Nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong kcn và các ngành liên quan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC _ oo0oo _ BỘ MÔN ĐỘNG CƠ (KCN ngành liên quan ) Người biên soạn: GVC VÕ VĂN NHUẬN ThS NGUYỄN VĂN TRẠNG Tháng 12/2006 Mục lục MỤC LỤC Chương GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Trang I Khái niệm II Định nghóa phân loại động II.1 Định nghóa II.1.1 Động nhiệt II.1.2 Động đốt II.1.3 Động đốt II.2 Phaân loại động đốt II.2.1 Theo phương pháp thực chu trình công tác II.2.2 Theo nhiên liệu sử dụng II.2.3 Theo phương pháp nạp chu trình công tác II.2.4 Theo tốc độ động II.2.5 Theo đặc điểm cấu tạo động III Ưu điểm, khuyết điểm động đốt – động đốt 10 III.1 Động ñoát 10 III.2 Động 11 IV Các loại động tương lai 11 Chương NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG I Định nghóa danh từ kỹ thuật 13 I.1 Điểm cheát 13 I.2 Hành trình cuûa piston 13 I.3 Thể tích công taùc 13 I.4 Thể tích buồng cháy 14 I.5 Thể tích toàn 14 I.6 Tỷ số nén 14 I.7 Kỳ (thì) 14 I.8 Chu trình công tác 14 II Nguyên lý làm việc động xăng động Diesel kỳ không tăng áp 14 II.1 Quá trình nạp, trình nén, trình cháy – giãn nở trình thải 14 II.2 Đồ thị công P-V giãn đồ phân phối khí 17 III Nguyên lý làm việc động xăng động Diesel kỳ 19 III.1 Quá trình cháy – giãn nở trình nạp 19 III.2 Đồ thị công P-V giãn đồ pha phối khí 21 III.3 Caùc hệ thống quét thải động hai kỳ 22 IV Hợp lực mômen tác dụng lên cấu piston – khuỷu trục – truyền 25 V So sánh khác động kỳ động kỳ 26 VI So sánh khác động xăng động Diesel 27 VI.1 Về nguyên lý làm việc 27 VI.2 Về tính hiệu 27 VII Giới thiệu động Wankel động tuabin 27 Chương CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG I Những chi tiết cố định động đốt 31 Muïc lục I.1 Khái niệm chung 31 I.2 Thân máy 31 I.2.1 Nhieäm vuï 31 I.2.2 Kết cấu thân máy động xăng – động Diesel 32 I.2.3 Loùt xylanh 34 I.3 Nắp máy 35 I.3.1 Nhiệm vụ 35 I.3.2 Kết cấu nắp máy động xăng – động Diesel 36 I.3.3 Các dạng buồng đốt động xăng động Diesel 41 I.4 Gioăng nắp máy, carter, Goujon 44 II Những chi tiết di động động ñoát 47 II.1 Nhoùm Piston 47 II.1.1 Piston 47 II.1.2 Choát piston 53 II.1.3 Xéc-măng 55 II.2 Nhóm truyền 58 II.2.1 Nhiệm vụ 58 II.2.2 Điều kiện làm việc 58 II.2.3 Vật liệu chế tạo 58 II.2.4 Kết cấu truyền, bulông truyền bạc lót truyền 58 II.3 Trục khuỷu 63 II.3.1 Nhiệm vụ 63 II.3.2 Điều kiện làm việc 63 II.3.3 Vật liệu chế tạo 63 II.3.4 Kết cấu trục khuỷu 63 II.4 Bánh đà 67 II.4.1 Nhiệm vụ 67 II.4.2 Điều kiện làm việc 67 II.4.3 Vật liệu chế tạo 67 II.4.4 Kết cấu bánh đà 68 III Cơ cấu phân phối khí 69 III.1 Nhiệm vụ, phân loại yêu cầu 69 III.2 Caùc phương án bố trí supap dẫn động cấu phối khí 70 III.2.1 Các phương án bố trí supap dẫn động supap 70 III.2.2 Phương án dẫn động trục cam 72 III.3 Kết cấu chi tiết cấu phân phối khí 73 III.3.1 Supap 73 III.3.2 Đế supap, lò xo supap ống dẫn hùng supap 77 III.3.3 Trục cam, đội, cò mổ đũa đẩy 79 Chương HỆ THỐNG BÔI TRƠN I Nhiệm vụ 84 II Dầu làm trơn đặc tính 84 II.1 Coâng dụng dầu bôi trơn 84 II.2 Một số thông số sử dụng dầu bôi trơn 84 II.3 Các đặc tính dầu bôi trơn 85 Muïc luïc III Các loại hệ thống bôi trơn 86 III.1 Bôi trơn vung toé 86 III.2 Bôi trơn dầu pha nhiên liệu 87 III.3 Bôi trơn cưỡng 87 IV Kết cấu số phận 90 IV.1 Mạch dầu làm trơn cho động xăng – động Diesel 90 IV.2 Bơm dầu 90 IV.3 Lọc dầu 92 IV.4 Các đồng hồ hệ thống bôi trơn 96 IV.5 Đèn báo nguy 97 Chương HỆ THỐNG LÀM MÁT I Nhiệm vụ hệ thống làm mát 99 I.1 Công dụng hệ thống làm mát 99 I.1 Nhiệt độ làm việc tối ưu động 99 II Phân loại hệ thống làm mát 100 II.1 Heä thống làm mát không khí 100 II.2 Hệ thống làm mát chất lỏng 101 II.3 So sánh hệ thống làm mát nước hệ thống làm mát không khí 104 III Các phận hệ thống làm mát chất lỏng 105 III.1 Keùt nước 105 III.2 Naép két nước 106 III.3 Van điều nhiệt phương pháp bố trí 107 III.4 Bơm nước 111 Chương HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG I Giới thiệu hệ thống cung cấp nhiên liệu động xăng 113 I.1 Yêu cầu hệ thoáng 113 I.2 Cấu tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng chế hoà khí 113 II Yêu cầu hỗn hợp 115 II.1 Yêu cầu chế hoà khí 115 II.2 Hệ thống (mạch chính) 116 II.2.1 Hệ thống điều chỉnh độ chân không sau giclơ 116 II.2.2 Hệ thống có giclơ bổ sung 117 II.2.3 Hệ thống điều chỉnh độ chân không họng 117 II.2.4 Hệ thống điều chỉnh tiết diện giclơ 118 II.3 Hệ thống phụ 120 II.3.1 Hệ thống không tải (cầm chừng) 120 II.3.2 Hệ thống làm đậm 121 II.3.3 Hệ thống tăng tốc 122 II.3.4 Hệ thống khởi động 123 II.3.5 Cơ cấu cầm chừng nhanh 123 II.3.6 Cô cấu hạn chế số vòng quay cực đại 124 III Cấu tạo nguyên lý làm việc chế hoà khí 3A / 4A 124 IV Giới thiệu hệ thống phun xăng 131 IV.1 Phân loại hệ thống nhiên liệu phun xăng 132 Mục lục IV.2 Cấu trúc nguyên lý làm việc (cảm biến, ECU, điều kiển phun nhiên liệu) 132 Chương HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIEZEL I Nhiệm vụ yêu cầu hệ thống 164 II Sơ đồ hệ thống 164 III Cấu tạo nguyên lý làm việc phận 165 III.1 Bơm cao áp 165 III.1.1 Bơm cao áp cá nhân – Bơm thẳng hàng 166 III.1.2 Bơm cao áp (VE) 170 III.1.3 Kim bơm liên hợp 171 III.2 Bơm tiếp vận 176 III.3 Voøi phun 177 III.3.1 Nhiệm vụ phân loại voøi phun 177 III.3.2 Nguyên lý làm việc kết cấu voøi phun 177 III.4 Lọc nhiên liệu 179 III.5 Giới thiệu thiết bị sấy nóng không khí nạp 180 IV Cô cấu điều tốc 180 IV.1 Tính cần thiết phải lắp điều tốc động cô Diesel 180 IV.2 Phân loại điều tốc 181 IV.2.1 Bộ điều tốc khí (bộ điều tốc chế độ, nhiều chế độ) 181 IV.2.2 Bộ điều tốc chân không 183 IV.2.3 Boä điều tốc thủy lực 185 V Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống EDC 186 V.1 Sơ đồ hệ thống EDC 186 V.1 Nguyên lý làm việc hệ thống EDC 189 VI Sô đồ nguyên lý làm việc hệ thống phun commom-rail 190 VI.1 Sô đồ hệ thống 190 VI.2 Keát cấu nguyên lý làm việc số chi tiết 191 Chương HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG I Nhiệm vụ, yêu cầu phân loại hệ thống đánh lửa 197 I.1 Nhiệm vụ 197 I.2 Phân loại 197 I.3 Yêu cầu 197 II Hệ thống đánh lửa độc lập 197 II.1 Hệ thống đánh lửa vít 197 II.2 Hệ thống đánh lửa dùng Transitor (không tiếp điểm) 198 III Hệ thống đánh lửa dùng ECU 200 III.1 Heä thống đánh lửa có chia điện 200 III.2 Heä thống đánh lửa chia điện 201 III.3 Heä thống đánh lửa trực tiếp 201 Chương HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ I Nhiệm vụ yêu cầu hệ thống khởi động 205 I.1 Nhieäm vuï 205 I.2 Yêu cầu 205 II Phân loại hệ thống khởi động ô tô 205 Muïc lục II.1 Cấu tạo chung 207 II.2 Nguyên lý làm việc 207 III Các thiết bị hỗ trợ khởi động 208 TÀI LIỆU THAM KHẢO 210 Chương – Giới thiệu khái quát động đốt Chương – Giới thiệu khái quát động đốt Chương GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG I KHÁI NIỆM Động đốt nguồn động lực để dẫn động cho phương tiện giao thông vận tải, phổ biến dẫn động cho ôtô chuyển động Động đốt gồm có: động đốt piston, tua bin khí động phản lực Hiện