Luận án Tìm hiểu khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE

Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Như chúng ta đã biết, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử thì ngành động cơ ôtô cũng có những sự vươn lên mạnh mẽ. Hàng loạt các linh kiện bán dẫn, thiết bị điện tử được trang bị trên động cơ ôtô nhằm mục đích giúp tăng công suất động cơ, giảm được suất tiêu hao nhiên liệu và đặc biệt là ô nhiễm môi trường do khí thải tạo ra là nhỏ nhất... Và hàng loạt các ưu điểm khác mà động cơ đốt trong hiện đại đã đem lại cho công nghệ chế tạo ôtô hiện nay. Việc khảo sát cụ thể hệ thống phun xăng điều khiển điện tử giúp em có một cái nhìn cụ thể hơn, sâu sắc hơn về vấn đề này. Đây cũng là lý do mà đã khiến em chọn đề tài này làm đề tài tốt nghiệp với mong muốn góp phần nghiên cứu sâu hơn về hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ xăng, để từ đó có thể đưa ra được các giải pháp về các vấn đề hư hỏng thường gặp ở hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ này. Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn “T.S Trần Thanh Hải Tùng”, các thầy cô giáo trong bộ môn Máy Động lực cùng tất cả các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Đà nẵng, ngày tháng năm 2007 Sinh viên thực hiện. Đoàn Minh Nhật 1. ĐẶC ĐIỂM CUNG CẤP NHIÊN LIỆU Ở ĐỘNG CƠ XĂNG. 1.1. MỤC ĐÍCH. Chuẩn bị và cung cấp hỗn hợp hơi xăng và không khí cho động cơ, đảm bảo số lượng và thành phần của hỗn hợp không khí và nhiên liệu luôn phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. Hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng bao gồm các thiết bị: thùng xăng, bơm xăng, lọc xăng... Đối với hệ thống phun nhiên liệu điện tử còn có ống phân phối, vòi phun chính, vòi phun khởi động lạnh, bộ điều áp, bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu, hệ thống điều khiển kim phun, ECU. 1.2. CÁC YÊU CẦU HỖN HỢP CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG. 1.2.1. Yêu cầu nhiên liệu. Có tính bay hơi tốt. Hạt phải nhỏ và phần lớn ở dạng hơi. Tính lưu động ở nhiệt độ thấp tốt. Tính chống cháy kích nổ cao. 1.2.2. Tỷ lệ hỗn hợp. Có thành phần hỗn hợp thích ứng với từng chế độ làm việc của động cơ. Hỗn hợp phải đồng nhất trong xylanh và như nhau với mỗi xylanh. Đáp ứng từng chế độ làm việc của động cơ, thời gian hình thành hỗn hợp phải đảm bảo tốc độ (không dài quá không ngắn quá ). Hỗn hợp cung cấp phải đáp ứng với ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường và nhiệt độ động cơ. Thành phần nhiên liệu phải đảm bảo giúp cho sự hình thành hỗn hợp tốt. 1.3. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU. 1.3.1. Phân loại theo hệ thống dùng cacbuaratơ. Hệ thống điều chỉnh độ chân không ở họng. Hệ thống có ziclơ bổ sung. Hệ thống điều chỉnh độ chân không ở ziclơ chính. 1.3.2. Phân loại theo hệ thống phun xăng. 1.3.2.1. Phân loại theo số vòi phun sử dụng. Hệ thống phun xăng nhiều điểm. Mỗi xylanh động cơ được cung cấp nhiên liệu bởi một vòi phun riêng biệt. Xăng được phun vào đường ống nạp ở vị trí gần xupap nạp. Thường dùng cho các loại xe du lịch cao cấp có dung tích xylanh lớn. Hệ thống phun xăng một điểm. Việc chuẩn bị hỗn hợp nhiên liệu khí được tiến hành ở một vị trí tương tự như trường hợp bộ chế hoà khí, sử dụng một vòi phun duy nhất. Xăng được phun vào đường nạp, bên trên bướm ga. Hỗn hợp được tạo thành trên đường nạp. Hệ thống này được sử dụng khá phổ biến trên động cơ các loại xe có công suất nhỏ. Hệ thống phun xăng hai điểm. Thực chất đây là một biến thể của hệ thống phun xăng một điểm trong đó sử dụng thêm một vòi phun thứ hai đặt bên dưới bướm ga nhằm cải thiện chất lượng quá trình tạo hỗn hợp. 1.3.2.2. Phân loại theo biện pháp điều khiển phun xăng. Hệ thống phun xăng cơ khí. Trong hệ thống này, việc dẫn động, điều khiển, điều chỉnh định lượng hỗn hợp được thực hiện theo một số nguyên lý cơ bản như động học, động lực học, cơ học chất lỏng, nhiệt động lực học... Có hai loại dẫn động cơ khí. Loại dẫn động bởi động cơ bao gồm bơm xăng và một bộ phận định lượng nhiên liệu hoạt động giống như hệ thống phun nhiên liệu của động cơ điêzen và một loại thứ hai hoạt động độc lập không có dẫn động từ động cơ. Hệ thống phun xăng điện tử. Ở các loại hệ thống phun xăng này, một loạt các cảm biến sẽ cung cấp thông tin dưới dạng các tín hiệu điện liên quan đến các thông số làm việc của động cơ cho một thiết bị tính toán thường được gọi là bộ vi xử lý và điều khiển trung tâm. Sau khi xử lý các thông tin này, bộ điều khiển trung tâm sẽ xác định lượng xăng cần cung cấp cho động cơ theo một chương trình tính toán đã được lập trình sẵn và chỉ huy sự hoạt động của các vòi phun xăng (thời điểm phun và thời gian phun). 1.3.2.3. Phân loại theo cách xác định lượng khí nạp. Hệ thống phun xăng dùng lưu lượng kế: loại L Hệ thống phun xăng loại này được trang bị thiết bị đo lưu lượng cho phép đo trực tiếp thể tích hay khối lượng không khí lưu thông trong đường nạp. Thông tin về lưu lượng khí được cung cấp cho bộ điều khiển trung tâm dưới dạng tín hiệu điện để làm cơ sở tính toán thời gian phun. Lưu lượng thể tích: thiết bị này làm việc theo nguyên tắc đo lực của dòng khí tác động lên một cửa đo quay quanh một trục lắp trên đường nạp. Góc quay của cửa phụ thuộc lưu lượng khí nạp và được xác định bởi một điện thế kế. Như vậy, thiết bị sẽ cung cấp một tín hiệu điện tỷ lệ với lưu lượng khí cho bộ điều khiển trung tâm. Để tăng độ chính xác phép đo, người ta thường dùng thêm một nhiệt kế để đo nhiệt độ không khí trong quá trình nạp. Lưu lượng kế khối lượng kiểu dây đốt nóng: một sợi dây kim loại rất mảnh được căng ở một vị trí đo trong đường nạp. Khi lưu lượng khí thay đổi thì nhiệt độ và điện trở của dây cũng thay đổi theo. Một mạch điện tử cho phép điều chỉnh tự động dòng điện đốt nóng dây. Dòng điện này sẽ tỷ lệ với lưu lượng khí. Theo nguyên tắt này, việc đo nhiệt độ dòng khí sẽ không cần thiết nữa vì lưu lượng khối lượng được đo trực tiếp nên độ chính xác phép đo không bị ảnh hưởng bởi những dao động của nhiệt độ khí như phương pháp trên. Lưu lượng kế khối lượng kiểu tấm đốt nóng: hệ thống này hoạt động theo nguyên lý tương tự như hệ thống trên. Việc thay thế dây kim loại bằng hai tấm kim loại gốm mỏng cho phép tăng độ bền vững của thiết bị đo và hạn chế ảnh hưởng do bụi bặm hoặc rung động. Hai tấm kim loại này có điện trở phụ thuộc nhiệt độ được mắc thành cầu điện trở, một để đo lưu lượng, một để đo nhiệt độ khí. Hệ thống phun xăng với thiết bị đo lưu lượng kiểu siêu âm sử dụng hiệu ứng Karman - Vortex. Một cơ cấu đặt biệt được lắp trên đường nạp nhằm tạo ra các chuyển động xoáy lốc của dòng không khí ở một vị trí xác định. Số lượng xoáy lốc sẽ tỷ lệ với lưu lượng thể tích. Một nguồn sóng siêu âm đặt trên đường ống nạp, phát sóng có tần số xác định theo hướng vuông góc với dòng chảy không khí. Tốc độ lan truyền của sóng siêu âm xuyên qua dòng khí phụ thuộc vào lượng khí chuyển động xoáy. Một thiết bị nhận sóng siêu âm sẽ đo tốc độ này và gửi tín hiệu điện đến bộ điều khiển trung tâm. Hệ thống phun xăng có thiết bị đo lưu lượng kiểu áp suất : loại D Ở hệ thống phun xăng loại này, lượng khí nạp được xác định thông qua áp suất tuyệt đối trong ống nạp và chế độ tốc độ của động cơ, dựa vào các tham số hay đặc tính chuẩn đã được xác định từ trước, có tính đến biến thiên áp suất trong quá trình nạp. Các đầu đo được sử dụng thường là cảm biến áp suất kiểu áp điện - điện trở kết hợp với nhiệt kế để đo nhiệt độ chuyển động. Trong thực tế, khi khởi động động cơ, do nhiệt độ thấp nên mật độ không khí tăng, ở cùng một áp suất thì lưu lượng khí nạp thực tế sẽ lớn hơn lưu lượng tính toán, dẫn đến hỗn hợp nhạt có thể gây chết máy. Dựa trên thông tin về nhiệt độ không khí do cảm biến cung cấp, bộ điều khiển trung tâm sẽ tăng lượng xăng phun ra khi nhiệt độ khí nạp thấp. Phép đo lưu lượng kiểu này thường áp dụng cho các hệ thống phun xăng một điểm Ưu điểm: Kết cấu bảo dưỡng đơn giãn, dể lắp đặt điều chỉnh, giá thành hạ. Ít gây sức cản khí động phụ trên đường nạp. Nhược: Không đo trực tiếp lưu lượng không khí. Nhạy cảm với dao động áp suất và nhiệt độ trên đường nạp. 1.4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG. 1.4.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu dùng Cacbuaratơ. Trên các động cơ xăng cổ điển việc tạo hỗn hợp nhiên liệu không khí đều ở bên ngoài động cơ một cách thích hợp trong một thiết bị riêng trước khi đưa vào buồng cháy động cơ gọi là bộ chế hoà khí. Các bộ chế hoà khí hiện nay được chia ra làm ba loại sau. Loại bốc hơi. Loại phun. Loại hút: Loại hút đơn giản. Loại hút hiện đại. 1.4.1.1. Chế hoà khí bốc hơi. Chế hoà khí bốc hơi chỉ dùng cho loại xăng dễ bốc hơi. Nguyên lý hoạt động của nó như sau: Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.1: Sơ đồ bộ chế hoà khí bốc hơi. 1 : Họng; 2 : Bầu xăng; 3:Ống nạp; 4:Bướm ga. Xăng được đưa từ thùng chứa đến bầu xăng (2) của bộ chế hoà khí. Trong hành trình hút của động cơ không khí theo đường ống (1) lướt qua mặt xăng của bầu xăng (2), ở đây không khí hòa trộn với hơi xăng tạo thành hỗn hợp giữa hơi xăng và không khí. Sau đó hỗn hợp đi qua đường ống nạp (3), bướm ga (4) và được hút vào động cơ. Bướm ga (4) có nhiệm vụ dùng để điểu chỉnh lượng hòa khí nạp vào động cơ. Muốn điều chỉnh nồng độ của khí hỗn hợp tức là điều chỉnh thành phần hơi nhiên liệu chứa trong hỗn hợp phải thay đổi thể tích phần không gian bên trên giữa mặt xăng và thành của bầu xăng (2). Ưu điểm chính của loại chế hoà khí bốc hơi là hơi xăng và hỗn hợp không khí hỗn hợp với nhau rất đều. Nhưng loại này lại có rất nhiều khuyết điểm, rất cồng kềnh, dễ sinh hoả hoạn, rất nhạy cảm với mọi thay đổi của điều kiện khí trời, lúc động cơ chạy phải luôn điều chỉnh vì vậy hiện nay không dùng nữa. 1.4.1.2. Chế hoà khí phun. Sơ đồ nguyên lý : (hình 1.2) Hình 1.2 : Sơ đồ bộ chế hoà khí phun. 1:Họng; 2:Buồng chứa không khí áp suất cao; 3:Màng mỏng; 4:Buồng chứa không khí áp suất thấp; 5:Buồng chứa nhiên liệu áp suất thấp; 6:Màng mỏng; 7:Buồng chứa nhiên liệu áp suất cao; 8:Cán van; 9:Van nhiên liệu; 10:Ziclơ; 11:Vòi phun; 12:Bướm ga; 13:Đường ống. Nguyên lý làm việc của chế hoà khí phun là dùng áp lực để phun nhiên liệu vào không gian hỗn hợp. Buồng không khí(2) ăn thông với đường ống nạp động cơ nhờ đường ống(13). Miệng của đường ống(13) đặt đối diện với chiều lưu động của dòng khí vì vậy áp suất trong buồng(2) bằng tổng áp suất động và áp suất tĩnh của dòng khí. Buồng không khí(4) nối liền với họng(1) nên trong buồng(4) có độ chân không. Lực tác động ở buồng(2) lên màng mỏng(3) làm cho màng(3) uốn cong về phía buồng(4). Kết quả làm cho cán van(8) và van(9) chuyển dịch sang bên phải làm cho cửa van(9) được mở rộng. Với một áp suất nhất định nhiên liệu được bơm qua van vào buồng(7). Từ buồng(7) đi qua ziclơ(10) và vòi phun(11), nhiên liệu được phun thành những hạt nhỏ và hỗn hợp đều với không khí. Nhờ một đường ống nối liền với nhiên liệu ở sau ziclơ(10) nên buồng(5) cũng chứa đầy nhiên liệu nhưng áp suất trong buồng(5) thấp hơn áp suất trong buồng(7) vì vậy màng mỏng 6 cũng bị uốn cong với khuynh hướng đóng nhỏ van(9). Khi các lực tác dụng lên màng mỏng ở vị trí cân bằng thì van nhiên liệu(9) nằm ở một vị trí nhất định tương ứng với một chế độ làm việc của động cơ. Các bộ chế hoà khí phun làm việc chính xác, ổn định dù động cơ đặt ở bất kỳ vị trí nào nhưng việc bảo dưỡng, điều chỉnh phức tạp. 1.4.1.3. Bộ chế hoà khí hút đơn giản. Sơ đồ nguyên lý: (hình 1.3) Hình 1.3 : Sơ đồ bộ chế hoà khí hút. 1:Bướm ga; 2:Đường ống nhiên liệu; 3:Van kim; 4:Buồng phao; 5:Phao; 6:Ziclơ; 7:Đường ống nạp; 8:Vòi phun; 9:Họng; Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc vào đường ống nạp (7) qua họng (9) của bộ chế hoà khí họng (9) làm cho đường ống bị thắt lại vì vậy tạo nên độ chân không khi không khí đi qua họng. Chỗ tiết diện lưu thông nhỏ nhất của họng là nơi có độ chân không nhỏ nhất. Vòi phun (8) được đặt tại tiết diện lưu thông nhỏ nhất của họng. Nhiên liệu từ buồng phao (4) qua ziclơ (6) được dẫn động tới vòi phun. Nhờ có độ chân không ở họng nhiên liệu được hút khỏi vòi phun và được xé thành những hạt sương mù nhỏ hỗn hợp với dòng không khí đi qua họng vào động cơ. Để bộ chế hoà khí làm việc chính xác thì nhiên liệu trong buồng phao luôn luôn ở mức cố định vì vậy trong buồng phao có đặt phao (5). Nếu mức nhiên liệu trong buồng phao hạ xuống thì phao (5) cũng hạ theo, van kim (3) rời khỏi đế van làm cho nhiên liệu từ đường ống (2) đi vào buồng phao. Phía sau họng còn có bướm ga (1) dùng để điều chỉnh số lượng hỗn hợp đưa vào động cơ. 1.4.1.4. Bộ chế hoà khí hút hiện đại. Bộ chế hoà khí hút đơn giản, khi đáp ứng được yêu cầu làm việc của động cơ ở chế độ không tải và tải nhỏ thì khi động cơ làm việc ở chế độ tải ổn định và toàn tải thì hỗn hợp lại quá loãng, động cơ không thể làm việc được. Ngược lại, khi động cơ làm việc tốt ở chế độ tải lớn thì khi ở tải nhỏ và không tải thì hỗn hợp lại quá giàu. Vì vậy ở những bộ chế hoà khí hiện đại thì chúng được trang bị thêm những hệ thống hỗ trợ như : hệ thống không tải, hệ thống làm đậm, bơm tăng tốc.v.v. Sau đây em chỉ giới thiệu bộ chế hoà khí điển hình là K129. Sơ đồ cấu tạo: Hình 1.4 : Sơ đồ bộ chế hoà khí K129. 