn sóng nhằm tăng tiết diện tiếp xúc với không khí để tăng khả năng toả nhiệt của két làm mát. Ngăn trên có miệng đổ nước và được đậy bằng nắp. Nắp két nước có hai van, van xả có tác dụng giảm áp khi áp suất trong hệ thống cao (khoảng 1,15 1.25 kG/cm2) do bọt hơi sinh ra trong hệ thống, nhất là khi động cơ quá nóng. Còn van hút sẽ mở để bổ sung không khí khi áp suất chân không trong hệ thống lớn hơn giá trị cho phép (khoảng 0,05 0,1 kG/cm2). +Van hằng nhiệt Van hằng nhiệt có nhiệm vụ rút ngắn thời gian sấy nóng khi động cơ bắt đầu khởi động và tự động duy trì chế độ nhiệt của động cơ trong giới hạn cho phép. Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn 750C, hỗn hợp chất lỏng trong hộp (1) chưa bị giãn nở, van đóng (5) và nước sẽ đi qua đường dẫn (2) trở về bơm mà không qua két làm mát. Khi nhiệt độ nước tăng cao hơn 750C, hỗn hợp chất lỏng trong hộp giãn nở, áp suất tăng nên đẩy cán lên làm mở van (5) và nước theo đường ống đến két làm mát. Khi nhiệt độ nước băng 900c thì van được mở hoàn toàn. 1.2.3.2. Hệ thống bôi trơn a, Nhiệm vụ hệ thống bôi trơn Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt làm việc của các chi tiết để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ cũng như tăng tuổi thọ của các chi tiết. Dầu bôi trơn có nhiều công dụng trong đó một số công dụng quan trọng nhất của dầu bôi trơn là: - Bôi trơn các bề mặt có chuyển động trượt giữa các chi tiết nhằm giảm ma sát do đó giảm mài mòn tăng tuổi thọ các chi tiết. - Rửa sạch bề mặt ma sát của các chi tiết. Trên bề mặt ma sát trong quá trình làm việc thường có các vẩy rắn tróc ra khỏi bề mặt. Dầu bôi trơn sẽ cuốn trôi các vảy tróc, sau đó được giữ lại trong các phần tử lọc của hệ thống bôi trơn, tránh cho bề mặt ma sát bị cào xước. - Làm mát một số chi tiết. - Bao kín khe hở giữa các chi tiết như cặp pít tông - xy lanh - xec măng để giảm lọt khí. Động cơ 1MZ-FE sử dụng phương pháp bôi trơn cưỡng bức. Dầu trong hệ thống bôi trơn được bơm đẩy đến các bề mặt ma sát với áp suất nhất định, do đó hoàn toàn có thể đủ lưu lượng để bảo đảm bôi trơn làm mát và tẩy rửa các bề mặt ma sát. Sơ đồ hệ thống bôi trơn được thể hiện trên hình 1.21 Hình 1.21. Sơ đồ hệ thống bôi trơn 1. Bơm dầu; 2. Nút xả dầu; 3. Phao hút dầu; 4. Van an toàn; 5. Két mát dầu; 6. khoá két mát; 7. Bộ cảm biến áp suất dầu; 8. Bộ cảm biến báo hỏng; 9. Bầu lọc dầu; 10. Lỗ dầu bôi trơn cho cặp bánh răng phân phối khí. b, Nguyên lý làm việc Dầu trong các te dầu được hút vào bơm qua phao hút dầu. Phao hút dầu có lưới chắn để lọc sơ bộ những tạp chất có kích thước lớn. Dầu được bơm đẩy qua bộ làm mát dầu 2, tại đây dầu được làm mát rồi tiếp tục đến đường dầu chính, rồi đến cốc lọc, dầu theo các nhánh đi bôi trơn trục khuỷu sau đó lên bôi trơn đầu to thanh truyền, chốt pít tông, và đi bôi trơn trục cam… c, Các chi tiết chính  +Bơm dầu Bơm dầu có nhiệm vụ cung cấp dầu dưới áp suất cao vào đường dầu chính của động cơ và đến két làm mát. Hệ thống bôi trơn của động cơ sử dụng kiểu bơm bánh răng ăn khớp ngoài. Hình 1.22. Bơm bánh răng ăn khớp ngoài +Bầu lọc dầu Bầu lọc dầu có nhiệm vụ lọc sạch các tạp chất cơ học do sự mài mòn cơ học các chi tiết của động cơ, các loại bụi từ không khí lẫn vào các sản vật cháy có chứa trong dầu. Kiểu bầu lọc được dùng là kiểu bầu lọc cơ khí loại bầu lọc thấm dùng tấm kim loại. + Két làm mát dầu Ở chế độ nhiệt làm việc ổn định của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn cần nằm trong giới hạn 80 ¸ 900C. Nhưng trong sử dụng do nhiệt độ của môi trường tương đối cao, do động cơ thường phải làm việc ở những chế độ phụ tải cao trong thời gian dài , nhiệt độ của dầu bôi trơn sẽ vượt quá giới hạn cho phép và do đó cần được làm mát trong két làm mát dầu. Trên hệ thống bôi trơn của động cơ sử dụng két làm mát dầu kiểu ống được làm mát bằng không khí, bố trí trước két nước của động cơ. + Đồng hồ đo áp suất dầu Đồng hồ áp suất dầu nối với đường dầu chính để kiểm tra tình hình hoạt động của hệ thống. 1.2.3.3. Hệ thống kiểm soát khí thải a, Nhiệm vụ của hệ thống kiểm soát khi thải Hệ thống kiểm soát khí thải của động cơ bao gồm hệ thống kiểm soát khí thoát ra từ các te, hệ thống điều khiển sự bốc hơi nhiên liệu, hệ thống hồi lưu khí xả và bộ xử lý khí thải. Nhiệm vụ chung của toàn bộ hệ thống là giảm đến mức tối đa lượng khí độc hại gây ô nhiễm môi trường như: oxit cacbon , Hidrocacbon, oxit nitơ, và các chất khí khác. b, Các chi tiết chính * Hệ thống kiểm soát hơi khí thoát từ các te trục khuỷu Là hệ thống có nhiệm vụ giảm tối đa lượng hỗn hợp khí từ các te động cơ thoát ra bầu khí quyển. Khi động cơ hoạt động, không khí sạch được đưa từ bộ lọc gió vào trong các te trục khuỷu qua ống thông hơi để được hoà trộn với các khí lọt ở bên trong các te trục khuỷu. Các khí lọt xuống ở bên trong các te trục khuỷu được rút vào cửa họng nạp qua van thông hơi (PCV). Van PCV được thiết kế để điều hòa lượng khí thông hơi thích hợp, pít tông của van PVC có thể dịch chuyển tương ứng với độ chân không của họng nạp. Khi động cơ hoạt động ở chế độ tải thấp hay hoạt động ở chế độ cầm chừng, lượng khí đi qua van PVC được hạn chế để duy trì sự hoạt động ổn định của động cơ. Khi động cơ hoạt động ở tải lớn hay toàn tải, lượng không khí đi qua van PVC tăng lên đảm bảo cho quá trình thông hơi trong các te động cơ. Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thoát từ các te trục khuỷu của động cơ 1MZ-FE được giới thiệu trên hình 1.23. Hình 1.23. sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thoát từ các te trục khuỷu. * Hệ thống hồi lưu khí xả (EGR) Hệ thống hồi lưu khí xả có nhiệm vụ giảm lượng ôxit nitơ (NOx) sinh ra trong quá trình cháy thoát ra ngoài môi trường. Khi nhiệt độ cháy của hỗn hợp cháy cao, một lượng lớn khí oxit nitơ sẽ được tạo ra ở trong buồng cháy. Vì vậy hệ thống ERG hồi lại một phần khí xả từ đường ống xả đoạn lắp trên nắp máy vào trong buồng đốt thông qua họng nạp. Khi khí xả được trộn lẫn với hỗn hợp cháy thì sự lan truyền ngọn lửa trong buồng đốt bị chậm lại, bởi vì phần lớn khí xả là trơ không cháy được. Nhiệt độ cháy do đó giảm xuống và làm giảm lượng NOx sinh ra vì khí trơ hấp thụ nhiệt toả ra. Hệ thống hồi lưu khí xả của động cơ Toyota 1MZ-FE được giới thiệu trên hình 1.24. Hình 1.24. Sơ đồ hệ thống hồi lưu khí xả. * hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu(EVAP) tạm thời hấp thụ hơi nhiên liệu vào bộ lọc than hoạt tính và dẫn nó vào động cơ để đốt cháy, nhờ thế mà ngăn không cho nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu lọt ra ngoài khí quyển. Hoạt động theo nguyên lý: hơi nhiên liệu bốc lên từ bình nhiên liệu(4), đi qua van một chiều (1) và đi vào bộ lọc than hoạt tính, than sẽ hấp thụ hơi nhiên liệu lượng hơi được hấp thụ này sẽ được hút vào cửa lọc của họng gió vào xy lanh để đốt cháy khi động cơ đang chạy. Van một chiều (2) và van chân không(3) của nắp bình nhiên liệu được mở ra để hút không khí từ bên ngoài vào bình nhiên liệu khi trong thùng có áp suất chân không (do nhiệt độ bên ngoài thấp) Trên động cơ 1MZ-FE , ECU điều khiển dòng khí bằng cách điều chỉnh độ mở của van VSV. Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu trên động cơ 1MZ-FE được giới thiệu trên hình 1.25 Hình 1.25. hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu trên động cơ 1MZ-FE 1,5. van một chiều, 2. thùng chứa than hoạt tính, 3.van chân không của thùng nhiên liệu, 4.Thùng nhiên liệu. 1.2.3.4. Hệ thống đánh lửa a, Nhiệm vụ hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ tạo tia lửa điện cao áp từ 12 14 kV để đốt cháy hoà khí trong động cơ vào cuối kỳ nén. Để giúp cho sự cháy đạt hiệu quả cao, hệ thống đánh lửa phải đốt cháy hỗn hợp không khí nhiên liệu ngay tức thì. Thời điểm đánh lửa chính xác được tạo ra vào đúng ngay thời điểm liên quan đến vị trí của pít tông. Bộ ECU động cơ nhận các tín hiệu từ các cảm biến liên quan và điều chỉnh thời điểm đánh lửa. b, Sơ đồ hệ thống và nguyên lí làm việc Sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ 1MZ-FE được thể hiện trên hình 1.26 Hình 1.26. Sơ đồ hệ thống đánh lửa của động cơ 1MZ-FE * Nguyên lí làm việc: - Bật khoá điện, khi trục khuỷu động cơ chưa quay, ECU chưa nhận được xung G. Dòng sơ cấp đi qua cuộn dây sơ cấp về cực (-) ắc qui. - Khi trục khuỷu động cơ quay, cảm biến đánh lửa gửi xung G đến ECU cùng các thông tin khác (NE, QK hoặc P,...). Tại đây bộ phận máy tính phụ trách đánh lửa (IC đánh lửa) sẽ xử lý các tín hiệu và phát ra các xung tín hiệu phù hợp với góc đánh lửa sớm để gửi xung IGT đến bộ xác định thời điểm đánh lửa. Tuy nhiên tại bộ xác định thời điểm đánh lửa, xung IGT còn được kiểm soát và chuẩn hoá lại (mã hoá xung). Dòng Isc bị mất đột ngột làm cho cuộn thứ cấp cảm ứng ra SĐĐ cao áp đánh lửa qua bu gi. bộ phát xung IGF dẫn ngược lại về ECU. Xung này gửi tới ECU để báo rằng HTĐL đang hoạt động. CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ Ở CHẾ ĐỘ Nemax *Mục đích Mục đích việc tính toán nhiệt chu trình công tác là xác định các chỉ tiêu kinh tế và hiệu quả của chu trình công tác, sự làm việc của động cơ ở điều kiện Việt Nam *Chế độ tính toán Chế độ làm việc của động cơ được đắc trưng bằng các thông số cơ bản như công suất có ích, mô mem xoắn có ích, tốc độ quay và nhiều thông số khác. Các thông số ấy có thể ổn định hoắc thay đổi trong một phạm vi rộng tùy theo chế độ làm việc của động cơ. Ta chọn chế độ công suất có ích lớn nhất ứng với số vòng quay của trục khuỷu là 5400v/ph 2.1 Chọn các thông số ban đầu 1- Công suất có ích lớn nhất: = 117 [Kw]. 2- Số vòng quay trong một phút của trục khuỷu ứng với chế độ công suất lớn nhất: n = 5400 v/ ph 3- tốc độ trung bình của pít tông: Giá trị của được xác định thông qua hai thông số đã biết theo biểu thức sau: = 14.94 , trong đó: - S: Hành trình của bít tông, S =83mm = 0,083 m n: Số vòng quay của trục khuỷu động cơ, n = 5400v/ph 4- Số xy lanh của động cơ: i = 6 5- Tỷ số giữa hành trình của pít tông và đường kính xy lanh: 6- Hệ số kết cấu : 7- Tỷ số nén : = 10,5 Trong đó: - là thể tích công tác của một xy lanh: =4,934.10-4 [m3] = 0,4934 [dm3]; - là thể tích buồng cháy, =5,2.10-2 [dm3]. 8- Hệ số dư lượng không khí phụ thuộc kiểu động cơ, phương pháp tạo hỗn hợp và chế độ sử dụng của động cơ: chọn = 0,9. 9- Nhiệt độ môi trường T0: Giá trị trung bình của T0 ở nước ta theo thống kê của nhà khí tượng là 240C, tức là 2970K 10- Áp suất của môi trường p0: Để tiện sử dụng trong tính toán, người ta thường lấy giá trị của p0 ở độ cao của mức nước biển là: po = 0,103 [MN/m2] = 0,103 [MPa]. 