động sử dụng ôtô động đốt kiểu piston, nhiên liệu sử dụng xăng Diesel Về hoạt động hai loại động có nguyên lý gần giống nhau, chúng khác phương pháp đốt cháy hỗn hợp (không khí – nhiên liệu) Động xăng động Diesel hai loại động nhiệt, chúng biến đổi hoá đốt cháy nhiên liệu thành nhiệt từ nhiệt biến thành để truyền công suất cho động hoạt động Động xăng có tốc độ cao, động, công suất phát lớn, buồng đốt gọn, sử dụng rộng rãi xe xe tải nhỏ, Động Diesel có hiệu suất nhiệt lớn, công suất cao hơn, tiết kiệm nhiên liệu tốc độ động nhỏ động xăng Chính thường dùng để dẫn động loại ôtô buýt, ôtô tải, loại phương tiện thương mại, II ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ II.1 Định nghóa II.1.1 Động nhiệt Là loại thiết bị thực việc đổi lượng dạng hoá thành nhiệt (bằng cách đốt cháy nhiên liệu) từ nhiệt chuyển thành để sinh công dẫn động máy công tác Sơ đồ nguyên lý làm việc động nhiệt: HÓA NĂNG (nhiêu liệu dạng rắn, lỏng, khí) Đốt cháy NHIỆT NĂNG (hơi nước, khí có nhiệt độ cao) giãn nở CƠ NĂNG (sinh công) II.1.2 Động đốt Động đốt loại động nhiệt với trình đốt cháy nhiên liệu chuyển biến nhiệt thành thực nơi bên động Động đốt gồm có: động đốt kiểu piston, tua bin khí, động phản lực tua bin phản lực (hình 1.1) II.1.3 Động đốt Động đốt loại động nhiệt với trình đốt cháy nhiên liệu chuyển biến nhiệt thành thực hai nơi khác Chương – Giới thiệu khái quát động đốt Nhiên liệu đốt cháy bên động (củi, than đá ) để làm nóng nước, nước bốc (có nhiệt độ áp suất cao) làm chuyển động tuabin hay đẩy piston sinh công, dẫn động máy công tác Động đốt gồm có: máy nước, tuabin nước Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo động đốt a – Động piston b – Tuabin khí c – Động phản lực d – Tuabin phản lực Chú thích: – cacte; – xylanh; – naép xylanh; 4- piston; – truyền; – trục khuỷu ; – bơm nhiên liệu; – buồng đốt ; – lỗ phun vào cánh tua bin; 10 – tuabin; 11- máy nén; 12 – bình chứa nhiên liệu; 13 – bình chứa chất oxy hoá; 14 – bơm; 15 – miệng phun phản lực; 16 – vòi phun nhiên liệu II.2 Phân loại động đốt II.2.1 Theo phương pháp thực chu trình công tác Động bốn kỳ: để hoàn thành chu trình công tác piston thực hành trình trục khủyu phải quay vòng Động kỳ: để hoàn thành chu kỳ công tác piston thực hành trình trục khuỷu phải quay vòng II.2.2 Theo nhiên liệu sử dụng Động sử dụng nhiên liệu lỏng, loại nhẹ (xăng, benzen, cồn ) Động sử dụng nhiên liệu lỏng, loại nặng (dầu mazut, Diesel ) Động sử dụng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí hoá lỏng, ) Động sử dụng nhiên liệu khí kết hợp với nhiên liệu lỏng (trong nhiên liệu khí chính, nhiên liệu lỏng đóng vai trò nhiên liệu mồi) Động chạy nhiều loại nhiên liệu, tức loại động chạy nhiều loại nhiên liệu lỏng khác nhau, từ nhẹ tới nặng (loại động hiếm) II.2.3 Theo phương pháp nạp chu trình công tác Động không tăng áp: loại động dựa vào chênh lệch áp suất xylanh để nạp hòa khí vào xylanh Chương – Giới thiệu khái quát động đốt Động tăng áp: loại động dùng máy nén để nạp không khí hòa khí vào xylanh, làm tăng khối lượng môi chất qua làm tăng công suất động II.2.4 Theo tốc độ động Tốc độ động đánh giá qua thông số trung gian tốc độ trung bình piston Tốc độ trung bình piston ký hiệu Cm C m  S Trong đó: n 30 (m/s) S – hành trình piston (m) n – tốc độ động (vòng/phút) - Động có tốc độ thấp (động thấp tốc):Cm < 6,5 m/s - Động có tốc độ trung bình: m/s < Cm < m/s - Động có tốc độ cao (động cao tốc): Cm > m/s II.2.5 Theo đặc điểm cấu tạo động (hình 