VVT-I dùng áp suất thủy lực để chỉnh vị trí trục cam từ đó thay đổi thời điểm phốikhí sau thời điểm đóng van xả và mở van nạp trình khớp với nhau.VVT-I có ý nghĩa với động cơ đốt trong d
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Đặt vấn đề
Ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ và trở thành phương tiện di chuyển chủ yếu, mở ra nhiều cơ hội và thách thức cho nền kinh tế Giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển công nghiệp, yêu cầu ngành ô tô phải liên tục đổi mới về kỹ thuật và công nghệ Trường Đại Học Công nghệ TP.HCM (HUTECH) đang chú trọng đào tạo kỹ sư ngành ô tô, với sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành để sinh viên có kiến thức vững vàng và định hướng chuyên môn phù hợp Nhà trường thường xuyên cập nhật công nghệ và trang thiết bị mới, hỗ trợ sinh viên trong quá trình học tập và làm việc.
Sự quan trọng của giảng viên trong công tác giảng dạy đối với sinh viên là điều không thể phủ nhận Nhóm chúng tôi đã quyết định tập trung vào lĩnh vực động cơ, thực hiện xây dựng mô hình động cơ nổ nhằm hỗ trợ giảng viên trong việc giảng dạy Đồ án này không chỉ giúp sinh viên củng cố kiến thức lý thuyết mà còn nâng cao kỹ năng thực hành về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại động cơ khác nhau, từ đó đáp ứng nhu cầu sửa chữa trong tương lai Qua dự án, sinh viên có cái nhìn tích cực hơn về lựa chọn nghề nghiệp của bản thân, đồng thời phát triển tinh thần làm việc nhóm và hỗ trợ lẫn nhau giữa các thành viên.
Mục tiêu đề tài
Để thực hiện đồ án môn học này ta cần nắm được mục tiêu đề tài muốn hướng đến những nội dung sau:
- Tổng hợp những kiến thức và quá trình học tập để xây dựng mô hình động cơ nổ 1NZ_FE.
- Phục vụ cho việc giảng dạy và hướng dẫn tạo các Pan chuẩn đoán trên mô hình.
- Xây dựng tài liệu tham khảo cho sinh viên: Bản thuyết minh, mô hình, thực hành trên
- Động cơ phải nổ được.
- Biết được những hư hỏng và cách khắc phục về mô hình.
Nội dung đề tài
Để rõ hơn về đề tài cần phải thực hiện những nội dung sau:
- Xây dựng mô hình động cơ
- Nắm được nguyên lí hoạt động, cấu tạo của động cơ 1NZ_FE.
- Đo lấy thông số các chi tiết, thiết kế, thi công bản vẻ chi tiết 2D, 3D.
- Tính toán thiết kế gá động cơ khi nổ khung bị rung giật.
- Khả năng sử dụng phần mềm thiết kế Autocad, Solidworks.
- Viết báo cáo đồ án.
1.4 Phương pháp nghiên cứu Để đề tài được hoàn thiện tốt nhất cần:
- Thu nhập, phân tích, tìm kiếm tài liệu trên sách, báo.
- Ứng dụng các văn bản sách và kiến thức đã học áp dụng để làm đồ án.
- Tổng hợp, nghiên cứu, so sánh giữa các hãng xe.
- Tham khảo ý kiến của giảng viên.
1.5 Kết cấu đồ án Đồ án gồm V chương
Chương I : Giới thiệu đề tài
Chương II : Tổng quan về động cơ 1NZ_FE
Chương III : Thiết kế thi công mô hình động cơ
Chương IV : Tổng quan về điện trên động cơ
Kết cấu đồ án
Chương I : Giới thiệu đề tài
Chương II : Tổng quan về động cơ 1NZ_FE
Chương III : Thiết kế thi công mô hình động cơ
Chương IV : Tổng quan về điện trên động cơ
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Sơ lược về dòng xe Toyota Vios 2007
Toyota Vios, mẫu xe Sedan, lần đầu tiên ra mắt tại Thái Lan vào năm 2002 Sau hơn 20 năm hoạt động, Vios đã trải qua 4 lần nâng cấp và phát triển.
Toyota Vios 2007 là mẫu xe thuộc thế hệ thứ hai, kế thừa từ thế hệ đầu tiên sản xuất từ 2002 đến 2006 Phiên bản 1.5G nâng cấp và 1.5E được trang bị động cơ 1.5L I4 1NZ, mang đến hiệu suất vận hành ấn tượng cho người dùng.