11- Hệ số nạp hv: Ở chế độ số vòng quay trục khuỷu lớn, do vạy sức cản trên đường ống nạp tăng làm giảm hệ số nạp động cơ, chọn hv = 0,75 12- Áp suất khí thể cuối quá trình thải cưỡng bức pr: Động cơ xăng: pr = 0,11¸ 0,12 [Mpa], chọn pr = 0,11 [Mpa]. 13- Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr: Động cơ xăng: : Tr = 900¸1100 0K chọn Tr = 1000oK 14- Độ sấy nóng khí nạp DT: Động cơ xăng: DT = 10¸30 0K chọn DT =15 0K. 15- Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Động cơ xăng: n1 = 1,34¸1,37 , chọn n1 =1,37 16- Hệ số sử dụng nhiệt xz: Động cơ xăng: xz = 0,85¸ 0,92, chọn xz = 0,85. 17- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT: QT thường được tính với 1kg nhiên liệu. Đối với nhiên liệu xăng: QT = 44.103 [KJ/kgnl]. 18- Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2: Động cơ xăng: n2 = 1,23¸1,27, chọn n2 = 1,23 2.2 Tính toán chu trình công tác 2.2.1 Tính toán chu trình trao đổi khí a) Mục đích của việc tính toán quá trình trao đổi khí là xác định các thông số chủ yếu của cuối quá trình nạp chính ( ở điểm a) như áp suất và nhiệt độ. b) Thứ tự tính toán: - Hệ số khí sót gr: = 0,0445 - Nhiệt độ cuối quá trình nạp: Giá trị của được xác định theo biểu thức: = = 341,31 [0K]. - Áp suất cuối quá trình nạp = 0,0838 [MPa]. 2.2.2 Tính toán quá trình nén a) Mục đích của việc tính toán quá trình nén là xác định các thông số như áp suất và nhiệt độ ở cuối quá trình nén b) Thứ tự tính toán - Áp suất cuối quá trình nén: = 2.1 [MPa]. - Nhiệt độ cuối quá trình nén: = 814.68 [oK]. 2.2.3. Tính toán quá trình cháy a) Mục đích của việc tính toán quá trình cháy là xác định các thông số cuối quá trình cháy như áp suất và nhiệt độ b) Thứ tự tính toán: Việc tính toán được chia làm hai giai đoạn sau: Tính toán tương quan nhiệt hóa: - Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu thể lỏng: = 0,5119 , trong đó: , và : là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng của cacsbon, hyđrô và ô xy tương ứng chúa trong 1 kg nhiên liệu. Trị số các thành phần ấy đối với xăng có thể lấy gần đúng theo các giá trị sau: gC= 0,855; gH = 0,145; gO = 0. - Lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1kg nhiên liệu = 0,9.0,5119 = 0,46071. - Lượng hỗn hợp cháy tương ứng với lượng không khí thực tế , đối với động cơ xăng:= 0,46964 , trong đó: là trọng lượng phân tử của nhiên liệu.Đối với động cơ xăng =110¸114,chọn = 112 . Số mol của sản vật cháy khi = 0,9 =0,50771 . - Hệ số thây đổi phân tử lý thuyết: = 1,0811. - Hệ số thay đổi phân tử thực tế: = 1,0776. Tính toán tương quan nhiệt động: Đối với động cơ xăng: khi 0,7<= 0,9 <1 thì giá trị của được xác định theo biểu thức gần đúng sau: = 18,423 + 2,596+ (1,55+1,38).10-3.= 18,423 + 2,596.0,9 + (1,55+1,38.0,9).10-3.= 20,7594 + 2,792.10-3. [KJ/Kmol.độ]. - Tổn thất nhiệt do quá trình cháy không hoàn toàn được xác định theo biểu thức: 6142,857. -Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén: = 20,223 + 1,742.10-3.= 20,223 + 1,742.10-3.814,68 = 21,642 [KJ/Kmol.®é]. - Nhiệt độ cuối quá trình cháy được xác định theo phương trình nhiệt động sau: 3,0086.10-3.+ 22,37.- 83229,703 = 0 (*). Giải phương trình (*) lấy nghiệm dương ta có: = 2723,21 [oK]. Tỷ số tăng áp suất: = 3,602. Áp suất cuối quá trình cháy: =3,602.2,1= 7,5643[MPa]. 2.2.4. Tính toán quá trình dãn nở . a) Mục đích việc tính toán quá trình dãn nở là xác định các giá trị áp suất và nhiệt độ ở cuối quá trình dãn nở . b) Thứ tự tính toán: - Áp suất cuối quá trình dãn nở: = 0,42 [MPa]. - Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở: = 1585,65 [0K]. 2.2.5. Kiểm tra kết quả tính toán. Ta có thể dùng công thức kinh nghiệm sau đây để kiểm tra kết quả việc chọn và tính các thông số. = 1014,5 [0K]. Sai số = 1,45% < 3%. So sánh giữa giá trị đã chọn của Tr và kết quả thu được theo các biểu thức kiểm tra, ta thấy sai số nhỏ hơn 3% nên các thông số đã chọn thỏa mãn yêu cầu 2.3. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác 2.3.1 Các thông số chỉ thị. Đó là những thông số đặc trưng cho chu trình công tác của động cơ. a) Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết: = 1,099 [MPa]. b) Áp suất chỉ thị trung bình thực tế: =1,099.0,98 =1,077 [Mpa], trong đó: lá hệ số điền đầy đồ thị công, =0,90¸0,98; chän=0,98. c) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị: == 217,49. d) Hiệu suất chỉ thị: trong đó được tính bằng [KJ/kgnl] và [kg/KWh]. 2.3.2. Các thông số có ích. Các thông số có ích là những thông số đặc trưng cho sự làm việc của động cơ. Để xác định các thông số đó, ta sử dụng kết qua tính toán các thông số chỉ thị ở mục trên và xác định giá trị của áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ . Thứ tự tính toán các thông số có ích như sau: + Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ được xác định theo công thức thực nghiệm: pcơ = 0,025 + 0,012CTB= 0,025+0,012.14,94 =0,204 [MPa]. + Áp suất có ích trung bình: pe = pi - pcơ = 1,077 - 0,204 = 0,873 [MPa]. + Hiệu suất cơ khí: hcơ + Suất tiêu hoa nhiên liệu có ích: +Hiệu suất có ích he = hi.hc¬ = 0,371.0,8105 = 0,3. - Công suất có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán: Đơn vị tính của các thông số trong biểu thức trên như sau: với động cơ 4 kỳ - Mô men xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán: = 205,64 [Nm]. Sai số 0,6589 % < 3 %. Vậy các thông số lựa chọn là chính xác. * Kết luận: Qua việc tính toán các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ cho ta thấy: - Động cơ làm việc hoàn toàn ổn định , phù hợp với môi trường và điều kiện ở Việt Nam. - Động cơ đã đạt được các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng theo thiết kế và có khả năng phát huy hết công suất khi chấp hành tốt các quy định khai thác,sử dụng. 2.4. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ 2.4.1. Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ Mục đích: để biểu thị sự phụ thuộc của các chỉ tiêu như công suất có ích (Ne), mô men xoắn có ích (Me), lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ (Gnl) và suất tiêu hao nhiên liệu có ích (ge) vào số vòng quay của trục khuỷu (n (v/ph)) khi bướm ga mở hoàn toàn. Qua đó để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động cơ khi số vòng quay trục khuỷu thay đổi. Để dựng đường đặc tính, ta chọn trước một số giá trị trung gian của số vòng quay n trong giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của Ne, Me, Gnl, ge theo các biểu thức sau: * (KW) * (N.m) * (g/KW.h) Trong đó: Nemax: Công suất có ích lớn nhất được tính ( KW) nN: Số vòng quay ứng với công suất lớn nhất (v/ph) : Mô men xoắn có ích ứng với số vòng quay nN (Nm). : Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với số vòng quay nN (g/KWh) Ne, Me, ge: Là các giá trị biến thiên của công suất, mô mem xoắn và các suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với từng giá trị số vòng quay được chọn trước. *Giá trị biến thiên của Gnl được xác định theo từng cặp giá trị tương ứng của ge vµ Ne theo biểu thức: Gnl = ge Ne (kg/h) Trong đó: ge được tính bằng (kg/KW.h) và Ne (KW). Ta có Ne đm = 117 (KW), tương ứng với số vòng quay của trục khuỷu là n = 5400(v/ph), thì: + Lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ: Gnl được xác định theo công thức: Gnl = ge . Ne (kg/h) Tính toán tương tự như phần trên, xác định các giá trị Ne, Me, ge, Gnl ứng với từng giá trị n. Chọn: a=0,287316374 b=2,138050878 c=1,425367252 Bảng 2.1. Giá trị Ne, Me, ge, Gnl tương ứng với từng giá trị n n (v/ph) Ne (KW) Me (Nm) ge (g/kWh) Gnl (kg/h) 600 6.5946 106.5289 294.8427 1.9443 800 9.9282 120.284 286.9655 2.8490 1000 13.7447 133.2179 279.6773 3.8440 1200 17.9933 145.3306 272.978 4.9117 1400 22.6231 156.622 266.8676 6.0373 1600 27.5835 167.0923 261.3462 7.2088 1800 32.8234 176.7414 256.4138 8.4163 2000 38.2920 185.5693 252.0703 9.6522 2200 43.9386 193.576 248.3157 10.9106 2400 49.7123 200.7615 245.1501 12.1869 2600 55.5623 207.1258 242.5735 13.4779 2800 61.4376 212.6689 240.5858 14.7810 3000 67.2876 217.3908 239.187 16.0943 3200 73.1245 221.2915 238.3772 17.4312 3400 80.2446 224.371 238.1564 19.1107 3600 87.5961 226.6293 238.5244 20.8938 3800 94.5723 228.0664 239.4815 22.6483 4000 100.5423 228.6823 241.0275 24.2334 4200 105.1263 228.477 243.1624 25.5627 4400 109.4997 227.4505 245.8863 26.9244 4600 112.6246 225.6028 249.1991 28.0659 4800 114.3279 222.9339 253.1009 28.9365 5000 115.3465 219.4438 257.5917 29.7123 5200 116.7235 215.1325 262.6714 30.6599 5400 117 210 268.34 31.3957 Hình 2.1. Đường đặc tính ngoài của động cơ 1MZ-FE 2.4.2. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác a. Khái quát Đồ thị công chỉ thị là đồ thịu biểu diễn các quá trình của chu trình công tác xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ toạ độ P – V. Tiến trình dựng đồ thị được chia làm hai bước: Dựng sơ bộ đồ thị lý thuyết và điều chỉnh. Đồ thị công chỉ thị lý thuyết được xây dựng trên kết quả của việc tính toán chu trình công tác khi chưa kể đến các yếu tố ảnh hưởng của quá trình làm việc thực tế trong động cơ. Đồ thị công chỉ thị hiệu chỉnh khi đã kể đến các yếu tố ảnh hưởng như góc đánh lửa sớm, góc mở sớm và đóng muộn các xu páp cũng như ảnh hưởng của sự thay đổi thể tích khi cháy. b. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết Ở đồ thị công chỉ thi lý thuyết, ta thấy chu trình thực tế bằng chu trình kín a-c-z-b-a. Trong đó quá trình cháy nhiên liệu được thay bằng quá trình cấp nhiệt đẳng tích c-y và cấp nhiệt đẳng áp y- z, quá trình trao đổi khí được thay bằng quá trình rút nhiệt đẳng tích a-b. thứ tự tiến hành dựng đồ thị được tiến hành như sau: Thống kê giá trị của các thông số đã tính ở các quá trình như áp suất khí thể ở các điểm đặc trưng Pa,Pc, Pz,Pb, chỉ số nén đa biến trung bình n1, chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2, tỷ số nén e, thể tích công tác Vh, thể tích buồng cháy Vc và tỷ số dãn nở sớm r. Dựng hệ tọa độ P- V với gốc tọa độ 0 trên giấy kẻ ly và theo một tỷ lệ xích chọn trước của thể tích và áp suất, xác định các điểm a(Pa, Va), c(Pc, Vc), z(Pz, Vz) và b(Pb,Va). = 0,052 [dm3]; = 1.0,052 = 0,052 [dm3], ( vì động cơ xăng không tăng áp nên tỷ số dãn nở sớm = 1) Phương pháp lập bảng dựa vào phương trình của quá trình nén và dãn nở đa biến. Với quá trình nén đa biến, ta có: , Với quá trình dãn nở đa biến, ta có: , trong đó: , , và là các giá trị biến thiên của áp suất và thể tích trên đường nén và dãn nở. Ta có thể đưa các phương trình về dạng: và , trong đó: và là những chỉ số biến thiên ( với động cơ xăng Các giá trị áp suất trên đường nén và giãn nở được giới thiệu trong bảng 2.1. Bảng 2.2 Xác định các điểm trên đường nén và dãn nở đa biến. Thứ tự các điểm