Động cơ M271 là một động cơ mới được sản xuât từ năm 2000 của hãng Mercedes Benz. Từ đó cho tới nay với nhiều cải tiến mới, sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp, lắp tubo tăng áp… giúp cho đông cơ có công suất vượt trội, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm… Chương 1: Nêu những nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại tất cả công nghệ và các tính năng mới trên động cơ M271 EVO MERCEDES. Các thành phần của động cơ M271 EVO. Các hệ thống trên xe (hệ thống phun nhiên liệu, hệ thống xử lý khí thải, hệ thống làm mát và bôi trơn,…). Chương 2: Tập trung khai thác hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ M271 EVO MERCEDES. Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăn điện tử. Các cảm biến, Các loại bơm. Chương 3: Xây dựng mô hình động cơ ô tô con và ứng dụng mô hình để hiểu hơn về động cơ và các cụm chi tiết. Chương 4: Kết luận. Hiểu ra được tầm quan trọng của khâu chuẩn bị trước khi sửa chữa hoặc bảo dưỡng và thay thế linh kiện đúng và đạt chất lượng.
Động Cơ M 271 EVO Của Mercedes
Tổng Quan
1.1.1 Mô tả về động cơ M 271 EVO
Từ tháng 9 năm 2009 M271 EVO sẽ được tiến hành sử dụng trong các mẫu BlueEFICIENCY của C-Class và E-Class Có ba biến thể công suất: 115, 135 và 150kW
Sự phát triển của M271 EVO kết hợp các mục sau:
- Cải thiện sự phát triển vì công suất và mô men xoắn cao hơn
- Cải thiện sự thoải mái nhờ vận hành êm ái hơn
- Mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn đáng kể và giảm lượng khí thải
- Tuân thủ tiêu chuẩn Euro 5
M270 EVO kết hợp hiệu quả kinh tế và tính tương thích với môi trường theo tiêu chuẩn BlueEFICIENCY, đồng thời mang đến sự thoải mái và trải nghiệm lái xe thú vị.
Những mục tiêu này được thực hiện bằng nhiều cải tiến kỹ thuật tốt hơn:
- Truyền động xích ít ồn và ít bảo dưỡng
- Phun trực tiếp đồng nhất với áp suất phun 140 bar
- Điều chỉnh số lượng nhiên liệu bơm
- Phun khí thứ cấp để làm nóng nhanh bộ chuyển đổi súc tác
- Bộ điều nhiệt hai đĩa với chức năng ba đĩa
- Điều chỉnh bơm dầu hiệu suất cao
- Hệ thống khởi động - dừng ECO
1.1.2 Các tính năng mới của động cơ M271 EVO Động cơ M271 EVO gồm các tính năng và hệ thống sau:
1: Hệ thống xả với bộ tăng áp, điều khiển lambda tối ưu hóa và phun khí thứ cấp 2: Hệ thống đánh lửa
3: Phun trực tiếp đồng nhất với bơm nhiên liệu cầm chừng
9: Bộ điều chỉnh nhiệt 2 đĩa với chức năng 3 đĩa
10: Bộ truyền động xích ít ồn và ít bảo dưỡng với điều chỉnh trục cam được tối ưu hóa
1.1.3 Tổng quan động cơ Động cơ M271 của Mercedes là động cơ xăng kiểu mới 4 kỳ, 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích xy lanh 1,8 lít trục cam kép DOHC 16 xu páp dẫn động bằng xích, bộ căng xích có lò xo điều chỉnh theo áp suất dầu bôi trơn, thứ tự làm việc của các xy lanh 1-3- 4-2 Đây là loại động cơ tạo hỗn hợp bên ngoài và đốt cháy hỗn hợp cưỡng bức Động cơ sử dụng cơ cấu phối khí dạng xu páp treo, hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức Động cơ có hệ thống đánh lửa trực tiếp bằng điện tử và hệ thống phun nhiên liêu được phun trực tiếp điều khiển bởi ECU Động cơ M271 có hệ thống cam kép (DOHC) gồm 4 xu páp cho mỗi xy lanh hai xu páp nạp và hai xu páp xả
Hình 1.1: Tổng quan về động cơ M271 EVO
Bảng 1.1: Bảng thông số ký thuật của động cơ M271 EVO
Dung tích xy lanh Cm 3 1,7 nbc 1,796 1,796
Công suất kW at rpm
Hình 1.2: Biểu đồ công suất và mo-men xoắn của động cơ Động cơ M271 có dung tích xy lanh là 1,796 và có 3 biến thể công suất lần lượt là:
- 115 mã lục tại vòng tua máy 5,000 và xe đạt momen xoắn cực đại là 250Nm tại thời điểm trục khuỷu động cơ đạt số vòng quay 4,300 vòng trên 1 phút
- 135 mã lục tại vòng tua máy 5,250 và xe đạt momen xoắn cực đại là 270Nm tại thời điểm trục khuỷu động cơ đạt số vòng quay 4,600 vòng trên 1 phút
- 150 mã lục tại vòng tua máy 5,500 và xe đạt momen xoắn cực đại là 310Nm tại thời điểm trục khuỷu động cơ đạt số vòng quay 4,300 vòng trên 1 phút.
