Khảo sát hệ thống nạp - thải trên động cơ 1NZ-FE
Khảo sát hệ thống nạp - thải trên động cơ 1NZ-FE được biên soạn dưới dạng file PDF cho các bạn sinh viên tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị thật tốt cho các kì thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Công nghệ web
Trường: Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
Thông tin:
Tác giả:
Preview text:
EBOOKBKMT.COM LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây ngành công nghiệp chế tạo ô tô đang trên đà phát
triển mạnh mẽ, đặc biệt cùng với việc ứng dụng khoa học kỹ thuật công nghệ vào
trong ngành đã đưa ngành công nghiệp chế tạo ô tô hoà nhập cùng với tốc độ phát
triển của sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.
Do điều kiện kinh tế ngày càng nâng cao nên xe VIOS là loại xe do hãng
TOYOTA chế tạo được đưa vào nước ta trong những năm gần đây để phục vụ nhu
cầu đi lại của người dân, đặc biệt là người dân sống ở khu vực thành thị. Vì vậy việc
tìm hiểu về tính năng kỹ thuật của xe, cụ thể là hệ thống nạp - thải là hết sức cần
thiết đối với một sinh viên thuộc chuyên ngành động lực. Do đó em đã chọn đề tài
“Khảo sát hệ thống nạp - thải trên động cơ 1NZ-FE " lắp trên xe VIOS. Đây là một
cơ hội vô cùng thuận lợi để em củng cố những kiến thức cơ bản về hệ thống nạp
thải trên động cơ nói chung, đồng thời trên cơ sở đó tìm hiểu những đặc điểm mới
về kết cấu của hệ thống nạp - thải trên một động cơ mới được phát triển trong thời gian gần đây.
Hệ thống nạp - thải đóng vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp hoà khí cho
chu trình làm việc của động cơ cũng như đưa sản phẩm cháy trong mỗi chu trình ra
ngoài, đảm bảo yêu cầu nạp đầy và thải sạch của động cơ. Nó có ảnh hưởng rất lớn
đến công suất động cơ và mức độ ô nhiễm môi trường do khí thải của động cơ. Vì
vậy yêu cầu khi nghiên cứu về hệ thống nạp - thải là phải đặt nó trong mối quan hệ
với các hệ thống khác của động cơ.
Thực hiện đề tài này đòi hỏi sinh viên ngoài kiến thức về chuyên ngành còn
phải có kỹ năng tìm kiếm những nguồn tài liệu mới, đặc biệt cần khai thác mạng
thông tin toàn cầu internet. Bên cạnh đó cần trau dồi thêm khả năng ngoại ngữ
chuyên ngành động cơ và ôtô.
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
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 1 EBOOKBKMT.COM
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn NGUYỄN
QUANG TRUNG, các thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí Giao Thông cùng tất cả các
bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Đà nẵng ngày 28 tháng 5 năm 2009 Sinh viên thực hiện PHAN MINH TRUNG
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 2 EBOOKBKMT.COM MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................1
1.Tổng quan về hệ thống nạp thải..........................................................................6
1.1 Hệ thống nạp thải động cơ xăng........................................................................6
1.1.1 Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí.................................................7
1.1.2 Đường nạp động cơ phun xăng điện tử.............................................................8
1.1.3 Đường thải động cơ xăng...............................................................................10
1.1.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ xăng........11
1.2 Hệ thống nạp thải động cơ diezen....................................................................12
1.2.1 Đường nạp động cơ diezen.............................................................................12
1.2.2 Đường thải động cơ diezen.............................................................................13
1.2.3 Đường nạp thải của động cơ diezen tăng áp.................................................13
1.2.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ diezen.....14
1.3. Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải của động cơ đốt trong.............15
1.4. Đặc điểm quá trình nạp-thải trong động cơ đốt trong....................................15
1.4.1. Quá trình nạp................................................................................................16
1.3.2. Quá trình thải................................................................................................20
2. Giới thiệu chung về động cơ 1NZ-FE..............................................................21
2.1. Đặc điểm kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ 1NZ-FE.....................23
2.1.1.Cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền-piston..........................................................23
2.1.2. Nhóm thân máy –nắp máy.............................................................................24
2.1.3. Cơ cấu phân phối khí.....................................................................................26
2.1.4. Hệ thống bôi trơn...........................................................................................27
2.1.5. Hệ thống làm mát..........................................................................................28
2.1.6. Hệ thống đánh lửa.........................................................................................29
2.1.7. Hệ thống nhiên liệu........................................................................................30
2.1.8. Hệ thống khởi động.......................................................................................31
3. Khảo sát hệ thống nạp – thải động cơ 1NZ-FE...............................................32
3.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp-thải động cơ 1NZ-FE.....................................32
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 3 EBOOKBKMT.COM
3.2.Đường ống nạp.................................................................................................33
3.2.1. Lọc không khí................................................................................................33
3.2.2. Cổ họng gió...................................................................................................33
3.2.3. Bộ góp nạp.....................................................................................................36
3.2.4. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của các cảm biến trên đường nạp. .36
3.3.Đường ống thải.................................................................................................40
3.3.1. Bộ góp thải....................................................................................................41
3.3.2. Bộ xúc tác 3 chức năng kết hợp hệ thống điều khiển hồi tiếp nhiên liệu........41
3.3.3. Bộ giảm âm chính..........................................................................................46
3.4 Kết cấu nắp máy và phương án bố trí đường nạp- thải trên động cơ 1NZ-FE
................................................................................................................................. 47
3.5. Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải động cơ 1NZ-FE.....................47
3.5.1. Hệ thống thông hơi cạc te..............................................................................48
3.5.2. Hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải..............................................................50
3.5.3. Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng..................................................................52
4.Tính toán các chu trình công tác của động cơ 1NZ-FE...................................54
4.1.Các số liệu ban đầu...........................................................................................55
4.2.Các thông số chọn............................................................................................55
4.3.Tính toán các chu trình công tác.....................................................................56
4.3.1. Quá trình nạp................................................................................................56
4.3.2. Quá trình nén.................................................................................................58
4.3.3. Quá trình cháy...............................................................................................59
4.3.4. Quá trình giãn nở..........................................................................................61
4.3.5. Tính toán các thông số của chu trình công tác..............................................62
4.3.6. Tính toán các thông số có ích........................................................................62
5. Kiểm tra bảo dưỡng các cụm chi tiết trong hệ thống nạp-thải động cơ 1NZ-
FE............................................................................................................................ 65
5.1. Những hư hỏng thường gặp...........................................................................65
5.2. Kiểm tra hệ thống thông hơi cạc te.................................................................66
5.3. Kiểm tra hệ thống kiểm soát sự thải hơi xăng................................................67
5.4. Kiểm tra hệ thống hồi lưu khí thải..................................................................67
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 4 EBOOKBKMT.COM
5.5. Kiểm tra các cảm biến.....................................................................................68
KẾT LUẬN............................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................71
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 5 EBOOKBKMT.COM
1.Tổng quan về hệ thống nạp thải
Hệ thống nạp thải có nhiệm vụ đưa hỗn hợp không khí- nhiên liệu vào buồng
cháy để thực hiện quá trình cháy của động cơ, đồng thời đưa sản phẩm cháy từ
buồng cháy thoát ra ngoài. Hệ thống nạp thải phải đảm bảo cung cấp đủ lượng hỗn
hợp có thành phần hoà khí thích hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ, thải
sạch sản phẩm cháy ra ngoài trong quá trình thải, sao cho hiệu suất động cơ là lớn
nhất và giảm ô nhiễm môi trường, giảm tiếng ồn.
1.1 Hệ thống nạp thải động cơ xăng
Hình1-1 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải
1-Bộ lọc không khí; 2-Cổ họng gió; 3- Bộ góp nạp; 4-Bộ góp thải;
5-Bộ xử lý khí thải; 6-Bộ giảm âm.
Không khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc không khí đến cổ họng
gió, ở động cơ dùng bộ chế hòa thì hòa khí được hình thành tại đây nhờ độ chân
không tại họng, từ đây không khí đến bộ góp nạp và đi vào buồng đốt. Sau khi hòa
khí được đốt cháy, khí thải được dẫn vào đường ống thải tới bộ góp thải đi vào bộ
xúc tác ba chức năng tại đây khí thải độc hại được khử thành các chất vô hại rồi
theo ống dẫn khí thải qua bộ giảm âm thoát ra ngoài môi trường.
Mỗi cụm chi tiết trong hệ thống nạp thải đều có một vai trò quang trọng trong việc
đưa một lượng không khí sạch cần thiết vào trong buồng đốt động cơ và dẫn lượng
khí thải đã xỷ lý ra ngoài môi trường.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 6 EBOOKBKMT.COM
1.1.1 Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí
Hình 1-2 Sơ đồ đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí
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.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 7 EBOOKBKMT.COM
1.1.2 Đường nạp động cơ phun xăng điện tử
Hình 1-3 Sơ đồ đường nạp động cơ phun xăng điện tử
1-Bộ lọc khí; 2-Cảm biến MAF; 3-Bướm ga; 4-Cổ họng gió;
5-Cảm biến vị trí bướm ga; 6-Đường ống nạp
Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc, tín hiệu lưu lượng nhiệt độ khí nạp
được truyền về ECU thông qua cảm biến MAF, từ đó ECU sẽ tính toán và định
lượng phun cho phù hợp, sau đó dòng khí nạp tới cổ họng gió. Đây là thiết bị kiểm
soát lượng không khí cho các động cơ dùng bộ chế hòa khí và phun nhiên liệu.
Lượng không khí đi vào động cơ được điều tiết bởi độ mở của bướm ga. Hình 1-4 Cổ họng gió
1- Bướm ga; 2- Cổ họng gió; 3-Cảm biến vị trí bướm ga;
4-Môtơ điều khiển bướm ga; 5-Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 8 EBOOKBKMT.COM
Trước đây góc mở bướm ga được điều khiển bằng cơ học thông qua các cơ cấu
cơ khí nối từ bàn đạp ga đến bướm ga, hiện nay điều này đã được thay thế bằng hệ
thống điều khiển bằng điện tử hiện đại. Dòng khí nạp từ cổ gió đi vào bộ góp nạp
sau đó phân ra các nhánh đi vào xylanh động cơ
Ở các động cơ hiện đại ngày nay hình dạng đường ống nạp đã được thiết kế
cải tiến nhằm lợi dụng lực quán tính lưu động của dòng khí nạp để nạp thêm, những
vật liệu mới như nhựa tổng hợp, sợi cacbon cho phép tạo dáng đường nạp có hệ số
cản nhỏ, kích thước gọn nhẹ mà độ cách nhiệt cao hơn vật liệu kim loại.
Hình 1-5 Bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc
1- Đường ống nạp; 2- Buồng tích áp
Nguyên lý làm việc của bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc là dựa vào
hình dạng thiết kế đặc biệt dạng xoắn ốc của đường nạp để tạo ra hiệu ứng lưu động
dòng khí nạp. Từ đó làm tăng lượng khí nạp thêm vào xylanh động cơ ở kỳ nạp.
Ngoài ra một số bộ góp nạp còn có đường nạp được phân khúc- khi động cơ chạy ở
tốc độ thấp, đường nạp dài; khi động cơ chạy ở tốc độ cao, đường nạp ngắn nhờ sự
đóng mở của van biến thiên đường nạp.
Hình 1-6 Bộ góp nạp có đường nạp biến thiên.
a) Van biến biến thiên đường nạp đóng; b) Van biến biến thiên đường nạp mở
1 - Buồng tích áp; 2 - Van biến thiên đường nạp.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 9 EBOOKBKMT.COM
Nguyên lý làm việc của bộ góp nạp có chiều dài đường nạp biến thiên
Khi tốc độ động cơ nhỏ, van biến thiên đường nạp đóng. Ở điều kiện này,
chiều dài khoảng tác động của đường nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp là
đường nạp dài, với tác dụng của lực quán tính khí nạp, lượng không khí nạp được
tăng lên, mô-men xoắn của động cơ cũng tăng lên ở vòng quay từ thấp đến trung bình.
Khi tốc độ động cơ lớn, van biến thiên đường nạp mở. Ở điều kiện này, chiều
dài khoảng tác động đường nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp là đường nạp
ngắn ( như hình-a). Lực quán tính khí nạp đã đạt được ở tốc độ động cơ cao nên cổ
nạp ngắn lại làm tăng lượng khí nạp vào trong xilanh và mô-men xoắn của động cơ
cũng tăng lên theo ở tốc độ cao.
1.1.3 Đường thải động cơ xăng
Hình 1-7 Sơ đồ đường thải động cơ xăng
1- Đường ống thải; 2- Cảm biến oxy chính ;3- Bộ xúc tác 3 chức năng
4- Cảm biến oxy phụ; 5- Bộ giảm âm
Đường ống thải của động cơ có nhiệm vụ đưa khí cháy từ buồng cháy ra ngoài
môi trường qua đó tạo điều kiện cho việc nạp đầy môi chất mới vào trong xilanh
động cơ. Bên cạnh đó đường ống thải của động cơ cũng cần đảm bảo cho việc khí
xả thoát ra ngoài môi trường ít gây ô nhiễm môi trường.
Trên đường thải của động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí không được trang bị bộ
lọc khí thải 3 thành phần (TWC) và cảm biến oxy, chỉ ở động cơ phun xăng điện tử
mới trang bị TWC, vì nó chỉ có thể hoạt động có hiệu quả khi đi kèm với hệ thống
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 10 EBOOKBKMT.COM
thông tin phản hồi về hỗn hợp không khí-nhiên liệu bằng cách theo dõi lượng oxy
trong khí thải bỡi cảm biến oxy đặt trên đường ống thải.
Ở một số xe đời mới có trang bị 2 cảm biến oxy, cảm biến oxy chính dùng để
xác định nồng độ oxy trong khí thải, gửi tín hiệu điện về ECU xử lý để định lượng
nhiên liệu phun thích hợp. Các hư hỏng của bộ lọc khí thải có thể phát hiện bằng
cách so sánh tín hiệu của hai cảm biến oxy chính và phụ.
