GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Tổng quan về hệ thống nạp
Hệ thống nạp có nhiệm vụ đưa hỗn hợp không khí - nhiên liệu vào buồng cháy để thực hiện quá trình cháy của động cơ Hệ thống nạp 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, sao cho hiệu suất động cơ là lớn nhất và giảm ô nhiễm môi trường, giảm tiếng ồn 1.1 Hệ thống nạp động cơ xăng
Hình 1 1 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp
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 c háy, 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
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- Bướ m ga; 2- Đườ ng ố ng nhiên li ệ u; 3-Van kim; 4-Bu ồ ng phao;
5-Phao; 6- Ziclơ; 7 - Đườ ng ố ng n ạ p; 8-Vòi phun; 9-H ọ ng;
Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc vào đường ống nạp (7) qua họng
(9) của bộ chế hoà khí, họng (9) làm cho đường ống bị thắt lại vì vậy tạo nên độ chân không khi không khí đi qua họng Chỗ tiết diện lưu thông nhỏ nhất của họng là nơi có độ chân không nhỏ nhất Vòi phun (8) được đặt tại tiết diện lưu thông nhỏ nhất của họng Nhiên liệu từ buồng phao (4) qua ziclơ (6) được dẫn động tới vòi phun Nhờ có độ chân không ở họng nhiên liệu được hút khỏi vòi phun và được xé thành những hạt sương mù nhỏ hỗn hợp với dòng không khí đi qua họng vào động cơ Để bộ chế hoà khí làm việc chính xác thì nhiên liệu trong buồng phao luôn luôn ở mức cố định vì vậy trong buồng phao có đặt phao (5) Nếu mức nhiên liệu trong buồng phao hạ xuống thì phao (5) cũng hạ theo, van kim (3) rời khỏi đế van làm cho nhiên liệu từ đường ống
(2) đi vào buồng phao Phía sau họng còn có bướm ga (1) dùng để điều chỉnh số lượng hỗn hợp đưa vào động cơ
1.1.2 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.
ECU Các tín hiệu khạcc nhau
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
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.
- 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
1.2 Hệ thống nạp thải động cơ diezen
Hình 1 7 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ diezen 1- Bộ lọc không khí ; 2 - Đường ống nạp; 3 - Đường ống thải;
1.2.1 Đường nạp động cơ diezen
Hình 1 8 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. 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.
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 p r > p k (p k – áp suất môi chất mới trước xu páp nạp ) và do p r > p th nên một phần sản vật cháy trong thể tích V c vẫn tiếp tục chạy ra ống thải, bên trong xi lanh khí sót giãn nở đến điểm r o rồi từ đó trở đi, môi chất mới có thể bắt đầu nạp vào xi lanh
Hình 1 9 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 V h có nhiệt độ T k và áp suất p k 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 :
+ Áp suất cuối quá trình nạp p a 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 p a
Cơ sở lý thuyết
Lọc khôn g 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.
Cổ họng gió
Hình 2 1 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
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
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 7 0 ) 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 7 0 , 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 2 2 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
+ 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 2 3 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 c làm gia tốc xe tăng đột ngột và sau đó giảm dần
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
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.
Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của các cảm biến trên đường nạp
Hình 2 5 Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy 1- Nhiệt điện trở; 2- Dây sấy platin.
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 2 6 Sơ đồ mạch điện điều khiển của cảm biến đo lưu lượng không khí
1- B ộ khuy ếch đạ i; 2- Ra(nhi ệt điệ n tr ở ); 3- Ra(b ộ s ấ y).
Cảm biến lưu lượng khí nạp có một dây sấy được ghép vào mạch cầu Mạch cầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A và B bằng nhau khi tích của điện trở theo đường chéo bằng nhau (Ra + R3)*R1=Rh*R2
Khi dây sấy (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở tăng lên dẫn đến sự hình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B Một bộ khuyếch đại xử lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy) Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở cho đến khi điện thế của các điểm A và B trở nên bằng nhau (các điện áp của các điểm A và B trở nên cao hơn) Bằng cách sử dụng các đặc tính của loại mạch cầu này, cảm biến lưu lượng khí nạp có thể đo được khối lượng khí nạp bằng cách phát hiện điện áp ở điểm B.
Trong hệ thống này nhiệt độ của dây sấy (Rh) được duy trì liên tục ở nhiệt độ không đổi cao hơn nhiệt độ của không khí nạp, bằng cách sử dụng nhiệt điện trở (Ra) Do đó có thể đo được khối lượng khí nạp một cách chính xác mặc dù nhiệt độ khí nạp thay đổi, ECU động cơ không cần phải hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu đối với nhiệt độ không khí nạp
Ngoài ra khi nhiệt độ không khí giảm ở các độ cao lớn, khả năng làm ngưội của không khí giảm xuống so với cùng thể tích khí nạp ở mức nước biển Do đó mức làm nguội cho dây sấy này giảm xuống Vì khối khí nạp được phát hiện cũng giảm xuống, nên không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn.