Các hệ thống động cơ M271 EVO
Thân máy của động cơ xăng M271 là thân máy được chế tạo bằng hợp kim nhôm
- Phần trên để chứa các xy lanh nên có tên gọi là blốc xylanh
- Phần dưới gọi là cacte
Trang 6 Đệm nắp quy lát được làm từ amiăng có viền mép bằng đồng Bề mặt có phủ bột chì chống dính Độ vênh đệm nắp quy lát tối đa là 0,05mm
Nắp xy lanh của động cơ cần phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu:
- Có kết cấu buồng cháy tốt
- Có đủ sức bền và độ cứng vững, không bị biến dạng, lọt khí và rò nước
- Dễ tháo lắp và điều chỉnh các cơ cấu
- Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, chịu được ứng suất nhiệt
- Vật liệu chế tạo là hợp kim nhôm nên có khả năng tản nhiệt tốt, nhẹ, dễ tăng tỷ số nén
Hinh 1.3: 1 Cam xả; 2 Cam nạp; 3 Cửa nạp; 4 Kim phun; 5 Của xả; 6 Bugi
Trang 7 cơ Số cổ trục được tính toán, thiết kế tuỳ theo số lượng xy lanh và cách bố trí các xy lanh, sao cho đảm bảo độ cứng vững cho trục Biên dạng cam quyết định thời điểm đóng, mở các xu páp, vì vậy nó phải được tính toán sao cho đảm bảo được các pha phối khí của động cơ theo như thiết kế, còn chiều cao của đỉnh cam thì quyết định độ mở của xu páp Hiện nay, được sử dụng phổ biến hơn cả là các cam có biên dạng đối xứng, nó đảm bảo đóng, mở xu páp một cách êm dịu và dứt khoát Thông thường các cam được chế tạo liền với trục Để giảm ma sát và mài mòn khi làm việc, bề mặt của cam phải được gia công kỹ lưỡng: tôi thấm các bon, thấm ni tơ và mài bóng Các cổ của trục cam là vị trí lắp lên các gối đỡ trục, các gối này thường là các ổ trượt Trên động cơ M271 sử dụng 2 cam đặt trên (DOHC)
Hinh 1.4: Trục cam xả và trục cam nạp của động cơ M271 EVO 1.2.2.2 Bộ điều chỉnh trục cam
Trên các động cơ đốt trong hiện nay phổ biến 3 phương pháp dẫn động trục cam: bằng bánh răng, bằng dây đai răng và bằng xích
Bộ điều chỉnh trục cam là thiết bị truyền động xoay thủy lực, với góc điều chỉnh lên đến 40 độ, tương tự như góc 20 độ của bộ điều chỉnh cửa nạp Việc điều chỉnh trục cam giúp tối ưu hóa hiệu suất mô men xoắn và nâng cao chất lượng khí thải.
Bộ điều chỉnh trục cam mới nhẹ hơn 34% trong khi khả năng hoạt động nhanh gấp đôi
Hình 1.5: Bộ điều chỉnh trục cam
1 Bộ điều chỉnh cam xả; 2 Bộ điều chỉnh cam nạp
Hình 1.6: Cấu tạo xu páp
1 Móng hãm; 2 Lò xo; 3 Xu páp; 4 Đĩa lò xo; 5 Chụp đậy
Hình 1.7: Cacte của động cơ M271 EVO
Phun nhiên liệu
Từ van điều chỉnh áp suất có đường hồi xăng về thùng
1 lần Hệ thống dẫn không khí nạp bao gồm có: bầu lọc gió, hộp bướm ga và cụm ống nạp
1.3.1 Phun trực tiếp đồng nhất
1.3.1.2 Nguyên tắc hoạt động của bộ điều khiển phun nhiên liệu Áp suất nhiên liệu hiện tại trong đường dẫn được chuyển tiếp đến van điều khiển lượng Van này làm cho bơm cao áp tạo áp suất nhiên liệu đến 140 Bar trong đường dẫn Thời gian phun được tính toán chính xác bởi bộ điều khiển ME-SFI Bộ điều khiển ME- SFI lấy tín hiện từ các thành phần sau:
- Bộ truyền động van tiết lưu
- Cảm biến tốc độ máy
Thời gian hoạt động của van nạp và van xả có thể điều chỉnh, cho phép tối ưu hóa sự hình thành hỗn hợp trong buồng đốt theo các điều kiện hoạt động hiện
Hình 1.15: Mặt cắt của kim phun
1 Lò xo; 4 Kim điều chỉnh lượng phun; 2 Gối van; 5 Phần ứng điện từ: 3 Đầu kim nhiều lỗ; 6 Cuộn nam châm
Hinh 1.16: Kim phun với tia nhiên liệu riêng biệt
1 Kim phun; 2 Tia nhiên liệu; 3 Van nạp; 4 Van xả
1.3.1.5 Bơm nhiên liệu áp suất cao
1.3.1.6 Van điều khiển lượng phun
1.3.1.7 Cảm biến áp suất đường nhiên liệu
Hình 1.17: Hệ thống cao áp
2; Y76/3 Kim phun ở xy lanh 3; Y76/4 Kim phun ở xy lanh 4 Y94 Van điều lượng; A Nhiên liệu từ bình nhiên liệu (áp suất thấp); B Nhiên liệu vào dường ống (áp suất cao)
Khi động cơ tắt van điều khiển lượng ngắt nguồn cung cấp nhiên liệu nhờ đó làm giảm áp suất nhiên liệu
Hệ thống áp suất thấp
Hệ thống áp suất thấp hoạt động với bộ điều khiển bơm nhiên liệu và cảm biến áp suất nhiên liệu trong đường cấp nhiên liệu
Hình 1.18: Hệ thống áp suất thấp
Bộ tăng áp
Hinh 1.19: Tổng quan hệ thống
1 Bộ tăng áp; 2 Đường phân phối khí nạp; 3 Ống xả; 4 Van điều tiết tiếng ồn
- Trong quá trình tăng áp, năng lượng của dòng khí thải được sử dụng để dẫn động bộ tăng áp
Hình 1.20: Sơ đồ chức năng của bộ cưỡng bức khí nạp
Bộ chuyển đổi áp suất kiểm tra áp suất tăng tác động vào buồng chân không của điều khiển áp suất tăng với áp suất tăng
Hình 1.21: Tổng quan về thành phần
1.4.3 Kiểm soát áp suất tăng áp
1.4.3.1 Bộ chuyển đổi áp suất điều khiển tăng áp
- CẢm biến nhiệt độ không khí nạp
- Cảm biết áp suất ngược dòng van tiết lưu
- Cảm biến áp suất ngược dòng của cánh máy nén
- Cảm biến bàn đạp ga: yêu cầu tải từ người lái
- Cảm biến Hall trục khuỷu: tốc độ động cơ
- Bảo vệ quá tải đường truyền
- Bảo vệ quá tải nhiệt
Hình 1.22: Bộ chuyển đổi áp suất điều khiển tăng áp
1.4.3.2 Cảm biến áp suất ngược dòng của van tiết lưu Đo áp suất khí nạp trong đường khí nạp
Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất dựa vào sự biến dạng của màng do áp suất không khí nạp Sự biến dạng này tác động lên chiết áp, dẫn đến sự thay đổi điện trở của chiết áp Kết quả là tín hiệu điện áp mà cảm biến áp suất truyền đến đơn vị điều khiển ME-SFI cũng bị ảnh hưởng.