Động cơ FE, DOHC trang bị công nghệ VVT-i với công suất tối đa 107 mã lực tại 6,000 vòng/phút và mô-men xoắn cực đại 14.4 kg.m tại 4,200 vòng/phút Phiên bản 1.5G được trang bị hộp số tự động 4 cấp, trong khi phiên bản 1.5E sử dụng hộp số tay 5 cấp.
The vehicle is equipped with essential safety features, including two front airbags, an Anti-lock Braking System (ABS), Electronic Brakeforce Distribution (EBD), and Brake Assist (BA) for emergency braking support.
Phiên bản 1.5G của xe được trang bị nội thất và tay lái bọc da, cùng với hàng ghế sau có khả năng gập theo tỷ lệ 60:40 Các phím điều khiển âm thanh được tích hợp trên tay lái, và hệ thống âm thanh 1 đĩa tương thích với định dạng MP3 và WMA, kết nối với 6 loa cho cả hai phiên bản Kích thước xe đã được mở rộng so với thế hệ trước, với chiều dài cơ sở 2.550 mm, chiều dài tổng thể 4.300 mm, chiều rộng 1.700 mm và chiều cao 1.460 mm Xe sử dụng động cơ xăng với ba tùy chọn: 1.3L 2NZ-FE, 1.5L 1NZ-FE và 1.6L 4ZR-FE.
Giới thiệu về động cơ 1NZ_FE
Động cơ 1NZ_FE là một trong những loại động cơ phổ biến được lắp đặt trên nhiều mẫu xe của Toyota, bao gồm Vios, Yaris và Vitz.
2.2.1 Thông số kỹ thuật xe Toyota Vios 2007.
- Là loại động cơ xăng, cấu hình xy_lanh 1-4 (4 xy_lanh thẳng hàng).
- Hệ thống van điều khiển với cam đôi trên thân máy (DOHC)
- Sử dụng nhiên liệu xăng, hệ thống đánh lửa điện tử
- Dung tích công tác 1.5 (lít)
- Đường kính, hành trình piston 75 x 84.7 (mm)
- Hệ thống nhiên liệu điện tử EFI.
- Công suất cực đại 107 bhp tại 6000 vòng/phút
- Momen xoắn cực đại 14.4kg.m 4200 vòng/phút
- Trọng lượng không tải: 1055-1110 (kg)
- Trọng lượng toàn tải: 1520 (kg)
Bảng 2.1 Kích thước của xe [1]
Chiều dài tổng thể (mm) 4300
Chiều rộng tổng thể (mm) 1700
Chiều cao tổng thể (mm) 1460
Chiều dài cơ sở (mm) 2550
Khoảng cách sáng gầm tối thiểu 150
Thể tích khoang hành lí (lít_SAE) 475
Dung tích bình nhiên liệu (lít) 42
Khoảng cách 2 bánh trước (mm) 1470
Khoảng cách 2 bánh sau (mm) 1460
2.2.2 Đặc điểm nổi bật của động cơ 1NZ_FE
2.2.2.1 Hệ thống phân phối khí VVT-I.
Hệ thống phân phối khí VVT-I được viết tắt Variable Valve Timing – Intelligent hay còn gọi là thời điểm phối khí thay đổi thông minh.
Hệ thống VVT-I của Toyota được lắp đặt trên hầu hết các dòng xe, mang lại hiệu suất cao, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải Hệ thống này hoạt động bằng cách điều khiển điện tử, cho phép điều chỉnh thời điểm mở và đóng các van nạp một cách linh hoạt.
VVT-I sử dụng áp suất thủy lực để điều chỉnh vị trí trục cam, từ đó thay đổi thời điểm phối khí giữa việc đóng van xả và mở van nạp, giúp cải thiện hiệu suất động cơ.
VVT-I có ý nghĩa với động cơ đốt trong dòng khí nạp và xã ra từ buồng đốt tự điều khiển bởi các van xupap.
Thời điểm đóng mở các van trong động cơ có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình đốt cháy và sinh công Tuy nhiên, thời điểm và độ mở van lại giống nhau ở tất cả các tốc độ và điều kiện vận hành, không thể điều chỉnh linh hoạt theo từng tình huống Điều này dẫn đến sự lãng phí lớn trong hiệu suất hoạt động của động cơ.
Mục đích của VVT-I là để khắc phục tình huống trên giảm thiểu khí thải, thải ra môi trường hơn.