1:Piston bơm tăng tốc; 2:cần đẩy bơm tăng tốc; 3:pisto làm đậm; 4:đòn dẫn động; 5:van piston; 6:lỗ thông với khí trời; 7:vòi phun tăng tốc; 8:bướm gió; 9:họng nhỏ; 10:vòi phun làm đậm; 11:đường thông bầu phao với khí trời; 12:ziclơ không khí; 13:ziclơ không khí không tải; 14:van kim; 15:lọc nhiên liệu; 16:kính quan sát; 17:phao xăng; 18:nút xả; 19:thân bộ chế hòa khí; 20:ziclơ chính; 21:ziclơ không tải; 22:víc điều chỉnh không tải; 23:mạch nhiên liệukhông tải; 24:lỗ trên; 25:lỗ dưới; 26:bướm ga; 27:họng lớn; 28:van kim; 29:van bi; 30:đòn dẫn động; 31:van làm đậm. Nguyên lý làm việc của bộ chế hoà khí K129 sẽ làm việc như bộ chế hoà khí hút đơn giản nhưng nó được sự hỗ trợ của các hệ thống phụ như : hệ thống làm đậm, hệ thống không tải, bơm tăng tốc.v.v. Nên bộ chế hoà khí này đáp ứng được tất cả các yêu cầu làm việc của động cơ từ chế độ khởi động cho đến khi cần phát huy hết công suất. 1.4.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu phun xăng. 1.4.2.1. Hệ thống phun xăng cơ khí. Sơ đồ nguyên lý: Buäöng chaïy âäüng cå Âæåìng äúng naûp træåïc xupaïp naûp Voìi phun Bäü loüc xàng Bäü têch tuû xàng Båm xàng âiãûn Bäü loüc khäng khê Xàng Khäng khê Âo læu læåüng khê Âiãöu chènh häùn håüp Âënh læåüng phán phäúi Bæåïm ga Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng cơ khí. Có thể chia các cơ cấu của hệ thống này thành 3 bộ phận: Bộ phận cung cấp nhiên liệu gồm: bình chứa, bơm xăng điện, bộ tích tụ xăng, bộ lọc xăng. Bộ phận cung cấp không khí bao gồm: đường ống nạp và bộ phận lọc khí. Bộ phận điều khiển tạo hỗn hợp bao gồm: thiết bị đo lưu lượng khí và thiết bị định lượng nhiên liệu. Lượng không khí nạp vào xy lanh được xác định bởi lưu lượng kế. Căn cứ vào lượng khí nạp thực tế lưu lượng kế sẽ chỉ huy việc định lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ. Nhiên liệu được phun vào qua các vòi phun vào đường ống nạp ở ngay trên xupáp nạp. Lượng hỗn hợp nạp vào xylanh được điều khiển bởi bướm ga. Bộ tích tụ xăng có hai chức năng: duy trì áp suất trong mạch nhiên liệu sau khi động cơ đã ngừng hoạt động để tạo điều kiện khởi động dễ dàng và làm giảm bớt dao động áp suất nhiên liệu trong hệ thống do việc sử dụng bơm xăng kiểu phiến gạt. 1.4.2.2. Hệ thống phun xăng điện tử . Sơ đồ nguyên lý: Thäng säú chuáøn Caím biãún Lamda Sd Ub Bäü xæí lyï vaì âiãöu khiãøn trung tám Âiãöu chènh aïp suáút Voìi phun Loüc xàng Båm âiãûn Bçnh chæïa Ta Tm n N Qa Nhiãût kãú Nhiãût kãú Cäng tàõc bæåïm ga Caím biãún täúc âäü Læu læåüng kãú Âãún âäüng cå ÂIÃÖU KHIÃØN ÂAÏNH LÆÍA NHIÃN LIÃÛU THÄNG SÄÚ CAÍM BIÃÚN CHÁÚP HAÌNH Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng điều khiển điện tử. Hệ thống phun xăng điện tử thực chất là một hệ thống điều khiển tích hợp cả hai quá trình phun xăng và đánh lửa của động cơ. Hệ thống bao gồm ba khối thiết bị sau: Các cảm biến có nhiệm vụ ghi nhận các thông số hoạt động của động cơ (lưu lượng khí nạp, tốc độ động cơ, nhiệt độ, tải trọng, nồng độ ôxi trong khí thải...) Bộ xử lý và điều khiển trung tâm: tiếp nhận và xử lý các thông tin do các cảm biến cung cấp. Tín hiệu điện đưa đến từ các cảm biến sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số rồi được xử lý theo một chương trình đã vạch sẵn. Những số liệu cần thiết khác cho việc tính toán đã được ghi nhớ sẵn trong bộ nhớ của máy tính dưới dạng các thông số vận hành hay đặc tính chuẩn. Các tín hiệu ra của bộ điều khiển trung tâm được khuếch đại và đưa vào khối thứ ba là bộ phận chấp hành. Bộ phận này có nhiệm vụ phát các xung điện chỉ huy việc phun xăng và đánh lửa cũng như chỉ huy một số cơ cấu thiết bị khác (hồi lưu khí thải, điều khiển mạch nhiên liệu, mạch khí...) đảm bảo sự làm việc tối ưu của động cơ. 1.5. ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ SO VỚI DÙNG BỘ CHẾ HOÀ KHÍ. Ưu điểm: Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ hơn vì đảm bảo chính xác hệ số thừa không khí α, tối ưu đối với mọi chế độ hoạt động của động cơ, đều nhau trong các xi lanh. Công suất lít cao hơn với hệ số nạp lớn hơn: luôn đảm bảo góc đánh lửa và thành phần hòa khí tối ưu. Ở các chế độ chuyển tiếp động cơ hoạt động tốt hơn, đảm bảo chạy không tải ổn định hơn. Khí thải ít độc hơn vì thành phần hòa khí được đảm bảo chính xác tối ưu đối với mọi chế độ hoạt động, chất lượng cháy tốt hơn kết hợp với xử lý khí thải trên đường thải. Hoạt động tốt trong mọi mọi điều kiện thời tiết, địa hình hoạt động, không phụ thuộc vào tư thế của xe. Có khả năng sử dụng các hệ thống và thiết bị tự chẩn đoán. Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, có yêu cầu khắt khe về chất lượng lọc sạch nhiên liệu và không khí. Bảo dưỡng sửa chữa cần có trình độ chuyên môn cao. Giá thành cao. 2. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ 1TR-FE. 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG. Xe Toyota Innova là loại xe du lịch 8 chỗ ngồi. Xe được trang bị động cơ mới 1TR-FE, khung gầm xe cứng cáp cho hiệu quả lái xe ổn định. Khả năng giảm xóc và chống rung tốt tạo cảm giác thoải mái và êm ả cho mọi hành khách trong xe trên mọi nẻo đường. Toyota Innova có 2 loại: Innova G và Innova J Bảng:2.1 Loại xe Innova G Innova J Động cơ 2.0 lít (1TR-FE) 2.0 lít (1TR-FE) Hộp số 5 số tay 5 số tay Số chỗ ngồi 8 chỗ 8 chỗ Các thông số kỹ thuật của xe Innova: 2.1.1. Trọng lượng và kích thước xe. Bảng: 2.2 Loại xe Innova G Innova J Trọng lượng toàn tải 2170 kg 2600 kg Trọng lượng không tải 1530 kg 1515 kg Dài x rộng x cao toàn bộ 4555mm x 1770mm x 1745mm Chiều dài cơ sở 2750 mm 2750 mm Chiều rộng cơ sở    1510 mm 1510 mm Khoảng sáng gầm xe 176 mm 176 mm 2.1.2. Động cơ. Bảng: 2.3 Loại động cơ 1TR-FE Kiểu 4 xilanh thẳng hàng, 16 van, cam kép DOHC có VVT-I, dẫn động xích. Dung tích công tác 1998 cm3 Đường kính xy lanh D 86 mm Hành trình piston S 86 mm Tỉ số nén 9,8 Công suất tối đa 100Kw/5600 rpm Mô men xoắn tối đa 182/4000 (N.m/rpm) Hệ thống phun nhiên liệu L-EFI Tiêu chuẩn khí xả Euro Step 2 Cơ cấu phối khí 16 xupap dẫn động bằng xích,có VVT-i Thời điểm phối khí Nạp Mở 520~00 BTDC Đóng 120~640 ABDC Xả Mở 440 BTDC Đóng 80 ABDC Độ nhớt /cấp độ của dầu bôi trơn 5W-30/API SL, SJ, EC or ILSAC 2.1.3. Khung xe Bảng: 2.4 Loại Innova G Innova J Treo trước Độc lập với lò xo cuộn, đòn kép và thanh cân bằng Treo sau 4 điểm liên kết, lò xo cuộn và tay đòn bên Phanh trước Đĩa thông gió Phanh sau Tang trống Bán kính quay vòng tối thiểu 5,4 m Dung tích bình xăng 55 lit Vỏ và mâm xe 205/65R15 Mâm đúc 195/70R14 Thép, chụp kín 2.2. ĐẶC ĐIỂM TỔNG QUÁT ĐỘNG CƠ 1TR-FE. Động cơ 1TR-FE lắp trên xe Innova của hãng Toyota là loại động cơ xăng thế hệ mới, 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích xylanh 2,0lít trục cam kép DOHC 16 xupap dẫn động bằng xích thông qua con đội thuỷ lực với hệ thống van nạp biến thiên thông minh VVT-i. Động cơ có công suất 100Kw/5600v/p có hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử và hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp điều khiển bởi ECU. 2.2.1. Động cơ. Hình 2.1: Cách bố trí xupap, trục cam trên động cơ. 1:Con đội thủy lực; 2:Trục cam; 3:Xupap; 4:Vòi phun. Động cơ 1TR-FE là động cơ 4 xy lanh thẳng hàng có hệ thống cam kép (DOHC) gồm bốn xupap cho mỗi xylanh hai xupap nạp và hai xupap thải đặt lệch nhau một góc 22,850.với các góc phối khí: Bảng: 2.5. Nạp Mở 520~00 BTDC Đóng 120~640 ABDC Xả Mở 440 BTDC Đóng 80 ABDC Do có con đội thủy lực nên luôn duy trì khe hở xupap bằng “0” nhờ áp lực của dầu và lực của lò xo. Nắp quy lát được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, các trục cam đều được phân bố trên đầu quy lát. Thân máy cũng giống các động cơ cổ điển nhưng hoàn thiện hơn. Lốc máy được chế tạo bằng thép đúc có dạng gân tăng cứng nhằm giảm rung động và tiếng ồn. Piston: được làm bằng hợp kim nhôm có kết cấu đặc biệt đỉnh piston vát hình nón cụt. Rãnh piston trên cùng có tráng lớp ôxit axit, phần đuôi piston có tráng nhựa. Bảng: 2.6. Cỡ piston Điều kiện tiêu chuẩn Tiêu chuẩn 85,951 đến 95,986mm Sécmăng: có 3 Sécmăng loại có ứng suất thấp secmăng khí số 1 được xử lý PVD*, secmăng khí số 2 được mạ crôm và Sécmăng dầu. Hình 2.2: Cấu tạo piston, secmăng. 1:Piston; 2:Secmăng khí số 1; 3:Secmăng khí số 2; 4:Secmăng dầu. Khe hở cho phép của các secmăng cho dưới bảng: Bảng: 2.7 Secmăng Điều kiện tiêu chuẩn số 1 0,22 đến 0,34mm số 2 0,45 đến 0,57mm dầu 0,1 đến 0,4mm Thanh truyền: được đúc bằng thép hợp kim có đường kính đầu to: f52,989 đến f53,002mm. Hình 2.3: Kết cấu thanh truyền. 1:Thân thanh truyền; 2:Bu lông thanh truyền; 3:Nắp đầu to. Trục khuỷu: có kết cấu khá đặc biệt, bên trong có đường dầu đi bôi trơn các bạc lót và cổ trục. Đường kính cổ trục tiêu chuẩn: f59,981 đến f59,994mm, đường kính các cổ biên tiêu chuẩn: f52,989 đến f53,002mm. Hình 2.4: Kết cấu trục khuỷu. 1:Rãnh then lắp đĩa xích; 2:Chốt khuỷu; 3:Lỗ dầu; 4:Má khuỷu; 5:Cổ trục chính. 2.2.2. Cơ cấu phối khí. Cơ cấu phối khí bao gồm: cò mổ loại con lăn, cơ cấu điều chỉnh khe hở xu páp thủy lực và hệ thống VVT-i, trục cam kép DOHC 16 xupap dẫn động bằng xích. Cò mổ: Cò mổ loại con lăn dùng 1 vòng bi kim giúp giảm ma sát, do đó cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu. Hình 2.5: Kết cấu cò mổ. 1:Ổ bi kim; 2:Cò mổ. Cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực: duy trì khe hở xu páp luôn bằng “0” nhờ áp lực của dầu và lực lò xo. Hình 2.6: Kết cấu con đội thủy lực. 1:Piston đẩy; 2:Buồng áp suất thấp; 3:Đường dầu; 4:Lò xo; 5:Buồng dầu áp suất cao; 6:Lò xo van bi; 7:Van bi. Cam quay sẽ nén bộ pitton đẩy và dầu trong buồng áp suất cao. Khi đó cò mổ sẽ ép tới xu páp bằng cách dùng bộ điều chỉnh khe hở thủy lực làm điểm tựa. Lò xo đẩy piston đẩy đi lên, van 1 chiều sẽ mở ra và dầu sẽ điền đầy vào từ buồng áp suất thấp Do piston được đẩy lên, và khe hở xu páp sẽ được duy trì không đổi bằng không. 2.2.3. Hệ thống nhiên liệu. Hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE đóng vai trò rất quan trọng, nó không đơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu, nhưng nó hợp thành một hệ thống đó là hệ thống điều khiển điện tử (ECU), hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, tạo ra sự tương trợ lẫn nhau, kim phun hoạt động như các kim phun của các xe đời mới. Khả năng điều khiển tốt, công suất động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu. Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo bởi cảm biến lưu lượng không khí. Tỷ lệ hoà trộn được ECU tính toán và hoà trộn theo tỷ lệ phù hợp nhất. Có cảm biến ôxy ở đường ống xả để cảm nhận lượng ôxy dư, điều khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn. Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE. 1:Bình Xăng; 2:Bơm xăng điện; 3:Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm; 4:Lọc Xăng; 5:Bộ lọc than hoạt tính; 6:Lọc không khí; 7:Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8:Van điện từ; 9: Môtơ bước; 10:Bướm ga; 11:Cảm biến vị trí bướm ga; 12:Ống góp nạp; 13:Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14:Bộ ổn định áp suất;15:Cảm biến vị trí trục cam; 16:Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17:Ống phân phối nhiên liệu; 18:Vòi phun; 19:Cảm biến tiếng gõ; 20:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21:Cảm biến vị trí trục khuỷu; 22:Cảm biến ôxy. 2.2.4. Hệ thống kiểm soát khí xả. Hệ thống kiểm soát khí xả giúp hạn chế lượng khí thải có hại cho con người và môi trường. Các khí thải có hại: nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu, khí lọt qua khe giữa piston và thành xy lanh và khí xả. Vì các khí này có chứa những chất độc như: CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit). CO (cacbon oxit). CO được sinh ra khi lượng ôxy đưa vào buồng đốt không đủ (cháy không hoàn toàn) 2C +O2 = 2CO Khi CO được hít vào trong cơ thể, nó hòa tan vào máu và làm hạn chế khả năng tải ôxy của máu. Hít vào một lượng lớn CO có thể dẫn đến tử vong. HC (Hiđrô cacbon). HC được sinh ra trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn, cũng như CO. Ngoài ra HC còn sinh ra trong các trường hợp sau: Khi nhiệt độ ở khu vực dập lửa thấp, chưa đạt tới nhiệt độ bóc cháy. Khí nạp thổi qua trong thời gian lặp của xupap. Hỗn hợp không khí nhiên liệu càng giàu càng sinh ra nhiều HC. Hỗn hợp càng nghèo càng ít sinh ra HC. Lượng HC sinh ra càng trở nên lớn hơn khi hỗn hợp không khí nhiên liệu quá nghèo, vì nó không cháy được. Khi HC được hít vào cơ thể nó trở thành tác nhân gây ung thư. Nó cũng gây ra hiện tượng sương khói quang hóa. NOx (Nitơ ôxit). NOx được sinh ra do nitơ và ôxy trong hỗn hợp không khí nhiên liệu, khi nhiệt độ của buồng đốt tăng cao trên 1800oC. Nhiệt độ của buồng đốt càng cao, lượng NOx sản sinh ra càng nhiều. Khi hỗn hợp không khí nhiên liệu nghèo, NOx sinh ra nhiều hơn vì tỷ lệ ôxy trong hỗn hợp không khí nhiên liệu cao hơn. Như vậy, lượng NOx sinh ra tùy theo hai yếu tố: nhiệt độ cháy và hàm lượng ôxy. N2 + O2 = 2NO(NO2,N2…NOx) Khi NOx được hít vào cơ thể, nó gây kích thích mũi và họng. Nó cũng gây ra hiện tượng sương khói quang hóa. Hình 2.8: Đồ thị biến thiên nồng độ các chất ô nhiễm theo hệ số dư lượng không khí. Để giảm các chất khí có hại từ khí xả: trước hết ta dùng bộ trung hòa khí xả (TWC) làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H2O, CO2, N2) khi luồng khí xả đi qua, với các chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi. Để khí xả ra ngoài môi trường không độc hại đối với sức khỏe con người. TWC hoạt động tốt nhất với tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu gần như lý thuyết. Vì vậy cần có hệ thống thông tin phản hồi về tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu để giữ cho tỷ lệ này gần như tỷ lệ lý thuyết. Hệ thống thông tin phản hồi về hỗn hợp không khí nhiên liệu theo dõi lượng ôxy trong khí xả bằng cách sử dụng cảm biến ôxy gắn trong đường ống xả. Khi đó lượng nhiên liệu được ECU của động cơ điều chỉnh để kiểm soát tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu, giúp cho TWC làm việc có hiệu quả. Đối với nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu: nhiên liệu này được hấp thụ bỡi bộ lọc than hoạt tính. Sau đó khi động cơ hoạt động, nhiên liệu trong bộ lọc than hoạt tính và không khí được dẫn vào đường ống nạp để đốt cháy. Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí xả động cơ 1TR-FE. 1:Bình Xăng; 2:Bơm Xăng điện; 3:Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm; 4:Lọc Xăng; 5:Bộ lọc than hoạt tính; 6:Van điện từ; 7:Bướm ga; 8:Ống góp nạp; 9:Bộ ổn định áp suất; 10:Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 11:Ống phân phối nhiên liệu; 12:Vòi phun; 13:Cảm biến ôxy; 14:bộ trung hòa khí xả trước; 15:bộ trung hòa khí xả phía sau. 2.2.5. Hệ thống xả. Khí xả được thải ra ngoài môi trường qua ống xả. Hệ thống xả gồm: ống góp xả và ống xả nối với nhau bằng khớp cầu. Trên ống xả có các bộ trung hòa khí xả để làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H2O, CO2, N2) khi luồng khí xả đi qua, với các chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi. Để khí xả ra ngoài môi trường không độc hại đối với sức khỏe con người. Hình 2.10: Sơ đồ hệ thống xả động cơ 1TR-FE. 1:Bộ trung hòa khí xả; 2:Bộ tiêu âm. 2.2.6. Hệ thống làm mát. Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức, nhiệt độ van hằng nhiệt mở là 800C, dung tích bình chứa 7,8lít. Quạt của hệ thống làm mát được điều khiển bằng khớp chất lỏng ba giai đoạn. Van hằng nhiệt có van đi tắt được đặt ở phía đầu ra của két nước. Hình 2.11: Hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE. 1:Két nước; 2:Van hằng nhiệt; 3:Đường nước đến cổ họng gió; 4:Đường nước về. 2.2.7. Hệ thống bôi trơn. Hệ thống bôi trơn kiểu cưỡng bức dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động của động cơ. Hệ thống bôi trơn gồm có: bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống... dầu sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường dầu dọc thân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên, theo các lỗ phun lên thành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường dẫn dầu tự chảy về cácte. 2.2.8. Hệ thống đánh lửa. Hệ thống đánh lửa được điều khiển bằng điện tử ECU đánh lửa trực tiếp. Mỗi xylanh có một bugi loại đầu dài và một cuộn dây đánh lửa được điều khiển bằng mạch bán dẫn dùng transitor. Hệ thống đánh lửa điện tử luôn luôn gắn liền với hệ thống phun nhiên liệu, nó điều khiển tia lửa, góc đánh lửa luôn phù hợp với góc phun của nhiên liệu nhờ các cảm biến để thực hiện quá trình đốt cháy tốt hơn và nhiên liệu được cháy hoàn toàn, ít tốn nhiên liệu, tăng công suất động cơ, chất thải ít độc hại. Hình 2.12: Sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ 1TR-FE. 1:Cầu chì dòng cao; 2:Khóa điện; 3:Cầu chì; 4:Cuộn đánh lửa số 1; 5:Cuộn đánh lửa số 2; 6:Cuộn đánh lửa số 3; 7:Cuộn đánh lửa số 4; 7,8:Bọc chống nhiễu; 9:Cảm biến vị trí trục khuỷu; 10:Cảm biến vị trí trục cam; 11:Bộ lọc ồn. ECU căn cứ vào tín hiệu nhận được từ cảm biến vị trí trục khuỷu và căn cứ vào góc đánh lửa cơ sở đã ghi sẵn trong bộ nhớ cũng như trong các thông số hiệu chỉnh để xác định góc đánh lửa sớm cho động cơ. Việc tạo ra các tín hiệu dạng xung để cung cấp dòng điện cho cuộn dây đánh lửa được lập trình sẵn để các cuộn dây cung cấp dòng điện trong thời gian định mức trước với giá trị tính toán để đảm bảo cho: Từ thông sinh ra trong các cuộn dây đạt giá trị lớn nhất, đảm bảo cuộn dây đủ năng lượng để đánh lửa. Điều khiển sự phát ra và chấm dứt tia lửa được ECU tính toán sau khi các dữ liệu được nhập vào bởi: + Tốc độ động cơ. + Cảm biến vị trí trục khuỷu. + Cảm biến vị trí trục cam. + Cảm biến nhiệt độ động cơ. + Cảm biến vị trí bướm ga. + Cảm biến vị trí bàn đạp ga. + Cảm biến kích nổ. 2.2.9. Hệ thống khởi động. Hệ thống khởi động bằng điện với phương pháp điều khiển gián tiếp bằng rơle điện từ . Để tránh khả năng không kịp tách bánh răng ra khi động cơ đã nổ, người ta làm kiểu truyền động một chiều bằng khớp truyền động hành trình tự do loại cơ cấu cóc. Hình 2.13: Kết cấu máy khởi động. 1:Bánh răng máy khởi động; 2:Cuộn giữ; 3:Cuộn đẩy; 4:Vành tiếp điểm; 5:Ắc quy. Khi người lái đóng khóa điện, dòng điện sẽ đi vào cuộn đẩy mà lõi thép của nó được nối với cần gạt. Cuộn dây có điện trở thành nam châm hút lõi thép sang phải, đồng thời làm quay cần gạt dịch chuyển bánh răng truyền động vào ăn khớp với bánh đà. Khi bánh răng của khớp truyền động đã vào ăn khớp với bánh đà, thì vành tiếp điểm cũng nối các tiếp điểm, đưa dòng điện vào các cuộn dây của máy khởi động. Máy khởi động quay, kéo trục khuỷu của động cơ quay theo. Khi động cơ đã nổ thì người lái nhả khóa điện, các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tác dụng của lò xo hồi vị 2.2.10. Hệ thống nạp. Hệ thống nạp dùng một bộ điều áp để điều chỉnh điện mà nó tạo ra bỡi sự quay của cuộn day rôto và nạp điện vào ắc quy. Hình 2.14: Sơ đồ hệ thống nạp động cơ 1TR-FE. 1:Máy phát ; 2:Bộ tiết chế; 3,7:Cầu chì; 4:Đèn báo nạp; 5:Khóa điện; 6,8,9:Cầu chì dòng cao; 10:Cuộn Stato; 11:Cuộn dây Rôto. 3. TÍNH TOÁN NHIỆT. 3.1. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU. Bảng 3.1 Thông số ban đầu Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Công suất có ích Ne Kw 100 Tỷ số nén e 9,8 Số vòng quay n Vòng/ phút 5600 Đường kính xi lanh D mm 86 Hành trình piston S mm 86 Số xi lanh i 4 Số kỳ t 4 Góc mở sớm xupáp nạp j1 Độ 520~00 Góc đóng muộn xupáp nạp j2 Độ 120~640 Góc mở sớm xupáp thải j3 Độ 440 Góc đóng muộn xupáp thải j4 Độ 80 3.2. CÁC THÔNG SỐ CHỌN. Bảng 3.1 Thông số chọn. Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Áp suất khí nạp Pk MN/m2 0,1 Nhiệt độ khí nạp Tk K 298 Hệ số dư lượng không khí a 1 Áp suất cuối kỳ nạp Pa MN/m2 0,0847 Áp suất khí sót Pr MN/m2 0,11 Nhiệt độ khí sót Tr K 900 Độ sấy nóng khí nạp mới DT 8 Chỉ số đoạn nhiệt m 1,5 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z xz 0,865 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b xb 0,95 Tỷ số tăng áp l 4 Hệ số nạp thêm l1 1,02 Hệ số quét buồng cháy l2 1 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt lt 1,17 Hệ số điền đầy đồ thị jđ 0,968 3.3. TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC. 3.3.1. Tính toán quá trình nạp. Hệ số khí sót: [3.1] Hệ số nạp: [3.2] Nhiệt độ cuối qúa trình nạp Ta[oK]: Ta = [3.3] Ta = = 338,1786[oK] Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu: [3.4] Trong đó: Nhiên liêu Thành phần trong 1 kg nhiên liệu [kg] Khối lượng phân tử mnl [kg/kmol] Nhiệt trị thấp QH [kj/kg] C H O Xăng 0,855 0,145 0 110 - 120 43.995 Vậy: Mo = =0, 5119 [kmol không khí/kg nhiên liệu]. Tênh säú mol khê naûp måïi M1 [kmol không khí/kg nhiên liệu]: [kmol không khí/kg nhiên liệu] [3.5] == 0,5202[kmol không khí/kg nhiên liệu] 3.3.2. Tính toán quá trình nén: Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí[KJ/Kmol.K]. : [KJ/Kmol.K]. [3.6] =20,4303[KJ/Kmol.K]. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy : [KJ/Kmol.K]. [3.7] Trong đó: = = 21,5010 = 0,0031 = 22,8960[KJ/Kmol.K]. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy[KJ/Kmol.K]. [KJ/Kmol.K]. [3.8] Trong đó: Vậy : =19,8887+338,1786 = 20,6132[KJ/Kmol.K]. Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Chỉ số nén đa biến phụ thuộc rất nhiều thông số kết cấu và thông số vận hành như kích thước xy lanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải, trạng thái nhiệt của động cơ. . . n1 = 1 + [3.9] n1 = Giải phương trình trên theo phương pháp chia đôi ta được: n1 = 1,3794 Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc: Tc = T0. [3.10] Tc= 298. 9, 81, 3794 -1 = 803,8823[oK]. Áp suất cuối quá trình nén Pc: Pc = pa. [MN/m2]. [3.11] Pc = 0, 0847. 9, 81, 3794 = 1,9731 [MN/m2]. 3.3.3. Tính toán quá trình cháy: Tính DM: Động cơ xăng khi a³ 1 thì [3.12] = 0,0279 Tính số mol sản phẩm cháy M2 [kmol/kg nhiên liệu]: [3.13] = 0,5482[kmol/kg nhiên liệu] Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết. [3.14] ==1,0537 Hệ số biến đổi phân tử thực tế. [3.15] ==1,0510 Hệ số biến đổi phân tử tại z. [3.16] =1,0465 Tính hệ số toả nhiệt xz tại z: [3.17] =0,9105 Tổn thất nhiệt do cháy không hòan toàn DQH: DQH = 120000(1-a)M0 [3.18] Do động cơ phun xăng a = 1 nên DQH = 0 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z. [3.19] Trong đó: =21,3699 =0,0031 Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz [oK]. Nhiệt độ cực đại tính theo phương trình cháy: [3.20] Đưa về dạng phương trình bậc hai: Động cơ A B C Động cơ đánh lửa cưỡng bức A = = 1,0465.0,0031 = 0,0033 B = = 1,0465. 21,3699= 22,3630 C = = = -69579,3813 Vậy phương trình bậc hai: Giải phương trình ta có: Tz = 2319,3607 [oK]. Áp suất cực đại chu trình Pz [MN/m2].. [MN/m2]. [3.21] Pz = = 5,9575[MN/m2]. 3.3.4. Quá trình giãn nở. Tỷ số giãn nở sớm r: r = 1 [3.22] Tỷ số giãn nở sau d: d = e =9,8 [3.23] Kiểm nghiệm lại trị số n2: Chọn trước n2, tính lặp n2 theo công thức: [3.24] Trong đó: [oK]. Giải phương trình trên theo phương pháp chia đôi ta được: n2 = 1,2325 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb [oK]. [oK]. [3.25] =1364,2948[oK]. Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb [MN/m2]. [3.26] Pb==0,3576[MN/m2]. Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót [oK]. [oK]. [3.27] == 920,9747[oK]. Sai số: 3.3.5. Tính toán các thông số của chu trình công tác. Tính toán các thông số chỉ thị: Áp suất chỉ thị trung bình[MN/m2]. [3.28] Áp suất chỉ thị trung bình thực tế[MN/m2]. [MN/m2] [3.29] =1,2062 [MN/m2] Hiệu suất chỉ thị động cơ : [3.30] = 0,4382 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi [g/kw.h]. [g/kw.h]. [3.31] gi==186,7318[g/kw.h]. Tính toán các thông số có ích: Tổn thất cơ giới pm [MN/m2] Theo công thức kinh nghiệm: [3.32] Trong đó := = 16,0533 [m/s] Tuỳ theo động cơ và tỷ số S/D, loại buồng cháy (động cơ Diesel) tra các giá trị a, b theo bảng sau: Động cơ a b Động cơ xăng S/D > 1 0,048 0,01512 S/D ≤ 1 0,039 0,01320 Động cơ phun xăng 0,024 0,0053 Động cơ Diesel buồng cháy thống nhất 0,089 0,0118 Động cơ Diesel buồng cháy xoáy lốc 0,089 0,01315 Động cơ Diesel buồng cháy dự bị 0,013 0,0156 Vậy: = 0,1344[MN/m2] Áp suất có ích trung bình [MN/m2]. [MN/m2]. [3.33] = 1,2062 - 0,1344 = 1,0718 [MN/m2] Hiệu suất cơ giới: [3.34] = = 0,8886 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích [g/kw.h]. [g/kw.h]. [3.35] = 210,1441[g/kw.h]. Hiêu suất có ích. [3.36] =0,8886. 