1.4.3.3 Cảm biến áp suất xuôi dòng van tiết lưu Đo áp suất khí nạp trong đường phân phối khí nạp và chuyển tiếp giá trị này đến bộ điều khiển ME-SFI
Hinh 1.23: Cảm biến áp suất ngược dòng van tiết lưu
M16/6 Bộ truyền động bướm ga; B28/6
Cảm biến áp suất ngược dòng van tiết lưu
Hình 1.24: Cảm biến áp suất xuôi dòng van tiết lưu
B17/8 Cảm biến nhiệt độ không khí nạp;
B28/7 Cảm biến áp suất xuôi dòng của van tiết lưu
1.4.3.4 Cảm biến áp suất thượng nguồn tuabin nén
Hinh 1.25: Cảm biến áp suất thượng nguồn tuabin nén
Bộ chân không Y31/5 và bộ chuyển đổi áp suất điều khiển tăng áp B28/15 cùng với cảm biến áp suất ngược dòng của tuabin máy nén đóng vai trò quan trọng trong việc ghi lại áp suất không khí sạch cho bộ điều khiển ME-SFI.
Trang 27 Điều này cho phép nó phát hiện bất kì sự sụt áp đột ngột nào, ví dụ: do tắc bầu lọc gió Cảm biến chắc chắn ở phía trên Tuabin nén được đặt trong đường dẫn khí nạp lên phía trên của bộ sạc tuabin
Tất cả các cảm biến áp suất hoạt động theo cùng một nguyên tắc - chúng được điều khiển bằng áp suất dương
Hình 1.26: Nguyên tắc hoạt động của van xả
Y101 Van xả; A Van xả mở; B Van xả đóng
Xử lý khí thải
- CO được sinh ra khi lượng ôxy đưa vào buồng đốt không đủ (cháy không hoàn toàn)
- HC được sinh ra trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn, cũng như CO Ngoài ra HC còn sinh ra trong các trường hợp sau:
+ Khi nhiệt độ ở khu vực dập lửa thấp, chưa đạt tới nhiệt độ bốc cháy
Trang 30 sinh ra càng trở nên lớn hơn khi hỗn hợp không khí nhiên liệu quá nghèo, vì nó không cháy được
Khi hỗn hợp không khí nhiên liệu nghèo, lượng NOx sinh ra sẽ tăng cao do tỷ lệ ôxy trong hỗn hợp này cũng cao hơn Do đó, sự hình thành NOx phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố: nhiệt độ cháy và hàm lượng ôxy.
- Khi NOx được hít vào cơ thể, nó gây kích thích mũi và họng Nó cũng gây ra hiện tượng sương khói quang hóa
1.5.1.1 Ngyên tắc hoạt động của điều khiển Lambda
Hinh 1.28: Bộ điều khiển lambda
G3/1 Cảm biến oxy cuối bộ chuyển đổi xúc tác; G3/2 Cảm biến oxy phía trên bộ chuyển đổi xúc tác
1.5.1.2 Cảm biến Oxy ngược dòng bộ chuyển đổi xúc tác
Cảm biến oxy ngược dòng bộ chuyển đổi xúc tác là một cảm biến oxy băng rộng với hai cảm biến nhảy điện áp
1.5.1.3 Cảm biến oxy ở cuối của bộ chuyển đổi xúc tác
Cảm biến oxy đo hàm lượng oxy còn lại trong khí thải cho các mục đích sau:
- Giám sát hiệu quả của bộ chuyển đổi xúc tác
Xử lý khí thải sau xử lý đối với dòng xe du lịch hiện tại
1.5.2.1 Bơm phun khí thứ cấp chạy điện
Hình 1.30: Hệ thống không khí thứ cấp
1 Van ngắt khí của bơm phun khí thứ cấp; 2 Bơm phun khí thứ cấp; 3 Ống dẫn khí đến van xả; 4 Van xả
Bơm phun khí thứ cấp bổ sung không khí sạch vào ống xả để làm nóng bộ chuyển đổi xúc tác đến nhiệt độ hoạt động nhanh hơn
Việc phun khí thứ cấp có thể được kích hoạt thông qua Xentry Diagnostics (phần mềm chẩn đoán chuyên hãng của Mercedes-Benz)
1.5.2.2 Van chuyển đổi mặt bơm khí
Van chuyển mạch được kích hoạt bằng tín hiệu trực tiếp từ bộ điều khiển ME-SFI
1.5.2.3 Van ngắt khí của thời gian phun khí thứ cấp
Trang 34 đi vào các cửa xả của nắp quy lát thông qua van ngắt không khí Màng ngăn ngăn không khí đi vào khi không có chân không đối diện với van chuyển mạch.