e1= e2 1 1 0.5454 0.0838 0.42 2 1.0474 0.5207 0.0892 0.4446 3 1.0995 0.4960 0.0954 0.4719 4 1.157 0.4713 0.1023 0.5025 5 1.2209 0.4467 0.1101 0.5368 6 1.2923 0.4220 0.1190 0.5757 7 1.3725 0.3973 0.1293 0.6199 8 1.4633 0.3727 0.1411 0.6708 9 1.5671 0.3480 0.1550 0.7298 10 1.6866 0.3233 0.1714 0.7988 11 1.8259 0.2987 0.1911 0.8807 12 1.9903 0.2740 0.2151 0.97930 13 2.1872 0.2493 0.2448 1.0997 14 2.4273 0.2246 0.2824 1.2501 15 2.7267 0.2000 0.3311 1.4424 16 3.1104 0.1753 0.3966 1.6959 17 3.6196 0.1506 0.4882 2.0436 18 4.3282 0.1260 0.6237 2.5463 19 5.3819 0.1013 0.8406 3.3288 20 7.1136 0.0766 1.2319 4.6915 21 10.5 0.0520 2.1002 7.5737 Sau khi tính toán, để thuận tiện cho việc vẽ và kiểm tra đồ thị ta chọn tỷ lệ xích như sau: Chọn µP = 0,0168[MPa/mm], µV = 0,001327 [dm3/mm]. Về phía dưới trục hoành đồ thị công p – V vẽ nửa vòng tròn Brích đường kính AB bằng khoảng các từ ĐCT tới ĐCD trên đồ thị p –V, về phía điểm chết dưới, xác định điểm 0’ sao cho: oo’= 00’ = b) Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế . Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế khi kể đến các yếu tố ảnh hưởng như góc đánh lửa sớm: Góc mở sớm hay góc đóng muộn xupáp cũng như ảnh hưởng của sự thay đổi thể tích khi cháy. Để dựng đồ thị công chỉ thị thực tế a’-c’-c”-z’-b’-b”-a’, ta gạch bỏ các diện tích I,II,III và IV trong đồ thị công chỉ thị lý thuyết. Diện tích I do việc đánh lửa sớm gây ra. Khi đó một phần hỗn hợp bị cháy sớm nên áp suất của quá trình nén thực tế ( ứng với điểm c’’) lớn hơn áp suất cuối quá trình nén thuần túy (ứng với điểm c). Điểm c’ được xác định theo góc đánh lửa sớm và nhờ vòng tròn Brích (00'= AB.λ/4). Điểm c” được xác định theo quan hệ sau: = (1,15¸1,25), chọn = 1,2=1,2.2,1 = 2,52 [MPa]. Diện tích II xuất hiện do quá trình cháy xảy ra với thể tíc tăng dần trong khi lượng hỗn hợp cháy và tốc độ tỏa nhiệt của phản ứng cháy giảm dần. Kết quả là áp suất trong xy lanh động cơ thay đổi từ từ theo một đương công liên tục và giá trị của áp suất lớn nhất nhỏ hơn giá trị pz ở chu trình lý thuyết. Giá trị của được xá định trong khoảng sau: = (0,85¸0,90).pz, chọn = 0,87pz= 0,87.7,5643 = 6,58 [MPa]. Dựng điểm b” ở giữa đoạn thẳng a-b. Từ a và r, kẻ các đường song song với trục hoành. Chọn điểm b''' trên đường thải cưỡng bức sao cho đường cong không bị gấp khúc. Dựng điểm r” theo góc đóng muộn của xupáp thải (50) nhờ vòng tròn Brích. Vẽ đường cong lượn đều từ r” lên r và đường cong lượn đều qua các điểm b’, b”, b”’ sao cho các đường cong ấy không bị gãy khúc , Từ đó ta có đồ thị công chỉ thị thực tế của chu trình công tác. Hình 2.2. Đồ thị công chỉ thị của động cơ IMZ-FE CHƯƠNG 3 KHAI THÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ 1MZ-FE 3.1. Giới thiệu về hệ thống EFI Động cơ Toyota 1MZ-FE sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử (EFI) hệ thống này có các ưu điểm chính là các thông số được đo và kiểm soát được đưa vào xử lý cho quá trình cung cấp nhiên liệu và bảo vệ động cơ nhiều hơn (lượng không khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, tốc độ xe...). Các đại lượng vật lý được đo với nguyên lý hiện đại, độ chính xác cao, công cụ xử lý điều khiển hiện đại và chính xác cao. Đặc điểm chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ 1MZ-FE là: Phun đa điểm, phun gián tiếp (vòi phun đặt trước xu páp nạp). Ưu điểm so với các loại động cơ có hệ thống phun nhiên liệu điện tử trực tiếp là không đòi hỏi khắt khe về thời điểm phun. Kết cấu đơn giản và dễ sử dụng hơn. Lưu lượng không khí đo trực tiếp nhờ cảm biến lưu lượng không khí kiểu van lật. Điều khiển qua ECU, theo phương pháp hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí nhiên liệu, từ tín hiệu cảm biến oxy. Hệ thống làm nhiệm vụ cung cấp hoà khí (hỗn hợp xăng và không khí) sạch đồng đều về số lượng và thành phần vào các xi lanh của động cơ theo yêu cầu về tốc độ và tải của máy. Hệ thống bao gồm 3 phần cơ bản: nhiên liệu, dẫn nạp không khí và điều khiển điện tử. 3.2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý làm việc của hệ thống EFI trên động cơ 1MZ-FE Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp nhiên liệu EFI 1.cảm biến tốc độ, 2. Giắc kết nối kiểm tra ECU, 3. Khóa điện, 4. ống xả, 5. Cảm biến oxy, 6. Lọc gió, 7. Cảm biến nhiệt độ khí nạp, 8. Cảm biến lưu lượng không khí, 9. Bơm xăng, 10. Thùng xăng, 11. Cảm biến vị trí bướm ga, 12. Lọc xăng, 13. Van điều áp, 14. Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu, 15, 16. VSV, 17. Bộ điều khiển chân không ERG, 18. Van ERG, 19. Cảm biến ERG, 20. Vòi phun, 21. Pít tông, 22. Đen cô, 23. Bô bin, 24. ắc quy, 25.khóa điện, 26. Đèn báo lỗi trên bảng táp lô, 27. Bộ A/C, 28. Máy khởi động, 29. Bơm, 30. AVS, 31. Van ISC, 32. Vòi phun khởi động lạnh, 33. Công tác thời gian phun của bộ vòi phun khởi động lạnh, 34. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát, 35. Công tắc nhiệt độ nước làm mát. Nguyên lý làm việc: nhiên liệu được bơm nhiên bơm từ thùng chứa vào đường ống dẫn, trên đường ống này nhiên liệu được lọc nhờ một bầu lọc thấm, và được giảm rung động nhờ một bộ giảm chấn thủy lực, nhiên liệu tiếp tục đến vòi phun, ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau để phát hiện tình trạng của động cơ và điều kiện chạy của xe, tính toán lượng nhiên liệu tối ưu và làm cho các vòi phun phun lượng nhiên liệu cần thiết. Van điều áp (16) giữ cho áp suất của hệ thống ở một giá trị xác định từ đó lượng nhiên liệu phun vào chỉ phụ thuộc vào thời gian mở kim phun của vòi phun. 3.3. Chi tiết chính của hệ thống a, Bơm nhiên liệu Nhiệm vụ: Bơm xăng có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu có áp suất không đổi vào các vòi phun. Những vòi phun này sau đó phun một lượng xăng nhất định vào cụm ống hút theo tín hiệu – lệnh từ hộp ECU. Cứ một vòng quay động cơ các vòi phun lại đồng thời phun một lượng xăng bằng một nửa lượng xăng cần thiết cho quá trình cháy lý tưởng. Nhiên liệu được rút ra khỏi từ thùng chứa bằng bơm nhiên liệu và vòi phân phối dưới áp suất đến từ ống phân phối nhiên liệu. Sự phân phối áp suất và thể tích của bơm nhiên liệu được thiết kế vượt qua yêu cầu tối đa của động cơ. Bộ điều hoà áp suất cho phép một số nhiên liệu trở về thùng chứa khi cần thiết để duy trì áp suất nhiên liệu đến tại các vòi phun. Cấu tạo: Bơm nhiên liệu trên động cơ 1MZ-FE là loại bơm cánh gạt. Bơm này được đặt ở trong thùng xăng có lợi trong việc cản lại sự hoá hơi nhiên liệu và rò rỉ nhiên liệu. Bơm nhiên liệu của động cơ 1MZ-FE được giới thiệu trên hình 3.2 Hình 3.2. Bơm nhiên liệu 1. Van điều khiển, 2. Van an toàn, 3.Bạc lót, 4. Ống lót, 5. Phần cảm, 6. Phần ứng, 7. Cánh bơm, 8. Lưới lọc, 9. Giảm chấn được đệm lót cao su, 10 đường nhiên liệu ra, 11. đường nhiên liệu vào. Nguyên lý làm việc : Cánh bơm được mô tơ quay để nén đẩy nhiên liệu, Van một chiều đóng lại khi nhiên liệu dừng để duy trì áp suất trong đường ống nhiên liệu và làm cho việc khởi động động cơ dễ dàng hơn, nếu không có áp suất dư dễ sảy ra hiện tượng khóa hơi ở nhiệt độ cao làm cho việc khởi động lại khó khăn. Van an toàn mở ra khi áp suất phía cửa ra trở lên quá cao, nhằm ngăn áp suất nhiên liệu trở lên quá cao này. b, Bình chứa xăng Bình chứa xăng được làm bằng kim loại, được đặt ở phía sau xe. Trên bình chứa xăng có miệng và ống đổ xăng vào bình, ống thông hơi, bầu lọc xăng, bơm xăng, bộ báo mức xăng trong bình và nút xả cặn. Nắp bình xăng lắp ở miệng đổ xăng vào bình, trên nắp có van hút không khí và van xả hơi xăng để duy trì áp suất ổn định trong thùng xăng. Hơi xăng xả ra được dẫn về thùng than hoạt tính và được hấp thụ tại đây tránh gây ô nhiễm cho môi trường. c, Bộ lọc nhiên liệu Vai trò của bộ lọc Lấy đi ôxit kim loại, chất rỉ sét và các chất rắn lạ khác chứa trong nhiên liệu được đưa đến động cơ, vì thế ngăn ống nhiên liệu, kim phun,.. bị nghẹt, mòn phần cơ khí để bảo đảm cho sự hoạt động ổn định và hoạt động lâu dài của động cơ. Bộ lọc nhiên liệu được bắt trong đường ống của bơm Bởi vì áp suất từ 200 đến 300 kPa luôn luôn được cung cấp ở bên trong của bộ lọc, cho nên bộ lọc phải có một sức chịu đựng áp suất cao là 540 kPa hoặc lớn hơn. Bầu lọc nhiên liệu của động cơ 1MZ-FE được giới thiệu trên hình 3.3. Hình 3.3. Bầu lọc d, Bộ điều hoà áp suất nhiên liệu Nhiệm vụ: Bộ điều hoà áp suất nhiên liệu (hình 3.4) là một van điều hoà áp suất với chức năng duy trì sự không đổi của áp suất nhiên liệu theo chân không của cổ góp nạp. Đặc điểm cấu tạo: Vùng không gian bên trong của bộ điều hoà áp suất nhiên liệu được phân chia bởi một màng bên trong là buồng lò xo và buồng nhiên liệu. Nhiên liệu cung cấp từ bơm đi vào buồng nhiên liệu qua ống phân phối. Áp suất nhiên liệu ở trong buồng nhiên liệu đẩy van vào màng cho đến khi nó tiến đến mức cân bằng với lực lò xo. Nhiên liệu thừa di chuyển về thùng chứa qua van. Buồng lò xo được nối với cổ góp nạp động cơ qua một ống cao su. Bộ điều tiết áp suất nhiên liệu của động cơ 1MZ-FE được giới thiệu trên hình 3.4 Hình 3.4. Bộ điều tiết áp suất 1. Lò xo, 2 Van một chiều, 3 Bộ điều tiết áp suất, 4. Ống giảm áp, 5. Ống dẫn nhiên liệu, 6. Đường ống chân không. Nguyên lý làm việc: Khi áp suất nhiên liệu vượt quá lực ép của lò xo van mở ra nhiên liệu được quay trở lại thùng làm giảm áp suất trên đường nạp. e, Đường ống phân phối Đường ống phân phối phân phối nhiên liệu đến các kim phun được bắt vào đó. Nó cũng có chức năng hấp thụ các dao động nhỏ của áp suất nhiên liệu chảy ra trong quá trình phun. f, Vòi phun Vòi phun của hệ thống là vòi phun kiểu điện tử (thực chất là một dạng van thuỷ lực tác dụng nhanh bằng điều khiển bằng điện). Van của vòi phun có dạng kim phun và có hai trạng thái ổn định là mở và đóng hoàn toàn. Tiết diện lưu thông của vòi phun có thể coi là không đổi vì thời gian chuyển trạng thái đóng mở rất nhỏ so với thời gian ở trạng thái mở. Do đó nếu coi chênh lệc áp suất không đổi thì việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình thực hiện bằng cách thay đổi thời gian mở (thời gian nâng kim phun). Thời gian nâng kim phun tỷ lệ với độ dài của xung điều khiển do ECU gửi tới cuộn dây điện từ của vòi phun Vòi phun nhiên liệu của động cơ 1MZ-FE được thể hiện trên hình 3.5 Hình 3.5. Vòi phun nhiên liệu động cơ 1MZ-FE 1.Cuộn dây điện từ,2. Lõi van điện từ, 3. Lỗ phun nhiên liệu. g, Cảm biến lưu lượng không khí nạp Cấu tạo: Cảm biến lưu lượng không khí nạp là một trong những cảm biến quan trọng nhất vì nó được sử dụng trong EFI để phát hiện khối lượng hoặc thể tích không khí nạp, Trên động cơ 1MZ-FE sử dụng cảm biến lưu lượng không khí nạp kiểu van lật. Cảm biến lưu lượng không