1.2) Hình 1.2 Sơ đồ đặc điểm cấu tạo động đốt a) Động xylanh (1 – cán piston, – guốc trượt); b) Động chữ V (1 – trục khuỷu, – truyền chính, – truyền phụ); c) Động hình sao; d,e) Động piston đối đỉnh; f) Động tác dụng kép xylanh nằm ngang; g) Động chữ V nhiều hàng xylanh Chương – Hệ thống nhiên liệu động Diesel 11) Van hạn chế dòng chảy Nhiệm vụ hạn chế dòng chảy ngăn cho kim không phun liên tục, ví dụ trường hợp kim không đóng lại Để thực điều này, lượng nhiên liệu rời khỏi ống vượt mức định sẵn van giới hạn dòng chảy đóng đường dầu nối với kim lại Hình 7.35 Van giới hạn dòng chảy – mạch dầu đến ống; – vòng đệm; – piston; – lò xo; – thân van; – mạch dầu đến kim; – mặt côn; – van tiết lưu Van giới hạn dòng chảy bao gồm buồng kim loại với ren phía để bắt với ống (có áp suất cao) ren để bắt với đường dầu đến kim phun Van có đường dẫn dầu đầu để nối với ống đường dầu đến kim phun 195 Chương – Hệ thống đánh lửa động xăng 196 Chương – Hệ thống đánh lửa động xăng Chương HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG I NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA I.1 Nhiệm vụ Hệ thống đánh lửa động xăng có nhiệm vụ biến nguồn điện có điện thấp (12 24 V) thành xung điện cao (từ 15.000 đến 40.000 V) Các xung điện cao phân bố đến bougie xylanh thời điểm, để tạo tia lửa điện cao đốt cháy hoà khí xylanh động I.2 Yêu cầu Hệ thống đánh lửa phải sinh sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng tia lửa điện qua khe hở hai điện cực bougie chế độ làm việc động Tia lửa điện bougie phải đủ lượng thời gian phóng để đốt cháy hoàn toàn hoà khí xylanh Góc đánh lửa sớm phải phù hợp với thay đổi tốc độ tải trọng động Hệ thống phải hoạt động tốt ổn định điều kiện làm việc động I.3 Phân loại Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển người ta phân loại hệ thống đánh lửa theo cách phân loại sau: I.3.1 Phân loại theo phương pháp điều khiển cảm biến Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ, gồm hai loại: cảm biến nam châm đứng yên cảm biến nam châm quay Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng I.3.2 Phân loại theo kiểu phân bố điện áp Hệ thống đánh lửa có chia điện (delco) Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay chia điện I.3.3 Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa Hệ thống đánh lửa sử dụng Transistor Hệ thống đánh lửa sử dụng Thyristor II HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘC LẬP II.1 Hệ thống đánh lửa vít Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa hay gọi hệ thống đánh lửa thường, có sơ đồ nguyên lý thể hình 8.1 197 Chương – Hệ thống đánh lửa động xăng Dây cao áp Dây cao áp Bộ đánh lửa sớm ly tâm Khoá điện Accu Tụ điện Bôbin Cam Điện trở Bộ chia điện Bộ đánh lửa sớm chân không Bougie Tiếp điểm ngắt điện Hình 8.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống đánh lửa vít Khi động làm việc, tiếp điểm IG đóng có dòng điện từ cực dương accu (dòng sơ cấp) qua điện trở vào cuộn sơ cấp bôbin đến tiếp điểm ngắt điện Tiếp điểm đóng mở cam, trục cam thường đồng trục với trục chia điện Khi tiếp điểm đóng, dòng sơ cấp qua tiếp điểm cực âm accu Khi cam điều khiển tiếp điểm mở, dòng sơ cấp bôbin bị đột ngột, làm xuất sức điện động cảm ứng cuộn thứ cấp bôbin Điện qua quay chia điện dây dẫn cao áp đến bougie, đánh lửa theo thứ tự công tác động Cũng vào lúc tiếp điểm ngắt điện mở, cuộn sơ cấp sinh sức điện động tự cảm lớn (khoảng 200 ÷ 300 V) tạo tia lửa điện, làm giảm tuổi thọ cặp tiếp