Làm mát và bôi trơn
Hệ thống làm mát động cơ đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ ổn định, bảo vệ các chi tiết và tối ưu hóa hiệu suất Động cơ M271 áp dụng hệ thống làm mát kín với lưu thông tuần hoàn cưỡng bức nhờ bơm nước Hệ thống này sử dụng nước sạch pha thêm chất phụ gia chống đông và chống gỉ.
Hệ thống làm mát của động cơ bao gồm các bộ phận thiết yếu như két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, lớp áo nước trong thân máy, nắp máy, các đường dẫn nước và két sưởi.
Hình 1.32: Cài đặt bộ điều nhiệt 2 đĩa với chức năng 3 đĩa
1 Bộ tản nhiệt; 2 Bộ sưởi; 3 Động cơ; 4 Bypass
Nhiệt độ nước làm mát được điều chỉnh cho từng điểm hoạt động theo yêu cầu Ưu điểm của việc này như sau:
- Công suất ma sát của động cơ thấp hơn khi nhiệt độ dầu và động cơ tăng song song ở mức tải từng phần
- Nhiệt độ động cơ giảm đáng kể ở dải tải cao, cho phép động cơ đạt hiệu suất cao hơn tại các điểm vận hành
Hình 1.33: Tổng quan về đường nước làm mát
2 chiều; 14 Bộ trao đổi nhiệt sưởi
Khi chất làm mát đạt đến 80 độ C, bộ điều nhiệt sẽ mở mạch rẽ nhánh
Bơm nước trong hệ thống làm mát của động cơ là loại bơm ly tâm, có chức năng cung cấp nước tuần hoàn cưỡng bức để duy trì hiệu suất làm mát cho động cơ.
1 Đường nước ra; 2 Thân bơm; 3 Đĩa cánh bơm; 4 Đường nước vào; 5 Trục bơm
1.6.4 Cửa chớp bộ tản nhiệt
Hình 1.35: Cửa chớp bộ tản nhiệt
Kiểm soát luồng không khí làm mát qua bộ tản nhiệt và khoang động cơ giúp giảm đầu vào cửa không khí, từ đó giảm lực cản khí động học và cải thiện tiết kiệm nhiên liệu Việc đóng cửa chớp tản nhiệt thông qua bộ điều khiển ME-SFI không chỉ giảm lượng làm mát của khoang động cơ mà còn giảm đáng kể tiếng ồn bên ngoài của động cơ.
1.6.4.1 Nguyên lý hoạt động Điều chỉnh cửa chớp bộ tản nhiệt được kích hoạt thông qua bộ phận chân không, bộ phần điều chỉnh trên vỏ bộ tản nhiệt Thiết bị truyền động được điều khiển bởi bộ điều khiển ME-SFI được kích hoạt bằng tín hiệu mặt đất từ bộ điều khiển ME-SFI sau khi khởi động động cơ Chân không đến từ bộ trợ lực phanh tích tụ trong bộ phận chân không, phần tử điều chỉnh và cửa chớp tản nhiệt được đóng lại thông qua một liên kết
Hệ thống điện xe
1.7.1 Bộ điều khiển tự động động cơ
M271 đã phát triển phiên bản nâng cao của bộ điều khiển động cơ điện tử SIM4KE20, cho phép tích hợp các tín hiệu mở rộng để chuyển đổi sang bộ tăng áp và tối ưu hóa hệ thống phun trực tiếp.
Hình 1.42: Bộ điều khiển tự động
Y31/5 Bộ chuyển đổi áp suất điều khiển
- Cảm biến vị trí trục khuỷu
- Cảm biến vị trí trục cam
- Cảm biến nhiệt độ động cơ
Dây cao áp đơn được sử dụng trong M271 EVO
Mỗi xi lanh có một cuộn dây đánh lửa riêng, được kích hoạt và điều khiển bởi bộ điều khiển ME-SFI
Sơ đồ đánh lửu thường được điều chỉnh theo các tiêu chí sau:
- Giảm tiêu thụ nhiên liệu
- Tăng mô-men xoắn ở vòng tua thấp
- Cải thiện tính năng vận hành êm ái của động cơ
Các chức năng bổ sung được tính hợp trong bộ điều khiển ME-SFI là:
- Kiểm soát tốc độ không tải
- Giới hạn vòng tua (có thể thay đổi)
Hình 1.43: Vị trí dây cao áp
Khi ra mắt thị trường vào tháng 9 năm 2009, M271 EVO sẽ được trang bị hệ thống khởi động/ dừng ECO, ban đầu chỉ kết hợp với hộp số tay
Khi động cơ đó nổ thì người lái nhả khóa điện, các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tác dụng của lò xo hồi vị
Hệ thống khởi động/dừng ECO giúp tắt động cơ khi xe đang ở tốc độ rất thấp hoặc đứng yên, tùy thuộc vào điều kiện của xe và người lái Chức năng này giúp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu hiệu quả hơn.