1.1.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ xăng
Đối với động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí do đặc điểm hòa khí được hình
thành ngoài buồng cháy, tại họng khuếch tán nhờ độ chân không tai họng, do vậy
hòa khí hình thành chưa được đồng nhất, để tạo điều kiện cho không khí và nhiên
liệu hòa trộn tốt hơn thì nhiệt độ cao của dòng khí thải đã được tận dụng để sấy
nóng dòng khí nạp bằng cách bố trí đường nạp và thải sen kẻ nhau.
Hình 1-8 Sơ đồ bố trí đường nạp và thải cùng phía sen kẻ
1-Nắp máy ;2- Đường thải ;3- Đường nạp
Hoặc có thể bố trí đường nạp và thải về hai phía, ở trường hợp này nhiệt độ
của nước làm mát động cơ được sử dụng để gia nhiệt cho dòng khí nạp.
Hình 1-9 Sơ đồ bố trí đường nạp và thải khác phía
1- Nắp máy; 2- Đường thải; 3- Đường nạp
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 11 EBOOKBKMT.COM
Còn đối với động cơ phun xăng điện tử, hòa khí được hình thành rất tốt nhờ
kim phun, đường nạp chỉ có nhiệm vụ nạp không khí vào buồng đốt nên để tránh sự
truyền nhiệt từ nắp máy và dòng khí thải, đường ống nạp được làm bằng nhựa cách
nhiệt rất tốt và đường nap-thải được bố trí về hai phía khác nhau.
1.2 Hệ thống nạp thải động cơ diezen
Hình 1-10 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ diezen
1-Bộ lọc không khí ; 2-Đường ống nạp; 3-Đường ống thải;
4-Bộ xúc tác; 5-Bộ giảm âm
1.2.1 Đường nạp động cơ diezen
Hình 1-11 Sơ đồ đường nạp động cơ diezel có bộ sưỡi không khí
1-Bộ sưỡi không khí; 2-Ống góp nạp; 3-Đường ống nạp
Không khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc không khí rồi đến ống góp
nạp, đối với các nước có khí hậu lạnh trên động cơ có hệ thống sưỡi ấm không khí
được trước khi vào các xylanh động cơ bằng dây điện trở đặt tại ống góp nạp, hoặc
bugi sưỡi trong buồng đốt động cơ, điều này giúp máy dễ nỗ khi khởi động lạnh
Còn đối với động cơ diezen sử dụng ở các nước có khí hậu nóng thì không có bộ sưỡi không khí.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 12 EBOOKBKMT.COM
Ở động cơ cummunrai, là động cơ diezen hiện đại nên trên đường nạp còn có
cảm biến để đo lưu lượng nhiệt độ khí nạp (MAF), và luôn có máy nén tăng áp.
1.2.2 Đường thải động cơ diezen
Hình 1-12 Sơ đồ đường thải động cơ diezel
1- Đường ống thải ;2- Ống góp thải; 3-Bộ giảm âm
Hỗn hợp nhiên liệu sau khi cháy được dẫn ra khỏi xylanh động cơ bỡi các
nhánh ống thải, đi vào ống góp thải tới bộ giảm âm rồi thải ra ngoài môi trường
1.2.3 Đường nạp thải của động cơ diezen tăng áp
Hình 1-13 Sơ đồ nạp thải của động cơ diezen tăng áp
1-Động cơ; 2-Mạch giảm tải; 3-Van điều tiết; 4-Máy nén ;
5-Bầu lọc không khí; 6-Bộ làm mát trung gian;7- Khoang khí nạp.
Ở động cơ diezen, tận dụng dụng năng lượng của dòng khí thải, trên đường ống thải
có bố trí tuabin tăng áp để tăng áp dòng khí nạp
Dòng khí thải đi vào bánh tuabin truyền động năng làm quay trục dẫn động
bánh nén, khí nạp được tăng áp đi vào đường ống nạp động cơ. Áp suất tăng áp khí
nạp phụ thuộc vào tốc độ động cơ (tốc độ dòng khí thải hay tốc độ quay của bánh
tuabin ). Với mục đích ổn định tốc độ quay của bánh tuabin trong khoảng hoạt động
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 13 EBOOKBKMT.COM
tối ưu theo số vòng quay của động cơ trên đường nạp có bố trí mạch giảm tải. Mạch
giảm tải làm việc nhờ van điều tiết thông qua đường khí phản hồi và cụm xi lanh.
Khi áp suất tăng van mở 1 phần khí thải không qua bánh tuabin, thực hiện giảm tốc
độ cho bánh nén khí nạp, hạn chế sự gia tăng quá mức của áp suất khí nạp.
Van điều tiết và mạch giảm tải: Van điều tiết được gắn vào vỏ tuabin. Khi
động cơ làm việc ở tải cao, áp suất khí thải rất lớn, vì thế cánh tuabin làm việc với
tốc độ cao làm tăng cao áp suất không khí nạp, nạp vào động cơ. Mạch giảm tải làm
nhiệm vụ điều khiển van điều tiết thải bớt khí thải động cơ từ trước cửa vào tuabin, ra trực tiếp ống thải.
1.2.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ diezen
Để tránh sự truyền nhiệt từ đường dẫn khí thải làm giảm lượng khí nạp vào
động cơ dẫn tới làm giảm công suất động cơ, nên đường nạp và đường thải ở động
cơ diezen thường được bố trí về hai phía
Hình 1-14 Sơ đồ bố trí đường nạp và thải hai phía khác nhau
1- Nắp máy;2- Đường thải; 3- Đường nạp
Hình 1-15 Sơ đồ bố trí đường nạp và thải hai phía khác nhau
1- Nắp máy;2- Đường thải; 3- Đường nạp
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 14 EBOOKBKMT.COM
1.3. Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải của động cơ đốt trong
Để hạn chế các chất ô nhiễm trong khí thải và tối ưu hoá quá trình làm việc
của động cơ. Trong động cơ đốt trong còn có các hệ thống phụ trợ sau:
+ Hệ thống thông hơi cạc te
Khe hở giữa pittông và xylanh được bít kín nhờ xéc măng nhưng bản thân xec
măng cũng không làm kín được hoàn toàn, hơi xăng và khí cháy sẽ len lỏi qua khe
hở này trong các trường hợp: xì qua khe hở có sẵn; xì qua khi áp suất trong xylanh
tăng cao vào kỳ nén và kỳ nỗ; hoặc xì ngược lại khi áp suất trong xylanh giảm
xuống hay áp suất trong cạc te tăng cao.
Khí lọt xuống hộp trục khuỷu gồm có HC, CO, bồ hóng, muội than, hơi nước,
lưu huỳnh và axit. Các chất này nếu không đưa ra khỏi cạc te sẽ làm cho chi tiết
máy bị ăn mòn bởi lưu huỳnh và axít, nhớt bị phân hủy tạo thành sình bùn đọng
dưới đáy cạc te gây tắc nghẽn mạch nhớt. Để tránh ô nhiễm môi trường và giữ sạch
cacte nên trên các động cơ có bố trí hệ thống thông hơi cạc te kín.
+ Hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải
Hệ thống hồi lưu khí thải ( EGR ) là một hệ thống dùng để đưa một phần khí
thải vào tái tuần hoàn trong hệ thống nạp khí, khí thải được trộn lẫn với hỗn hợp
không khí-nhiên liệu thì sự lan truyền ngọn lửa trong buồng đốt bị chậm lại, bởi vì
phần lớn khí thải là trơ (không cháy được) nhiệt độ cháy cũng giảm xuống (vì khí
trơ hấp thụ nhiệt tỏa ra) từ đó làm giảm lượng khí độc hại NOx sinh ra.
+ Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng
Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng là một hệ thống tạm thời hấp thụ hơi nhiên
liệu vào bộ lọc than hoạt tính và dẫn nó vào động cơ để đốt cháy, nhờ vậy mà không
cho nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu lọt ra ngoài khí quyển gây ô nhiễm môi trường.
Các hệ thống phụ trợ này sẽ được tìm hiểu kỹ hơn ở phần khảo sát động cơ 1NZ-FE
1.4. Đặc điểm quá trình nạp-thải trong động cơ đốt trong.
Hai quá trình nạp và thải liên quan mật thiết với nhau, tuỳ theo số kỳ của động
cơ và phương pháp thải nạp, có những thời điểm chúng xảy ra cùng một lúc. Vì vậy
khi phân tích quá trình nạp cần lưu ý đến những thông số đặc trưng của quá trình
thải, tức là phải xét chung các hiện tượng của quá trình thay đổi môi chất.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 15 EBOOKBKMT.COM
Trong động cơ 4 kỳ, quá trình thay đổi môi chất được thực hiện lúc bắt đầu mở
xu páp thải (điểm b’ ). Từ b’ đến ĐCD nhờ chênh áp, sản vật cháy tự thoát ra đường
thải. Sau đó, từ ĐCD tới ĐCT, nhờ sức đẩy cưỡng bức của piston, sản vật cháy
được đẩy tiếp. Tại ĐCT (điểm r ), sản vật cháy chứa đầy thể tích buồng cháy Vc với
áp suất pr > pthải, tạo ra chênh áp Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ
dòng khí n qua xu páp thải và vào trở lực của bản thân đường thải.
Xu páp thải thường được đóng sau ĐCT (đóng muộn ) nhằm tăng thêm giá trị
“ tiết diện - thời gian “ mở cửa thải, đồng thời để tận dụng chênh áp Δpr và quán
tính của dòng khí thải tiếp tục đẩy khí sót ra ngoài.
1.4.1. Quá trình nạp.
Quá trình nạp môi chất mới vào xi lanh được thực hiện khi piston đi từ ĐCT
xuống ĐCD. Lúc đầu ( tại điểm r ), do pr > pk (pk – áp suất môi chất mới trước xu
páp nạp ) và do p r> pth nên một phần sản vật cháy trong thể tích Vc vẫn tiếp tục
chạy ra ống thải, bên trong xi lanh khí sót giãn nở đến điểm ro rồi từ đó trở đi, môi
chất mới có thể bắt đầu nạp vào xi lanh.
Hình 1-16. Đồ thị công của quá trình trao đổi khí trong động cơ 4 kỳ
Quá trình nạp lệ thuộc vào rất nhiều yếu tố, khiến cho môi chất mới nạp vào xi
lanh trong mỗi chu trình nhỏ hơn lượng nạp lý thuyết, được tính bằng số môi chất
mới chứa đầy thể tích công tác Vh có nhiệt độ Tk và áp suất pk của môi chất mới ở
phía trước xu pap nạp (đối với động cơ điêden) hoặc của môi chất mới ở phía trước
bộ chế hoà khí (đối với động cơ xăng). Các thông số sau đây ảnh hưởng chính tới quá trình nạp :
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 16 EBOOKBKMT.COM
+ Áp suất cuối quá trình nạp pa
Áp suất cuối quá trình nạp có ảnh hưởng lớn tới công suất động cơ. Muốn tăng
áp suất cuối quá trình nạp người ta sử dụng các biện pháp sau :
- Tạo đường nạp có hình dạng khí động tốt, tiết diện lưu thông lớn và phương
hướng lưu động thay đổi từ từ, ít ngoặt.
- Dùng xu páp có đường kính lớn hoặc dùng nhiều xu páp. Động cơ 1NZ-FE
sử dụng hai xu páp nạp và hai xu páp thải cho mỗi máy, do đó tăng được lượng khí
lưu thông trong mỗi chu trình, tăng áp suất pa. + Lượng khí sót :
Cuối quá trình thải, xi lanh còn lưu lại 1 ít sản vật cháy gọi là khí sót. Trong
quá trình nạp, số khí sót trên sẽ giãn nở, chiếm chỗ trong xi lanh và trộn với khí nạp
mới ,làm giảm lượng khí nạp mới. Vì vậy giảm lượng khí sót sẽ làm tăng lượng khí
nạp vào , làm tăng công suất động cơ. Các biện pháp sau làm giảm lượng khí sót :
- Dùng động cơ tăng áp. Phương pháp này thường được sử dụng trên động cơ
điêden do không bị hạn chế bởi khả năng kích nổ.
- Tăng góc trùng điệp các xu páp nạp và thải. Phương pháp này áp dụng cho cả
động cơ xăng và điêden.
+ Nhiệt độ sấy nóng môi chất mới ΔT
Đi trên đường nạp và vào xi lanh, môi chất mới tiếp xúc với các bề mặt nóng
của động cơ, được sấy nóng và tăng nhiệt độ lên một gia số ΔT. ΔT = ΔT t – ΔT b.h Trong đó :
ΔT t- mức tăng nhiệt độ của môi chất mới do sự truyền nhiệt từ các bề mặt nóng
ΔT b.h - mức giảm nhiệt độ của môi chất mới do bay hơi của nhiên liệu .
ΔT = 20 ÷ 40oC - đối với động cơ điêden;
ΔT = 0 ÷ 20oC - đối với động cơ xăng.
+ Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp Ta
Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp Ta cũng ảnh hưởng tới mật độ môi chất
mới nạp vào xi lanh. Tăng Ta làm giảm mật độ môi chất mới nạp vào xi lanh và
ngược lại. Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp Ta lớn hơn Tk ( nhiệt độ môi chất
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 17 EBOOKBKMT.COM
mới trước xu páp nạp ) và nhỏ hơn Tr ( nhiệt độ khí sót ) là do kết quả của việc
truyền nhiệt từ các bề mặt nóng tới môi chất mới khi tiếp xúc và việc hoà trộn của
môi chất mới với khí sót nhiều hơn. Các quá trình trên diễn ra riêng lẻ trên đường
nạp hoặc đồng thời trên xi lanh động cơ. - Hệ số nạp :
Hệ số nạp ηv là tỉ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp vào xi lanh ở đầu quá
trình nén khi đã đóng các cửa nạp và cửa thải so với lượng môi chất mới lý thuyết
có thể nạp đầy vào thể tích công tác của xi lanh Vh ở điều kiện áp suất và nhiệt độ
môi chất phía trước xu páp nạp. Môi chất mới của động cơ điêden là không khí , của
động cơ xăng là hoà khí của không khí và hơi xăng tạo thành. Các yếu tố ảnh hưởng
đến hệ số nạp của động cơ 4 kỳ bao gồm: áp suất pa và nhiệt độ Ta của môi chất cuối
quá trình nạp ; nhiệt độ sấy nóng môi chất mới ΔT ; hệ số khí sót γr ; nhiệt độ Tr và
áp suất pr ; tỉ số nén ε; hệ số quét buồng cháy λ2 và hệ số nạp thêm λ1. Những thông
số trên có liên hệ qua lại mật thiết với nhau và mỗi thông số lại phụ thuộc vào các
yếu tố khác. Vì vậy song song với việc phân tích ảnh hưởng của từng thông số riêng
biệt phải phân tích ảnh hưởng tổng hợp của chúng tới hệ số nạp ηv theo các chế độ
làm việc cụ thể của động cơ
- Các biện pháp chính làm tăng hệ số nạp và giảm cản cho đường nạp :
Hệ thống đường nạp của động cơ gồm: bình lọc khí, bộ chế hoà khí, đường
nạp chung, các nhánh nạp của các xi lanh và xu pap đều gây cản đối với dòng khí
nạp. Làm thế nào để giảm cản cho hệ thống này là vấn đề đáng lưu ý. Muốn giảm
trở lực của hệ thống cần có tiết diện lớn của đường thông qua đó giảm tốc độ của
dòng chảy, cần chú ý đặc biệt đến lực cản cục bộ do chuyển hướng dòng hoặc do
tăng giảm đột ngột tiết diện lưu thông của dòng tạo ra. Khi tìm biện pháp giảm cản
cho đường nạp cần phải lưu ý tới nhiều yếu tố khác nhau. + Bình lọc
Khi tìm cách giảm cản cho bình lọc, trước tiên phải chú ý tới hiệu quả lọc.
Phải đòi hỏi giảm trở lực tới mức nhỏ nhất trên cơ sở đảm bảo tốt hiệu quả lọc.
Trong lúc sử dụng cần thường xuyên bảo dưỡng bình lọc, tuyệt đối tránh không để
dầu bẩn gây tắc lõi lọc giấy, phải thay lõi lọc kịp thời. + Bộ chế hoà khí
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 18 EBOOKBKMT.COM
Muốn cho họng đạt được tác dụng mong muốn lại giảm bớt trở lực, người ta
lắp nối tiếp hai, ba họng lớn nhỏ khác nhau để nhiên liệu được phun vào họng nhỏ,
nơi có độ chân không cao nhất, phần đuôi của họng nhỏ, đặt tại nơi thắt nhỏ nhất
của họng lớn. Tiết diện lưu thông của họng lớn được chọn theo yêu cầu nạp môi
chất mới của động cơ, còn họng nhỏ được chọn theo yêu cầu về độ chân không để
hút và xé tơi nhiên liệu. + Đường ống nạp :
Hình dạng, kích thước của ống nạp gây ảnh hưởng lớn tới hệ số nạp, tới mức
độ phun tơi và bay hơi của nhiên liệu và sự phân phối về số lượng và thành phần
hoà khí vào các xi lanh, đây là vấn đề tương đối phức tạp. Nếu làm tiết diện ống nạp
lớn để giảm cản thì sẽ làm tăng tiêu hao nhiên liệu và thành phần hoà khí vào các xi
lanh không đều nhau. Vì vậy một số động cơ xăng, muốn đạt yêu cầu ít tiêu hao
nhiên liệu ở tải nhỏ, phải chấp nhận mất mát 1 ít công suất bằng cách dùng ống nạp
có tiết diện nhỏ một chút. Và để hoà khí có thành phần và khối lượng đều nhau
người ta còn cố ý gây ngoằn ngoèo ở một vài đoạn ống.
+ Các nhánh ống nạp tới các xi lanh và xu páp nạp:
Trong hệ thống nạp của động cơ, xu páp nạp là nơi có tiết diện lưu thông nhỏ
nhất nên trở thành bộ phận quan trọng nhất của lực cản đường nạp. Người ta thường
giảm đường kính xu páp thải để tăng đường kính xu páp nạp, tăng hành trình cực
đại, tăng tốc độ đóng mở các xu páp, tăng thời gian giữ xu páp ở vị trí mở lớn nhất
để tăng khả năng lưu thông qua xu páp.
Cấu tạo của nhánh ống nạp, nhất là phần sát với xu páp gây ảnh hưởng lớn tới
lực cản của đường nạp. Muốn có hình dạng đường nạp tốt nhất phải thử nghiệm trên
mô hình làm bằng vật liệu dẻo cho tới khi đạt hiệu quả cao nhất.
Các thử nghiệm đã đem lại những kết quả có giá trị. Phía trước xu páp nạp,
thêm một vấu nhô trơn tròn tạo họng thắt hợp lý có thể làm giảm cản cho đường
nạp. Nếu lắp ống Laval trên miệng đi vào xu páp nạp sẽ làm tăng lưu lượng hoà khí
một cách rõ rệt khi chạy ở tốc độ cao. Mở rộng đường nạp và tránh những đường
ngoặt gấp sẽ có thể giảm bớt lực cản .v.v…
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 19 EBOOKBKMT.COM
Dạng cửa vào phải được thiết kế để cho không khí vào sẽ quay hoặc xoáy
quanh trục của xi lanh. Độ xoáy được thay đổi với mỗi kiểu và kích cỡ buồng cháy được sử dụng.
1.3.2. Quá trình thải
Nhiều vấn đề của quá trình thải đã được trình bày khi nghiên cứu về quá trình
nạp, ở đây chỉ giới thiệu bổ sung một số vấn đề.
a- Thải sạch và công tiêu hao cho quá trình thay đổi môi chất :
Để thải sạch khí sót và nạp đầy môi chất mới vào xi lanh, hầu hết các động cơ
hiện đại đều sử dụng hiệu ứng động của dao động áp suất trong hệ thống nạp thải
nhằm tạo nên sóng áp dương ở khu vực xu páp nạp trước khi kết thúc quá trình nạp
và tạo nên sóng áp âm ở khu vực xu páp xả trước khi kết thúc quá trình thải. Ở động
cơ tăng áp người ta lợi dụng chênh áp từ đường nạp– xi lanh - đường thải để mở
rộng, kéo dài thời kì trùng điệp của các xu páp để quét buồng cháy, thải sạch khí sót
và nạp đầy môi chất mới vào xi lanh.
Công tiêu hao cho quá trình thay đổi môi chất được thể hiện bằng diện tích đồ
thị p – V giữa đường nạp và đường thải. Nếu đường thải nằm cao hơn đường nạp
(động cơ không tăng áp hình 1.10a ) thì công tiêu hao cho thời kì thay đổi môi chất
là công âm. Nếu đường thải thấp hơn đường nạp (động cơ tăng áp hình 1.10b ) thì đó là công dương.
Hình 1-17 Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ
a) Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ, không tăng áp
b) Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ, tăng áp
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 20 EBOOKBKMT.COM
b- Vấn đề khử độc hại của khí thải động cơ :
Khí thải từ xi lanh động cơ đi ra môi trường, ngoài các sản vật cháy hoàn toàn
CO2, H2O, N2, còn chứa các sản vật chưa được cháy hoàn toàn, các sản vật được
phân giải từ sản vật cháy hoặc từ nhiên liệu. Nhiều chất trong khí thải rất độc đối
với sức khoẻ con người như : CO, NOX, khí SO2 và H2S, các alđêhit, các hiđro các
bon thơm, các hợp chất của chì.Vì vậy vấn đề đặt ra là làm sao để giảm thiểu ô
nhiễm môi trường do khí thải từ động cơ.Vấn đề đó được giải quyết theo 2 hướng
sau: hoàn thiện chu trình làm việc của động cơ và lắp thiết bị trung hoà trên hệ thống thải.
Để hoàn thiện chu trình làm việc của động cơ có thể thực hiện bằng các giải pháp sau:
- Tối ưu hoá cấu tạo của buồng cháy để hạn chế sự hình thành HC.
- Tăng cường chuyển động rối và chuyển động xoáy lốc của môi chất.
- Tối ưu hoá tỷ số nén ε.
- Tối ưu hoá vị trí đặt bugi
- Cải thiện quá trình phân phối khí và cơ cấu phân phối khí.
- Tối ưu hoá kết cấu đường thải nhằm thải sạch và nạp đầy.
- Cải thiện chất lượng hình thành hoà khí .
- Giảm công suất tổn hao ma sát và dẫn động các cơ cấu phụ của động cơ.
- Tối ưu hoá quá trình đánh lửa bằng hệ thống đánh lửa điện tử chương trình hoá.
- Dùng biện pháp phân lớp hoà khí đảm bảo cho khu vực cực bugi luôn có α =
0,85÷0,90 để đảm bảo trên toàn bộ buồng cháy α >1 nhằm giảm lượng CO và NOX
- Lắp thêm một hệ thống van và đường ống đảm bảo cho động cơ hoạt động tốt ở
chế độ không tải cưỡng bức, không gây ô nhiễm môi trường khi hoạt động ở chế độ này .
2. Giới thiệu chung về động cơ 1NZ-FE.
Động cơ 1NZ-FE được lắp trên xe Toyota Vios. Xe Toyota Vios là loại xe du
lịch 5 chỗ ngồi với ba loại Vios Limo, Vios 1.5E (sử dụng hộp số thường C50) và
Vios 1.5G (sử dụng hộp số tự động U340E) Khả năng giảm xóc, chống rung tốt,
hệ thống điều khiển phanh điện tử ABS, hệ thống lái trợ lực điện tạo cảm giác
thoải mái và êm dịu cho mọi hành khách trong xe trên mọi nẻo đường.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 21 EBOOKBKMT.COM
Các thông số kỹ thuật của xe Vios:
Bảng 2-1 Trọng lượng và kích thước xe Loại xe Vios Limo Trọng lượng toàn tải 1450 kg Trọng lượng không tải 950 kg Dài x rộng x cao toàn bộ 4285mm x 1700mm x 1460mm Chiều dài cơ sở 2550 mm Chiều rộng cơ sở 1480 mm Khoảng sáng gầm xe 150 mm Bảng 2-2 Động cơ Loại động cơ 1NZ-FE
4 xilanh thẳng hàng, 16 van, cam kép Kiểu
DOHC có VVT-I, dẫn động xích. Dung tích công tác 1497 cm3 Đường kính xy lanh D 75 mm Hành trình piston S 84,7 mm Tỉ số nén 10,5 Công suất tối đa 81Kw/6000 rpm Mô men xoắn tối đa 142/4200 (N.m/rpm)
Hệ thống phun nhiên liệu SFI
Chỉ số Octan của nhiên liệu RON 91 Cơ cấu phối khí
16 xupap dẫn động bằng xích,có VVT-i Thời Nạp Mở -70 ~ 530 BTDC điểm Đóng 520 ~ -80 ABDC phối Xả Mở 420 BTDC khí Đóng 20 ABDC Chất lượng dầu 5W-30
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 22 EBOOKBKMT.COM
2.1.Đặc điểm kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ 1NZ-FE
2.1.1.Cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền-piston a) Trục khuỷu Hình 2-1 Trục khuỷu
1- Đầu trục khuỷu ; 2- Rotor cảm biến vị trí trục khuỷu ; 3- Lỗ dẫn dầu bôi trơn ;
4- Cổ trục ;5- Chốt khuỷu ; 6- Đối trọng; 7- Đuôi trục khuỷu
Trục khuỷu của động cơ 1NZ-FE được chế tạo gồm một khối liền, vật liệu
chế tạo bằng thép cacbon, các bề mặt gia công đạt độ bóng cao, có 5 cổ trục và 4 cổ
biên, má có dạng hình ôvan. Đường kính và bề rộng của chốt khuỷu và cổ trục
chính được giảm để giảm khối lượng b) Thanh truyền Hình 2-2 Thanh truyền
1- Nắp đầu to thanh truyền; 2- Bu lông thanh truyền; 3- Thân thanh truyền;
4- Đầu nhỏ thanh truyền.
Tiết diện thanh truyền của động cơ 1NZ-FE có dạng chữ I. Đầu nhỏ thanh
truyền có dạng hình trụ rỗng và được lắp tự do với chốt piston. Đầu to thanh truyền
được cắt thành hai nửa phần trên nối liền với thân phần dưới là nắp đầu to thanh
truyền và lắp với nhau bằng bulông thanh truyền, mặt phẳng lắp ghép vuông góc
với đường tâm trục thân thanh truyền. Bulông thanh truyền là loại bulông chỉ chịu
lực kéo, có mặt gia công đạt độ chính xác cao để định vị.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 23 EBOOKBKMT.COM c) Pittông Hình 2-3 Pittông
1- Bệ chốt piston; 2- Thân piston; 3- Đầu piston; 4- Đỉnh piston
Pittông của động cơ 1NZ-FE được làm bằng hợp kim nhôm, phần đỉnh được
thiết kế đặc biệt để cải thiện chất lượng cháy. Séc măng áp lực thấp được sử dụng để
giảm ma sát và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu và chất lượng dầu bôi trơn được nâng cao.
Chân pittông có dạng vành đai để tăng độ cứng vững. Để điều chỉnh trọng
lượng của pittông, người ta thường cắt bỏ một phần kim loại ở phần chân pittông
nhưng vẫn đảm bảo được độ cứng vững cần thiết cho pittông .