khí động cơ 1MZ-FE được giới thiệu trên hình 3.6 Hình 3.6. Cảm biến đo lưu lượng không khí 1. Chiết áp, 2. Buồng giảm chấn, 3. Lò xo đàn hồi, 4. Cảm biến nhiệt độ khí nạp, 5. Cánh gạt. Nguyên lý làm việc. Khi kh«ng khÝ ®i qua c¶m biÕn l­u l­îng khÝ n¹p nµy tõ bé läc khÝ, nã ®Èy tÊm ®o më ra cho ®Õn khi lùc t¸c ®éng vµo tÊm ®o c©n b»ng víi lß xo ph¶n håi. ChiÕt ¸p ®­îc nèi ®ång trôc víi tÊm ®o nµy, sÏ biÕn ®ổi thÓ tÝch kh«ng khí n¹p thµnh tÝn hiÖu điÖn ¸p ®­îc truyÒn ®Õn ECU cña ®éng c¬. h, VSV van Cấu tạo – Chức năng nhiệm vụ: VSV van thuộc hệ thống ACIS (hệ thống nạp có chiều dài hiệu dụng thay đổi), hệ thống ACIS thay đổi chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp để tăng công suất trên phạm vi rộng từ tốc độ thấp đến tốc độ cao, hệ thống này sử dụng một van điều khiển khí nạp để chia đường ống nạp thành hai đoạn mà cho phép hiệu dụng của đường ống nạp phù hợp với tốc độ động cơ và độ mở bướm ga. Khi động cơ hoạt động ở chế độ tốc độ thấp ECU bật van VSV, chân không được cấp đến cơ cấu chấp hành đóng van điều khiển, điều đó kéo dài chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp, nâng cao hiệu quả nạp không khí do hiệu ứng dao động của không khí. Tăng công suất của động cơ Khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao ECU tắt van VSV để phù hợp với chu kỳ giao động ngắn, áp suất khí quyển được cấp đến màng bộ chấp hành, mở van điều khiển chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp được rút ngắn, tạo hiệu quả nạp không khí tối đa, tăng công suất của động cơ VSV van của động cơ 1MZ-FE được giới thiệu trên hình 3.7 Hình 3.7. VSV – van chân không ĐC chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp. 1. Lõi van điện từ, 2. Cuộn dây điện từ, 3.Cực điện của cuộn dây điện từ Nguyên lý làm việc: Tuỳ theo tín hiệu điều khiển của ECU động cơ VSV điều khiển chân không, đóng vai trò là nguồn động lực để vận hành bộ chấp hành kiểu màng để đóng mở cửa van điều khiển khí nạp 3.4. Một số loại cảm biến a, Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Cấu tạo Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được gắn các nhiệt điện trở bên trong, mà nhiệt độ càng thấp trị số điện trở càng lớn, ngược lại khi nhiệt độ càng cao. Sư thay đổi giá trị điện trở của nhiệt điện trở này được phát hiện các thay đổi về nhiệt độ của nước làm mát và không khí nạp. 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. Nguyên lý làm việc: 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… nhằm cải thiện khả năng làm việc và để hâm nóng động cơ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát của động cơ 1MZ-FE được giới thiệu trên hinh 3.8. Hình 3.8. cảm biến nhiệt độ nước làm mát. b, Cảm biến tiềng gõ động cơ Cấu tạo chức năng : Cảm biến tiếng gõ được lắp vào thân máy và truyền tín hiệu điện tới ECU động cơ khi phát hiện tiếng gõ động cơ, ECU sẽ làm trễ thời gian đánh lửa để làm giảm tiếng gõ này. Cảm biến tiếng gõ của động cơ 1MZ-FE được giới thiệu trên hình 3.9. Hình 3.9. cảm biến tiếng gõ. Nguyên lý làm việc: Cảm biến này có một phần tử điện áp tạo ra điện áp AC(một chiều) khi tiếng gõ này gây ra rung động trong thân máy và làm biến dạng phần tử này. Tần số tiếng gõ của động cơ nằm trong giới hạn từ 6 đến 13 kHz. c, Cảm biến oxy Cấu tạo chức năng : Để động cơ đạt hiệu suất sử dụng nhiên liệu tốt nhất phải duy trì tỉ lệ không khí – nhiên liệu trong một giới hạn hẹp xoay quanh tỷ lệ không khí nhiên liệu lý thuyết. Cảm biến oxy được lắp trong đường ống xả có chức năng phát hiện nồng độ oxy trong khí xả từ đó phát hiện tỉ lệ không khí – nhiên liệu giàu hơn hay nghèo hơn tỷ lệ không khí nhiên liệu lý thuyết. Từ đó cấp tín hiệu cho ECU tính toán điều khiển lượng phun nhiên liệu ở chu trình tiếp theo. Cảm biến oxy có một phần tử làm bằng Zirconi ôxit (ZrO2), đây là một loại gốm. Bên trong và bên ngoài của phần tử này được bọc bằng một lớp platin mỏng. Không khí chung quanh được dẫn vào bên trong của cảm biến này, phía ngoài cảm biến lộ ra phía khí thải. Ngoài ra cảm biến oxy của động cơ 1MZ-FE còn có một cuộn dây có tác dụng sấy nóng cảm biến khi động cơ mới bắt đầu làm việc. Nguyên lý làm việc : Ở nhiệt độ cao (cao hơn 4000C), phần tử Zirconi tạo ra một điện áp tỉ lệ với sự chênh lệch nồng độ oxy ở phía trong và phía ngoài phần tử Zirconi này. Ngoài ra, Platin tác động như một chất xúc tác để gây ra phản ứng hóa học giữa oxy và cácbon monoxit (CO) trong khí xả điều này làm giảm lượng oxy ở phía ngoài tiếp xúc với khí xả, làm tăng độ nhậy cảm của cảm biến. Khi hỗn hợp nhiên liệu không khí nghèo, oxy trong khí xả nhiều dẫn đến chênh lệch nồng độ oxy trong ngoài phần tử Zirconi nhỏ, do đó phần tử Zirconi tạo ra một điện áp thấp (gần 0 V). Ngược lại khi hỗn hợp nhiên liệu – không khí giàu hầu như không có oxy trong ống xả dẫn đến chênh lệch nồng độ oxy trong và ngoài phần tử Xiconi lớn, do đó phần tử Zirconi tạo ra một điện áp tương đối lớn (xấp xỉ 1V), căn cứ vào tín hiệu này ECU tính toán và điều khiển các phần tử chấp hành tăng hoặc giảm lượng nhiên liệu để duy trì tỷ lệ không khí nhiên liệu gần với tỷ lệ theo lý thuyết. Cảm biến oxy sử dụng trên động cơ 1MZ-FE được giới thiệu trên hình 3.10. Hình 3.10. cảm biến oxy 3.5. một số hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục Nh÷ng hiÖn t­îng lµm viÖc