1.7.3.2 Yêu cầu chức năng hệ thống khởi động ECO Để thực hiện quá trình chạy tự động với sự hỗ trợ của động cơ phải được thoả mãn:
- Động cơ đã đạt được các thông số vận hành cần thiết( ví dụ: nhiệt độ nước làm mát yêu cầu tối thiểu)
- Các điều kiện liên quan đến trình điều khiển sau được áp dụng:
+ Hộp số ở trạng thái trung tính Bộ ly hợp và bàn đạp ga không hoạt động + Phanh bảo dưỡng được áp dụng
+ Tốc độ xe dưới tốc độ giới hạn
- Hệ thống khởi động/dừng ECO chưa được tắt bằng nút ECO (mặc định sau khi khởi động ban đầu là trạng thái BẬT)
- Sau khi bắt đầu vượt qua tốc độ giới hạn thích hợp
- Các điều kiện phụ thuộc vào xe của các hệ thống sau được đáp ứng:
+ Hệ thống điện trên xe
- Các hệ thống cảm biến khác, chẳng hạn như khoá cửa, khoá đai an toàn và các điểm tiếp xúc trên mui xe
Hình 1.44: Nút ECO với đèn báo
Hệ thống khởi đBộng ECO bao gồm các chức năng chính sau:
- Chức năng khởi động động cơ
- Khởi động động cơ cưỡng bức
- Chức năng dừng động cơ
1.7.3.4 Chức năng dừng động cơ
Bộ điều khiển ME-SFI tắt động cơ khi thỏa mãn các điều kiện chức năng sau:
- Hộp số ở trạng thái trung tính
- Bộ ly hợp và bàn đạp ga không hoạt động
- Phanh dịch vụ được áp dụng
- Tốc độ xe dưới tốc độ giới hạn
1.7.3.5 Chức năng khởi động động cơ
- Bàn đạp ga được vận hành
- Bộ ly hợp được vận hành
- Hệ thống khởi động ECO được tắt thông qua nút ECO
- Tốc độ xe vượt quá tốc độ cho phép
- Một chức năng yêu cầu động cơ hoạt động, chằng hạn như tăng cấp độ xe, được kích hoạt bởi người lái
Trang 51 Để khởi động lại động cơ, bộ điều khiển ME-SFI yêu cầu khởi động lại (tự động khởi động)
Hình 1.45: Mô hình chuyển số trong xe có hệ thống khởi động ECO
1.7.3.6 Khởi động đông cơ cưỡng bức
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử Động Cơ M271 EVO
Mục đích, ý nghĩa
Vì vậy việc khai thác hệ thống phun xăng điện tử lắp trên động cơ M271 nhằm mục đích:
- Hiểu một cách tổng quan và sâu sắc hơn về hệ thông phun xăng điện tử
- Khai thác đưa vào sử dụng thuận tiện, hiệu quả và được bền lâu hơn
Hệ thống phun xăng điện tử được trang bị trên động cơ M271
Trên động cơ M271 giới thiệu trong đồ án tốt nghiệp này được trang bị hệ thống phun xăng điện tử MPFI
Mỗi xilanh động cơ được cung cấp nhiên liệu bởi một vòi phun riêng biệt Xăng được phun vào đường ống nạp ví trí gần xupap nạp Ưu điểm:
- Lượng xăng phun ra được điểu chỉnh kịp thời, chính xác theo sự thay đổi của lượng khí nạp
- Công suất động cơ tăng
- Độ tin cậy cao (tức là trong thời gian sử dụng ít xảy ra sự cố)
- Hỗn hợp tạo ra đồng đều giữa các xilanh
- Đảm bảo nồng độ các chất độc hại dưới quy định cho phép
- Đòi hỏi cao về chất lượng của xăng và không khí
- Khi bảo dưỡng, sửa chữa đòi hỏi người thợ có trình độ cao
2.2.1 Hệ thống phun xăng trực tiếp (GDI)
Trang 55 Được ứng dụng lần đầu trên ô tô vào năm 1953, cho tới nay, hệ thống phun xăng GDI vẫn không ngừng được cải tiến, hoàn thiện về cấu tạo, nguyên lý hoạt động nhằm đạt hiệu quả cao nhất trong vận hành
Hình 2.1: Hệ thống phun xăng trực tiếp
Hệ thống GDI này được cấu tạo gồm có 2 phần chính:
Trang 56 áp suất thực tế trong ống rail là bao nhiêu và đưa ra điều chỉnh van FPRV (Fuel Pressure Regulator Valve) – van điều áp trên bơm cao áp Sau đó, kim phun nhiên liệu dưới áp suất cao vào buồng đốt động cơ sẽ được điều khiển bởi ECM
2.2.1.2 Nguyên lý hoạt động Ở hệ thống phun xăng trực tiếp GDI có hai chế độ nạp cơ bản:
Nạp phân tầng là chế độ phun nhiên liệu được áp dụng trong các tình huống tải vừa và nhỏ, trong đó nhiên liệu được phun vào trong kỳ nén Khi động cơ hoạt
NOx (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O4, N2O5) ra môi trường lớn nên van EGR được tăng lên để giảm NOx
2.2.2 Đánh lửa sớm điện tử (ESA)
ECU động cơ được lập trình với các số liệu để đảm bảo thời điểm đánh lửa tối ưu trong mọi chế độ hoạt động của động cơ Các số liệu này kết hợp với dữ liệu từ các cảm biến theo dõi hoạt động của động cơ, giúp ECU xác định thời điểm đánh lửa chính xác Trên cơ sở đó, ECU gửi tín hiệu IGT đến IC đánh lửa, tạo ra tia lửa điện tại thời điểm phù hợp, đảm bảo hiệu suất động cơ tối ưu.