2.1.2. Nhóm thân máy –nắp máy Hình 2-4 Nắp máy
1-Đường nạp; 2-Đường thải
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 24 EBOOKBKMT.COM
Nắp máy được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, các trục cam đều được phân
bố trên đầu nắp máy. Lắp đặt kim phun trong cửa nạp khí của nắp máy kết quả là sự
tiếp xúc của nhiên liệu đập vào thành cửa nạp được tối thiếu hoá và tính kinh tế
nhiên liệu được nâng cao. Áo nước được lắp đặt giữa cửa xả và lỗ bu gi trên nắp
máy để giữ nhiệt độ đồng đều cho thành buồng cháy, điều này nâng cao chất lượng
làm mát cho buồng cháy và khu vực xung quanh bu gi.
Thân máy được làm bằng hợp kim nhôm mà mục đích của việc này là
giảm khối lượng cho động cơ. Bơm nước xoáy lốc và đường hút đến bơm được
cung cấp đến thân máy. Đặt tâm trục khuỷu lệch với đường tâm lỗ xi lanh, đường
tâm của xi lanh được dịch chuyển 12 mm về phía đường nạp. Như vậy, tác dụng của
lực ngang khi áp suất khí thể lớn nhất sẽ giảm. Sử dụng ống lót xi lanh thành mỏng,
khoảng cách giữa hai xi lanh là 8 mm nên chiều dài động cơ ngắn hơn. Hình 2-5 Thân máy
1- Đường tâm trục khuỷu; 2- Đường tâm các xi lanh; A- Phía đầu động cơ;
B- Phía đường thải; C- Phía đường hút
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 25 EBOOKBKMT.COM
2.1.3. Cơ cấu phân phối khí.
Hình 2-6 Sơ đồ bố trí cơ cấu phân phối khí
1-Tay căng xích; 2-Thiết bị kéo căng; 3- Bộ điều khiển phối khí (VVT-i); 4-Xích
dẫn động trục cam; 5-Trục cam nạp; 6-Trục cam thải; 7-Bộ phận dẫn hướng xích
Thông thường thời điểm phối khí được cố định nhưng ở động cơ 1NZ-FE sử
dụng hệ thống thay đổi thời điểm phối khí thông minh (VVT-i), hệ thống này sử
dụng áp suất dầu thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí.
Điều này làm tăng công suất động cơ, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và làm giảm
khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường.
Ở mỗi xylanh có hai xúpap nạp và hai xúpap thải, các xúpap được đóng mở
trực tiếp bởi hai trục cam. Các trục cam được dẫn động bằng xích, bước xích là 8
mm điều này giúp cho không gian bố trí được gọn hơn. Để làm được điều này vật
liệu được dùng để chế tạo xích có tính chịu mài mòn rất cao luôn đảm bảo độ tin
cậy, xích được bôi trơn bằng dầu bôi trơn động cơ thông qua một vòi phun.
Thiết bị kéo căng, tay căng xích và bộ phận dẫn hướng xích được thiết lập để
giảm bớt tiếng ồn động cơ, giảm bớt tổn thất do ma sát.
Thân xúpap được thiết kế nhỏ, vừa giảm bớt trở lực trên đường nạp, thải và giảm khối lượng.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 26 EBOOKBKMT.COM
Hình 2-7 Sơ đồ dẫn động xúpap
1-Xúpap; 2-Con đội; 3-Vấu cam
Bảng 2-3 Thông số kỹ thuật Hạng mục Xupap nạp Xupap thải
Đường kính mặt nấm(mm) 30,5 25,5 Đường kính thân(mm) 5 5
2.1.4. Hệ thống bôi trơn.
Hình 2-8 Sơ đồ hệ thống bôi trơn
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 27 EBOOKBKMT.COM
Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa đầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làm
giảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát và bao kín khe hỡ
giữa piston với xylanh, giữa xecmăng với piston, ngoài ra trong động cơ 1NZ-FE
dầu bôi trơn còn tham gia điều khiển thời điểm trục cam. Loại dầu bôi trơn sử dụng
trên động cơ 1NZ-FE là loại dầu API SM, SL, hay ILSAC.
Dầu bôi trơn từ cacte được lưu thông qua vỉ lọc, bơm dầu, bầu lọc dầu rồi đến
đường ống dẫn dầu chính, sau đó dầu sẽ đi bôi trơn các bộ phận công tác như sơ đồ.
2.1.5. Hệ thống làm mát.
Hệ thống làm mát được thiết kế để giữ các chi tiết trong động cơ ở nhiệt độ
ổn định, thích hợp mọi điều kiện làm việc của động cơ. Động cơ 1NZ-FE có hệ
thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn theo áp suất cưỡng bức trong đó bơm
nước tạo áp lực đẩy nước lưu thông vòng quanh động cơ. Hệ thống bao gồm: áo
nước xi lanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đường
ống dẫn nước. Nếu nhiệt độ nước làm mát vượt quá nhiệt độ cho phép thì van hằng
nhiệt sẽ mở để lưu thông nước làm mát đi qua két nước để giải nhiệt bằng gió. Hệ
thống làm mát sử dụng nước làm mát siêu bền chính hiệu toyota SLLC ( là dung
dịch pha sẵn 50% chất làm mát và 50% nước sạch)
Hình 2-9 Sơ đồ hệ thống làm mát
1- Van hằng nhiệt; 2- Bơm; 3- Nắp máy; 4- Thân máy; 5- Giàn sưởi;
6- Van tiết lưu; 7- Két nước.
Nguyên lý hoạt động: Nước từ bình chứa nước, qua két làm mát, được dẫn
vào bơm nước, đi vào làm mát động cơ. Trong thời gian chạy ấm máy, nhiệt độ
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 28 EBOOKBKMT.COM
động cơ nhỏ hơn nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt (80o ÷ 84o) thì nước từ bơm
nước đi vào thân máy, nắp máy đến giàn sưởi rồi về lại bơm, trên đường ống đến
giàn sưởi có nhánh rẽ tới van tiết lưu, van này có tác dụng điều tiết lưu lượng nước
nóng qua giàn sưởi để sưởi ấm trong xe. Khi nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt độ làm
việc của van hằng nhiệt thì van sẽ mở ra cho nước từ động cơ qua két làm mát, tại
đây nước sẽ được làm mát bằng gió rồi về lại bơm. Như vậy nước sẽ được tuần hoàn
cưỡng bức trong quá trình làm việc của động cơ.
2.1.6. Hệ thống đánh lửa
Hình 2-10 Sơ đồ hệ thống đánh lửa
Động cơ 1NZ-FE trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện
tử. Hệ thống đánh lửa trực tiếp không sử dụng bộ chia điện giúp cho thời điểm đánh
lửa được chính xác, giảm sự sụt thế điện áp và có độ tin cậy cao. Ở mỗi xylanh
được trang bị một bôbin đơn. Khi ngắt dòng điện sơ cấp chạy qua bên sơ cấp của
cuộn dây đánh lửa sẽ tạo ra điện áp cao ở bên thứ cấp. Vì thế điện áp cao tạo ra sẽ
tác động lên bugi sinh ra tia lửa điện. ECM sẽ luân phiên bật và tắt các transitor
nguồn bên trong cuộn dây đánh lửa làm cho các dòng điện sơ cấp ngắt luân phiên
nhau và cho phép dòng điện đốt cháy các xi lanh theo trình tự nỗ của động cơ. ECM
sẽ xác định cuộn dây đánh lửa nào sẽ được điều khiển bằng các tín hiệu từ cảm biến
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 29 EBOOKBKMT.COM
vị trí trục khuỷu và cảm biến góc quay trục khuỷu. Ngoài ra nó còn dò tìm vị trí của
trục cam để tạo ra sự đánh lửa vào thời điểm thích hợp nhất ứng với tình trạng hoạt động của động cơ.
2.1.7. Hệ thống nhiên liệu.
Hình 2-11 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu
1- Tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp;2- Tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga;
3- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam; 4- Tín hiệu từ cảm biến oxy; 5- Tín hiệu từ
cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 6- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu; 7- Tín
hiệu từ cảm biến túi khí ;8-Bình chứa nhiên liệu; 9- Bơm xăng;10- Bộ lọc xăng;
11- Bộ điều áp; 12- Bộ giảm rung; 13- Ống phân phối; 14- Vòi phun nhiên liệu.
Hệ thống nhiên liệu động cơ 1NZ-FE đóng vai trò rất quan trọng, nó không
đơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu độc lập, mà nó còn liên kết với các 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 tối ưu hoá cho quá trình hoạt động của động cơ. Kim phun 12
lỗ được sử dụng để nâng cao tính phun sương của nhiên liệu, điều khiển cắt nhiên
liệu khi túi khí hoạt động. Đường ống dẫn nhiên liệu với các giắc đấu nối nhanh để
nâng cao khả năng sửa chữa. Bình xăng làm bằng chất dẻo sáu lớp với bốn loại vật
liệu có bộ lọc than hoạt tính trong bình.
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
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 30 EBOOKBKMT.COM
tỷ lệ phù hợp nhất. Có cảm biến oxy ở đường ống thải để cảm nhận lượng oxy dư,
điều khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn.
2.1.8. Hệ thống khởi động.
Hệ thống khởi động sử dụng trên động cơ là hệ thống khởi động điện được
điều khiển bằng ECU. Ngay khi công tắc điện xoay sang vị trí Start, chức năng điều
khiển máy khởi động sẽ điều khiển mô tơ khởi động mà không cần giữ tay ở vị trí
Start. Khi ECU nhận được tín hiệu khởi động từ chìa khoá điện, hệ thống sẽ theo
dõi tín hiệu tốc độ động cơ (Ne) để vận hành máy khởi động tới khi động cơ được
xác định đã khởi động. Khi tốc độ động cơ đạt tới 500 v/p, hệ thống sẽ đánh giá là
động cơ đã khởi động thành công.
Hình 2-12 Sơ đồ điều khiển máy khởi động
1- Ắc quy; 2- Máy khởi động; 3- Công tắc khoá điện; 4- Rơ le cắt dòng;
5- Công tắc đề số không; 6- ECU động cơ; 7- Rơ le máy khởi động;
a-Tín hiệu tốc độ động cơ và tín hiệu nước làm mát
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 31 EBOOKBKMT.COM
3. Khảo sát hệ thống nạp – thải động cơ 1NZ-FE.
3.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp-thải động cơ 1NZ-FE
Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống nạp - thải
1-Bộ lọc không khí; 2-Cảm biến lưu lượng khí nạp; 3- Cảm biến nhiệt độ khí nạp;
4- Mô tơ bước; 5- Cảm biến vị trí bướm ga; 6-Bộ góp nạp;7- Van PCV; 8- Van
EGR; 9- Cảm biến tiếng gõ; 10- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 11- Cảm biến vị
trí trục khuỷu; 12- Bộ xúc tác ba chức năng; 13- Bộ giảm âm phụ; 14- Bộ giảm âm
chính; 15- Bình chứa nhiên liệu; 16- Hộp hấp thụ hơi xăng; 17- Van điều khiển sự
thoát hơi nhiên liệu; 18- Cảm biến oxy; 19- Cảm biến vị trí trục cam. Nguyên lý:
Không khí ngoài trời được hút vào trong xylanh động cơ qua bộ lọc không
khí tại đây hầu hết bụi bẩn được giữ lại, sau đó đi qua các cảm biến lưu lượng và
cảm biến nhiệt độ khí nạp, thông tin nhiệt độ và lưu lượng khí nạp được truyền về
ECU động cơ, tiếp đó dòng khí đến cổ họng gió qua bướm ga đến bộ góp nạp. Khí
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 32 EBOOKBKMT.COM
nạp từ bộ góp nạp sẽ phân phối đến các xylanh động cơ trong kỳ nạp. Kết hợp thông
tin từ cảm biến vị trí bướm ga ECU sẽ điều khiển lượng phun nhiên liệu tối ưu..Sau
khi hòa khí được đốt cháy, khí thải được dẫn vào đường ống thải tới bộ góp thải đi
vào bộ xúc tác ba chức năng tại đây khí thải độc hại được khử thành các chất vô hại
rồi theo ống dẫn khí thải qua bộ giảm âm thoát ra ngoài môi trường. Một phần khí
thải được trích dẫn quay trở lại đường nạp qua van hồi lưu khí thải, để làm loãng
hỗn hợp nhiên liệu - không khí nhằm hạn chế sự hình thành các chất gây ôi nhiễm trong quá trình cháy.
3.2.Đường ống nạp.
Đường ống nạp gồm các cụm chi tiết sau: Bộ lọc không khí; cổ họng gió; bộ
góp nạp;và các cảm biến.
3.2.1.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 1NZ-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. 3.2.2.Cổ họng gió.
Hình 3-2 Kết cấu cổ họng gió.
1- Các bánh răng giảm tốc; 2- Lò xo hồi bướm ga; 3- Cảm biến vị trí bướm ga;
4- Bướm ga; 5- Mô tơ điều khiển bướm ga.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 33 EBOOKBKMT.COM
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 vị trí cố định. Môtơ bướm ga ứng dụng một
môtơ điện một chiều có độ nhạy tốt và ít tiêu thụ năng lượng. 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 nguồn đến môtơ, nhưng do bướm ga được giữ ở góc
mở khoảng 70, xe vẫn có thể chạy đến nơi an toàn.
Các chế độ điều khiển
a) Điều khiển ở chế độ bình thường, chế độ công suất cao và chế độ đường tuyết
Hình 3-3 Quan hệ tỷ lệ giữa góc nhấn bàn đạp ga và góc mở bướm ga
1-Chế độ công suất cao;2- Chế độ bình thường; 3- Chế độ di chuyển đường tuyết
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 34 EBOOKBKMT.COM
+ Điều khiển chế độ thường : đây là chế độ cơ bản để duy trì sự cân bằng giữa tính
dễ vận hành và chuyển động êm.
+ Điều khiển chế độ đường tuyết : chế độ này giữ cho góc mở bướm ga nhỏ hơn chế
độ bình thường để tránh trượt khi lái xe trên đường trơn trượt.