0,4382= 0,3894 Thể tích công tác của động cơ[dm3]. [3.37] == 0,4998 [dm3]. Kiểm nghiệm đường kính xi lanh[dm]. [3.38] = = 0,8604[dm]. Sai lệch: =0,04 ≤ 0,1[mm] 4. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC. 4.1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG. 4.1.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén. Ta có: phương trình đường nén đa biến: p.Vn1 = conts, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì: Từ đó rút ra : Đặt: Khi đó, áp suất tại điểm bất kỳ x: [MN/m2] [4.1] Ở đây: - áp suất cuối quá trình nén. Trong đó: pa - áp suất đầu quá trình nén. Động cơ không tăng áp: pa = (0,8 ÷ 0,9)pk Chọn: pa = 0,847pk Trong đó: pk- áp suất trước xúpáp nạp Chọn pk = p0 = 0,1[MN/m2] Vậy: [MN/m2] n1- chỉ số nén đa biến trung bình. Động cơ Xăng n1 = (1,34¸1,38). Theo tính toán nhiệt ta có:n1 = 1,3794. Þ Pc = pa. = 0,0847.9,8 1,3794 = 1,9731[MN/m2]. 4.1.2. Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở. Phương trình của đường giãn nở đa biến là: , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì: Từ đó rút ra: Ở đây: pz- áp suất cực đại, pz = 5,9575 [MN/m2]. Vz = r.Vc Trong đó: r- tỷ số giãn nở sớm Động cơ xăng chu trình cấp nhiệt là đẳng tích r = 1 n2- chè säú giaîn nåí âa biãún trung bçnh. Âäúi våïi âäüng cå Xàng: n2 = (1,23¸1,34). Theo tính toán nhiệt ta có n2 = 1,2325 Ta đặt: Suy ra: [MN/m2] [4.2] 4.1.3. Lập bảng tính: Từ công thức [4.1]và [4.2], kết hợp với việc chọn các thể tíchVnx vaì Vgnx, ta tìm được các giá trị áp suất pnx, pgnx. Việc tính các giá trị pnx, pgnx được thực hiện trong bảng sau: Bảng 4.1. Các điểm áp suất trên đường nén và đường giãn nở Vx = Vc.i, với Vc= 0.0568[l] i Vx Pnx Pgnx pc" 1.0000 0.0568 1.9731 5.9575 3.3012 1.0000 0.0568 1.9731 5.9575 0.0000 2.0000 0.1136 0.7584 2.5354 0.0000 3.0000 0.1704 0.4335 1.5382 0.0000 4.0000 0.2272 0.2915 1.0790 0.0000 5.0000 0.2840 0.2143 0.8196 0.0000 6.0000 0.3408 0.1666 0.6546 0.0000 7.0000 0.3976 0.1347 0.5413 0.0000 8.0000 0.4544 0.1121 0.4592 0.0000 9.0000 0.5112 0.0953 0.3972 0.0000 9.8000 0.5566 0.0847 0.3576 0.2215 4.1.4. Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công. Vẽ hệ trục tọa độ (V, p) với các tỷ lệ xích: mv= 0,003 [lêt/mm] mp= 0,03 [MN/m2.mm]. Xác định các điểm đặc biệt: -Điểm r (Vc,pr) Ở đây: Vc- thể tích buồng cháy: [4.3] Trong đó: Vh- thể tích công tác: 0,4998 [l] Khi đó: [l] pr- áp suất khí sót, phụ thuộc vào loại động cơ Tốc độ trung bình của piston: [m/s] Như vậy động cơ đang khảo sát là động cơ tốc độ cao, do đó áp suất khí sót pr được xác định: pr = (1,05÷1,1).p0 Trong đó: p0- áp suất khí trời Vì động cơ không tăng áp, khí thải được thải ra ngoài Vậy: Pr = 1,1p0 = 1,1.0,1 = 0,11[MN/m2]. Vậy: r (0,0568 [l]; 0,11MN/m2]) - Điểm a (Va,pa) Trong đó : Va =eVc = 9,8. 0,0568= 0,5566 [l]. Þ a (0,5566[l];0,0847[MN/m2]) - Điểm b (Va, pb) Ở đây: pb - áp suất cuối quá trình giãn nở. pb. Þ pb == pb = 0,3576 [MN/m2] Þ b (0,55666[l]; 0,3576[MN/m2]). - Điểm c (Vc, pc) Þ c (0,0568[l]; 1,9731[MN/m2]). - Điểm y (Vc, pz) Þ y (0,0568[l];5,9575[MN/m2]) - Điểm z (Vz, pz) Với Vz = r.Vc = 1.0,0568= 0.0568 [l]. Þ z (0.0568 [l];5,9575 [MN/m2]) Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết. Dùng đồ thị Brick xác định các điểm : - Đánh lửa sớm c’. - Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải. - Mở sớm (r’), đóng muộn (a’’) xupáp nạp. Hiệu chỉnh đồ thị công : Động cơ Xăng lấy áp suất cực đại bằng (0,8-0,9)pz. Xác định các điểm trung gian: - Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3 cy. - Trên đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2 yz. - Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2 ba. Nối các điểm c’c’’z’’ và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT và ĐCD và tiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh. Hình :4.1. Đồ Thị công 4.2. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CHUYỂN VỊ PISTON BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ BRICK. Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R = S/2 = 86/2=43[mm]. Chọn tỷ lệ xích: ms = 0,5375[mm/mm]. Giá trị biểu diễn của R là : [mm]. Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía điểm chết dưới một đoạn : Ở đây: l- thông số kết cấu; l = 0,25. Þ [mm]. Giá trị biểu diễn là : [mm]. Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB như hình 4.2. Hạ MC thẳng góc với AD. Theo Brick đoạn AC = x. Thật vậy, ta có thể chứng minh điều này rất dễ dàng. Từ hình 4.2 ta có: AC = AO - OC = AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.Cosa + R.l/2 Coi: Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có : Hình 4.2. Đồ thị Brick. 4.3. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN TỐC. Tỷ lệ xích: mv = w.ms Ở đây: w- tốc độ góc của trục khuỷu, Þ [m/s.mm] Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R1: R = R.w =0,0 43. 586,43= 25,22 [mm/s]. Giá trị biểu diễn của R1 là : [mm]. Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2: [m/s]. Giá trị biểu diễn của R2 là: [mm]. Chia nữa vòng tròn R1 và vòng tròn R2 thành n phần đánh số 1, 2, 3, ..., n và 1’, 2’, 3’, ..., n’ theo chiều như hình 4.3. (n = 8 ; α =45o ) Từ các điểm 0, 1, 2, 3, ... kẻ các đường thẳng góc với AB kẻ từ 0, 1’, 2’, 3’, ... tại các điểm O, a, b, c, ... Nối O, a, b, c, ... bằng đường cong ta được đường biểu diễn trị số vận tốc. Các đoạn thẳng a1, b2, c3, ... nằm giữa đường cong O, a, b, c với nữa đường tròn R1 biểu diễn trị số của vận tốc ở các góc ( tương ứng; điều đó có thể chứng minh dễ dàng. Từ hình 4.3, ở một góc a bất kỳ ta có : bb’ = R2.sin2a vaì b’2 = R1.sina. Do đó : Hình 4.3. Đồ thị xác định vận tốc của piston 4.4. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ GIA TỐC THEO PHƯƠNG PHÁP TÔLÊ. Chọn tỷ lệ xích mJ = 202.66 [mm/s2.mm]. Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R = 86 [mm]. Giá trị biểu diễn là: [mm]. Tênh jmax, jmin [2]: + [m/s2]. + [m/s2]. Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện jmax . Giá trị biểu diễn của jmax là: [mm]. Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện jmin . Giá trị biểu diễn của jmin là: [mm]. Nối CD cắt AB ở E lấy EF. [mm/s2]. Giá trị biểu diễn của EF là : [mm]. Nối CF và DF. Phân các đoạn CF và DF thành các đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1, 2, 3, 4, ... và 1’, 2’, 3’, 4’, ... như hình 4.4. Nối 11’, 22’, 33’, v.v... Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số j=f(x). Diện tích F1 = F2. Hình 4.4. Đồ thị Tôlê. 4.5. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH PJ, LỰC KHÍ THể PKH, LỰC TỔNG P1. 4.5.1. Đồ thị lực quán tính Pj. Cách xây dựng hoàn toàn giống đồ thị gia tốc, ta chỉ thay các giá trị Jmax, Jmin và -3lRw2 bằng các giá trị Pmax, Pmin, -3lRw2.m. Ở đây: m- khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền: m = mnp + m1. Trong đó: m1- khối lượng tập trung tại đầu nhỏ thanh truyền. m1 có thể xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau đây: m1 = (0,275¸0,35)mtt Chọn m1 = 0,3. mtt = 0,3.0,1= 0,3 [kg]. mnp- khối lượng nhóm piston, mnp = 0.62 [kg]. Þ m = 0,0,3+ 0,6 = 0,9 [kg]. Lực quán tính Pjmax: [4.4] Ở đây: FP- diện tích đỉnh piston. [mm2]. Þ [MN/m2]. Lực quán tính Pjmin: [MN/m2]. [4.5] = -2,86[MN/m2]. Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện (-Pjmim). Giá trị biểu diễn của (-Pjmin) là: [mm]. Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện (-Pjmax). Giá trị biểu diễn của (-Pjmax) là: [mm]. Nối CD cắt AB ở E. Lấy EF: [MN/m2]. Giá trị biểu diễn của EF là: [mm]. Nối CF và DF. Phân các đoạn CF và DF thành các đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1, 2, 3, 4, ... và 1’, 2’, 3’, 4’, ... như hình 4.5. Nối 11’, 22’, 33’, v.v... Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của hàm số -Pj=f(s). Hình 4.5. Đồ thị lực quán tính. 4.5.2. Đồ thị lực khí thể Pkt. Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên ta có cách vẽ như sau : Từ các góc 0, 100, 200, 300, ..., 1800 tương ứng với kỳ nạp của động cơ 1900, 2000, 2100, ..., 3600 tương ứng với kỳ nén của động cơ 3700, 3800, 3900, ..., 5400 tương ứng với kỳ cháy - giãn nở của động cơ 5500, 5600, 5700, ..., 7200 tương ứng với kỳ thải của động cơ Trên đồ thị Brick ta gióng các đoạn thẳng song song với trục P của đồ thị công sẽ cắt đường biểu diễn đồ thị công tương ứng các kỳ nạp, nén, cháy - giãn nở, thải của động cơ và lần lượt đo các giá trị được tính từ điểm cắt đó đến đường thẳng song song với trục V và có tung độ bằng p0, ta đặt sang bên phải bản vẽ các giá trị vừa đo ta sẽ được các điểm tương ứng các góc 00, 100, 200, 300, ..., 7100, 7200 và lần lượt nối các điểm đó ta sẽ được đồ thị lực khí thể Pkt cần biểu diễn. Ta có đồ thị khai triển Pkt , theo góc quay trục khuỷu a Hình:4.6. Đồ thị khai triển lực khí thể theo Brick. 4.5.3. Đồ thị lực tác dụng lên chốt piston P1. Lực tác dụng lên chốt piston là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể: P1 = Pkt + Pj Từ đồ thị lực quán tính và lực khí thể đã vẽ ở trên, theo nguyên tắc cộng đồ thị ta sẽ được đồ thị P1 cần biểu diễn. Hình 4.7. Đồ thị khai triển lực P1 4.6. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ LỰC TIẾP TUYẾN T, LỰC PHÁP TUYẾN Z, LỰC NGANG N. Các công thức để tính toán T, Z, N được chứng minh như sau: Hình 4.8. Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm. Ở đây: p1 = pkt + pJ p1 = P1/Fp pJ = PJ/Fp Phân p1 thành hai thành phần lực: Trong đó: ptt -lực tác dụng trên đường tâm thanh truyền. N- lực ngang tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm xy lanh. Từ quan hệ lượng giác ta có thể xác định được trị số của ptt và N. [4.6] [4.7] Phân ptt thành hai phân lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z (sau khi đã dời xuống tâm chốt khuỷu ) ta cũng có thể xác định trị số của T và Z bằng các quan hệ sau: [4.8] [4.9] Lập bảng tính T, N, Z tương ứng với các góc quay trục khuỷu α = 00, 100, 200, ..., 7200 và b = arcsin(l.sina). Chọn tỷ lệ xích mT = mZ =mN =0,03 [MN/m2.mm], ma = 2 [độ/mm]. Sử dụng các công thức [4.7], [4.8], [4.9], ta tính được các giá trị T, Z, N ứng với các góc α. Bảng 4.2. Giá trị T, Z, N ứng với các góc α. Tỉ lệ xích: mP1 = mT = mZ = mN = 0.03[MN/m2.mm] a(độ) P1(mm) T(mm) Z(mm) N(mm) a(độ) P1(mm) T(mm) Z(mm) N(mm) 0 -94.47 0 -94.47 0 370 63.22 13.68 61.78 2.75 10 -94.37 -20.43 -92.22 -4.1 380 43.62 18.44 39.71 3.74 20 -87.44 -36.96 -79.6 -7.5 390 20.73 12.63 16.65 2.61 30 -76.53 -46.62 -61.46 -9.64 400 8.07 6.19 5.34 1.31 40 -62.46 -47.94 -41.31 -10.17 410 4.53 4.04 2.23 0.88 50 -46.67 -41.6 -23.02 -9.11 420 8.04 7.85 2.48 1.78 60 -30.5 -29.8 -9.39 -6.76 430 15.96 16.32 1.83 3.86 70 -14.01 -14.32 -1.61 -3.39 440 27.18 27.97 -2.08 6.9 80 3.08 3.17 -0.24 0.78 450 38.29 38.29 -9.89 9.89 90 18.33 18.33 -4.73 4.73 460 46.85 44.07 -19.86 11.9 100 29.86 28.09 -12.65 7.59 470 54.12 46.38 -30.8 13.08 110 39.3 33.68 -22.37 9.5 480 59.57 44.98 -41.23 13.21 120 46.35 35 -32.08 10.28 490 63.13 40.44 -50.02 12.32 130 51.09 32.73 -40.48 9.97 500 64.89 33.62 -56.5 10.56 140 53.87 27.91 -46.9 8.77 510 65.28 25.52 -60.65 8.22 150 55.2 21.58 -51.28 6.95 520 64.52 16.86 -62.52 5.54 160 55.72 14.56 -54 4.78 530 63.17 8.27 -62.69 2.74 170 55.95 7.32 -55.52 2.43 540 61.46 0 -61.46 0 180 56.28 0 -56.28 0 550 59.85 -7.83 -59.39 -2.6 190 56.71 -7.42 -56.28 -2.46 560 58.74 -15.35 -56.92 -5.04 200 56.55 -14.78 -54.8 -4.85 570 57.86 -22.62 -53.75 -7.29 210 56.14 -21.94 -52.16 -7.07 580 56.23 -29.13 -48.96 -9.15 220 54.97 -28.48 -47.86 -8.95 590 53.34 -34.17 -42.26 -10.41 230 52.42 -33.58 -41.53 -10.23 600 48.6 -36.7 -33.63 -10.78 240 48 -36.25 -33.22 -10.64 610 41.55 -35.61 -23.65 -10.04 250 41.39 -35.47 -23.56 -10 620 32.11 -30.21 -13.61 -8.16 260 32.56 -30.63 -13.8 -8.27 630 20.58 -20.58 -5.31 -5.31 270 21.87 -21.87 -5.65 -5.65 640 5.33 -5.48 -0.41 -1.35 280 7.81 -8.04 -0.6 -1.98 650 -11.76 12.02 -1.35 2.84 290 -7.54 7.71 -0.87 1.82 660 -28.25 27.6 -8.7 6.26 300 -21.48 20.98 -6.61 