kh«ng b×nh th­êng hoÆc háng hãc cña hÖ thèng phun x¨ng ®­îc ph¸n ®o¸n , x¸c ®Þnh th«ng qua nh÷ng hiÖn t­îng vµ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña ®éng c¬ mµ trªn ®ã ®­îc trang bÞ hÖ thèng phun x¨ng . Nh÷ng hiÖn t­îng cã thÓ x¶y ra mµ ta cÇn nghiªn cøu ®­îc giíi thiÖu trong c¸c b¶ng sau : §éng c¬ chÕt m¸y : HiÖn t­îng C¸c chØ dÉn Thuéc hÖ thèng C¸c thµnh phÇn D¹ng trôc trÆc , háng hãc §éng c¬ chÕt m¸y ngay sau khi quay CÊp nhiªn liÖu B¬m x¨ng Kh«ng ho¹t ®éng R¬le më m¹ch ®iÖn Kh«ng th«ng m¹ch Bé ®iÒu chØnh ¸p suÊt Ho¹t ®éng kh«ng ®óng BÇu läc x¨ng T¾c §éng c¬ chÕt m¸y nh­ng cã thÓ khëi ®éng l¹i ®­îc §iÖn ®¸nh löa C«ng t¾c ®¸nh löa TiÕp xóc kh«ng tèt Hép tiÕp nèi chÝnh cña EFI KiÓm so¸t ®iÖn tö L­u l­îng kÕ Ho¹t ®éng kh«ng ®óng Cuén d©y ®¸nh löa TiÕp xóc kh«ng tèt b) Khã khëi ®éng : HiÖn t­îng C¸c chØ dÉn Thuéc hÖ thèng C¸c thµnh phÇn D¹ng trôc trÆc , háng hãc Kh«ng ch¸y §iÖn nguån C«ng t¾c ®¸nh löa TiÕp xóc kh«ng tèt Hép tiÕp nèi chÝnh cña EFI Kh«ng cã ®iÖn CÊp x¨ng §iÖn trë Solenoid Hë m¹ch C¸c vßi phun Kh«ng phun hoÆc phun liªn tôc B¬m x¨ng Kh«ng ho¹t ®éng Hép tiÕp nèi cña m¹ch ®iÖn lµm viÖc Kh«ng cã ®iÖn Bé ®iÒu chØnh ¸p suÊt ¸p suÊt nhiªn liÖu kh«ng lªn BÇu läc x¨ng T¾c Khëi ®éng l¹nh Vßi phun khëi ®éng Kh«ng phun hoÆc phun liªn tôc C«ng t¾c thêi gian cña vßi phun Kh«ng ho¹t ®éng KiÓm so¸t ®iÖn tö Cuén d©y ®¸nh löa Kh«ng cã tÝn hiÖu ®¸nh löa Cã ch¸y nh­ng ®éng c¬ kh«ng khëi ®éng ®­îc §iÖn trë Solonoid Hë m¹ch C¸c vßi phun Rß ch¶y , kh«ng phun hoÆc phun liªn tôc B¬m x¨ng Kh«ng ho¹t ®éng Hép tiÕp nèi cña m¹ch ®iÖn lµm viÖc Kh«ng cã ®iÖn Bé ®iÒu chØnh ¸p suÊt ¸p suÊt nhiªn liÖu kh«ng lªn BÇu läc x¨ng T¾c Ch¹y kh«ng t¶i kh«ng ®Òu : HiÖn t­îng C¸c chØ dÉn Thuéc hÖ thèng C¸c thµnh phÇn D¹ng trôc trÆc , háng hãc HÇu nh­ kh«ng ®­îc CÊp kh«ng khÝ Van bæ xung kh«ng khÝ Më th­êng xuyªn hoÆc kh«ng më KiÓm so¸t ®iÖn tö C¶m biÕn nhiÖt ®é n­íc Hë hoÆc ng¾n m¹ch Tèc ®é qu¸ cao Khëi ®éng l¹nh Vßi phun khëi ®éng Rß ch¶y CÊp kh«ng khÝ §­êng èng Rß hë Van bæ xung kh«ng khÝ §ãng KiÓm so¸t ®iÖn tö L­u l­îng kÕ §iÖn trë vµ ®iÖn ¸p sai , hë hoÆc ng¾n m¹ch C¶m biÕn nhiÖt ®é n­íc C«ng t¾c ®iÒu hoµ kh«ng khÝ ë vÞ trÝ bËt liªn tôc Tèc ®é qu¸ thÊp CÊp kh«ng khÝ B­ím ga §ãng cã sù hót cña kh«ng khÝ KiÓm so¸t ®iÖn tö L­u l­îng kÕ §iÖn trë vµ ®iÖn ¸p sai , hë hoÆc ng¾n m¹ch Kh«ng æn ®Þnh CÊp x¨ng §iÖn trë Solenoid Hë hoÆc ng¾n m¹ch hoÆc tiÕp xóc kh«ng tèt C¸c vßi phun Kh«ng phun hoÆc rß ch¶y B¬m x¨ng Lµm viÖc kh«ng tèt Bé ®iÒu chØnh ¸p suÊt ®iÒu chØnh cã t¶i kÐm : HiÖn t­îng C¸c chØ dÉn Thuéc hÖ thèng C¸c thµnh phÇn D¹ng trôc trÆc , háng hãc Kh«ng døt kho¸t khi gia tèc CÊp x¨ng C¸c vßi phun Phun nhá giät B¬m x¨ng Ng¾t qu·ng trong dßng x¨ng Bé ®iÒu chØnh ¸p suÊt ¸p suÊt nhiªn liÖu kh«ng t¨ng BÇu läc x¨ng T¾c KiÓm so¸t ®iÖn tö L­u l­îng kÕ §iÖn trë vµ ®iÖn ¸p sai hoÆc hë vµ ng¾n m¹ch C¶m biÕn nhiÖt ®é khÝ n¹p C¶m biÕn nhiÖt ®é n­íc Ch¸y ng­îc , ch¸y muén CÊp x¨ng C¸c vßi phun Rß ch¶y hoÆc phun nhá giät Khëi ®éng l¹nh Vßi phun khëi ®éng Rß ch¶y hoÆc phun liªn tôc C«ng t¾c thêi gian cña vßi phun ë tr¹ng th¸i ®ãng liªn tôc KiÓm so¸t ®iÖn tö C¶m biÕn nhiÖt ®é n­íc §iªn trë sai hoÆc ®iÖn ¸p kh«ng ®óng C«ng suÊt yÕu CÊp x¨ng C¸c vßi phun Kh«ng phun hoÆc phun nhá giät B¬m x¨ng ¸p suÊt nhiªn liÖu kh«ng lªn Bé ®iÒu chØnh ¸p suÊt BÇu läc x¨ng KiÓm so¸t ®iÖn tö L­u l­îng kÕ §iÖn trë , n®iÖn ¸p sai hë hoÆc ng¾n m¹ch C¶m biÕn nhiÖt ®é n­íc C¶m biÕn vÞ trÝ b­ím ga Kh«ng cã tÝn hiÖu PSW Khãi ®en trong khÝ th¶i CÊp x¨ng C¸c vßi phun Phun liªn tôc Khëi ®éng l¹nh Vßi phun khëi ®éng Phun liªn tôc C«ng t¾c thêi gian cña vßi phun Kh«ng ng¾t KiÓm so¸t ®iÖn tö L­u l­îng kÕ §iÖn trë hÆc ®iÖn ¸p kh«ng ®óng . Hë hoÆc ng¾n m¹ch C¶m biÕn nhiÖt ®é n­íc §iÖn trë vµ ®iÖn ¸p kh«ng ®óng KẾT LUẬN Qua một thời gian được giao làm đồ án với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Nguyễn Trung Kiên cùng các thầy trong Bộ môn Động cơ, Khoa Động lực, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời gian. Với nhiệm vụ được giao, đồ án đã giải quyết được các vấn đề sau: Giới thiệu đặc tính kỹ thuật và cấu tạo động cơ 1MZ-FE. Phân tích các kết cấu các hệ thống của động cơ 1MZ-FE. Tính toán chu trình công tác của động cơ 1MZ-FE ở chế độ công suất lớn nhất Khai thác hệ thống nhiên liệu của động cơ 1MZ-FE. -Do điều kiện thời gian, điều kiện thực tế cũng như khả năng có hạn của bản thân nên đồ án không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy em rất mong được sự đóng góp của các thầy và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Trung Kiên cùng các thầy trong Bộ môn Động cơ, Khoa Động lực đã giúp đỡ em trong quá trình học tập và làm đồ án. Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Học viên thực hiện ĐỖ ĐẮC HUYẾN Tµi liÖu tham kh¶o [1]. L¹i V¨n §Þnh, §¹i c­¬ng ®éng c¬ ®èt trong, HVKTQS 2006. [2]. Hµ Quang Minh, Lý thuyÕt ®éng c¬ ®èt trong, NXBQ§ND 2002. [3]. L¹i V¨n §Þnh – Vy H÷u Thµnh, KÕt cÊu vµ tÝnh to¸n ®éng c¬ ®èt trong tËp I, HVKTQS 1996. [4]. TrÇn H÷u QuÕ, VÏ kü thuËt c¬ khÝ, NXB gi¸o dôc 2002. [5]. Vy H÷u Thµnh – Vò Anh TuÊn, H­íng dÉn ®å ¸n m«n häc ®éng c¬ ®èt trong, HVKTQS 2003. [6]. Hµ Quang Minh, Nguyªn lý, kÕt cÊu vµ khai th¸c c¸c hÖ thèng phun x¨ng trªn ®éng c¬ « t« hiÖn ®¹i. HVKTQS 1999. [7]. TËp tµi liÖu vÒ ®éng c¬ 1MZ-FE (TiÕng Anh).