+ Điều khiển chế độ công suất cao: ở chế độ này bướm ga mở lớn hơn so với chế độ
bình thường .Do đó chế độ này mang lại cảm giác động cơ đáp ứng ngay với thao
tác bàn đạp ga và xe vận hành mạnh mẽ hơn so với chế độ thường.
b) Điều khiển momen truyền lực chủ động
Hình 3-4 Quan hệ giữa góc nhấn bàn đạp ga, góc mở bướm ga và gia tốc xe
Chế độ điều khiển này làm cho góc mở bướm ga nhỏ hơn hay lớn hơn so với
góc nhấn bàn đạp ga để duy trì tính tăng tốc êm.
Hình minh họa (Hình 3-4) cho thấy khi bàn đạp ga giữ ở vị trí nhất định. Khi
không có hệ thống điều khiển momen truyền lực chủ động, góc mở bướm ga gần
như động bộ với chuyển động của bàn đạp ga như vậy trong khoảng thời gian ngắn
làm gia tốc xe tăng đột ngột và sau đó giảm dần.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 35 EBOOKBKMT.COM
Khi có hệ thống điều khiển momen truyền lực chủ động, bướm ga được mở
dần ra sao cho gia tốc xe tăng dần trong một khoảng thời gian lâu hơn để đảm bảo tăng tốc êm dịu. 3.2.3.Bộ góp nạp. Hình 3-5 Bộ góp nạp
1- Ống góp nạp; 2- Đường ống nạp; 3- Buồng tích áp
Bộ góp nạp được chế tạo bằng nhựa nhằm mục đích giảm trọng lượng và sự
truyền nhiệt từ nắp máy, kết quả là cải thiện hiệu quả nhiệt độ và thể tích lượng khí
nạp. Các nhánh ống nạp đã được thiết kế dài nhằm tối ưu hóa hình dáng đường nạp,
dạng xoắn ốc của đường nạp tạo ra hiệu ứng lưu động dòng khí nạp, làm tăng thêm
lượng khí nạp ở mỗi chu trình, điều này giúp cải thiện momen và công suất phát ra
khi động cơ chạy ở tốc độ thấp và trung bình. Đường kính ống góp nạp (d = 52 mm)
được thiết kế lớn, điều này làm giảm hệ số cản cho đường nạp.
3.2.4. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của các cảm biến trên đường nạp
a). Cảm biến lưu lượng khí nạp.
Hình 3-6 Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy.
1- Nhiệt điện trở; 2- Dây sấy platin.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 36 EBOOKBKMT.COM 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 3-7 Sơ đồ mạch điện 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
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 37 EBOOKBKMT.COM
(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.
b) Cảm biến nhiệt độ khí nạp.
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 3-8 Cảm biến nhiệt độ khí nạp kiểu dây sấy.
1-Nhiệt điện trở; 2-Vỏ cảm biến
Mạch điện cảm biến đo nhiệt độ khí nạp.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 38 EBOOKBKMT.COM
Hình 3-9 Sơ đồ mạch 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.
c) Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga sẽ chuyển sự thay đổi mật độ đường sức của từ
trường thành tín hiệu điện.
Hình 3-10 Cảm biến vị trí bướm ga.
1- Các IC Hall; 2- Các nam châm; 3- Bướm ga.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 39 EBOOKBKMT.COM
Cảm biến vị trí bướm ga được dùng là 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 3-11 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 từ đó ECU điều khiển môtơ bước đóng mở bướm ga đúng tương ứng với vị trí bàn đạp ga.
3.3.Đường ống thải.
Đường ống thải gồm các cụm chi tiết chính sau: Bộ góp thải; bộ xúc tác 3 chức
năng; bộ giảm âm chính; cảm biến oxy.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 40 EBOOKBKMT.COM 3.3.1.Bộ góp thải. Hình 3-12 Bộ góp thải
1- Ống góp thải; 2- đường ống thải
Đường ống thải có nhiệm vụ đưa khí thải ra khỏi buồng đốt động cơ. Bộ góp
thải của động cơ 1NZ-FE được chế tạo bằng thép không rỉ để giảm trọng lượng, ống
thải và ống góp thải được nối với nhau bằng khớp cầu, đường kính ống góp thải là
44 mm. Đoạn cuối đường ống thải gắn cảm biến oxy thu nhận tín hiệu nồng độ oxy
báo về ECU sử lý, xác định tỷ lệ hỗn hợp không khí - nhiên liệu có giàu hay nghèo
hơn tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng từ đó ECU sẽ điều chỉnh lượng nhiên liệu phun cho phù hợp.
3.3.2. Bộ xúc tác 3 chức năng kết hợp hệ thống điều khiển hồi tiếp nhiên liệu
a) Bộ xúc tác 3 chức năng
Hình 3-13 Vùng làm việc của bộ xúc tác 3 chức năng
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 41 EBOOKBKMT.COM
Công dụng của bộ xúc tác:
Khi tỷ lệ không khí - nhiên liệu nghèo, giàu hay lý tưởng thì đều có một
lượng khí HC , CO và NOx sinh ra. Để giảm đến mức thấp nhất hàm lượng các khí
này thải ra môi trường, trên đường ống dẫn khí thải người ta có lắp thêm bộ xúc tác
ba chức năng (TWC) là bộ phận oxy hóa CO và HC trong khí thải và đồng thời khử
oxy của NOx để biến chúng thành CO2, H2O và N2 không có hại cho môi trường.
Vùng làm việc của bộ xúc tác là khi tỷ lệ không khí-nhiên liệu ở khoảng 14 ÷15 ( vạch đen) Cấu tạo:
Hình 3-14 Kết cấu bộ xúc tác ba chức năng
1-Vỏ thép không rỉ; 2-Vỏ ngoài; 3,5- Bộ xúc tác; 4- Lưới thép; 6- Thanh ghi;
7-Lớp kim loại nền; 8-Chất xúc tác
Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật Thể tích (cm3) 2166
Mật độ phần tử lọc (ceels/cm2) 93 Độ dày vách ngăn (mm) 0,075 Bước phần tử (mm) 1,04
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 42 EBOOKBKMT.COM
Bộ xúc tác 3 chức năng trên động cơ 1NZ-FE dùng chất xúc tác ( Platine+
Rhodium + Palladium ) loại nguyên khối có dạng như tổ ong, với bề mặt được phủ
các thành phần xúc tác. Các chất này được đỡ bởi một lưới thép không rỉ và được
bao bọc cũng bằng vỏ thép không rỉ. Tất cả nằm trong vỏ thép.
Lớp than hoạt tính là nơi diễn ra các phản ứng xúc tác được chế tạo bằng
những kim loại quý mạ thành một lớp rất mỏng trên vật liệu nền. Vật liệu nền chủ
yếu là một lớp nhôm gamma, bề dày khoảng 20-50 micron được tráng trên bề mặt của thanh ghi.
Có 3 kim loại quý được dùng để tráng lên bề mặt vật liệu nền :Platine (Pt),
Palladium (Pd), Rhodium (Rh). Hai chất Pt và Pd dùng cho các phản ứng oxy hóa
trong khi đó Rh cần thiết cho phản ứng xúc tác khử NOx thành N2. Ngoài ra còn có
một số kim loại khác Ni, Fe, Si, Zr với hàm lượng nhỏ để tăng tính xúc tác tính ổn
định và chống sự lão hóa. Nguyên lý làm việc
Bộ xúc tác 3 chức năng làm việc theo nguyên lý oxy hoá - khử các chất CO,
HC và NOx ( khí CO và HC bị oxy hoá còn NOx bị khử ). Khí thải từ ống góp thải
được dẫn vào bộ xúc tác sẽ đi qua lưới thép có dạng như tổ ong được phủ chất xúc
tác trên bề mặt. Các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ sẽ thực hiện các phản ứng
oxy hoá-khử tại đây để có được dòng khí đi ra khỏi bộ xúc tác có nồng độ các chất
ô nhiễm thấp hơn nhiều lần. Các phản ứng chính diễn ra trong bộ xúc tác gồm:
NOx + HC N2 + CO2 + H2O (1) NOx + CO N2 + CO2 (2) O2 + HC CO2 + H2O (3) O2 + CO CO2 (4)
Bộ xúc tác ba chức năng chỉ phát huy tác dụng khi nhiệt độ làm việc lớn hơn
300oC. Khi vượt qua ngưỡng nhiệt độ này, tỉ số biến đổi những chất ô nhiễm của bộ
xúc tác tăng rất nhanh, tỷ lệ làm sạch gần đạt đến 100% khi nhiệt độ trên 4000C
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 43 EBOOKBKMT.COM
Hình 3-15 Đường đặc tính làm việc của bộ xúc tác
Bộ xúc tác ba chức năng hoạt động có hiệu quả nhất khi tỷ lệ hỗn hợp không
khí-nhiên liệu gần như lý thuyết. Do đó bình xúc tác phải hoạt động song song với
một hệ thống tự động điều chỉnh thành phần hoà khí.
b) Hệ thống điều khiển tỷ lệ không khí – nhiên liệu
Hình 3-16 Sơ đồ hiệu chỉnh phun nhiên liệu theo nồng độ oxy
Hệ thống này hoạt động theo nguyên lý: thông tin về lượng oxy có trong khí thải
được xác định bằng cảm biến oxy đặt trên đường ống thải được truyền về ECU,
ECU có nhiệm vụ tiếp nhận xử lý thông tin và điều chỉnh lượng phun nhiên liệu để
có được thành phần hòa khí lý tưởng.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 44 EBOOKBKMT.COM Cảm biến oxy 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Hình 3-17 Kết cấu cảm biến oxy
1- Đầu bảo vệ ;2- Lớp zirconia;3- Đệm; 4- Thân cảm biến;5- Lớp cách điện ;
6- Vỏ cảm biến; 7- Đường thông với không khí;8- Đầu nối dây; 9- Đường khí thải vào
Cảm biến oxy có phần tử làm bằng zirconi ôxít ( ZnO2 ) đây là một loại
gốm. Bên trong và bên ngoài của phần tử này được bọc bằng lớp platin mỏng.
Không khí chung quanh được dẫn vào cảm biến này và phía ngoài của cảm biến lộ
ra phía khí thải.Ở nhiệt độ 4000 C (hoặc cao hơn) nếu oxy 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 oxy trong
khí thải, sự chênh lệch về nồng độ oxy 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 oxy trong khí thải gần như không còn, điều đó tạo ra sự chênh
lệch lớn về nồng độ oxy 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 oxy trong khí thải phản ứng tạo thành CO. Ðiều đó làm
giảm lượng oxy và tăng độ nhạy của cảm biến. ECU sử dụng tín hiệu này của cảm
biến oxy 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.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 45 EBOOKBKMT.COM
Hình 3-18 Quan hệ giữa tỷ lệ không khí – nhiên liệu
với điện áp cảm biến oxi và lượng phun
3.3.3. Bộ giảm âm chính.
Hình 3-19 Kết cấu bộ giảm âm chính
Trong bộ giảm âm chính được lắp trên đường ống thải của động cơ có van
điều khiển nằm ở vị trí cân bằng đóng nhánh rẽ tắt nhờ lò xo hồi vị.
Khi áp suất khí thải trong bộ giảm âm thấp van này đóng, dòng khí thải phải đi
vòng qua buồng xoáy đảo chiều và các vách ngăn làm giảm các xung động và áp
suất khí thải thoát ra từ đó làm giảm tiếng ồn.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 46 EBOOKBKMT.COM
Khi áp suất khí thải lớn hơn lực hồi vị của lò xo van này sẽ mở tỷ lệ với áp suất khí
thải, tạo điều kiện cho khí thải thoát ra nhanh giảm phản lực trên đường ống thải
Như vậy nhờ có bộ giảm âm chính cho phép động cơ hoạt động êm dịu ở tốc
độ thấp và làm giảm phản lực tác dụng lên đường ống thải khi động cơ hoạt động ở
tốc độ trung bình và cao.
3.4 Kết cấu nắp máy và phương án bố trí đường nạp- thải trên động cơ 1NZ-FE
Hình 3-20 Kết cấu nắp máy
1-Đường nạp;2- Đường thải
Động cơ 1NZ-FE là động cơ phun xăng điện tử, hòa khí được hòa trộn rất đều
nhờ kim phun 12 lỗ, do đó để đảm bảo không ảnh hưởng tới hệ số nạp, bộ góp nạp
đã được đúc bằng nhựa và đường nạp và đường thải của động cơ 1NZ-FE được bố
trí về hai phía điều này giúp cho dòng khí nạp được cách nhiệt rất tốt, không bị gia
nhiệt từ nắp máy động cơ và nhiệt độ dòng khí thải.
3.5. Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải động cơ 1NZ-FE
Động cơ ô tô tạo ra công suất bằng cách đốt cháy nhiên liệu xăng hoặc diesel.
Và sự cháy hoàn toàn của nhiên liệu là không xảy ra, điều đó có nghĩa là các chất
như CO, HC , NOx , …được thải ra bầu khí quyển. Các chất này làm ô nhiễm không
khí, vì vậy qui định của pháp luật bắt buộc phải hạn chế khí thải ra từ động cơ ô tô.
- Các chất ô nhiễm trong sản vật cháy
Quá trình cháy lí tưởng của hỗn hợp hydrocarbure với không khí chỉ sinh ra
CO2, H2O và N2. Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của hỗn hợp một cách lí tưởng
cũng như do tính chất phức tạp của các hiện tượng lí hóa diễn ra trong quá trình
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 47 EBOOKBKMT.COM
cháy nên trong khí xả động cơ đốt trong luôn có chứa một hàm lượng đáng kể
những chất độc hại như oxide nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung là NOx), monoxyde
carbon (CO), các hydro carbure chưa cháy (HC) và các hạt rắn, đặc biệt là bồ hóng.
- Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đối với sức khoẻ con người
+ CO : Monoxyde carbon là sản phẩm khí không màu, không mùi, không vị,
sinh ra do ô xy hoá không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu
oxy. CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của
cơ thể bị thiếu oxy. Nạn nhân có thể bị tử vong tức thời khi nồng độ CO trong máu
cao hoặc bị ảnh hưởng xấu đến hoạt động của não bộ nếu tiếp xúc với CO trong thời gian dài .