4.76 670 -44.42 39.6 -21.91 8.67 310 -33.65 30 -16.6 6.57 680 -60.21 46.21 -39.82 9.8 320 -43.23 33.18 -28.59 7.04 690 -74.28 45.24 -59.65 9.36 330 -47.78 29.1 -38.37 6.02 700 -85.19 36.01 -77.55 7.31 340 -41.41 17.5 -37.7 3.55 710 -92.12 19.94 -90.03 4 350 -22.92 4.96 -22.4 1 720 -94.47 0 -94.47 0 360 -10.17 0 -10.17 0 Trên hệ tọa độ T-a, Z-a, N-a, ta xác định các trị số T, Z, N ở các góc độ a=00, a=100, a= 200, ...,a= 7200. Trị số của T, Z, N như đã lập Bảng 4.2 được tính theo công thức đã chứng minh ở trên, ta sẽ được các điểm 0, 1, 2, 3, ..., 72. Dùng đường cong nối các điểm ấy lại, ta có đồ thị lực T, Z, N cần xây dựng. Hình 4.9. Đồ thị T,Z,N. 4.7. TÍNH MÔMEN TỔNG ST Thứ tự làm việc của động cơ : 1 - 3 -4 - 2. Góc công tác: Ta tính ST trong 1 chu k ỳ góc công tác: Khi trục khuỷu của xylanh thứ nhất nằm ở vị trí Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí. Tính mômen tổng ST = T1 + T2 + T3 + T4. Tính giá trị của Ġ bằng công thức: Trong đó : : công suất chỉ thị của động cơ [Kw]; =112,867[Kw] n: là số vòng quay của động cơ; n =5600 [v/p]. : là diện tích đỉnh piston; R: là bán kính quay của trục khuỷu; R = 43mm : là hệ số hiệu đính đồ thị công =0,968. Þ . Với tỷ lệ xích : . Bảng 4.3. Bảng tính xây dựng đồ thị ST. Tỷ lệ xích mST = mT = 0,03[MN/m2.mm]. Thứ tự làm việc: 1-3-4-2 α1 (độ) T1 (mm) α2 (độ) T2 (mm) α3 (độ) T3 (mm) a4 (độ) T4 (mm) ST (mm) 0 0.00 180 0.00 540 0.00 360 0.00 0.00 10 -20.43 190 -7.42 550 -7.83 370 13.68 -12.00 20 -36.96 200 -14.78 560 -15.35 380 18.44 -26.54 30 -46.62 210 -21.94 570 -22.62 390 12.63 -42.85 40 -47.94 220 -28.48 580 -29.13 400 6.19 -54.19 50 -41.60 230 -33.58 590 -34.17 410 4.04 -57.45 60 -29.80 240 -36.25 600 -36.70 420 7.85 -51.76 70 -14.32 250 -35.47 610 -35.61 430 16.32 -37.68 80 3.17 260 -30.63 620 -30.21 440 27.97 -16.20 90 18.33 270 -21.87 630 -20.58 450 38.29 7.73 100 28.09 280 -8.04 640 -5.48 460 44.07 31.99 110 33.68 290 7.71 650 12.02 470 46.38 54.43 120 35.00 300 20.98 660 27.60 480 44.98 70.13 130 32.73 310 30.00 670 39.60 490 40.44 77.87 140 27.91 320 33.18 680 46.21 500 33.62 76.86 150 21.58 330 29.10 690 45.24 510 25.52 66.24 160 14.56 340 17.50 700 36.01 520 16.86 46.33 170 7.32 350 4.96 710 19.94 530 8.27 22.08 180 0.00 360 0.00 720 0.00 540 0.00 0.00 190 -7.42 370 13.68 10 -20.43 550 -7.83 -12.00 200 -14.78 380 18.44 20 -36.96 560 -15.35 -26.54 210 -21.94 390 12.63 30 -46.62 570 -22.62 -42.85 220 -28.48 400 6.19 40 -47.94 580 -29.13 -54.19 230 -33.58 410 4.04 50 -41.60 590 -34.17 -57.45 240 -36.25 420 7.85 60 -29.80 600 -36.70 -51.76 250 -35.47 430 16.32 70 -14.32 610 -35.61 -37.68 260 -30.63 440 27.97 80 3.17 620 -30.21 -16.20 270 -21.87 450 38.29 90 18.33 630 -20.58 7.73 280 -8.04 460 44.07 100 28.09 640 -5.48 31.99 290 7.71 470 46.38 110 33.68 650 12.02 54.43 300 20.98 480 44.98 120 35.00 660 27.60 70.13 310 30.00 490 40.44 130 32.73 670 39.60 77.87 320 33.18 500 33.62 140 27.91 680 46.21 76.86 330 29.10 510 25.52 150 21.58 690 45.24 66.24 340 17.50 520 16.86 160 14.56 700 36.01 46.33 350 4.96 530 8.27 170 7.32 710 19.94 22.08 360 0.00 540 0.00 180 0.00 720 0.00 0.00 370 13.68 550 -7.83 190 -7.42 10 -20.43 -12.00 380 18.44 560 -15.35 200 -14.78 20 -36.96 -26.54 390 12.63 570 -22.62 210 -21.94 30 -46.62 -42.85 400 6.19 580 -29.13 220 -28.48 40 -47.94 -54.19 410 4.04 590 -34.17 230 -33.58 50 -41.60 -57.45 420 7.85 600 -36.70 240 -36.25 60 -29.80 -51.76 430 16.32 610 -35.61 250 -35.47 70 -14.32 -37.68 440 27.97 620 -30.21 260 -30.63 80 3.17 -16.20 450 38.29 630 -20.58 270 -21.87 90 18.33 7.73 460 44.07 640 -5.48 280 -8.04 100 28.09 31.99 470 46.38 650 12.02 290 7.71 110 33.68 54.43 480 44.98 660 27.60 300 20.98 120 35.00 70.13 490 40.44 670 39.60 310 30.00 130 32.73 77.87 500 33.62 680 46.21 320 33.18 140 27.91 76.86 510 25.52 690 45.24 330 29.10 150 21.58 66.24 520 16.86 700 36.01 340 17.50 160 14.56 46.33 530 8.27 710 19.94 350 4.96 170 7.32 22.08 540 0.00 720 0.00 360 0.00 180 0.00 0.00 550 -7.83 10 -20.43 370 13.68 190 -7.42 -12.00 560 -15.35 20 -36.96 380 18.44 200 -14.78 -26.54 570 -22.62 30 -46.62 390 12.63 210 -21.94 -42.85 580 -29.13 40 -47.94 400 6.19 220 -28.48 -54.19 590 -34.17 50 -41.60 410 4.04 230 -33.58 -57.45 600 -36.70 60 -29.80 420 7.85 240 -36.25 -51.76 610 -35.61 70 -14.32 430 16.32 250 -35.47 -37.68 620 -30.21 80 3.17 440 27.97 260 -30.63 -16.20 630 -20.58 90 18.33 450 38.29 270 -21.87 7.73 640 -5.48 100 28.09 460 44.07 280 -8.04 31.99 650 12.02 110 33.68 470 46.38 290 7.71 54.43 660 27.60 120 35.00 480 44.98 300 20.98 70.13 670 39.60 130 32.73 490 40.44 310 30.00 77.87 680 46.21 140 27.91 500 33.62 320 33.18 76.86 690 45.24 150 21.58 510 25.52 330 29.10 66.24 700 36.01 160 14.56 520 16.86 340 17.50 46.33 710 19.94 170 7.32 530 8.27 350 4.96 22.08 720 0.00 180 0.00 540 0.00 360 0.00 0.00 Hình: 4.10. Đồ thị tổng T. 4.8. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VECTƠ PHỤ TẢI TÁC DỤNG TRÊN CHỐT KHUỶU. Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng trên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu. Sau khi có đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu cũng như có thể tìm được dể dàng lực lớn nhất và lực bé nhất. Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn và để xác định phụ tải khi tính sức bền trục. Cách xây dựng được tiến hành như sau :  -Vẽ tọa độ T -Z gốc tọa độ O1 chiều dương hướng xuống dưới. -Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính trên đơn vị diện tích piston): [4.10] Ở đây: m2 -khối lượng tập trung tại đầu to thanh truyền. m2 = mtt - m1 = 1 -0,3 = 0,7 [kg]. R -bán kính quay của trục khuỷu và R = 43 [mm]. Þ [N]. Tính trên đơn vị diện tích piston : [MN/m2]. Chọn tỷ lệ xích mP = 0,03(MN/m2.mm) nên giá trị biểu diễn lực pk0 là: [mm]. Vẽ từ O1 xuống phía dưới một véctơ -pk0 và có giá trị biểu diễn pk0 = 59,4mm. Véctơ này nằm trên trục Z, gốc của véctơ là O. Điểm O là tâm chốt khuỷu. Trên tọa độ T -Z xác định các trị số của T và Z ở các góc độ a = 00, a = 100, a = 200, a = 300, ..., a = 7200, trị số T và Z đã được lập ở Bảng 4.4, tính theo công thức như đã chứng minh ở phần 4.6, ta sẽ được các điểm 0, 1, 2, ..., 72. Dùng đường cong nối các điểm ấy lại, ta có được đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu. Nếu ta nối O với bất kỳ điểm nào trên hình vẽ (ví dụ nối với điểm a= 3700 như ta sẽ có được véctơ biểu diễn phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu khi góc quay của trục khuỷu là a= 3700. Chiều của véctơ này từ tâm O ra Tìm điểm tác dụng của véctơ chỉ cần kéo dài véctơ về phía gốc cho đến khi gặp vòng tròn tượng trưng bề mặt chốt khuỷu tại điểm b. Rất dễ thấy rằng véctơ Q là hợp lực của các lực tác dụng trên chốt khuỷu: Hình 4.11. Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu. 4.9. TRIỂN KHAI ĐỒ THỊ PHỤ TẢI Ở TỌA ĐỘ CỰC THÀNH ĐỒ THỊ Q-a. Khai triển đồ thị phụ tải ở toạ độ độc cực trên thành đồ thị Q-a rồi tính phụ tải trung bình Qtb. Vẽ hệ trục Q -. Chọn tỉ lệ xích . . Trên các điểm chia của trục 0 -, ta lần lượt đặt các véctơ tương ứng với các góc a từ . Vớivà trị số của được lấy ở đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu. Nối các đầu mút véctơ lại ta sẽ có đường cong biểu diển đồ thị khai triển. Bảng 4.4. Bảng tính xây dựng đồ thị Q-a Tỷ lệ xích: µQ = µT = µZ = µN = µpk0 = 0,03[MN/m2]. α (độ) Z [mm] T [mm] (Z-Pk0) [mm] Q [mm] α (độ) Z [mm] T [mm] (Z-Pk0) [mm] Q[mm] 0 -94.47 0 153.87 153.87 370 61.78 13.68 -2.38 13.89 10 -92.22 -20.43 151.62 152.99 380 39.71 18.44 19.69 26.98 20 -79.6 -36.96 139 143.83 390 16.65 12.63 42.75 44.58 30 -61.46 -46.62 120.86 129.53 400 5.34 6.19 54.06 54.42 40 -41.31 -47.94 100.71 111.54 410 2.23 4.04 57.17 57.31 50 -23.02 -41.6 82.42 92.33 420 2.48 7.85 56.92 57.46 60 -9.39 -29.8 68.79 74.97 430 1.83 16.32 57.57 59.83 70 -1.61 -14.32 61.01 62.67 440 -2.08 27.97 61.48 67.54 80 -0.24 3.17 59.64 59.72 450 -9.89 38.29 69.29 79.16 90 -4.73 18.33 64.13 66.7 460 -19.86 44.07 79.26 90.69 100 -12.65 28.09 72.06 77.34 470 -30.8 46.38 90.2 101.43 110 -22.37 33.68 81.77 88.43 480 -41.23 44.98 100.63 110.22 120 -32.08 35 91.48 97.94 490 -50.02 40.44 109.42 116.65 130 -40.48 32.73 99.88 105.1 500 -56.5 33.62 115.9 120.68 140 -46.9 27.91 106.31 109.91 510 -60.65 25.52 120.05 122.73 150 -51.28 21.58 110.68 112.77 520 -62.52 16.86 121.92 123.08 160 -54 14.56 113.4 114.33 530 -62.69 8.27 122.09 122.37 170 -55.52 7.32 114.92 115.16 540 -61.46 0 120.86 120.86 180 -56.28 0 115.68 115.68 550 -59.39 -7.83 118.79 119.05 190 -56.28 -7.42 115.68 115.91 560 -56.92 -15.35 116.32 117.33 200 -54.8 -14.78 114.2 115.15 570 -53.75 -22.62 113.15 115.39 210 -52.16 -21.94 111.56 113.69 580 -48.96 -29.13 108.36 112.21 220 -47.86 -28.48 107.26 110.98 590 -42.26 -34.17 101.66 107.25 230 -41.53 -33.58 100.93 106.37 600 -33.63 -36.7 93.03 100.01 240 -33.22 -36.25 92.62 99.46 610 -23.65 -35.61 83.05 90.36 250 -23.56 -35.47 82.96 90.22 620 -13.61 -30.21 73.01 79.01 260 -13.8 -30.63 73.2 79.35 630 -5.31 -20.58 64.71 67.91 270 -5.65 -21.87 65.05 68.63 640 -0.41 -5.48 59.81 60.06 280 -0.6 -8.04 60 60.53 650 -1.35 12.02 60.75 61.93 290 -0.87 7.71 60.27 60.76 660 -8.7 27.6 68.1 73.48 300 -6.61 20.98 66.02 69.27 670 -21.91 39.6 81.31 90.44 310 -16.6 30 76 81.71 680 -39.82 46.21 99.22 109.46 320 -28.59 33.18 87.99 94.04 690 -59.65 45.24 119.05 127.36 330 -38.37 29.1 97.77 102.01 700 -77.55 36.01 136.95 141.61 340 -37.7 17.5 97.1 98.66 710 -90.03 19.94 149.43 150.75 350 -22.4 4.96 81.8 81.95 720 -94.47 0 153.87 153.87 360 -10.17 0 69.57 69.57 Hình 4.12. Đồ thị khai triển Q-a Để tínhvà. Xác định trị số đơn vị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu (hoặc ổ trục) theo các công thức sau : Phụ tải cực đại . Phụ tải bé nhất Phụ tải trung bình Trong đó : và là phụ tải cực đại, cực tiểu và trung bình được xác định trên đồ thị Q-a, đơn vị là. . . . : đường kính ngoài và chiều dài làm việc của chốt khuỷu. : là diện tích đỉnh piston. Hệ số va đập biểu thị mức độ va đập của phụ tải: ; hệ số thoả mãn. 4.10. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VECTƠ PHỤ TẢI TÁC DỤNG TRÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN. Sau khi đã vẽ được đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu, ta căn cứ vào đó để vẽ đồ thị phụ tải của ổ trượt ở đầu to thanh truyền. Cách vẽ như sau: Vẽ dạng đầu to thanh truyền lên một tờ giấy bóng, tâm của đầu to thanh truyền là O. Vẽ một vòng tròn bất kỳ, tâm O. Giao điểm của đường tâm phần thân thanh truyền với vòng tâm O là điểm 00. Từ điểm 00, ghi trên vòng tròn các điểm 1, 2, 3, ..., 72 theo chiều quay trục khuỷu và tương ứng với các góc a100 + b100, a200 + b200, a300 + b300, ..., a7200 + b7200. Đem tờ giấy bóng này đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốt khuỷu. Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 0, 1, 2, 3, ..., 72 trùng với trục (+Z) của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu. Đồng thời đánh dấu các điểm đầu mút của các véctơ Q0, Q1, Q2,..., Q72 của đồ thị phụ tải chốt khuỷu hiện trên tờ giấy bóng bằng các điểm 0, 1, 2, 3,..., 72. Bảng 4.5. Giá trị các góc α, β, (α+β) a(độ) b(độ) a+b(độ) a(độ) b(độ) a+b(độ) a(độ) b(độ) a+b(độ) 0 0 0 250 -13.59 236.41 490 11.04 501.04 10 2.49 12.49 260 -14.25 245.75 500 9.25 509.25 20 4.91 24.91 270 -14.48 255.52 510 7.18 517.18 30 7.18 37.18 280 -14.25 265.75 520 4.9 524.9 40 9.25 49.25 290 -13.59 276.41 530 2.49 532.49 50 11.04 61.04 300 -12.5 287.5 540 0 540 60 12.5 72.5 310 -11.04 298.96 550 -2.49 547.51 70 13.59 83.59 320 -9.25 310.75 560 -4.91 555.09 80 14.25 94.25 330 -7.18 322.82 570 -7.18 562.82 90 14.48 104.48 340 -4.9 335.1 580 -9.25 570.75 100 14.25 114.25 350 -2.49 347.51 590 -11 578.96 110 13.59 123.59 360 0 360 600 -12.5 587.5 120 12.5 132.5 370 2.49 372.49 610 -13.6 596.41 130 11.04 141.04 380 4.91 384.91 620 -14.3 605.75 140 9.25 149.25 390 7.18 397.18 630 -14.5 615.52 150 7.18 157.18 400 9.25 409.25 640 -14.3 625.75 160 4.9 164.9 410 11.04 421.04 650 -13.6 636.41 170 2.49 172.49 420 12.5 432.5 660 -12.5 647.5 180 0 180 430 13.59 443.59 670 -11 658.96 190 -2.49 187.51 440 14.25 454.25 680 -9.25 670.75 200 -4.91 195.09 450 14.48 464.48 690 -7.18 682.82 210 -7.18 202.82 460 14.25 474.25 700 -4.9 695.1 220 -9.25 210.75 470 13.59 483.59 710 -2.49 707.51 230 -11.04 218.96 480 12.5 492.5 720 0 720 240 -12.5 227.5 Nối các điểm 0, 1, 2, 3, ..., 72 lại bằng một đường cong, ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền như trên hình 4.13. Hình 4.13. Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng đầu to thanh truyền. 4.11. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU. Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu...) thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục. Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúng nguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất. Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng. Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây: + Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ n định mức. + Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200. + Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải. + Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép .. Vẽ đồ thị mài mòn chốt khuỷu tiến hành theo các bước sau : + Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho vòng tròn chốt khuỷu, rồi chia vòng tròn trên thành 24 phần bằng nhau. + Tính hợp lực SQ của các lực tác dụng trên các điểm 0, 1, 2, ..., 23 rồi ghi trị số của các lực ấy trong phạm vi tác dụng trên Bảng 4.6. + Cộng trị số của SQ. Chọn tỷ lệ xích måQ = 1,6[MN/m2.mm], dùng tỷ lệ xích vừa chọn đặt các đoạn thẳng đại biểu cho SQ ở các điểm 0, 1, 2, 3, ..., 23 lên vòng tròn đã vẽ, dùng đường cong nối các điểm đầu mút của các đoạn ấy lại ta sẽ có đồ thị mài mòn chốt khuỷu. Bảng 4.6. Bảng xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu. mQ = 1,6 (MN/m.mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 SQ0 691.24 691 691.2 691.24 691.2 SQ1 560.26 560 560.3 560.26 560.3 560.3 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 SQ8 SQ9 SQ10 SQ11 SQ12 SQ13 SQ14 SQ15 SQ16 SQ17 SQ18 SQ19 SQ20 30.33 SQ21 34.07 34.1 SQ22 43.65 43.7 43.65 SQ23 790.45 790 790.5 790.45 SQ 2150 2120 2086 2042 1252 560.3 0 0 0 Biểu diễn 40.31 39.7 39.11 38.29 23.47 10.5 0 0 0 9 10 11 12 13 14 15 16 SQ0 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 SQ8 SQ9 SQ10 SQ11 SQ12 SQ13 SQ14 SQ15 SQ16 SQ17 SQ18 24.64 24.64 24.64 SQ19 28.01 28.01 SQ20 30.33 SQ21 SQ22 SQ23 SQ 0 0 0 0 0 24.64 52.65 82.98 Biểu diễn 0 0 0 0 0 0.46 0.99 1.56 17 18 19 20 21 22 23 SQ0 691.24 691.24 691.24 691.24 SQ1 560.26 560.26 560.26 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 SQ8 SQ9 SQ10 SQ11 SQ12 SQ13 SQ14 SQ15 SQ16 SQ17 SQ18 24.64 24.64 24.64 24.64 24.64 24.64 SQ19 28.01 28.01 28.01 28.01 28.01 28.01 28.01 SQ20 30.33 30.33 30.33 30.33 30.33 30.33 30.33 SQ21 34.07 34.07 34.07 34.07 34.07 34.07 34.07 SQ22 43.65 43.65 43.65 43.65 43.65 43.65 SQ23 790.45 790.45 790.45 790.45 790.45 SQ 117.05 160.7 951.15 1642.4 2202.7 2202.7 2178 Biểu diễn 2.19 3.01 17.83 30.79 41.3 41.3 40.84 Hình :4.14. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu. 5. KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐỘNG CƠ 1TR-FE. 5.1. HỆ THỐNG CUNG CẤP XĂNG ĐỘNG CƠ 1TR-FE. 5.1.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống cung cấp xăng. Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE. 1:Bình Xăng; 2:Bơm xăng điện; 3:Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm; 4:Lọc Xăng; 5:Bộ lọc than hoạt tính; 6:Lọc không khí; 7:Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8:Van điện từ; 9: Môtơ bước; 10:Bướm ga; 11:Cảm biến vị trí bướm ga; 12:Ống góp nạp; 13:Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14:Bộ ổn định áp suất;15:Cảm biến vị trí trục cam; 16:Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17:Ống phân phối nhiên liệu; 18:Vòi phun; 19:Cảm biến tiếng gõ; 20:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21:Cảm biến vị trí trục khuỷu; 22:Cảm biến ôxy. Nhiên liệu được hút từ bình nhiên liệu bằng bơm và đưa qua lọc nhiên liệu đến bộ giảm rung có tác dụng hấp thụ các dao động nhỏ của áp suất nhiên liệu do sự phun nhiên liệu gây ra, sau đó qua ống phân phối rồi đến các vòi phun, cuối ống phân phối có bộ ổn định áp suất nhằm điều khiển áp suất của đường nhiên liệu (phía có áp suất cao). Nhiên liệu thừa được đưa trở lại bình xăng qua ống hồi … Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp tùy theo các tín hiệu phun được ECU tính toán. 5.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động các bộ phận chính. 5.1.2.1. Bơm nhiên liệu: Kết cấu và nguyên lý hoạt động: Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, do đó loại bơm này ít sinh ra tiếng ồn và rung động hơn so với loại trên đường ống. Các chi tiết chính của bơm bao gồm: Mô tơ, hệ thống bơm nhiên liệu, van một chiều, van an toàn và bộ lọc được gắn liền thành một khối. Hình 5.2: Kết cấu của bơm xăng điện. 1:Van một chiều; 2:Van an toàn; 3:Chổi than; 4:Rôto; 5:Stato; 6,8:Vỏ bơm; 7,9:Cánh bơm; 10:Cửa xăng ra; 11:Cửa xăng vào. Rôto (4) quay, dẫn động cánh bơm (7) quay theo, lúc đó cánh bơm sẽ gạt nhiên liệu từ cửa vào (11) đến cửa ra (10) của bơm, do đó tạo được độ chân không tại cửa vào nên hút được nhiên liệu vào và tạo áp suất tại cửa ra để đẩy nhiên liệu đi. Van an toàn (2) mở khi áp suất vượt quá áp suất giới hạn cho phép (khoảng 6 kG/cm2). Van một chiều (1) có tác dụng khi động cơ ngừng hoạt động. Van một chiều kết hợp với bộ ổn định áp suất duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu khi động cơ ngừng chạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại. Nếu không có áp suất dư thì nhiên liệu có thể dễ dàng bị hoá hơi tại nhiệt độ cao gây khó khăn khi khởi động lại động cơ. Ðiều khiển bơm nhiên liệu: Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Ðiều này tránh cho nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ON nhưng động cơ chưa chạy. Hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển bơm nhiên liệu Khi động cơ đang quay khởi động. Dòng điện chạy qua cực ST2 của khóa điện đến cuộn dây máy khởi động (kí hiệu ST) và dòng diện vẫn chạy từ cực STAcủa ECU (tín hiệu STA). Khi tín hiệu STA và tín hiệu NE được truyền đến ECU, transitor công suất bật ON, dòng điện chạy đến cuộn dây mở mạch (C/OPN), rơle mở mạch bật lên, nguồn điện cấp đến bơm nhiên liệu và bơm hoạt động. Khi động cơ đã khởi động. Sau khi động cơ đã khởi động, khóa điện được trở về vị trí ON (cực IG2) từ vị trí Start cực (ST), trong khi tín hiệu NE đang phát ra (động cơ đang nổ máy), ECU giữ Tr bật ON, rơle mở mạch ON bơm nhiên liệu được duy trì hoạt động Khi động cơ ngừng. Khi động cơ ngừng, tín hiệu NE đến ECU động cơ bị tắt. Nó tắt Transistor, do đó cắt dòng điện chạy đến cuộn dây của rơle mở mạch. Kết quả là, rơle mở mạch tắt ngừng bơm nhiên liệu. Hình 5.3: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu. 1:Cầu chì dòng cao; 2,6,8,9:Cầu chì; 3,4,10:Rơ le; 5:Bơm; 7:Khóa điện; 11:Máy khởi động. 5.1.2.2. Bộ lọc nhiên liệu. Lọc nhiên liệu lọc tất cả các chất bẩn và tạp chất khác ra khỏi nhiên liệu. Nó được lắp tại phía có áp suất cao của bơm nhiên liệu. Ưu điểm của loại lọc thấm kiểu dùng giấy là giá rẻ, lọc sạch. Tuy nhiên loại lọc này cũng có nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km. Hình 5.4: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu. 1:Thân lọc nhiên liệu; 2:Lõi lọc; 3:Tấm lọc; 4:Cửa xăng ra; 5:Tấm đỡ; 6:Cửa xăng vào. Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua phần tử lọc (2). Lõi lọc được làm bằng giấy, độ xốp của lõi giấy khoảng 10mm. Các tạp chất có kích thước lớn hơn 10mm được giữ lại đây. Sau đó xăng đi qua tấm lọc (3) các tạp chất nhỏ hơn 10mm được giữ lại và xăng đi qua cửa ra (5) của bộ lọc là xăng tương đối sạch cung cấp quá trình nạp cho động cơ. 5.1.2.3. Bộ giảm rung động. Áp suất nhiên liệu được duy trì tại 2,55 hoặc 2,9 kg/cm2 tùy theo độ chân không đường nạp bằng bộ ổn định áp suất. Tuy nhiên vẫn có sự dao động nhỏ trong áp suất đường ống do phun nhiên liệu. Bộ giảm rung động có tác dụng hấp thụ các dao động này bằng một lớp màng. 5.1.2.4. Bộ ổn định áp suất. Bộ điều chỉnh áp suất được bắt ở cuối ống phân phối. Nhiệm vụ của bộ điều áp là duy trì và ổn định độ chênh áp trong đường ống. Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu cấp đến vòi phun phụ thuộc vào áp suất trên đường ống nạp. Lượng nhiên liệu được điều khiển bằng thời gian của tín hiệu phun, nên để lượng nhiên liệu được phun ra chính xác thì mức chênh áp giữa xăng cung cấp đến vòi phun và không gian đầu vòi phun phải luôn luôn giữ ở mức 2,9 kG/cm2 và chính bộ điều chỉnh áp suất bảo đảm trách nhiệm này. Hình 5.5: Sự điều chỉnh áp suất nhiên liệu theo áp suất đường ống nạp của bộ ổn định áp suất. Hình 5.6: Kết cấu bộ ổn định áp suất. 1:Khoang thông với đường nạp khí; 2:Lò xo; 3:Van; 4:Màng; 5: Khoang thông với dàn ống xăng; 6:Ðường xăng hồi về thùng xăng. Nguyên lý làm việc của bộ ổn định . Nhiên liệu có áp suất từ dàn ống phân phối sẽ ấn màng (4) làm mở van (3). Một phần nhiên liệu chạy ngược trở lại thùng chứa qua đường nhiên liệu trở về thùng (6). Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng, áp suất nhiên liệu thay đổi tuỳ theo lượng nhiên liệu hồi. Ðộ chân không của đường ống nạp được dẫn vào buồng phía chứa lò xo làm giảm sức căng lò xo và tăng lượng nhiên liệu hồi, do đó làm giảm áp suất nhiên liệu. Nói tóm lại, khi độ chân không của đường ống nạp tăng lên (giảm áp), thì áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đó. Vì vậy áp suất của nhiên liệu A và độ chân không đường nạp B được duy trì không đổi. Khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động, lò xo (2) ấn van (3) đóng lại. Kết quả là van một chiều bên trong nhiên liệu và van bên trong bộ điều áp duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu. 5.1.2.5. Vòi phun xăng điện từ. Vòi phun trên động cơ 1TR-FE là loại vòi phun đầu dài, trên thân vòi phun có tấm cao su cách nhiệt và giảm rung cho vòi phun, các ống dẫn nhiên liệu đến vòi phun được nối bằng các giắc nối nhanh. Vòi phun hoạt động bằng điện từ, lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu phụ thuộc vào tín hiệu từ ECU. Vòi phun được lắp vào nắp quy lát ở gần cửa nạp của từng xy lanh qua một tấm đệm cách nhiệt và được bắt chặt vào ống phân phối xăng. Kết cấu và nguyên lý hoạt động của vòi phun. Khi cuộn dây (4) nhận được tín hiệu từ ECU, piston (7) sẽ bị kéo lên thắng được sức căng của lò xo. Do van kim và piston là cùng một khối nên van cũng bị kéo lên tách khỏi đế van của nó và nhiên liệu được phun ra. Hình 5.7: Kết cấu vòi phun nhiên liệu. 1:Thân vòi phun ;2:Giắc cắm; 3:Đầu vào; 4:Gioăng chữ O; 5:Cuộn dây; 6:Lò xo; 7:Piston ; 8:Đệm cao su; 9:Van kim. Lượng phun được điều khiển bằng khoảng thời gian phát ra tín hiệu của ECU. Do độ mở của van được giữ cố định trong khoảng thời gian ECU phát tín hiệu, vậy lượng nhiên liệu phun ra chỉ phụ thuộc vào thời gian ECU phát tín hiệu. Mạch điện điều khiển vòi phun: Hiện có 2 loại vòi phun, loại có điện trở thấp1,5-3W và loại có điện trở cao13,8W, nhưng mạch điện của hai loại vòi phun này về cơ bản là giống nhau. Điện áp ắc quy được cung cấp trực tiếp đến các vòi phun qua khóa điện. Các vòi phun được mắt song song. Động cơ 1TR-FE với kiểu phun độc lập nên mỗi vòi phun của nó có một transitor điều khiển phun. Hình 5.8: Sơ đồ mạch điện điều khiển vòi phun động cơ 1TR-FE. 1:Ắc quy; 2:Cầu chì dòng cao; 3:Khóa điện; 4:Cầu chì; 5:Vòi phun. 5.1.2.6. Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu. Do yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, hơi xăng tạo ra trong trong thùng chứa trên xe hiện đại sẽ không được thải ra ngoài mà được đưa trở lại đường nạp động cơ. Hình 5.9: Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu động cơ 1TR-FE. 1:Bướm ga; 2:Van điện từ; 3:Van một chiều; 4:Thùng xăng; 5:Van chân không của nắp bình xăng; 6:Bộ lọc than hoạt tính. Hơi nhiên liệu bốc lên từ bình nhiên liệu, đi qua van một chiều (3) và đi vào bộ lọc than hoạt tính(6). Than sẽ hấp thụ hơi nhiên liệu. Lượng hơi được hấp thụ này sẽ được hút từ cửa lọc của cổ họng gió vào xy lanh để đốt cháy khi động cơ hoạt động. ECU điều khiển dòng khí bằng cách điều chỉnh độ mở của van điện từ. Van chân không (5) 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. 5.2. HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÔNG KHÍ ĐỘNG CƠ 1TR-FE. 5.2.