điểm Tia lửa dập tắt nhờ tụ điện lắp song song với tiếp điểm để bảo vệ cho cặp tiếp điểm đồng thời tụ có tác dụng làm tăng điện áp đánh lửa Khi động khởi động acu, accu vừa cung cấp lượng cho hệ thống khởi động hệ thống đánh lửa nên accu bị sụt áp lớn Lúc dòng sơ cấp nhỏ dẫn đến dòng thứ cấp nhỏ, làm cho động khó khởi động Để khắc phục tượng trên, hệ thống có tiếp điểm ST Khi khởi động cho động cơ, tiếp điểm ST đóng, dòng điện không qua điện trở nên dòng sơ cấp không bị giảm so với chế độ làm việc bình thường (sau động khởi động, tiếp điểm ST mở dòng sơ cấp lại phải qua điện trở) Bộ đánh lửa sớm ly tâm đánh lửa sớm chân tác dụng điều chỉnh thời điểm đánh lửa cho phù hợp với thay đổi tốc độ tải động trình làm việc II.2 Hệ thống đánh lửa dùng transitor (không có tiếp điểm) Trong hệ thống đánh lửa vít, cặp tiếp điểm ngắt điện cần bảo dưỡng điều chỉnh thường xuyên chí làm việc thời gian phải thay Đây hạn chế lớn hệ thống đánh lửa vít Với thống đánh lửa dùng transitor, khắc phục nhược điểm Hệ thống đánh lửa dùng transitor có sơ đồ nguyên lý thể hình 8.2 198 Chương – Hệ thống đánh lửa động xăng Trong hệ thống đánh lửa này, transitor thay vai trò cặp tiếp điểm ngắt điện hệ thống đánh lửa vít để điều khiển dòng sơ cấp Tương tự hệ thống đánh lửa vít, đánh lửa sớm ly tâm đánh lửa sớm chân tác dụng điều chỉnh thời điểm đánh lửa cho phù hợp với thay đổi tốc độ tải động trình làm việc Dây cao áp Dây cao áp Khoá điện Bộ đánh lửa sớm ly tâm Bộ chia điện IC đánh lửa Transitor Bougie Bôbin Bộ tạo tín hiệu Bộ đánh lửa sớm chân không Hình 8.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống đánh lửa dùng transitor - Bộ đánh lửa sớm ly tâm điều khiển đánh lửa sớm theo tốc độ động (hình 8.3) Thông thường, vị trí ban đầu văng xác định lò xo Khi tốc độ trục chia điện tăng lên với tốc độ động cơ, lực ly tâm thắng lực căng lò xo Kết vị trí rôto tín hiệu dịch chuyển vượt góc định làm tăng góc đánh lửa sớm Quả văng Tấm điều khiển Lò xo điều khiển ly tâm Rôto tín hiệu Tấm điều khiển Trục chia điện Đánh lửa sớm Hình 8.3 Bộ đánh lửa sớm ly tâm 199 Chương – Hệ thống đánh lửa động xăng – Bộ đánh lửa sớm chân không điều khiển đánh lửa sớm theo tải trọng động (hình 8.4) Màng liên kết với ngắt thông qua đẩy chế hoà khí Buồng màng nối thông với cửa trước đường ống nạp Khi bướm ga mở, áp suất chân không từ cửa trước hút màng để làm quay ngắt Kết phát tín hiệu dịch chuyển tạo đánh lửa sớm Tấm ngắt Bộ tạo tín hiệu Màng Thanh dẫn Đánh lửa sớm Lò xo màng Góc đánh lửa sớm Hình 8.4 Bộ đánh lửa sớm chân không III HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA DÙNG ECU (Electronic Control Unit) III.1 Hệ thống đánh lửa có chia điện (hình 8.5) Dây cao áp Dây cao áp Khoá điện Bộ chia điện IC đánh lửa Accu Bôbin ECU Transitor Bougie Các cảm biến Hình 8.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa dùng ECU, có chia điện 200 Chương – Hệ thống đánh lửa động xăng Trong hệ thống đánh lửa không sử dụng đánh lửa sớm chân không đánh lửa sớm ly tâm Thay vào đó, chức đánh lửa sớm điều khiển điện tử (ECU) điều khiển thời điểm đánh lửa ECU động tiếp nhận tín hiệu đầu vào để xác định chế độ làm việc động từ cảm biến, sau tính toán xuất tín hiệu điều khiển thời điểm đánh lửa tối ưu với chế độ làm việc động Nguyên lý làm việc hệ thống diễn sau: – ECU động nhận tín hiệu từ cảm biến khác gởi tín hiệu đánh lửa đến đánh lửa (ECU có tác dụng điều khiển đánh lửa sớm) – Bộ đánh lửa nhận tín hiệu đánh lửa cho chạy dòng sơ cấp – Cuộn đánh lửa với dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột, sinh dòng cao áp – Bộ chia điện phân phối dòng cao áp từ cuộn thứ cấp đến bougie – Bougie nhận dòng cao áp đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp III.2 Hệ thống đánh lửa chia điện Trong hệ thống đánh lửa chia điện (DLI – Distributorless Ignition System), thay vào cuộn đánh lửa với IC đánh lửa độc lập cho xylanh Vì nên hệ thống không cần dây cao áp, từ giảm tổn thất lượng tăng độ bền Ngoài hệ thống giảm đến mức tối đa tác dụng nhiễu từ, không sử dụng tiếp điểm khu vực cao áp Việc điều khiển thời điểm đánh lửa thực thông qua chức điều khiển đánh lửa sớm điện tử Hệ thống đánh lửa chia điện biết đến hệ thống đánh lửa trực tiếp III.3 Hệ thống đánh lửa trực tiếp Trong hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition System), thay sử dụng chia điện hệ thống sử dụng cuộn đánh lửa đa bội để cung cấp điện áp cao trực tiếp cho bougie (hình 8.6) ECU Cuộn đánh lửa có IC đánh lửa Cảm biến vị trí trục cam Hính 8.6 Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition System) Thời điểm đánh lửa điều khiển chức đánh lửa sớm ECU động ECU động nhận tín hiệu từ cảm biến khác nhau, tính toán thời điển đánh lửa, truyền tín hiệu đánh lửa đến IC đánh lửa Thời điểm đánh lửa tính toán liên tục theo điều kiện động cơ, dựa giá trị thời điểm đánh lửa sớm tối ưu lưu trữ máy tính Hệ thống giúp cải thiện tính kinh tế nhiên liệu tăng công suất động 201 Chương – Hệ thống đánh lửa động xăng Ngày nay, hệ thống đánh lửa trực tiếp ứng dụng rộng rãi nhờ ưu điểm sau: – Dây cao áp ngắn dây cao áp nên giảm thiểu mát lượng giảm nhiễu tín hiệu mạch thứ cấp – Không dùng mỏ quẹt nên khe hở mỏ quẹt dây cao áp – Không có hư hỏng thường gặp tượng phóng điện mạch cao áp giảm chi phí bảo dưỡng Hệ thống đánh lửa trực tiếp có hai dạng thể hình 8.7 Loại 1: Sử dụng bôbin cho bougie Nhờ tần số hoạt động bôbin nhỏ trước nên cuộn dây sơ cấp thứ cấp nóng Trong hệ thống này, kích thước bôbin nhỏ gắn với nắp chụp bougie Trên hình 8.7a, sau ECU xử lý tín hiệu từ cảm biến gởi tín hiệu điều khiển việc đánh lửa theo thứ tự nổ chế độ làm việc động Các cảm biến Các cảm biến ECU ECU IGT1 IGT2 IGT3 IGT4 IC đánh lửa IC đánh lửa Cuộn đánh lửa Cuộn đánh lửa (có IC đánh lửa) Dây cao áp Bougie Bougie Cuộn đánh lửa a) Loại b) Loại (Sử dụng bôbin cho bougie) (Sử dụng bôbin cho cặp bougie) Hình 8.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa trực tiếp 202 Chương – Hệ thống đánh lửa động xăng IC đánh lửa Cuộn đánh lửa có IC đánh lửa Thiết bị gồm có IC đánh lửa cuộn dây đánh lửa kết hợp với thành cụm Cuộn sơ cấp Cuộn thứ cấp Lõi Trước đây, dòng điện cao áp dẫn đến xylanh dây cao áp Nhưng ngày nay, cuộn dây đánh lửa nối trực tiếp đến bougie xylanh thông qua việc sử dụng cuộn đánh lửa kết hợp với IC đánh lửa Khoảng cách dẫn điện cao áp rút ngắn nhờ nối trực tiếp cuộn đánh lửa với bougie, làm giảm tổn thất lượng nhiễu từ Nhờ vậy, độ tin cậy hệ thống đánh lửa nâng cao Nắp chụp bougie Hình 8.8 Cuộn đánh lửa có IC đánh lửa Loại 2: sử dụng bôbin cho cặp bougie Các bôbin đôi phải gắn vào bougie hai xylanh song hành Ví dụ: thứ tự công tác động xylanh – – – 2, ta sử dụng hai bôbin Bôbin thứ có hai đầu cuộn thứ cấp nối trực tiếp với bougie số số bôbin thứ hai nối với bougie số số Ở thời điểm đánh lửa, bougie phát tia lửa trình nén lại xuất trình thải Chẳng hạn, xylanh số kỳ nén xylanh số kỳ thải, piston vị trí gần điểm chết hai trình khác nên điện