2.2.3 Điều khiển tốc độ không tải (ISC)
ECU động cơ lập trình với các giá trị tốc độ động cơ tiêu chuẩn tương ứng với các điều kiện như sau:
- Nhiệt độ nước làm mát
2.2.4 Các loại cảm biến và tín hiệu vào
2.2.4.1 Cảm biến áp suất nhiên liệu
Hình 2.2: Cảm biến áp suất nhiên liệu 2.2.4.2 Cảm biến vị trí bướm ga
Hình 2.3: Vị trí lắp đặt cảm biến vị trí bướm ga Thông thường có hai loại cảm biến vị trí bướm ga:
- Cảm biến vị trí bướm ga kiểu tiếp điểm
Hình 2.4: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga kiểu tiếp điểm
1 Tiếp điểm toàn tải; 2 Đĩa cam; 3 Trục bướm ga tiếp điểm không tải; 4 Tiếp điểm không tải; 5 Giắc nối dây điện
Bơm nhiên liệu
Trang 61 nên được sử dụng rộng rãi Loại bơm này bao gồm môtơ và bộ phận bơm với van một chiều, van an toàn và có bộ lọc gắn liền thành một khối
Bộ bơm bao gồm một hoặc hai cánh được dẫn động bằng môtơ, vỏ bơm và nắp bơm Khi môtơ hoạt động, các cánh bơm quay đồng thời, tạo ra lực đẩy nhiên liệu từ cửa vào đến cửa ra thông qua các cánh quạt bố trí dọc chu vi bên ngoài của cánh bơm Sau đó, nhiên liệu đi qua môtơ và được bơm ra từ bơm thông qua van một chiều, đảm bảo dòng chảy một chiều và hiệu quả bơm cao.
1 Thân van; 2 Bộ phần kết nối vào đường ống; 3 Phần xoay xả lưu chất ra ngoài;
4 Đệm lò xo; 5 Đĩa; 6 Nắp chụp bảo vệ; 7 Lò xo; 8 Nút bịt; 9 Vít điều chỉnh; 10 Tay giât
Lọc nhiên liệu: dùng để lọc cặn bẩn trong nhiên liệu đối với loại lọc này thì lọc nhiên liệu được bắt sau bơm
Chức năng ECU
Chức năng hoạt động cơ bản
Trong bộ nhớ chia ra nhiều loại:
Bộ nhớ ROM (Read-Only Memory) là loại bộ nhớ dùng để lưu trữ thông tin thường trực, chỉ cho phép đọc thông tin từ đó ra mà không thể ghi vào được Thông tin trong ROM được cài đặt sẵn và cung cấp dữ liệu cần thiết cho bộ vi xử lý, giúp thực hiện các chức năng cơ bản của hệ thống.
PROM (Programmable Read-Only Memory) là một loại bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình được, tương tự như ROM nhưng được trang bị thêm nhiều công dụng khác Ngoài việc lưu trữ bộ nhớ, bộ vi xử lý trong ECU (Bộ điều khiển động cơ) còn được tích hợp một đồng hồ tạo ra xung ổn định và chính xác, giúp đảm bảo hoạt động trơn tru và đáng tin cậy của hệ thống.
+ Ngoài bộ nhớ, bộ vi xử lý và đồng hồ thì ECU còn trang bị thêm các mạch giao tiếp giữa đưa vào và đưa ra
Bộ chuyển đổi A/D đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi tín hiệu tương tự từ các cảm biến và thiết bị ngoại vi như cảm biến nhiệt độ, bộ đo gió, công tắc cánh bướm ga thành tín hiệu số, cho phép bộ vi xử lý hiểu và xử lý thông tin một cách chính xác.
Kiểm tra và xóa mã chẩn đoán
2.5.1 Kiểm tra đèn báo “CHECK ENGINE”
Trang 63 Đèn báo kiểm tra động cơ sẽ sáng lên khi bật khoá điện đến vị trí ON và động cơ không chạy Khi động cơ chạy thì đèn báo kiểm tra động cơ phải tắt Nếu đèn này vẫn còn sáng thì hệ thống chẩn đoán đã tìm thấy hư hỏng hay sự bất bình thường trong hệ thống
2.5.2 Phát mã chẩn đoán hư hỏng
- Các điều kiện ban đầu:
+ Điện áp ắc quy bằng 11V hoặc cao hơn
+ Hộp số ở vị trí N (tay số không)
+ Tất cả các hệ thống phụ phải tắt (điều hoà )
- Bật khoá điện đến vị trí ON
- Dùng dây kiểm tra chẩn đoán (SST) nối tắt các cực TC và CG của giắc DLC3
+ Điện áp ắc quy 11V hay cao hơn
+ Bướm ga đóng hoàn toàn
+ Tắt tất cả các trang thiết bị phụ
- Nối máy chẩn đoán với giắc DLC3
- Bật khoá điện đến vị trí ON và bật máy chẩn đoán ON
- Vào các menu sau: Powertrain / Engine and ECT / DTC
- Kiểm tra và ghi lại mã DTC Sau khi kiểm tra xong, tháo máy chẩn đoán ra khỏi DLC3
Xây Dựng Mô Hình Động Cơ
Ý nghĩa
Động cơ G4CS mặc dù đã ra đời từ lâu nhưng vẫn được sử dụng phổ biến trên các dòng xe Hyundai ở Việt Nam Động cơ này sở hữu cấu tạo và hệ thống trang bị đầy đủ, bao gồm hệ thống làm mát và các hệ thống cảm biến khác Việc tìm hiểu và thực hành mô hình động cơ G4CS giúp người học hiểu rõ hơn về lý thuyết và áp dụng nó vào thực tế Mô hình này đóng vai trò quan trọng trong việc giúp sinh viên và học viên tiếp cận thực tế và áp dụng kiến thức đã học vào thực hành.