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp không khí. Không khí Lọc không khí Các xy lanh Đường ống nạp Cổ họng gió Ống góp nạp Cảm biến lưu lượng khí nạp Hình 5.10: Sơ đồ khối hệ thống nạp. Hệ thống nạp khí cung cấp lượng không khí cần cho sự cháy đến các xylanh động cơ. Không khí đi qua lọc gió, sau đó đến cảm biến lưu lượng khí nạp, cổ họng gió, qua ống góp nạp và các đường ống rồi đến các xylanh trong kỳ nạp. 5.2.2. Các bộ phận của hệ thống cung cấp không khí. 5.2.2.1. Lọc không khí. Lọc không khí nhằm mục đích lọc sạch không khí trước khi không khí đi vào động cơ. Nó có vai trò rất quan trọng nhằm làm giảm sự mài mòn của động cơ. Trên động cơ 1TR-FE dùng kiểu lọc thấm, lõi lọc bằng giấy. Loại này có ưu điểm giá thành không cao, dễ chế tạo. Tuy vậy nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế ngắn. 5.2.2.2. Cổ họng gió: Các bộ phận tạo thành gồm: bướm ga, môtơ điều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga và các bộ phận khác. Bướm ga dùng để thay đổi lượng không khí dùng trong quá trình hoạt động của động cơ, cảm biến vị trí bướm ga lắp trên trục của bướm ga nhằm nhận biết độ mở bướm ga, môtơ bướm ga để mở và đóng bướm ga, và một lò xo hồi để trả bướm ga về một trí cố định. Môtơ bướm ga ứng dụng một môtơ điện một chiều (DC) có độ nhạy tốt và ít tiêu thụ năng lượng. Hình 5.11: Kết cấu cổ họng gió. 1:Môtơ bước; 2:Bướm ga; 3:Các nam châm; 4:Các bánh răng giảm tốc; 5:IC HALL(cảm biến vị trí bướm ga). Nguyên lý làm việc: ECU động cơ điều khiển độ lớn và hướng của dòng điện chạy đến môtơ điều khiển bướm ga, làm quay hay giữ môtơ, và mở hoặc đóng bướm ga qua một cụm bánh răng giảm tốc. Góc mở bướm ga thực tế được phát hiện bằng một cảm biến vị trí bướm ga, và thông số đó được phản hồi về ECU động cơ. Khi dòng điện không chạy qua môtơ, lò xo hồi sẽ mở bướm ga đến vị trí cố định (khoảng 70). Tuy nhiên, trong chế độ không tải bướm ga có thể được đóng lại nhỏ hơn so với vị trí cố định. Khi ECU động cơ phát hiện thấy có hư hỏng, nó bật đèn báo hư hỏng trên đồng hồ táp lô đồng thời cắt nguuồn đến môtơ, nhưng do bướm ga được giữ ở góc mở khoảng 70, xe vẫn có thể chạy đến nơi an toàn. 5.2.2.3. Ống góp hút và đường ống nạp. Ống góp hút và đường ống nạp được chế tạo bằng nhựa nhằm mục đích giảm trọng lượng và sự truyền nhiệt đến nắp qui lát. Hình 5.12: Ống góp hút và đường ống nạp 1:Ống góp hút; 2:Đường ống nạp 5.3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ ĐỘNG CƠ 1TR-FE. 5.3.1. Nguyên lý chung. Hệ thống điều khiển phun xăng điện tử trên động cơ 1TR-FE về cơ bản được chia thành ba bộ phận chính: Các cảm biến: có nhiệm vụ nhận biết các hoạt động khác nhau của động cơ và phát ra các tín hiệu gửi đến ECU hay còn gọi là nhóm tín hiệu vào. ECU: có nhiệm vụ xử lý và tính toán các thông số đầu vào từ đó phát ra các tín hiệu điều khiển đầu ra. Các cơ cấu chấp hành: Trực tiếp điều khiển lựợng phun thông qua các tín hiệu điều khiển nhận được từ ECU. 5.3.2. Sơ đồ điều khiển lượng phun. 1- Cảm biến lưu lượng khí nạp 2-Cảm biến nhiệt độ khí nạp 3- Cảm biến vị trí bướm ga 4- Cảm biến ôxy 5-Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 6- Cảm biến vị trí trục cam 7- Cảm biến vị trí trục khuỷu 8- Cảm biến kích nổ 9- Cảm biến vị trí bàn đạp ga. ECU Các Vòi phun Hình 5.13. Sơ đồ khối hệ thống phun xăng điện tử. 5.3.3. Các cảm biến. 5.3.3.1. Cảm biến lưu lượng khí nạp. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Hình 5.14: Kết cấu caím biãún læu læåüng khê nạp kiểu dây nóng. 1:nhiệt điện trở; 2:dây sấy platin. Nguyên lý hoạt động. Dòng điện chạy vào dây sấy làm cho nó nóng lên. Khi không khí chạy qua, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp, bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó ta xác định được lượng không khí nạp. Trong trường hợp này, dòng điện có thể chuyển thành điện áp và gửi đến ECU động cơ. Mạch điện cảm biến đo lưu lượng khí. Hình 5.15: Sơ đồ kết cấu và điều khiển của cảm biến đo lưu lượng không khí. 1:Bộ khuyếch đại; 2:Ra(nhiệt điện trở); 3:Ra(bộ sấy). Cảm biến lưu lượng khí nạp có một dây sấy được ghép vào mạch cầu. Mạch cầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A và B bằng nhau khi tích của điện trở theo đường chéo bằng nhau (Ra + R3)*R1=Rh*R2. Khi dây sấy (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở tăng lên dẫn đến sự hình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B. Một bộ khuyếch đại xử lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy). Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở cho đến khi điện thế của các điểm A và B trở nên bằng nhau (các điện áp của các điểm A và B trở nên cao hơn). Bằng cách sử dụng các đặc tính của loại mạch cầu này, cảm biến lưu lượng khí nạp có thể đo được khối lượng khí nạp bằng cách phát hiện điện áp ở điểm B. Trong hệ thống này nhiệt độ của dây sấy (Rh) được duy trì liên tục ở nhiệt độ không đổi cao hơn nhiệt độ của không khí nạp, bằng cách sử dụng nhiệt điện trở (Ra). Do đó có thể đo được khối lượng khí nạp một cách chính xác mặc dù nhiệt độ khí nạp thay đổi, ECU động cơ không cần phải hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu đối với nhiệt độ không khí nạp. Ngoài ra khi nhiệt độ không khí giảm ở các độ cao lớn, khả năng làm ngưội của không khí giảm xuống so với cùng thể tích khí nạp ở mức nước biển. Do đó mức làm nguội cho dây sấy này giảm xuống. Vì khối khí nạp được phát hiện cũng giảm xuống, nên không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn. Khi ECU phát hiện thấy cảm biến lưu lượng bị hỏng một mã nào đó, ECU sẽ chuyển vào chế độ dự phòng. Khi ở chế độ dự phòng, thời điểm đánh lửa được tính toán bằng ECU, dựa vào tốc độ động cơ và vị trí của bướm ga. Chế độ dự phòng tiếp tục cho đến khi hư hỏng được sửa chữa. 5.3.3.2. Cảm biến nhiệt độ khí nạp. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Cảm biến nhiệt độ khí nạp lắp bên trong cảm biến lưu lượng khí nạp và theo dõi nhiệt độ khí nạp. Cảm biến nhiệt độ khí nạp sử dụng một nhiệt điện trở - điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ khí nạp, có đặc điểm là điện trở của nó giảm khi nhiệt độ khí nạp tăng. Sự thay đổi của điện trở được thông tin gửi đến ECU dưới sự thay đổi của điện áp. Hình 5.16: Kết cấu caím biãún nhiệt độ khê nạp. 1:Nhiệt điện trở; 2:Vỏ cảm biến Mạch điện cảm biến đo lưu lượng khí. Hình 5.17: Sơ đồ điện cảm biến nhiệt độ khí nạp 1:Khối cảm biến; 2: Điện trở nhiệt; 3:ECU; 4: Điện trở giới hạn dòng. Cảm biến nhiệt độ khí nạp có một nhiệt điện trở được mắc nối tiếp với điện trở được gắn trong ECU động cơ sao cho điện áp của tín hiệu được phát hiện bỡi ECU động cơ sẽ thay đổi theo các thay đổi của nhiệt điện trở này, khi nhiệt độ của khí nạp thấp, điện trở của nhiệt điện trở lớn tạo nên một tín hiệu điện áp cao trong tín hiệu THA. 5.3.3.3. Cảm biến vị trí bướm ga. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Cảm biến vị trí bướm ga loại không tiếp xúc Cảm biến vị trí bướm ga sẽ chuyển sự thay đổi mật độ đường sức của từ trường thành tín hiệu điện. Hình 5.18:cảm biến vị trí bướm ga. 1:Các IC Hall; 2:Các nam châm; 3:Bướm ga. Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng. Các nam châm được lắp trên trục của bướm ga và quay cùng trục bướm ga. Khi bướm ga mở các nam châm quay cùng một lúc và các nam châm này thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó IC Hall phát hiện thay đổi từ thông gây ra bỡi sự thay đổi vị trí nam châm và tạo ra điện áp của hiệu ứng Hall từ các cực VTA và VTA2 theo mức thay đổi này. Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga. Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga Hình 5.19: Sơ đồ điện cảm biến vị trí bướm ga 1:Các IC Hall; 2:Các nam châm Cảm biến vị trí bướm ga có 2 tín hiệu phát ra VTA và VTA2. VTA được dùng để phát hiện góc mở bướm ga và VTA2 được dùng để phát hiện hư hỏng trong VTA. Điện áp cấp vào VTA và VTA2 thay đổi từ 0-5V tỉ lệ thuận với góc mở của bướm ga. ECU thực hiện một vài phép kiểm tra để xác định đúng hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga và VTA. ECU đánh giá góc mở bướm ga thực tế từ các tín hiệu này qua các cực VTA và VTA2, và ECU điều khiển môtơ bướm ga, nó điều khiển góc mở bướm ga đúng với đầu vào của người lái 5.3.3.4. Cảm biến ôxy. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Hình 5.20: Kết cấu cảm biến ôxy. 1: Nắp; 2:Phần tử Zirconia; 3:Bộ sấy; 4:Không khí; 5: Phần tử Platin. Cấu tạo của cảm biến ôxy có bộ sấy bao gồm bộ sấy (3) và một phần tử chế tạo bằng ZrO2 (đi oxyt Ziconium) gọi là Ziconia (2). Cả mặt trong và mặt ngoài của phần tử này được phủ một lớp mỏng platin. Không khí bên ngoài được dẫn vào bên trong của cảm biến, còn bên ngoài phải tiếp xúc với khí xả . Tại nhiệt độ cao (4000C ) .Nếu ôxy giữa mặt ngoài và mặt trong của phần tử ZrO2 có sự chênh lệch về nồng độ thì phần tử ZrO2 sẽ sinh ra một điện áp giá trị từ 0-1(V) và truyền về ECU. Cụ thể là khi hỗn hợp không khí nhiên liệu nhạt thì sẽ có rất nhiều ôxy trong khí xả, sự chênh lệch về nồng độ ôxy giữa bên trong và bên ngoài cảm biến là nhỏ nên điện áp do ZrO2 tạo ra là thấp (gần bằng 0V). Ngược lại nếu hỗn hợp không khí nhiên liệu đậm thì ôxy trong khí xả gần như không còn, điều đó tạo ra sự chênh lệch lớn về nồng độ ôxy giữa bên trong và bên ngoài cảm biến nên điện áp do phần tử ZrO2 là lớn (xấp xỉ 1V). Lớp Platin (phủ lên phần tử gốm) có tác dụng như một chất xúc tác và làm cho ôxy trong khí xả phản ứng tạo thành CO. Ðiều đó làm giảm lượng ôxy và tăng độ nhạy của cảm biến. ECU sử dụng tín hiệu này của cảm biến ôxy để tăng hay giảm lượng phun nhằm giữ cho tỷ lệ xăng và không khí luôn đạt gần lý tưởng ở mọi chế độ làm việc của động cơ. Mạch điện cảm biến ôxy. Trong cảm biến có một bộ sấy được gắn phía trước để vận hành bộ trung hòa khí xả ba thành phần được tối ưu. Hình 5.21: Sơ đồ mạch điện cảm biến ôxy có bộ sấy. 5.3.3.5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Hình 5.22: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. 1:Điện trở; 2:Thân cảm biến; 3:Lớp cách điện; 4:Giắc cắm dây. Nguyên lý làm việc: Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường xuyên theo dõi và báo cho ECU biết tình hình nhiệt độ nước làm mát động cơ. Nếu nhiệt độ nước làm mát của động cơ thấp (động cơ vừa mới khởi động) thì ECU sẽ ra lệnh cho hệ thống phun thêm xăng khi động cơ còn nguội. Cũng thông tin về nhiệt độ nước làm mát, ECU sẽ thay đổi điểm đánh lửa thích hợp với nhiệt độ động cơ. Khi ECU tính toán nhiệt độ nước làm mát thấp hơn -400C hoặc lớn hơn 1400C lúc này ECU sẽ báo hỏng và ECU nhập chế độ dự phòng với nhiệt độ quy ước là 800C. Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát. ` Hình 5.23: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát. 1:Khối cảm biến; 2:Điện trở nhiệt; 3:Khối điều khiển;4:Khối điện trở giới hạn dòng. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và điện trở R được mắc nối tiếp. Khi giá trị điện trở của cảm biến thay đổi theo sự thay đổi của nhiệt độ nước làm mát, điện áp tại cực THW cũng thay đổi theo. Dựa trên tín hiệu này ECU tăng lượng phun nhiên liệu nhằm nâng cao khả năng ổn định khi động cơ nguội. 5.3.3.6. Cảm biến vị trí trục cam. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Hình 5.24:Cảm biến vị trí trục cam. 1:Cuộn dây; 2: Thân cảm biến ; 3: Lớp cách điện; 4: Giắc cắm. Nguyên lý làm việc: trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có các 3 răng. Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G này được truyền đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ trục khuỷu để xác định điểm chết trên kì nén của mỗi xy lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa. Mạch điện cảm biến vị trí trục cam. Hình 5.25: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam. 1:Rôto tín hiệu ; 2:Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam. 5.3.3.7. Cảm biến vị trí trục khuỷu. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Hình 5.26:Cảm biến vị trí trục khuỷu. 1:Cuộn dây; 2: Thân cảm biến ; 3: Lớp cách điện; 4: Giắc cắm. Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 36 răng, thiếu 2 răng (thiếu 2 răng vì ứng với từng tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xác định được 100 của góc quay trục khuỷu và xác định được góc đánh lửa sớm của động cơ). Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE. ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản dựa vào tín hiệu này. Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở không khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi. Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh càng lớn. Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ. Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải. Mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu. Hình 5.27: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu. 1:Rôto tín hiệu ; 2:Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam. 5.3.3.8. Cảm biến tiếng gõ: Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Cảm biến tiếng gõ trong động cơ 1TR-FE là loại phẳng (không cộng hưởng) có cấu tạo để phát hiện rung động trong phạm vi từ 6- 15khz. Bên trong cảm biến có một điện trở phát hiện hở mạch. Hình 5.28: Kết cấu cảm biến tếng gõ. 1:Thân cảm biến; 2:Phần tử áp điện; 3: Điện trở phát hiện hở mạch Cảm biến tiếng gõ được gắn vào thân máy và truyền tín hiệu KNK tới ECU động cơ khi phát hiện tiếng gõ động cơ. ECU động cơ nhận tín hiệu KNK và làm trễ thời điểm đánh lửa để giảm tiếng gõ. Cảm biến này có một phần tử áp điện tạo ra một điện áp AC khi tiếng gõ gây ra rung động trong thân máy và làm biến dạng phần tử này. Mạch điện cảm biến tếng gõ. Hình 5.29: Sơ đồ mạch điện cảm biến tiếng gõ. 1:phần tử áp điện; 2:điện trở. 5.3.3.9. Cảm biến vị trí bàn đạp ga: Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Hình 5.30: Kết cấu cảm biến vị trí bàn đạp ga. 1:Mạch IC Hall; 2:Nam châm. Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại phần tử Hall: có cấu tạo và nguyên lý hoạt động về cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm ga loại phàn tử Hall. Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng. Các nam châm được lắp trên trục của bàn đạp chân ga và quay cùng trục bàn đạp chân ga. Khi đạp chân ga các nam châm quay cùng một lúc và các nam châm này thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó IC Hall phát hiện thay đổi từ thông gây ra bỡi sự thay đổi vị trí nam châm và tạo ra điện áp của hiệu ứng Hall từ các cực VPA và VPA2 theo mức thay đổi này. Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu đạp chân ga. Mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga. Hình 5.31: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga. 1: Mạch IC Hall; 2: Nam châm. Trong cảm biến vị trí bàn đạp ga, điện áp được cấp đến cực VPA và VPA2 của ECU, thay đổi từ 0-5V tỷ lệ với góc của bàn đạp ga. VPA là tín hiệu chỉ ra góc mở bàn đạp thực tế và dùng để điều khiển động cơ. VPA2 thường được dùng để phát hiện các hư hỏng của cảm biến. ECU kiểm soát góc bàn đạp ga từ tín hiệu VPA và VPA2 phát ra và điều khiển môtơ bướm ga theo các tín hiệu này. 5.3.4. Hệ thống điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit). Bộ điều khiển điện tử đảm nhiện nhiều chức năng khác nhau tùy theo từng loại của nhà chế tạo. Chung nhất là bộ tổng hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, lưu trử thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gửi các tín hiệu đi thích hợp. Những bộ phận phụ hỗ trợ cho nó là các bộ ổn áp, điện trở hạn chế dòng. Vì lí do này bộ điều khiển có nhiều tên gọi khác nhau tùy theo nhà chế tạo. Trong đồ án này ta thường dùng ECU để chỉ chung cho bộ điều khiển điện tử. 5.3.4.1. Chức năng hoạt động cơ bản. Bộ điều khiển ECU hoạt động theo dạng tín hiệu số nhị phân điện áp cao biểu hiện cho số1, điện áp thấp biểu hiện cho số 0 trong hệ số nhị phân có hai số 0 và 1. Mỗi một số hạng 0 hoặc 1 gọi là 1 bít. Một dãy 8 bít sẽ tương đương 1byte hoặc một từ (word). Byte này được dùng biểu hiện cho một lệnh hoặc một mẫu thông tin. Một mạch tổ hợp (IC) tạo byte và trữ byte đó. Số byte mà IC có thể chứa là có giới hạn khoảng 64 kilobyte hoặc 256 kilobyte. Mạch tổ hợp IC còn gọi là con chíp IC, vì hình dạng của nó. IC có chức năng tính toán và tạo ra quyết định gọi là bộ vi xử lý (microprosessor). Bộ vi xử lý có thể là loại 8 bít, 16 bít hay cao hơn, số bít càng cao thì việc tính toán càng nhanh. Thông tin gửi đến bộ vi xử lý từ một con IC thường được gọi là bộ nhớ. Trong bộ nhớ chia ra làm nhiều loại: ROM: (read only memory): dùng trữ thông tin thường trực, bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không ghi vào được. Thông tin của nó đã được cài đặt sẵn, ROM cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý. PROM (programable Read Only Memory): cơ bản giống ROM ngoài ra trang bị thêm nhiều công dụng khác. RAM (Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên trữ thông tin. Bộ vi xử lý có thể nhập bội duy nhỏ cho RAM. RAM có hai loại: Loại RAM xoá được: bộ nhớ mất khi mất nguồn Loại RAM không xoá được: giữ duy trì bộ nhớ dù khi tháo nguồn. Ngoài bộ nhớ, bộ vi xử lý ECU còn có một đồng hồ để tạo ra xung ổn định và chính xác. Các bộ phận phụ: Ngoài bộ nhớ, vi xử lý và đồng hồ, ECU còn trang bị thêm các mạch giao tiếp giữa đầu vào và đầu ra gồm: Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành số còn gọi là bộ chuyển đổi A/D (Anlog to Digital). Bộ đếm (counter). Bộ nhớ trung gian (Buffer). Bộ khuyếch đại. Bộ ổn áp. Bộ chuyển đổi A/D (Anlog to digital converter) Dùng chuyển đổi các tín hiệu tương tự từ đầu vào thay đổi điện trở như trong các cảm biến nhiệt độ, cảm biến lưu lượng, cảm biến vị trí bướm ga thành các tín hiệu số để bộ vi xử lý hiểu được. Ngoài ra còn dùng một điện trở hạn chế dòng giúp bộ chuyển đổi A/D đo điện áp rơi trên cảm biến. Hình 5.32: Sơ đồ mạch chuyển đổi A/D. Bộ đếm (counter). Dùng để đếm xung. Ví dụ như từ cảm biến vị trí trục khuỷu rồi gửi lượng đếm về bộ xử lý. Hình 5.33: Sơ đồ mạch điện bộ đếm. Bộ nhớ trung gian (Buffer) Chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông dạng số. Nó không gửi lượng đếm như trong bộ đếm. Bộ phận chính là một transtor sẽ đóng mở theo cực tính của tín hiệu xoay chiều. Hình 5.34: Sơ đồ bộ nhớ trung gian. Bộ khuếch đại (Amplifier) Dùng để khuyếch đại tín hiệu từ các cảm biến gửi đến rồi sau đó gửi đến bộ xử lý để tính toán. Hình 5.35: Sơ đồ mạch bộ khuyếch đại. Bộ ổn áp (voltage regulator): Hạ điện áp xuống 5volt mục đích để tín hiệu báo được chính xác. Hình 5.36: Bộ ổn áp. Giao tiếp ngõ ra: Tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lý đưa đến các transitor công suất điều khiển rơle, solenoid môtơ. Các transitor này có thể được bố trí bên trong hoặc bên ngoài ECU. Hình 5.37: Giao tiếp ngõ ra. 5.3.4.2. Chức năng thực tế. ECU có hai chức năng chính: Điều khiển thời điểm phun: được quyết định theo thời điểm đánh lửa. Điều khiển lượng xăng phun: tức là xác định thời điểm phun, thời gian này quyết định theo: Tín hiệu phun cơ bản: được xác định theo tín hiệu tốc độ động cơ và tín hiệu lượng gió nạp. Tín hiệu hiệu chỉnh: được xác định từ các cảm biến (nhiệt độ, vị trí, mức độ tải, thành phần khí thải và từ các điều kiện của động cơ như: điện áp bình). 5.3.4.3. Các bộ phận của ECU. ECU được đặt trong vỏ kim loại để tránh nước văng. Nó được đặt ở nơi ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch kín. Các linh kiện công suất của tầng cuối bắt liền với một khung kim loại của ECU mục đích để tản nhiệt tốt. Vì dùng IC và linh kiện tổ hợp nên ECU rất gọn, sự tổ hợp các nhóm chức năng trong IC (bộ tạo xung, bộ chia xung, bộ dao động đa hài điều khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao. Một đầu ghim đa chấu dùng nối ECU với hệ thống điện trên xe, với kim phun và các cảm biến. 5.3.4.4. Các thông số hoạt động của ECU. Các thông số chính. Là tốc độ động cơ và lượng gió nạp. Các thông số này là thước đo trực tiếp tình trạng tải của động cơ. Các thông số thích nghi Điều kiện hoạt động của động cơ luôn thay đổi thì tỷ lệ hoà khí phải thích ứng theo. Chúng ta sẽ đề cập đến các điều kiện hoạt động sau: Khởi động. Làm ấm. Thích ứng tải. Đối với khởi động và làm ấm ECU sẽ tính toán xử lý các tín hiệu của cảm biến nhiệt độ động cơ. Đối với tình trạng thay đổi tải thì mức tải không tải, một phần tải, toàn tải được chuyển tín hiêu đến ECU nhờ cảm biến vị trí bướm ga. Các thông số chính xác. Để đạt được chế độ vận hành tối ưu ECU xem thêm các yếu tố ảnh hưởng: Trạng thái chuyển tiếp khi gia tốc. Sự giới hạn tốc độ tối đa. Sự giảm tốc. Những yếu tố này được xác định từ các cảm biến đã nêu, nó có quan hệ và tác động tín hiệu điều khiển đến kim phun một cách tương ứng. ECU sẽ tính toán các thông số thay đổi cùng với nhau, mục đích cung cấp cho động cơ một lượng xăng cần thiết theo từng thời điểm. 5.3.4.5. Xử lý thông tin và tạo xung phun. Xung tín hiệu từ hệ thống đánh lửa được xử lý trong bộ ECU. Tín hiệu được gửi đến cực B của từng transitor công suất trong igniter theo thứ tự thì nổ và thời điểm đánh lửa của động cơ Điểm bắt đầu của xung đúng với thời điểm phun của kim. Hai vòng quay trục khuỷu mỗi kim phun sẽ phun một lần. Thời gian phun phụ thuộc vào lượng không khí và tốc độ động cơ. Thời gian phun cơ bản đựơc tạo ra nhờ bộ dao động đa hài điều khiển chia tần số, gọi là bộ DSM. DSM nhận thông tin tốc độ (n) từ bộ chia tần, cùng với tín hiệu gió vào Vs. DSM chuyển tín hiệu điện áp thành các xung điều khiển dạng chữ nhật mục đích để điều khiển lượng phun theo chu kỳ định sẵn. Thời gian phun cơ bản: tp quyết định theo lượng gió nạp và tốc độ động cơ. Có hai trường hợp phun như sau: Trường hợp 1: tốc độ động cơ n tăng khi lượng gió vào Q không đổi. Áp lực khí nạp giảm làm xylanh thiếu không khí, lúc này cần xăng ít nên thời gian tp ngắn. Trường hợp 2: công suất động cơ tăng hay tương ứng lượng khí nạp tính theo phút tăng trong khi đó tốc độ động cơ không đổi thì xylanh được nạp khí nhiều hơn, xăng càng nhiều hơn thời gian tp dài hơn. Khi vận hành bình thường, tốc độ động cơ và công suất thường thay đổi cùng lúc. Vì vậy DSM tính toán liên tục thời gian phun cơ bản tp. Ở tốc độ cao công suất động cơ cao (mức toàn tải) thời gian tp dài hơn, lượng xăng phun nhiều hơn. Thời gian phun hiệu chỉnh theo tình trạng hoạt động: Hình 5.38: Sơ đồ bộ xử lý và tạo xung. Thời gian phun được tính toán trong tần nhân của bộ ECU theo sơ đồ trên ta thấy: từ thời gian phun cơ bản tp tần nhân thu thập các thông tin về các điều kiện hoạt động của động cơ như chạy nóng, toàn tải... từ đó tính ra một hệ số hiệu chỉnh k. Tích số giữa k và tp ta dược thời gian hiệu chỉnh theo tình trạng hoạt động gọi là tm. Thời gian tm cộng thời gian tp kết quả thời gian phun dài ra, hỗn hợp giàu lên. Do đó thời gian tm được xem như thông số làm giàu hỗn hợp. Ví dụ khi khởi động lạnh, kim phun sẽ phun xăng nhiều hơn gấp hai đến ba lần so với lúc quá trình động cơ đã nóng lên. Thời gian hiệu chỉnh theo điện áp bình: Thời gian phụ thuộc rất nhiều vào điện thế bình. Điện áp bình càng thấp thì xăng phun càng ít vì do sự kích phun trễ. Đối với bình điện có điện áp thấp như trường hợp sau khi khởi động thì cần được bù một lượng thích hợp ts được gọi là thời gian phun tính trước, mục đích để động cơ nhận đúng lượng xăng cần thiết. ts- gọi là thông số bù điện áp hay còn gọi là thông số đáp ứng trễ phụ thuộc vào điện áp. Xung phun: Thời gian phun tổng cộng của kim phun t1 = tp + tm + ts, t1 được đưa đến tần ra, được khuyếch đại và ra điều khiển kích mở kim phun. Tần ra của ECU cung cấp dòng cho các kim cùng lúc. Ở động cơ 4 xylanh cần phải có 4 tần ra và 4 tần này hoạt động thống nhất nhau. 5.3.4.6. Điều khiển thời điểm phun. Mỗi kim phun được phun một lần cho mỗi chu kỳ làm việc của động cơ. Việc phun được định theo thời điểm đánh lửa và thứ tự đánh lửa. Tín hiệu đánh lửa sơ cấp cũng được sử dụng để xác định thời điểm phun. ECU sẽ nhận tín hiệu đánh lửa sơ cấp và biến đổi nó thành một xung. Ở động cơ 4 xy lanh có một tín hiệu phun cho mỗi 1 lần tín hiệu đánh lửa. Hình 5.39: Sơ đồ tín hiệu phun.. 5.3.4.7. Điều khiển lượng phun. Từ tín hiệu sơ cấp đánh lửa của các cuộn dây, ECU tính ra được tốc độ động cơ. Tín hiệu tốc độ và tín hiệu gió nạp từ bộ đo gió sẽ tính ra đựơc lượng phun cơ bản. Lượng phun cơ bản = K: hệ số. Nếu tốc độ động cơ không đổi. Lượng phun cơ bản sẽ tăng theo lượng khí nạp vào. Nếu lượng khí nạp không đổi, tốc độ động cơ tăng, lượng phun cơ bản giảm. Từ lượng phun cơ bản ECU tính toán thêm từ tín hiệu các cảm biến để hiệu chỉnh để cho ra lượng phun thực tế. Sự hiệu chỉnh là theo các chế độ làm việc của động cơ. 5.3.4.8. Các chế độ làm việc. Làm đậm trong và sau khi khởi động. Quá trình làm đậm này sẽ tăng lượng phun phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát (lượng phun sẽ lớn khi nhiệt độ nước làm mát thấp) để nâng cao khả năng khởi động và cải thiện tính ổn định hoạt động trong mộ