trở khe hở bougie xylanh khác (R1 >> R4) Chính điều làm cho tia lửa xuất mạnh bougie số yếu bougie số Trong trường hợp ngược lại, tia lửa xuất bougie số Quá trình tương tự xảy bougie số số Đối với động sáu xylanh, để đảm bảo thứ tự nổ – – – – – Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng ba bôbin, cho xylanh số số 6, cho xylanh số số 5, lại cho xylanh số số 203 Chương – Hệ thống khởi động động 204 Chương – Hệ thống khởi động động Chương HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ I NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG I.1 Nhiệm vụ Hệ thống khởi động có nhiệm vụ truyền cho trục khuỷu động mômen với số vòng quay định để khởi động động Cơ cấu khởi động chủ yếu động ô tô khởi động động điện chiều Tốc độ khởi động động xăng phải 50 vòng/phút động Diesel phải 100 vòng/phút I.2 Yêu cầu Hệ thống khởi động phải làm quay trục khuỷu động với tốc độ thấp mà động nổ Mômen truyền động phải đủ lớn Phải đảm bảo dễ điều khiển khởi động lại nhiều lần Tỷ số truyền từ bánh máy khởi động vành bánh đà động nằm giới hạn từ đến 18 Chiều dài điện trở dây dẫn nối từ accu đến máy khởi động phải nằm giới hạn quy định (< 1m) II PHÂN LOẠI HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN Ô TÔ Dựa vào nguồn lượng khởi động người ta chia hệ thống khởi động loại sau: - Khởi động tay quay (dùng sức người) Phương pháp đơn giản tiện lợi, ứng dụng động xăng hay Diesel loại nhỏ động lớn, tỷ số nén cao, công suất lớn, sức người khó quay để đạt đến tốc độ khởi động Để khởi động nhẹ, người ta trang bị thêm cấu giảm áp có nghóa dùng cấu cam để điều khiển supap nạp hay thải mở Nếu ta quay trục khuỷu đến tốc độ định, đóng supap lại lượng tích bánh đà thực việc khởi động cho động Cần gạt ly hợp Bánh Bánh đà khởi động Ly hợp Cơ cấu hành tinh Hình 8.1 Hệ thống khởi động tay quay 205 Chương – Hệ thống khởi động động - Khởi động động điện Động điện Accu Bánh đà động Hình 8.2 Hệ thống khởi động động điện Hệ thống bao gồm động điện chiều cấu khởi động Trục động khởi động nối với trục khuỷu động qua bánh khởi động vành bánh đà động Tỷ số truyền cặp bánh phải đảm bảo cho trục khuỷu động quay tới vòng quay khởi động - Khởi động động xăng cỡ nhỏ (động phụ) Nhiều động Diesel, máy kéo cỡ lớn dùng động xăng phụ làm thiết bị khởi động Thiết bị truyền động từ động phụ tới động có cấu tách nối tự động cấu giảm tốc Cơ cấu giảm tốc thường bánh nhỏ ăn khớp với vành lắp bánh đà động - Khởi động khí nén Bình chứa khí nén Máy nén khí Van khởi động Van chiều Van phân phối Động Ống dẫn khí nén Hình 8.3 Hệ thống khởi động khí nén Khi khởi động van khởi động mở khí nén dẫn đến van phân phối Van phân phối dẫn từ trục cam động có nhiệm vụ phân phối khí nén đến xylanh thời điểm thứ tự làm việc Từ van phân phối khí nén theo ống dẫn qua van chiều vào xy lanh Khi không khí nén đưa vào xylanh tương ứng với hành trình giãn nở sinh công làm đẩy piston xuống làm quay trục khuỷu để khởi động động - Khởi động động thuỷ lực Sơ đồ nguyên lý thể hình 8.4 206 Chương – Hệ thống khởi động động Thiết bị gồm có bình tích luỹ lượng, Bình tích luỹ lượng Bình chứa dầu bên có màng mỏng ngăn làm hai phần, phần chứa nitơ, phần chứa chất lỏng công tác Màng ngăn (thường dầu), hai động thủy lực, cán piston Tay điều động ăn khớp với bánh khiển trục truyền động, Trục nối với trục khuỷu động cơ, bình chứa dầu tay điều khiển Vào lúc khởi động, gạt tay điểu khiển để mở van cho chất lỏng bình tích lượng chạy tới động thuỷ lực làm dịch chuyển