Phương án bố trí mô hình
Hình 3.1: Bảng điều khiển động cơ G4CS
1 Hộp ECU; 2 Bảng đồng hồ taplo; 3 Rờ le ECU; 4 Rờ le xăng; 5 cầu chì ; 6 Rờ le đề; 7 Chìa
Mô hình động cơ ô tô được bố trí trên khung, giúp người học hiểu rõ cách sắp xếp và nguyên lý hoạt động của các hệ thống trên động cơ Thông qua mô hình này, người học có thể thực hành và quan sát trực tiếp các bộ phận của các hệ thống trên động cơ, từ đó nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết.
Hình 3.2: Mô hình động cơ G4CS
1 Bánh đà; 2 Bình xăng; 3 Động cơ ; 4 Két làm mát; 5 Cacte; 6 lọc nhớt; 7 Máy phát; 8 Pô
Các hệ thống trên động cơ
Hệ thống làm mát của động cơ bao gồm các mạch nước làm mát được bố trí bên trong thân máy và nắp quy lát, giúp làm mát hiệu quả các bộ phận này Để đảm bảo hiệu suất làm mát, một bơm nước được sử dụng để tuần hoàn nước làm mát, trong khi van hằng nhiệt điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát ở mức cần thiết Ngoài ra, két nước đóng vai trò giải nhiệt nước làm mát, và nắp két nước giúp điều chỉnh áp suất bên trong đường ống nước làm mát, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.
3.3.1.2 Cấu tạo một số bộ phận chính
Van hằng nhiệt là thiết bị quan trọng giúp duy trì nhiệt độ ổn định trong động cơ, điều chỉnh lưu thông nước làm mát từ động cơ đến két nước Khi động cơ khởi động và còn lạnh, van sẽ đóng để ngăn chặn dòng nước đến két làm mát Khi nhiệt độ trong động cơ vượt mức quy định (khoảng 87-102 độ C tùy thuộc vào tốc độ xe), van hằng nhiệt sẽ mở ra, cho phép nước làm mát lưu thông Nhờ vào chức năng này, động cơ có thể nhanh chóng đạt nhiệt độ làm việc tối ưu, hoạt động ổn định và giảm tiêu hao nhiên liệu.
Két nước là một bộ phận quan trọng trong hệ thống làm mát của động cơ, được cấu tạo từ các ống nhỏ, hẹp và các lá nhôm mỏng để tăng cường khả năng tản nhiệt Với chức năng chính là chứa nước truyền nhiệt, két nước giúp hạ nhiệt độ của nước và cung cấp nước mát cho động cơ khi hoạt động, đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của động cơ.
Quạt làm mát: Tăng tốc độ không khí lưu thông qu két nước để nước chảy qua két nước làm mát nhanh hơn
3.3.1.3 Một số hư hỏng thường gặp
Két nước bị xì, rò rỉ nước làm mát ra ngoài, nguyên nhân có thể do két nước bị va đập sau một tai nạn nào đó
Két nước ô tô thường gặp phải tình trạng nghẹt do sử dụng nước làm mát không đúng tiêu chuẩn, dẫn đến sự hình thành của các cặn bẩn và ghỉ sét khi động cơ hoạt động ở nhiệt độ và áp suất cao Ngoài ra, hư hỏng van hằng nhiệt sau thời gian sử dụng dài cũng là một nguyên nhân phổ biến gây nghẹt két nước Bên cạnh đó, sự cố hư hỏng quạt làm mát két nước hoặc gãy đoạn ống dẫn đến rò rỉ nước cũng có thể dẫn đến tình trạng này.
Hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối nhớt bôi trơn từ các-te nhớt đến các bề mặt ma sát và chuyển động trong động cơ Quá trình này không chỉ giúp giảm ma sát và mài mòn các chi tiết máy, mà còn lọc sạch tạp chất lẫn trong nhớt khi nhớt tẩy rửa các bề mặt ma sát, đồng thời làm mát nhớt để đảm bảo khả năng hoạt động tốt và ổn định của động cơ.
Dầu nhờn đóng vai trò quan trọng trong hệ thống bôi trơn của động cơ, với nhiều loại khác nhau được hình thành từ các nguyên liệu đa dạng Việc phân loại dầu nhờn thành các cấp và loại theo tiêu chuẩn nghiêm ngặt giúp người dùng lựa chọn sản phẩm phù hợp, đảm bảo chất lượng và mang lại hiệu quả cao trong việc vận hành động cơ mượt mà, tăng tuổi thọ và giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu.
3.3.2.2 cấu tạo bộ phận chính
Để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của các bộ phận máy móc, việc lọc nhớt là vô cùng quan trọng Nhớt bôi trơn cần phải sạch để giảm thiểu sự mài mòn của các trục, bề mặt ma sát và ổ trục do các tạp chất sinh ra trong quá trình hoạt động Trong quá trình hoạt động, nhớt có thể bị phân hủy và nhiễm bẩn bởi các tạp chất như bụi bẩn, kim loại mài mòn và các chất phụ gia bị phá hủy, do đó cần phải thường xuyên kiểm tra và thay thế nhớt để duy trì hiệu suất tối ưu của máy móc.