Khi ECU phát hiện thấy cảm biến lưu lượng bị hỏng một mã nào đó, ECU sẽ chuyển vào chế độ dự phòng Khi ở chế độ dự phòng, thời điểm đánh lửa được tính toán bằng ECU, dựa vào tốc độ động cơ và vị trí của bướm ga Chế độ dự phòng tiếp tục cho đến khi hư hỏng được sửa chữa 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 2 7 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
Hình 2 8 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 2 9 Cảm biến vị trí bướm ga
1- Các IC Hall; 2- Các nam châm; 3- Bướm ga
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 2 10 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.
Nội dung tính toán thiết kế
Các số liệu ban đầu
Tên thông số Ký hiệu Thứ Giá trị nguyên
Công suất có ích N e Kw 81
Số vòng quay n Vòng/ 6000 phút Đường kính xi lanh D mm 75
Góc mở sớm xupáp nạp 1 Độ -7 0 ~ 53 0
Góc đóng muộn xupáp nạp 2 Độ 52 0 ~ -8 0
Góc mở sớm xupáp thải 3 Độ 42 0
Góc đóng muộn xupáp thải 4 Độ 2 0
Các thông số chọn
Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Áp suất khí nạp P k MN/m 2 0,1
Hệ số dư lượng không 1 khí Áp suất cuối kỳ nạp P a MN/m 2 0,085 Áp suất khí sót P r MN/m 2 0,11
Nhiệt độ khí sót T r K 900 Độ sấy nóng khí nạp T 8 mới
Hệ số lợi dụng nhiệt tại z 0,865 z
Hệ số lợi dụng nhiệt tại b 0,95 b
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
Tính toán các chu trình công tác
- h (khoảng nâng cam,hành trình xupap)= (0,18 – 0,3) ℎ = 0,22 40 =
- (đường kính mặt nấm)= ℎ + 2e = 40 + 2.4 = 48mm
- (chiều dài thân xupap) = (2,5 – 3,5) = 2,5.48 = 120mm
(Các thông số được trên được tham khảo từ nhà sản xuất)
Cam nạp: Góc công tác của cam nạp n 180 0 12 (4 – 9).
1 = 43 0 góc mở sớm của xupáp nạp
2 = 39 0 Góc đóng muộn của xupáp nạp
Chọn d c : Đường kính trục cam: d c = (0,2÷0,26)D => d c = (15÷19,5) Vậy ta chọn d c ,5(mm).
Bán kính lưng cam được xác định theo công thức sau:
2 Độ nâng lớn nhất của con đội: h (0,1,18 ÷ 0,3) ℎ =0,25.40
Bán kính cung đỉnh cam nạp: D = R1+h -r r = - D + R1 + h = -18+ 12 +10= 4 Đường kính trục cam: d c = 19,5 Độ nâng lớn nhất của con đội: h max = 10 (mm).
Bán kính cung đỉnh cam nạp: r = 4 (mm)
Bán kính lưng cam: R 1 = 12 (mm).
Cách dựng: Đối với cam nạp = 131
+ Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R 1 = 42 (mm), xác định góc AOA’ = n + Trên đường phân giác của góc AOA’ ta lấy EC = h nmax (E thuộc vòng tròn bán kính
+ Vẽ vòng tròn đỉnh cam có tâm O 1 bán kính r = 44,5 (mm) nằm trên đường phân giác đó Vòng tròn này đi qua điểm C
+ Vẽ cung tròn có bán kính tiếp tuyến với hai vòng tròn trên có tâm O 2 nằm trên đường kéo dài của OA
+ Sau khi đã xác định được R 1, h max, n , và r 1 bán kính cung tiếp tuyến ngoài có thể xác định từ quan hệ tam giác vuông O 1 MO 2
- Nhiệt độ cuối qúa trình nạp T a [ o K):
- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M 0 :
Thành phần trong 1 kg nhiên liệu Khối lượng Nhiệt trị
Nhiên liêu [kg) phân tử nl thấp Q H
Mo = 1 0,885 0,145 0 =0, 512 [kmol không khí/kg nhiên liệu]
- Tính số mol khí nạp mới M 1 [kmol không khí/kg nhiên liệu] Do động cơ
1NZ - FE là động cơ phun xăng
M 1 M 0 = 1.0,512 = 0,512[kmol không khí/kg nhiên liệu]
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí mC vkk [KJ/Kmol.K] mC vkk a v b v T K 19,806 0,00419 298 ,4303[KJ/Kmol.K].
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy mC v : b mC v a v v
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp mC v a v b v
Trong đó: cháy mC [KJ/Kmol.K]. v
- Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 : n 1 = 1 + 8,314 b '
2 Giải phương trình trên theo phương pháp chia đôi ta được: n 1 = 1,369
- Nhiệt độ cuối quá trình nén T c :
- Áp suất cuối quá trình nén P c :
- Tính M: Động cơ xăng khi 1 thì
- Tính số mol sản phẩm cháy M 2 [kmol/kg nhiên liệu]:
- Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết 0
- Hệ số biến đổi phân tử thực tế or = 1,0545 0,0564 =1,0516
- Hệ số biến đổi phân tử tại z z z 1 0 1 z 1 1,0545 1 0,865
- Tính hệ số toả nhiệt x z tại z x z z 0,865 =0,910 b 0,95
- Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn Q H
Do động cơ phun xăng = 1 nên Q H = 0
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất mC tại z. vz mC a b
- Nhiệt độ cực đại của chu trình T z [ o K] z Q H Q H
M 1 1 r mC vc Đưa về dạng phương trình bậc hai: AT z 2 BT z C 0
Vậy phương trình bậc hai: 0,004 T z 2 21,397 T z 70615,0549 0
Giải phương trình ta có:
- Áp suất cực đại chu trình P z [MN/m 2 ].