+ NOx: NOx là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận. NOx được
hình thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 1100°C). NO2
là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và
làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp. Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở.
Protoxyde nitơ N2O là chất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khí quyển.
+ Hydocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy
không hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường.
Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm. Từ
lâu người ta đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu khi
nồng độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn
1g/m3, đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan.
+ SO2: Oxyde lưu huỳnh là một chất háo nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan vào
nước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào
sâu trong phổi. Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng
cường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân.
Vậy hệ thống phụ trợ lắp trên động cơ truyền thống nhằm mục đích tối ưu hoá
chu trình làm việc của động cơ, làm cho tỷ lệ các chất ô nhiễm trong khí thải là nhỏ
nhất. Đồng thời còn đảm bảo cho động cơ hoạt động tốt nhất trong mọi điều kiện làm việc .
3.5.1.Hệ thống thông hơi cạc te.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 48 EBOOKBKMT.COM
Hình 3-21 Sơ đồ hệ thống thông hơi cạc te
1- Bộ lọc không khí; 2- Cảm biến lưu lượng khí nạp; 3- Cảm biến nhiệt độ khí nạp
4- Mô tơ bước; 5- Cảm biến vị trí bướm ga; 6- Bộ góp nạp; 7- Van PCV.
Khe hở giữa pittông và xylanh được bít kín nhờ xéc măng nhưng bản thân
xec măng cũng không làm kín được hoàn toàn, hơi xăng và khí cháy sẽ len lỏi qua
khe hở này trong các trường hợp : xì qua khe hở có sẵn; xì qua khi áp suất trong
xylanh tăng cao vào kỳ nén và kỳ nỗ; hoặc xì ngược lại khi áp suất trong xylanh
giảm xuống hay áp suất trong cạc te tăng cao.
Khí lọt xuống hộp trục khuỷu gồm có HC, CO, bồ hóng, muội than, hơi
nước, lưu huỳnh và axit. Các chất này nếu không đưa ra khỏi cạc te sẽ làm cho chi
tiết máy bị ăn mòn bởi lưu huỳnh và axít, nhớt bị phân hủy tạo thành sình bùn đọng
dưới đáy cạc te gây tắc nghẽn mạch nhớt. Để tránh ô nhiễm môi trường và giữ sạch
cacte nên trên động cơ 1NZ-FE có bố trí hệ thống thông hơi cạc te kín.
Độ chân không của đường ống nạp được sử dụng để hút khí lọt vào cạc te
thông lên nắp qui lát qua van PCV vào đường nạp để sử dụng lại. Độ mở của van
PCV phụ thuộc vào độ chân không trên đường ống nạp, để điều tiết lượng khí nhiên
liệu cho hợp lý. Nói cách khác, khí nhiên liệu được điều tiết khi động cơ hoạt động
ở tải thấp để duy trì sự ổn định cho động cơ, và dòng khí này sẽ tăng lên khi mức tải của động cơ tăng lên.
Các chế độ hoạt động của van PCV.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 49 EBOOKBKMT.COM
Hình 3-22 Các chế độ làm việc của van PCV
a- Khi động cơ không làm việc; b- Khi động cơ chạy không tải hoặc giảm tốc;
c- Khi động cơ hoạt động bình thường;d- Khi động cơ tăng tốc hoặc mang tải nặng.
Khi động cơ không làm việc van được đóng nhờ lực lo xo. Khi động cơ chạy
không tải hay giảm tốc độ, độ chân không ở đường nạp lớn làm van PCV mở nhưng
do kết cấu đặc biệt của van làm khe chân không hẹp nên lượng khí lọt qua van ít.
Khi động cơ hoạt động bình thường, độ chân không trung bình nên khe chân không
mở rộng hơn. Khi động cơ tăng tốc hay mang tải nặng, van và khe chân không mở
hoàn toàn, một phần khí lọt được hút từ nắp đậy nắp qui lát vào phía trước của
bướm ga khi lượng khí lọt thực tế lớn hơn lượng khí có thể đi qua van.
Hình 3-23 Đường đặc tính lưu lượng van PCV
3.5.2.Hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải.
Hệ thống hồi lưu khí thải ( EGR ) đưa một phần khí thải vào tái tuần hoàn
trong hệ thống nạp khí, khí thải được trộn lẫn với hỗn hợp không khí-nhiên liệu thì
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 50 EBOOKBKMT.COM
sự lan truyền ngọn lửa trong buồng đốt bị chậm lại, bởi vì phần lớn khí thải là trơ
(không cháy được) nhiệt độ cháy cũng giảm xuống (vì khí trơ hấp thụ nhiệt tỏa ra)
từ đó làm giảm lượng khí NOx sinh ra.
Hình 3-24 Sơ đồ hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải
1- Bộ lọc không khí; 2- Cảm biến lưu lượng khí nạp; 3- Cảm biến nhiệt độ khí
nạp;4- Mô tơ bước; 5- Cảm biến vị trí bướm ga; 6- Bộ góp nạp; 7- Van EGR; 8-
Rơle đóng mạch; 9- Nguồn điện;10- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 11- Cảm
biến góc quay trục khuỷu; 12- Tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp;13- Tín hiệu
từ cảm biến vị trí bướm ga; 14- Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 15-
Tín hiệu từ cảm biến góc quay trục khuỷu. Nguyên lý hoạt động.
Khi nhiệt độ nước làm mát của động cơ thấp, hoặc khi động cơ chạy không tải,
hoặc khi bướm ga mở hoàn toàn thì van EGR được đóng bởi sự điều khiển của
ECU, không cho thực hiện hồi lưu khí thải. Bởi vì nếu cho dòng khí thải hồi lưu sẽ
làm cho động cơ hoạt động không ổn định ở chế độ không tải và giảm công suất ở chế độ toàn tải.
Trong các quá trình hoạt động bình thường của động cơ, ECU phát tín hiệu mở
van, tiến hành hồi lưu khí thải. Dòng khí thải tuần hoàn về được điều tiết bởi van
EGR, nên không làm giảm khả năng hoạt động của động cơ.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 51 EBOOKBKMT.COM Van EGR : Hình 3-25 Kết cấu van EGR
1- Đầu nối với ECU và nguồn điện; 2- Nối với đường ống nạp;
3- Nối với đường ống thải; 4- Rô to;5- Cuộn dây; 6- Van kim.
Van EGR sử dụng mô tơ bước để đóng mở van kim (6), thực hiện chức năng
điều khiển dòng hồi lưu khí thải. Khi nhận được tín hiệu điều khiển từ ECU cấp
điện cho cuộn dây (5), rô to (4) quay làm cho van kim (6) ăn khớp ren với nó dịch
lên (hoặc xuống), mở (đóng) đường thông cho khí thải đi vào đường ống nạp. Van
EGR kiểu này hoạt động gần như hoàn toàn độc lập, không phụ thuộc vào độ chân
không trong đường ống nạp động cơ do được điều khiển trực tiếp từ ECU. Vì vậy
nó có thể mở ở những điều kiện khác nhau với độ mở khác nhau tuỳ theo điều kiện làm việc của động cơ.
3.5.3. Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng.
Hệ thống kiểm soát thải hơi nhên liệu tạm thời hấp thụ hơi nhiên liệu vào bộ
lọc than hoạt tính và dẫn nó vào động cơ để đốt cháy, nhờ vậy mà không cho nhiên
liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu lọt ra ngoài khí quyển.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 52 EBOOKBKMT.COM
Hình 3-26 Sơ đồ hệ thống kiểm soát sự bay hơi xăng
1- Bộ lọc không khí; 2- Cảm biến lưu lượng khí nạp; 3- Cảm biến nhiệt độ khí nạp
4- Mô tơ bước; 5- Cảm biến vị trí bướm ga; 6- Bộ góp nạp; 7- Van điện từ điều
khiển ;8- Rơle đóng mạch; 9- Nguồn điện; 10,11- Van một chiều; 12- Bình lọc than
hoạt tính; 13- Bình chứa nhiên liệu; 14-Tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp; 15-
Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ khí nạp; 16- Tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga; 17-
Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát. Nguyên lý hoạt động:
Hơi nhiên liệu bốc lên từ bình nhiên liệu đi qua van một chiều (11) và đi vào
bộ lọc than hoạt tính, than sẽ hấp thụ hơi nhiên liệu. Khi động cơ hoạt động, van
điện từ điều khiển thoát hơi nhiên liệu được bật mở bởi bộ ECU, chân không trong
hệ thống nạp sẽ thông với hộp than, hơi nhiên liệu được lưu trữ trong hộp than theo
đường ống dẫn qua van điện từ đi vào cổ họng gió rồi vào buồng cháy.
Van một chiều (10) và van chân không ở 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
Khi nhiệt độ nước làm mát động cơ thấp hoặc khi lượng không khí nạp
nhỏ(như khi động cơ chạy không tải ), thì bộ ECU điều khiển van điện từ về trạng
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 53 EBOOKBKMT.COM
thái đóng, để ngắt dòng hơi nhiên liệu đi vào trong đường nạp. Điều này không chỉ
đảm bảo cho sự làm việc ổn định của động cơ, khi động cơ nguội hoặc chạy dưới tải
thấp mà còn làm ổn định mức độ hơi nhiên liệu thoát ra.
- Van điện từ điều khiển thoát hơi nhiên liệu
Hình 3-27 Van điện từ điều khiển thoát hơi nhiên liệu
1- Đường đến hệ thống nạp ; 2- Đường đến từ hộp tích tụ ; 3- Lò xo ; 4- Cuộn
dây ; 5- Đầu nối đến ECU ; 6- Van kim
Van điện từ điều khiển hơi xăng là một van nam châm điện ON/OFF và được
điều khiển bởi ECU động cơ . Van mở khi cuộn dây nhận tín hiệu điện từ ECU, sinh
ra một từ trường hút van kim sang phải , mở đường thông để cho hơi nhiên liệu từ
trong hộp tích tụ hơi xăng được hút vào trong đường ống nạp .
Khi van ở chế độ OFF , tức là tín hiệu từ ECU truyền tới bị ngắt , thì lực điện
trường giữa cuộn dây và van không còn , do không thắng được lực lò xo của van
kim nên van kim dịch chuyển sang trái đóng đường thông giữa hộp tích tụ hơi xăng và đường ống nạp.
4.Tính toán các chu trình công tác của động cơ 1NZ-FE
Mục đích phần tính toán nhiệt động cơ là :
+ Tính toán các quá trình nhiệt trong động cơ (nạp, nén, cháy giãn nở và thải)
+ Xác định được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và kiểm nghiệm (xác định) các kích
thước cơ bản của động cơ.
+ Xây dựng được đồ thị công lý thuyết của động cơ.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 54 EBOOKBKMT.COM
Kết quả tính toán trong phần tính toán nhiệt động cơ sẽ là nền tảng trong quá trình
tính toán thiết kế động cơ đốt trong.
4.1.Các số liệu ban đầu
Bảng 4-1 Thông số ban đầu Tên thông số Ký hiệu Thứ Giá trị nguyên Công suất có ích Ne Kw 81 Tỷ số nén 10,5 Số vòng quay n Vòng/ phút 6000 Đường kính xi lanh D mm 75 Hành trình piston S mm 84,7 Số xi lanh i 4 Số kỳ 4 Góc mở sớm xupáp nạp 1 Độ -70~ 530
Góc đóng muộn xupáp nạp 2 Độ 520~ -80 Góc mở sớm xupáp thải 3 Độ 420
Góc đóng muộn xupáp thải 4 Độ 20
4.2.Các thông số chọn Bảng 4-2 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 1 Áp suất cuối kỳ nạp Pa MN/m2 0,085 Áp suất khí sót Pr MN/m2 0,11 Nhiệt độ khí sót Tr K 900
Độ sấy nóng khí nạp mới T 8
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 55 EBOOKBKMT.COM Chỉ số đoạn nhiệt m 1,5
Hệ số lợi dụng nhiệt tại z z 0,865
Hệ số lợi dụng nhiệt tại b b 0,95 Tỷ số tăng áp 4 Hệ số nạp thêm 1 1,02 Hệ số quét buồng cháy 2 1
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 1,17
Hệ số điền đầy đồ thị đ 0,968
4.3.Tính toán các chu trình công tác
4.3.1. Quá trình nạp - Hệ số khí sót : r . 1 2 T T p k r . . r T p 1 r a m p (4-1) r . . . 1 t 2 p a 1 . 298 8 1 , 0 1 1 . . , 0 0513 900 , 0 085 1 1 , 0 1 , 1 5 10 . 5 , , 1 02 1 , 1 . 7 1. 0 , 0 85 - Hệ số nạpv : 1 1 T p p k a m r . . . . . v (4-2) 1 T 1 t 2 T p p k k a 1 1 298 , 0 085 1 , 0 1 , 1 5 . . . 1 0 5 , . 0 , 1 2 1 , 1 . 7 1. 8 , 0 064 v 10 5 , 1 298 8 1 , 0 0.085
- Nhiệt độ cuối qúa trình nạp Ta[oK): m1 p
T T . T . . k m a T t r r a = p (4-3) r 1 r , 1 5 1 , 0 085 , 1 5 T 298 8 1 , 1 7 0 , 0 . 51 . 3 90 . 0 a = 1 , 0 1 = 338,1786[oK] 1 0 , 0 513
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 56 EBOOKBKMT.COM
- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M 0 : 1 C H O M ( nl ) 0 (4-4) , 0 21 12 4 32 Trong đó:
Thành phần trong 1 kg nhiên liệu [kg) Khối lượng Nhiệt trị Nhiên liêu phân tử thấp Q nl H C H O [kg/kmol) [kj/kg) Xăng 0,855 0,145 0 110 - 120 43.995 1 8 , 0 85 14 , 0 5 0 Mo = .