Mạt kim loại thường hình thành do quá trình ma sát gây mài mòn trên các bề mặt tiếp xúc, đặc biệt là trong giai đoạn chạy rà khi động cơ mới được sử dụng hoặc khi động cơ hoạt động trở lại sau một thời gian dài ngừng hoạt động.
Các tạp chất như cát, bụi lẫn trong không khí nạp có thể xâm nhập vào xy-lanh và hòa lẫn vào nhớt, từ đó di chuyển xuống các-te, gây nhiễm bẩn nhớt và ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của động cơ.
- Mụi than do nhiên liệu hoặc nhớt lọt vào xylanh
- Các tạp chất do nhớt kém chất lượng sinh ra, bị oxy hóa hoặc bị tác dụng với các axít sinh ra trong quá trình cháy
Trang 68 Để đảm bảo lọc sạch các tạp chất đó, giữ cho nhớt một sự sạch sẽ nhất định, ta sử dụng bầu lọc tinh Để đảm bảo khả năng bôi trơn, người ta sử dụng két làm mát để giảm nhiệt độ nhớt
3.3.2.3 Một số hư hỏng thường gặp
Hệ thống bôi trơn của ô tô thường không xảy ra hư hỏng nếu người sử dụng tuân thủ khuyến cáo của nhà sản xuất và thực hiện bảo dưỡng định kỳ, bao gồm thay nhớt và lọc nhớt đúng thời hạn Việc này giúp duy trì hiệu suất và tuổi thọ của động cơ, đồng thời ngăn chặn các vấn đề tiềm ẩn có thể xảy ra.
Một vài sự cố có thể xảy ra đối với hệ thống bôi trơn như:
- Lượng nhớt quá thấp dẫn tới đèn báo áp suất nhớt bôi trơn sáng lên
- Ron cac-te nhớt sau thời gian dài sử dụng bị lão hóa, xì nhớt ra ngoài cac-te
- Dung nhớt không đúng, không đạt tiêu chuẩn dễ dẫn đến hư hỏng các chi tiết máy
3.3.3 Hệ thống phân phối khí
3.3.3.1 Yêu cầu Điều khiển quá trình thay đổi môi chất công tác trong động cơ, nạp đầy hỗn hợp hòa khí vào xylanh trong kỳ nạp và thải sạch khí cháy ra khỏi xylanh trong kỳ xả Dựa vào nhiệm vụ trên, hệ thống phân phối pháp đáp ứng được các yêu cầu khắc khe như:
- Xupap cần được mở sớm và đóng muộn tùy theo kết cấu của từng loại động cơ và điều kiện vận hành động cơ
- Phải đóng mở đúng thời gian quy định
- Phải đảm bảo đóng kín buồng cháy trong kỳ nén và nổ
- Độ mở xupap phải đủ lớn để dòng khí dễ lưu thông vào buồng cháy
- Dễ dàng điều chỉnh, sữa chữa…
3.3.3.2 Cấu tạo một số bộ phận chính
Trục cam là một chi tiết quan trọng trong động cơ ô tô, được thiết kế với cấp chính xác cao để đảm bảo hoạt động trơn tru và hiệu quả Thông thường, trục cam trên ô tô là trục liền, không có khúc đoạn nối, giúp tăng cường độ bền và giảm thiểu khả năng hỏng hóc Các vấu cam trên trục cam được bố trí theo thứ tự nổ của từng loại động cơ và chức năng của trục cam, giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy nhiên liệu và tăng cường hiệu suất động cơ.
Xupap: Xupap có nhiệm vụ đóng mở cửa nạp và thải trong động cơ theo thứ tự
Trang 69 làm việc của động cơ Các xupap được chế tạo từ vật liệu có khả năng chịu nhiệt độ cao, giãn nở ít và có độ cứng cao
Lò xo xupap là một chi tiết quan trọng luôn phải chịu tải trọng, dù động cơ đang hoạt động hay không Để đảm bảo hiệu suất và độ bền, lò xo xupap được chế tạo từ vật liệu có khả năng đàn hồi tốt và độ cứng vững cao Thông thường, lò xo xupap là loại lò xo trụ có bước xoắn thay đổi, giúp giảm giao động cộng hưởng và ngăn chặn hiện tượng gãy lò xo trong quá trình hoạt động.
3.3.3.3 Một số hư hỏng thường gặp
Hệ thống phân phối khí hoạt động lâu ngày có thể dẫn tới những hư hỏng như:
- Khe hở xupap quá lớn dẫn đến động cơ khi hoạt động có tiếng gõ lớn
- Trục cam bị bó kẹt gây mài mòn lớn, tiếng gõ lớn do sử dụng nhớt bôi trơn kém chất lượng.
Sử dụng mô hình
Mô hình động cơ giúp người học hiểu rõ cách bố trí các hệ thống trên động cơ và thực hành kiểm tra các bộ phận của các hệ thống đó Thông qua mô hình, người học có thể nắm bắt cách động cơ hoạt động và hiểu hơn về động cơ cũng như các cụm tổng thành khác Điều này tạo điều kiện cho người học có cái nhìn khách quan hơn và học tập một cách hiệu quả hơn Đồng thời, mô hình cũng giúp người học nắm bắt lý thuyết nhanh chóng và thực tế hơn, tạo nền tảng kiến thức cơ bản để học tập và làm việc tốt hơn khi tiếp xúc với các động cơ đời mới sau này.