qua làm quay bánh trục khuỷu động Sau lần khởi động lò xo cuối đẩy piston động thuỷ lực vị trí ban đầu chất lỏng công tác bình chứa dầu Sau dùng bơm bơm động dẫn động bình tích lượng để nén khí nitơ tới áp suất 20 ÷ 30 MN/m2 chuẩn bị cho lần khởi động sau Thanh Động thuỷ lực Bánh Bơm dầu Hình 8.4 Hệ thống khởi động thủy khí Tuy nhiên động ô tô hầu hết khởi động động điện nên ta xét riêng cụ thể cho trường hợp II.1 Cấu tạo chung Bánh đà động Động khởi động Công tắc Accu Hình 8.5 Cấu tạo chung hệ thống khởi động động điện II.2 Nguyên lý làm việc Khi bật công tắc khởi động, rơle kiểu trượt dịch chuyển sang bên trái (hình 8.2) đồng thời đưa dòng điện vào stato qua cổ góp vào rôto làm cho động điện quay Cùng lúc rôto quay, khớp trượt dịch chuyển sang trái ăn khớp với vành bánh đà để truyền mômen với tốc độ quay vòng đủ lớn khởi động cho động Khi động khởi động xong, khoá khởi động mở Do tác dụng lực lò xo hồi vị, rơle dịch chuyển vị trí ban đầu Khớp trượt tách bánh khởi động khỏi vành bánh đà, động khởi động ngừng làm việc động đốt làm việc bình thường 207 Chương – Hệ thống khởi động động Các loại động khởi động Phần ứng A B Bánh chủ động Bánh chủ động Bánh trung gian Phần ứng C Phần ứng D Bánh chủ động Bánh chủ động Bánh hành tinh Bánh hành tinh Nam châm vónh cữu Hình 8.6 Các loại động khởi động A – Loại thường B – Loại giảm tốc C – Loại bánh hành tinh D – Loại giảm tốc hành tinh-môtơ dẫn - Loại thường: phần ứng bánh chủ động quay tốc độ - Loại giảm tốc: sử dụng bánh trung gian làm giảm bớt tốc độ phần ứng - Loại bánh hành tinh: bánh hành tinh có tác dụng giảm tốc độ cho phần ứng (gọn nhẹ loại giảm tốc) - Loại giảm tốc hành tinh-môtơ dẫn: nam châm vónh cữu sử dụng cuộn dây phần cảm Cuộn dây phần ứng chế tạo gọn hơn, làm rút ngắn chiều dài tổng thể động khởi động III CÁC THIẾT BỊ HỖ TR KHỞI ĐỘNG III.1 Cơ cấu giảm áp Cơ cấu giảm áp bố trí nắp xylanh động (hình 8.7) Khi khởi động, kéo tay gạt theo chiều mũi tên, cam tỳ lên cò mổ làm cho supap luôn mở Do trình nén hay nói cách khác không tốn công nén nên quay trục khuỷu động cách dễ dàng đến tốc độ vòng quay khởi động Sau đó, gạt tay gạt vị trí ban đầu, supap giải phóng, trình nén lại diễn để động nổ khởi động Cơ cấu giảm áp phổ biến động Diesel 208 Chương – Hệ thống khởi động động Tay gạt Cam Supap thải Hình 8.7 Cơ cấu giảm áp Một số động xăng hai kỳ cỡ nhỏ quét vòng động xe máy, để hỗ trợ khởi động, người ta thiết kế van riêng nắp xy lanh gọi van giảm áp hoạt động theo nguyên tắc III.2 Thiết bị sấy không khí nạp Một số động diesel ô tô, máy kéo sử dụng sấy nóng không khí nạp vào động cách đốt nóng không khí đường ống nạp buồng cháy động Nhất động buồng cháy ngăn cách (do diện tích buồng cháy lớn, mát nhiệt nhiều nên khó khởi động) thường sử dụng điện trở sấy nóng buồng cháy phụ, gọi bougie sấy Điện cung cấp cho điện trở lấy từ accu (hình 8.8) Vòi phun Bougie sấy Nắp xylanh Cuộn dây sấy Điện trở Hình 8.8 Thiết bị sấy nóng khí nạp Hình 8.9 Thiết bị sấy nóng toàn động III.3 Thiết bị sấy toàn động Sấy nóng toàn động nhằm tăng nhiệt độ môi chất công tác dầu bôi trơn, từ giảm độ nhớt dầu Qua tạo điều kiện cho trình bay hơi, hoà trộn nhiên liệu với không khí tạo thành hỗn hợp giảm ma sát tổn thất nhiệt trình nén nên động khởi động dễ dàng (hình 8.9) Đối với động Diesel thường dùng cuộn dây nhiệt điện trở để sấy nóng động Khi đường ống nạp sấy nóng không khí qua đường ống nạp sấy nóng, từ giúp cho nhiên liệu dễ bay động khởi động dễ dàng -209