=0, 512 [kmol không khí/kg nhiên liệu] , 0 21 12 4 32
- Tính số mol khí nạp mới M1 [kmol không khí/kg nhiên liệu]
Do động cơ 1NZ-FE là động cơ phun xăng M .M 1 , 0 . 1 0 =
512 = 0,512[kmol không khí/kg nhiên liệu] (4-5) 4.3.2. Quá trình nén
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí mCvkk [KJ/Kmol.K]. bv 0 , 0 0419 mC a T 80 , 19 6 29
. 8 =20,4303[KJ/Kmol.K]. (4-6) vkk v 2 K 2
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy mC v : b v
mC a T [KJ/Kmol.K]. (4-7) v v r 2 Trong đó: a" 19 8 , 67 6 , 1 34 v = 6 , 1 34 " a 19 8 , 67 v = 21,501 1
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 57 EBOOKBKMT.COM 184 3 , 6 5 " b v 427 3 , 8 1 . 0 1 = 0,0031 , 0 0031 mC 20 5 , 010 9 . 00 v = 22,8960[KJ/Kmol.K]. 2
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy C m [KJ/Kmol.K]. v b v
mC a T [KJ/Kmol.K). (4-8) v v a 2 Trong đó: ' a a v v r ' . 8 , 19 06 501 , 21 . 0 0 , 0 513 a 8 , 19 887 v 1 1 , 0 0513 r ' b b v v r ' . , 0 00419 , 0 00 . 31 , 0 0513 b , 0 00428 v 1 1 , 0 0513 r Vậy: b 0041 , 0 v
mC a T =19,8887+
. 338,1786 = 20,6132[KJ/Kmol.K]. v v a 2 2
- Chỉ số nén đa biến trung bình n1: 3 , 8 14 n ' 1 = 1 + b '
a v .T (4-9) v a . n 1 1 1 2 3 , 8 14 1 n1 = 0 , 0 0428 19 8 , 87 3 . 33 7 , 01 .10 5 , n 1 1 1 2
Giải phương trình trên theo phương pháp chia đôi ta được: n1 = 1,369
- Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc: T n c = Ta. 1 1
= 337,01. 10,51, 369 -1 = 777,69[oK] (4-10) -
Áp suất cuối quá trình nén Pc: Pc = pa. 1n
=0, 085. 10,51, 369 =1.927 [MN/m2]. (4-11)
4.3.3. Quá trình cháy - Tính M:
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 58 EBOOKBKMT.COM
Động cơ xăng khi 1 thì H O 1 M (4-12) 4 32 nl 145 , 0 0 1 M = 0,0279 4 32 120
- Tính số mol sản phẩm cháy M2 [kmol/kg nhiên liệu]: M M M 2 1 (4-13) M 5 , 0 12 0 , 0 279 2
= 0,5398 [kmol/kg nhiên liệu].
- Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết 0 . M 2 5 , 0 398 =1,0545 (4-14) 0 M 5 , 0 12 1
- Hệ số biến đổi phân tử thực tế . o r 0 , 1 545 0 , 0 564 = =1,0516 (4-15) 1 1 0 , 0 564 r
- Hệ số biến đổi phân tử tại z. z 1 0 , 1 545 1 8 , 0 65 1 0 . z 1 . z =1,047 (4-16) 1 1 0 , 0 564 9 , 0 5 r b
- Tính hệ số toả nhiệt xz tại z. z x 8 , 0 65 z =0,910 (4-17) 9 , 0 5 b
- Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn QH. QH = 120000(1-)M0 (4-18)
Do động cơ phun xăng = 1 nên QH = 0
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất mC vz tại z.
mC a b T vz vz vz z (4-19) Trong đó:
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 59 EBOOKBKMT.COM a M . x a M . 1 x v 2 z v 1 z o a vz r M x M 1 x 2 z 1 z o , 0 0503 21 5 , 010 5 , 0 . 398 8 , 0 65 19 88 , 87 51 , 0 . 21 9105 , 0 0 , 1 545 a vz =20,431 , 0 0503 5 , 0 398 9105 , 0 5 , 0 121 910 , 0 5 , 1 0537 b M . x b M . 1 x v 2 z v 1 z o b vz r M x M 1 x 2 z 1 z o 0503 , 0 53 , 0 . 0031 , 0 98 9 , 0 105 , 0 00428. 51 , 0 21 9 , 0 105 , 1 0545 b vz =0,00382 , 0 0503 5398 , 0 9105 , 0 512 , 0 9 , 0 105 1 0545 , 1
- Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz [oK] . Q Q z H H . . . '' . (4- M 1 mC T m C T . 1 r vc c z vz z 20)
Đưa về dạng phương trình bậc hai: AT 2 BT C 0 z z A = b . z
vz = 1,0473.0,00382 = 0,004 B = a . z vz = 1,0473. 20,431= 21,397 Q ( Q ) 8 , 0 6 ( 5 43900 ) 0 C = z H H = = -70615,0549 M . 1 ( ) 5 , 0 1 . 2 1 ( , 0 050 ) 3 1 r
Vậy phương trình bậc hai: , 0 004 2 T 21 3 , 97T 7061 , 5 0549 0 z z Giải phương trình ta có: Tz = 2306,076 [oK].
- Áp suất cực đại chu trình Pz [MN/m2]. Tz p p . z c z [MN/m2]. (4-21) Tc
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 60 EBOOKBKMT.COM 2306,076 P 9 , 1 27. , 1 z = 047 = 5,983[MN/m2]. 777,69
4.3.4. Quá trình giãn nở
- Tỷ số giãn nở sớm : = 1 (4-22)
- Tỷ số giãn nở sau : = =10,5. (4-23)
- Kiểm nghiệm lại trị số n2:
Chọn trước n2, tính lặp n2 theo công thức: 3 , 8 14 n 1 2 Q .( Q ) b b z H H a . T T (4-24) M 1 . . T T ) 2 1 r z b z vz z b T Trong đó: z T b [oK]. n 1 2
Giải phương trình trên theo phương pháp chia đôi ta được: n2 = 1,2325
- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb [oK]. 230 6 T b =1356,48[oK]. (4-25) , 1 2325 1 10 5 ,
- Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb [MN/m2]. pz 9 , 5 823 p b = =0,359[MN/m2]. (4-26) , 1 2325 2 n 10 5 ,
- Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót Trtính [oK). m 1 , 1 5 1 m P , 1 1 , 0 1 r T T = 5 1356,48 = 914,416[oK] (4-27) rt b P 3 , 0 59 b T T r r tính chon 914,416 900 Sai số: , 2 277 % 4 1 % 5 T 914,416 rtính
4.3.5. Tính toán các thông số của chu trình công tác
Tính toán các thông số chỉ thị:
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 61 EBOOKBKMT.COM
- Áp suất chỉ thị trung bình ' P i [MN/m2] ' P λ 1 1 1 P c i 1 1 [ MN/m2] (4- ε 1 n 1 εn2 1 n 1 εn1 1 2 1 28) ' 1,927 4 1 1 1 P i 1 1 ,1214[MN/m2 ] 5 , 0 1 1 1,2325 1 5 , 0 1 1,2325 1 1,369 1 5 , 0 1 1,369 1
- Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi [MN/m2] p p . i i â [MN/m2] (4-29) p , 1 968 , 0 . 2135 i =1,18 [MN/m2]
- Hiệu suất chỉ thị động cơ i : 3 , 8 1 . 4 M .p .T 1 i k 3 , 8 1 . 4 0.51 . 2 1.174 . 7 298 0.4401 i (4- Q . . p 4399 . 5 0.826 0 . .01 H v k 30)
- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi [g/kw.h]. 3600000 g 3600000 i = =185,92[g/kw.h]. (4-31) Q . 4399 . 5 , 0 4401 H i
4.3.6. Tính toán các thông số có ích:
- Tổn thất cơ giới pm [MN/m2]
Theo công thức kinh nghiệm:
p a b C . p p m m r a (4-32) S.n 0,0847.600 0 Trong đó: C m = = 16,0533 [m/s] 30 30
Tuỳ theo động cơ và tỷ số S/D, loại buồng cháy tra các giá trị a, b Vậy: p 0 , 0 24 0 , 0 053 1 . 6 0 , 533 1 , 0 1 0 , 0 847 m = 0,1344[MN/m2]
- Áp suất có ích trung bình pe [MN/m2]
p p p p e i m = 1,1844 - 0,1344
e = 1,1844 - 0,1344 = 1,05 [MN/m2] (4-33)
- Hiệu suất cơ giớim :
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 62 EBOOKBKMT.COM pe , 1 05 m = = 0,88 (4-34) p 1 , 1 844 i
- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge [g/kw.h] g 185,92 g i e = 210.[g/kw.h]. (4-35) 8 , 0 8
- Hiêu suất có ích e . . e m i =0,88. 0,44= 0,3888 (4-36)
- Thể tích công tác của động cơVh [dm3] N .3 . 0 V e 81 3 . . 0 4 h = =0,5[dm3] p i. n . , 1 0 . 5 . 4 6000 e (4-37)
- Kiểm nghiệm đường kính xi lanh Dt [dm]. 4 V . 5 , 0 . 4 D h = = 0,75038[dm] (4-38) t S . 847 , 0 . 14 , 3
Sai lệch: D D D , 75 038 75 t =0,038 ≤ 0,1[mm]
Bảng 4-3 Các thông số tính toán nhiệt Stt Tên thông số Ký hiệu
Thứ nguyên Kết quả QUÁ TRÌNH NẠP 1
Nhiệt độ không khí trước xupap nạp T 0 k K 298 2 Hệ số nạp ηv 0,8064 3 Hệ số khí sót γr 0,0513 4
Nhiệt độ cuối quá trình nạp T 0 a K 338,178 QUÁ TRÌNH NÉN
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 63 EBOOKBKMT.COM 5
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của mCvkk kJ/kmol.độ 20,4303 không khí 6
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản mC kJ/kmol.độ 22,896 v vật cháy 7
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của mC kJ/kmol.độ 20,613 v hỗn hợp công tác 8
Chỉ số nén đa biến trung bình n1 1,369 9
Áp suất cuối quá trình nén pc MN/m2 1,927 10
Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc 0K 777,69 QUÁ TRÌNH CHÁY 11
Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy M0 Kmolkk/kgnl 0,512 hoàn toàn 1kg nhiên liệu 12 Số mol khí nạp mới M1 Kmol/kgnl 0,512 13 Số mol sản vật cháy M2 Kmol/kgnl 0,5398 14
Hệ số biến đổi phần tử lý thuyết β0 1,0545 15
Hệ số biến đổi phần tử thực tế β 1,0516 16
Hệ số biến đổi phần tử tại Z βz 1,047 17
Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn ΔQH 0 18
Nhiệt độ cực đại của chu trình T 0 z K 2306,07 6 19
Áp suất cực đại của chu trình lý thuyết pz MN/m2 5,983 QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ 20 Tỷ số giản nở sớm ρ 1 21 Tỷ số giản nở sau δ 10,5 22
Nhiệt độ cuối quá trình giản nở T 0 b K 1356,48 23
Áp suất cuối quá trình giản nở Pb MN/m2 0,359 24
Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 1,2325 25 Nhiệt độ khí sót T 0 r K 914,416 THÔNG SỐ CHỈ THỊ 26
Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết ' P MN/m2 1,214 i 27
Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi MN/m2 1,18
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 64 EBOOKBKMT.COM 28 Hiệu suất chỉ thị ηi 0,4401 29
Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi kg/kw.h 185,92 CHỈ TIÊU CÓ ÍCH 30
Áp suất tổn thất cơ giới trung bình pm MN/m2 0,1344 31
Áp suất có ích trung bình pe MN/m2 1,05 32 Hiệu suất cơ giới ηm 0,88 33
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge kg/kw.h 210 34 Hiệu suất có ích ηe 0,3888
5. Kiểm tra bảo dưỡng các cụm chi tiết trong hệ thống nạp-thải động cơ 1NZ- FE.
5.1. Những hư hỏng thường gặp a) Bộ lọc khí Hiện tượng
+Lọc khí lủng sẽ làm tăng nhanh độ mòn xylanh, piston, séc măng
+Lọc khí ngạt sẽ làm hao xăng, thải khói đen, máy yếu, mau mòn
Bảo dưỡng:bộ lọc khí có thể vệ sinh rồi dùng lại hoặc thay mới
- Khi vệ sinh lọc khí cần chú ý:
Nếu bẩn nhẹ có thể dùng khí nén để xịt bụi
Nếu bẩn nặng hoặc có dính dầu thì tiến hành theo các bước sau: +Rửa sạch bằng nước
+Ngâm trong thuốc tẩy khoảng 15 phút
+Lấy ra xịt nước với áp lực không quá 40psi cho đến khi sạch
+Lấy gió nén thổi thật khô
- Khi thay mới phải thực theo đúng qui định +Thay mới đúng loại
+Xem tài liệu hướng dẫn trước khi tháo lắp b) Bộ xúc tác - Hiện tượng + Máy bị nóng quá mức + Máy yếu
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 65 EBOOKBKMT.COM + Lực phản tăng lên
+ Lượng khí độc hại gia tăng
-Bảo dưỡng bằng cách thay mới -Cách kiểm tra:
+ Sử dụng máy phân tích khí thải 4 chất để kiểm tra
+ Cho máy chạy cầm chừng, đợi bộ xúc tác nóng lên
+ Đo lượng khí O2 và CO2 ở cuối đường ống thải. Nếu lượng O2 xấp xỉ 5%
trở lên và lượng CO2 ≤ 0,5% thì bộ xúc tác vẫn còn hoạt động tốt với điều kiện các
hệ thống khác vẫn hoàn hảo.
c) Đường ống thải và bộ giảm âm
Hơi nước có mặt trong ống thải cùng nhiệt độ lớn là nguyên nhân chủ yếu
khiến đường ống thải bị rỉ và ăn mòn. Nước trong hệ thống do sản phẩm phụ của
quá trình cháy và chuyển đổi dùng xúc tác, ngoài ra thời tiết cũng là nguyên nhân
làm đọng nước trong đường ống thải như mưa lớn, đường ngập nước.