- Tỷ số giãn nở sớm :
- Kiểm nghiệm lại trị số n 2 :
Chọn trước n 2 , tính lặp n 2 theo công thức: n 2 1 8,314 b z (Q H Q H )
Giải phương trình trên theo phương pháp chia đôi ta được: n 2 = 1,2325
- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b [ o K].
- Áp suất cuối quá trình giãn nở P b [MN/m2]. p b p z
- Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót T rtính [ o K)
3.3.5 Tính toán các thông số của chu trình công tác
Tính toán các thông số chỉ thị:
- Áp suất chỉ thị trung bình P ' i [MN/m2]
- Hiệu suất chỉ thị động cơ i : i 8,314 M
- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi [g/kw.h] g i 3600000 = 3600000 5,92[g/kw.h].
3.3.6 Tính toán các thông số có ích:
- Tổn thất cơ giới p m [MN/m2]
Theo công thức kinh nghiệm: p m a b C m p r p a
Tuỳ theo động cơ và tỷ số S/D, loại buồng cháy tra các giá trị a, b
- Áp suất có ích trung bình p e [MN/m2] p e p i p m = 1,1844 - 0,1344 p e = 1,1844 - 0,1344 = 1,05 [MN/m2] -
- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e [g/kw.h] g e g i 185,92
- Thể tích công tác của động cơ V h [dm 3 ]
- Kiểm nghiệm đường kính xi lanh D t [dm].
Stt Tên thông số Ký hiệu
1 Nhiệt độ không khí trước xupap nạp T k
4 Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a
5 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình mC vkk của không khí
6 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình mC v
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình mC v của hỗn hợp công tác
8 Chỉ số nén đa biến trung bình n 1
9 Áp suất cuối quá trình nén p c
10 Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc
11 Lượng không khí lý thuyết để đốt M 0 cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu
0 K 338,178 kJ/kmol.độ 20,4303 kJ/kmol.độ 22,896 kJ/kmol.độ 20,613
12 Số mol khí nạp mới M 1 Kmol/kgnl 0,512
13 Số mol sản vật cháy M 2 Kmol/kgnl 0,5398
14 Hệ số biến đổi phần tử lý thuyết β 0 1,0545
15 Hệ số biến đổi phần tử thực tế β 1,0516
16 Hệ số biến đổi phần tử tại Z β z 1,047
17 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn ΔQ H 0 toàn
18 Nhiệt độ cực đại của chu trình T z 0 K 2306,076
19 Áp suất cực đại của chu trình lý p z MN/m 2 5,983 thuyết
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 b 0 K 1356,48
23 Áp suất cuối quá trình giản nở P b MN/m 2 0,359
24 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n 2 1,2325
26 Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết P ' i MN/m 2 1,214
27 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p i
29 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i kg/kw.h 185,92 CHỈ TIÊU CÓ ÍCH
30 Áp suất tổn thất cơ giới trung bình p m MN/m 2 0,1344
31 Áp suất có ích trung bình p e MN/m 2 1,05
33 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e kg/kw.h 210
Bảng 3 4 Các thông số tính toán nhiệt
Kiểm tra bảo dưỡng các cụm chi tiết trong hệ thống nạp động cơ 1NZ -
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
+ Lượng khí độc hại gia tăng - Bảo dưỡng bằng cách thay mới -
+ 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 O 2 và CO 2 ở cuối đường ống thải Nếu lượng O 2 xấp xỉ 5% trở lên và lượng CO 2 ≤ 0,5% thì bộ xúc tác vẫn còn hoạt động tốt với điều kiện các hệ thống khác vẫn hoàn hảo
4.2 Kiểm tra các cảm biến
+ Kiểm tra cảm biến lưu lượng
- Điều kiện kiểm tra: Nhiệt độ nước làm mát động cơ: 85 C ÷ 95 C, đèn ,, quạt gió và các thiết bị phụ ở chế độ OFF
- 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 chuẩ n 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 - 20 0 C, 0 0 C, 20 0 C, 40 0 C, 60 0 C và 80 0 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
Bảng 4 1 Giá trị điện trở tiêu chuẩn + Kiểm tra cảm biến oxy
- 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 ≥ 80 0 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.
Sau thời gian nỗ lực tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy Lê Văn Thoại ,, 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 trên động cơ cũng như tầm quan trọng của các quá trình nạp đối với hoạt động của động cơ Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu, do thời gian và khả năng hiểu 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 trong VIỆN KỸ THUẬT – TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM, đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lê Văn Thoại, đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