Bộ phận giảm thanh cũng rất dễ bị rỉ và cần thay thế. Khi đột nhiên xe ồn lên khá
rõ, đặc biệt những lúc tăng ga, tốt nhất nên kiểm tra và thay thế ngay.
5.2. Kiểm tra hệ thống thông hơi cạc te
- Kiểm tra hệ thống : Tháo ống thông hơi ra khỏi van PCV. Sau đó tháo van
PCV ra khỏi nắp. Lắp lại van PCV vào ống thông hơi rồi khởi động cơ và cho hoạt
động cầm chừng. Dùng ngón tay bịt miệng van PCV và kiểm tra xem có cảm nhận
được lực hút chân không của đường ống nạp hay không. Nếu không , vệ sinh van PCV hoặc thay mới .
- Kiểm tra van PCV : Xỏ một que nhỏ vào van PCV, rồi đẩy que tới lui kiểm tra
sự dịch chuyển của piston bên trong. Nếu piston không chuyển động thì van PCV đã
bị nghẹt, phải vệ sinh hoặc thay van mới.
5.3. Kiểm tra hệ thống kiểm soát sự thải hơi xăng
- Kiểm tra hệ thống : Chọn điều kiện để kiểm tra khi nhiệt độ nước làm mát đạt
từ 80 0 C trở lên . Tháo đường ống chân không rồi gắn đầu của bơm chân không
vào . Sau đó khởi động động cơ và quan sát , khi tốc độ động cơ tăng lên thì áp suất
chân không tăng tương ứng theo. Nếu áp suất chân không không có gì thay đổi thì
đường ống cần phải làm sạch .
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 66 EBOOKBKMT.COM
- Kiểm tra van điện từ điều khiển thoát hơi nhiên liệu : Tháo ống chân không ra
khỏi van xả điện từ. Gắn bơm chân không vào đầu nối (A) của van điện từ . Kiểm
tra độ kín chân không, khi cắm điện áp trực tiếp từ ắc quy cho van điện từ điều
khiển thoát hơi nhiên liệu và khi không có điện . Tiếp đó đo điện trở tại các cực của
van điện từ . Giá trị tiêu chuẩn : 30 ÷ 34 Ω ở nhiệt độ môi trường 200 C )
5.4. Kiểm tra hệ thống hồi lưu khí thải - Kiểm tra van EGR :
+ Kiểm tra âm thanh hoạt động : Kiểm tra âm thanh hoạt động của mô tơ bước
có phát ra từ van EGR khi bật công tắc sang ON ( khi chưa khởi động máy ) hay
không. Nếu không nghe thấy gì, kiểm tra mạch điều khiển của mô tơ bước.
+ Kiểm tra điện trở cuộn dây : Tháo van EGR ra khỏi hệ thống. Đo điện trở giữa
cực số 2 và cực số 1 hoặc cực số 3 của đầu nối điện van EGR (Giá trị tiêu chuẩn :
20 ÷ 24 Ω ở 200 C ). Tiếp tục đo điện trở giữa cực số 5 và cực số số 6 hoặc cực số 4
của đầu nối điện van EGR. Giá trị tiêu chuẩn: 20 ÷ 24 Ω ở 200 C ). Sau đó dùng một
miếng đệm, lắp van EGR vào bằng cách xiết chặt các bu lông theo lực xiết qui định.
+ Kiểm tra hoạt động của van : Tháo van EGR ra khỏi hệ thống. Gắn dụng cụ
chuyên dùng vào đầu nối van EGR. Nối cực dương ắc qui vào cực số 2. Nối đầu
cực 1 và cực 3 vào cực âm của ắc qui để kiểm tra mô tơ có rung không để biết mô
tơ đang hoạt động. Tiếp đó nối cực dương ắc qui vào cực 5, và cực âm nối với cực 4
và cực 6 để kiểm tra độ rung của động cơ để biết động cơ có đang hoạt động không.
Trong quá trình kiểm tra, nếu thấy rung chứng tỏ mô tơ bước hoạt động bình
thường. Sau khi kiểm tra xong, dùng miếng đệm mới, lắp van lại và xiết chặt các
bu lông với lực xiết tiêu chuẩn . - Vệ sinh van EGR :
Tháo van EGR ra và kiểm tra xem nó có bị tắc nghẽn do muội than không. Có
thể dùng bàn chải nhỏ để vệ sinh van nếu cần. Sau đó lắp van trở lại và xiết các bu
lông với lực xiết tiêu chuẩn .
5.5. Kiểm tra các cảm biến
+ Kiểm tra cảm biến lưu lượng
- Điều kiện kiểm tra: Nhiệt độ nước làm mát động cơ: 850 C ÷ 950 C , đèn , quạt
gió và các thiết bị phụ ở chế độ OFF.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 67 EBOOKBKMT.COM
- Tháo và kiểm tra giắc cắm của cảm biến. Bật công tắc nguồn rồi đo điện áp
giữa cực 2 và nối đất. Giá trị tiêu chuẩn là 0,2 V hoặc thấp hơn. Nếu kết quả không
đạt giá trị tiêu chuẩn thì kiểm tra giắc cắm của rơ le điều khiển, sửa chữa hoặc thay
thế nếu cần thiết. Nếu kết quả bình thường thì chuyển sang bước tiếp theo: đo điện
trở giữa cực 4 và nối đất của giắc cắm cảm biến. Giá trị tiêu chuẩn là 2 . Nếu kết
quả không bình thường thì kiểm tra giắc cắm C – 113 của ECU và đường dây nối
giữa cực 4 của cảm biến với cực 96 của ECU, sửa chữa hoặc thay thế cá bộ phận
đó. Nếu kết quả bình thường thì chuyển sang bước tiếp theo.
- Đo lưu lượng khí nạp ở các chế độ hoạt động của động cơ. Ở chế độ không tải
giá trị tiêu chuẩn là 2 ÷ 4 (gm/s), ở tốc độ 2500 (v/ph) là 6,5 ÷ 12 (gm/s). Nếu kết
quả không đúng thì chứng tỏ cảm biến đã bị hư, phải thay thế.
+ Kiểm tra cảm biến nhiệt độ khí nạp
- Ngắt giắc cắm nối cảm biến nhiệt độ khí nạp với ECU. Đo điện trở cảm biến ở
các nhiệt độ - 200 C, 00 C, 200 C, 400 C, 600 C và 800 C xem có đạt giá trị tiêu chuẩn
hay không. Sau đó tháo cảm biến ra và đo điện trở khi làm nóng cảm biến bằng máy
sấy tóc. Ở điều kiện bình thường thì khi nhiệt độ tăng điện trở sẽ giảm. Nếu giá trị
điện trở khác với giá trị tiêu chuẩn hay điện trở không thay đổi thì phải thay thế cảm
biến. Nếu kết quả bình thường thì lắp cảm biến trở lại với lực xiết tiêu chuẩn: 1,8 ± 0,6 Nm.
Giá trị điện trở tiêu chuẩn cho ở bảng dưới. Nhiệt độ Giá trị điện trở - 20 0 C 13÷17 k 00 C 5,3÷6,7 k 200 C 2,3 – 3,0 k 400 C 1,0 – 1,5 k 600 C 0,56 – 0,76 k 800 C 0,30 – 0,45 k + Kiểm tra cảm biến oxy
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 68 EBOOKBKMT.COM
- Ngắt giắc nối cảm biến và nối dụng cụ chuyên dùng vào. Lưu ý cần đảm bảo
thong mạch giữa cực 1 và cực 3 của cảm biến , nếu không phải thay cảm biến. Tiếp
đó làm nóng động cơ cho đến khi nhiệt độ nước làm mát ≥ 800 C. Cho động cơ chạy
ở tốc độ 4500 v/ph trong vòng 5 phút hoặc nhiều hơn và đo điện áp đầu ra của cảm
biến rồi so sánh với giá trị tiêu chuẩn (0,6 – 1,0 V). Nếu không đạt giá trị tiêu chuẩn
chứng tỏ cảm biến oxy đã hỏng, phải thay thế. KẾT LUẬN
Sau thời gian 15 tuần nỗ lực tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với sự giúp đỡ tận
tình của các thầy cô giáo, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn NGUYỄN QUANG
TRUNG, đến nay em đã cơ bản hoàn thành nhiệm vụ khảo sát đề tài tốt nghiệp được giao.
Qua đề tài đã giúp em hiểu thêm về tính năng và kết cấu của hệ thống nạp thải
trên động cơ cũng như tầm quan trọng của các quá trình nạp, thải đối với hoạt động
của động cơ. Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu, do thời gian và khả năng hiểu
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 69 EBOOKBKMT.COM
biết còn hạn chế nên trong quá trình khảo sát không tránh khỏi những thiếu sót, em
rất mong được sự lượng thứ và đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy cô giáo.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí Giao
Thông- Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, đặc biệt em xin chân thành cảm ơn
thầy giáo NGUYỄN QUANG TRUNG, đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tài liệu hướng dẫn sửa chữa xe Toyota Vios.
[2] Tài liệu đào tạo tập 1.“Hệ thống điều khiển bằng máy”.Toyota
[3] Tài liệu đào tạo tập 4.“Hệ thống kiểm soát khí xả”.Toyota
[4] Nguyễn Tất Tiến.“Nguyên lý động cơ đốt trong”. NXB giáo dục, 2000.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 70 EBOOKBKMT.COM
[5] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết cấu
và tính toán động cơ đốt trong”. Hà Nội: NXB Đại học trung học chuyên nghiệp, 1979.
[6] Bùi Văn Ga “Ô tô và ô nhiễm môi trường”.Đại học Bách khoa Đà Nẵng
[7] http://www.autoshop 101.com.Tháng 3-2009
[8] http://www.onlinefreeebooks.net/ebooks/toyota-engine-repair-manual- pdf.html.Tháng 3-2009
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục 71
Document Outline
- LỜI NÓI ĐẦU
- PHAN MINH TRUNG
- 1.Tổng quan về hệ thống nạp thải
- 1.1 Hệ thống nạp thải động cơ xăng
- Hình1-1 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải
- 1.1.1 Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí
- 1.1.2 Đường nạp động cơ phun xăng điện tử
- Hình 1-5 Bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc
- a) Van biến biến thiên đường nạp đóng; b) Van biến biến thiên đường nạp mở
- 1.1.3 Đường thải động cơ xăng
- 1.1.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ xăng
- 1.2 Hệ thống nạp thải động cơ diezen
- 1.2.1 Đường nạp động cơ diezen
- 1.2.2 Đường thải động cơ diezen
- 1.2.3 Đường nạp thải của động cơ diezen tăng áp
- 1.2.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ diezen
- 1.3. Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải của động cơ đốt trong
- 1.4. Đặc điểm quá trình nạp-thải trong động cơ đốt trong.
- 1.4.1. Quá trình nạp.
- 1.3.2. Quá trình thải
- 2. Giới thiệu chung về động cơ 1NZ-FE.
- Bảng 2-2 Động cơ
- 2.1.Đặc điểm kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ 1NZ-FE
- 2.1.1.Cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền-piston
- 2.1.2. Nhóm thân máy –nắp máy
- 2.1.3. Cơ cấu phân phối khí.
- 2.1.4. Hệ thống bôi trơn.
- 2.1.5. Hệ thống làm mát.
- 2.1.6. Hệ thống đánh lửa
- 2.1.7. Hệ thống nhiên liệu.
- 2.1.8. Hệ thống khởi động.
- 3. Khảo sát hệ thống nạp – thải động cơ 1NZ-FE.
- 3.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp-thải động cơ 1NZ-FE
- 3.2.Đường ống nạp.
- 3.2.1.Lọc không khí.
- 3.2.2.Cổ họng gió.
- 3.2.3.Bộ góp nạp.
- 3.2.4. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của các cảm biến trên đường nạp
- 3.3.Đường ống thải.
- 3.3.1.Bộ góp thải.
- 3.3.2. Bộ xúc tác 3 chức năng kết hợp hệ thống điều khiển hồi tiếp nhiên liệu
- Hình 3-16 Sơ đồ hiệu chỉnh phun nhiên liệu theo nồng độ oxy
- Hình 3-17 Kết cấu cảm biến oxy
- 3.3.3. Bộ giảm âm chính.
- 3.4 Kết cấu nắp máy và phương án bố trí đường nạp- thải trên động cơ 1NZ-FE
- 3.5. Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải động cơ 1NZ-FE
- 3.5.1.Hệ thống thông hơi cạc te.
- 3.5.2.Hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải.
- 3.5.3. Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng.
- 4.Tính toán các chu trình công tác của động cơ 1NZ-FE
- Kết quả tính toán trong phần tính toán nhiệt động cơ sẽ là nền tảng trong quá trình tính toán thiết kế động cơ đốt trong.
- 4.1.Các số liệu ban đầu
- 4.2.Các thông số chọn
- 4.3.Tính toán các chu trình công tác
- 4.3.1. Quá trình nạp
- 4.3.2. Quá trình nén
- 4.3.3. Quá trình cháy
- 4.3.4. Quá trình giãn nở
- 4.3.5. Tính toán các thông số của chu trình công tác
- 4.3.6. Tính toán các thông số có ích:
- 5. Kiểm tra bảo dưỡng các cụm chi tiết trong hệ thống nạp-thải động cơ 1NZ-FE.
- 5.1. Những hư hỏng thường gặp
- 5.2. Kiểm tra hệ thống thông hơi cạc te
- 5.3. Kiểm tra hệ thống kiểm soát sự thải hơi xăng
- 5.4. Kiểm tra hệ thống hồi lưu khí thải
- 5.5. Kiểm tra các cảm biến
- KẾT LUẬN
- TÀI LIỆU THAM KHẢO