Hệ thống VVT-I điều khiển trục cam nạp trong khoảng 40 độ của góc trục khuỷu, nhằm tối ưu hóa thời gian đóng mở van phù hợp với điều kiện động cơ Điều này giúp tạo ra mômen xoắn lý tưởng trong mọi dải tốc độ, đồng thời cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải.
Chia làm hai phần gồm: Hệ thống VVT-i và Hệ thống chấp hành của VVT-i
- Bộ xử lý trung tâm ECU
- Bơm dầu và đường dẫn dầu
- Bộ điều khiển phối khí
Van điều khiển dầu trục cam
Cảm biến bướm ga Đồng hồ đo lưu lượng không khí
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến vị trí trục khuỷu
Hệ thống cảm biến trong động cơ bao gồm nhiều loại cảm biến quan trọng như cảm biến vị trí cam VVT, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến nhiệt độ nước làm mát Những cảm biến này đóng vai trò thiết yếu trong việc tối ưu hóa hiệu suất động cơ và đảm bảo hoạt động ổn định.
B) Hệ thống chấp hành của VVT-i gồm:
- Bộ điều khiển VVT-i xoay trục cam nạp
- Áp suất dầu tạo lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i
- Van điều khiển đường đi của dầu
Ngoài ra, hệ thống VVT-i còn được kết hợp đồng bộ với bướm ga điện tử, kim phun nhiên liệu 12 lỗ, bộ chia điện cùng các bugi loại Iridium.
Khi xe di chuyển với tải trọng nhẹ và nhiệt độ thấp, thời điểm phối khí trục cam nạp được điều chỉnh trễ, giảm độ trùng lập xupap nhằm hạn chế khí xả chạy ngược về phía nạp Đối với xe tải vừa và nặng ở tốc độ thấp, thời điểm phối khí trục cam nạp được điều chỉnh sớm, tăng độ trùng lập xupap để cải thiện tuần hoàn khí thải (ERG) Những điều chỉnh này giúp giảm ô nhiễm khí thải và tiết kiệm nhiên liệu.
Thời điểm đóng xupap nạp đã được điều chỉnh sớm hơn để giảm thiểu hiện tượng khí nạp quay ngược, từ đó nâng cao hiệu quả nạp cho động cơ.
Hình 2.5.1 Cấu tạo hệ thống VVT-I [4]
Cánh quạt Áp suất dầu
Dừng lại Đang hoạt động
Hình 2.5.2 Cấu tạo hệ thống VVT-I [4]
2.2.2.3 Nguyên lí hoạt động VVT-I.
Van điều khiển dầu phối khí trục cam điều chỉnh dòng dầu đến bộ điều khiển VVT-i dựa trên cường độ dòng điện từ ECU động cơ Bộ điều khiển VVT-i sẽ quay trục cam nạp theo vị trí áp suất dầu, nhằm điều chỉnh thời điểm phối khí sớm, muộn hoặc duy trì ổn định.
ECU động cơ tối ưu hóa thời điểm đóng mở xupap dựa trên tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát Nó điều khiển van dầu phối khí trục cam và sử dụng tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế, đồng thời thực hiện điều khiển phản hồi nhằm đạt được thời điểm phối khí chuẩn.
Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được điều chỉnh đúng vị trí, áp suất dầu sẽ tác động lên khoang cánh gạt, giúp quay trục cam nạp để làm sớm thời điểm phối khí Việc này tối ưu hóa hiệu suất động cơ và cải thiện khả năng vận hành.
Van điều khiển dầu phối khí trục cam điều chỉnh dòng dầu đến bộ điều khiển VVT-i dựa trên cường độ dòng điện từ ECU động cơ Bộ điều khiển VVT-i sẽ quay trục cam nạp theo vị trí áp suất dầu, nhằm điều chỉnh thời điểm phối khí sớm, muộn hoặc duy trì trạng thái hiện tại.
ECU động cơ tối ưu hóa thời điểm đóng mở xupap dựa trên các yếu tố như tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát Điều này giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của động cơ trong các điều kiện khác nhau.
Lò xo Ống chỉ Đường dầu đến
Hồi dầu Hồi phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn.
Để tối ưu hóa thời điểm phối khí, van điều khiển dầu phối khí trục cam cần được đặt đúng vị trí theo hướng dẫn của ECU động cơ Khi đó, áp suất dầu sẽ tác động lên khoang cánh gạt, giúp quay trục cam nạp về phía làm sớm thời điểm phối khí.
Khi ECU điều chỉnh van kiểm soát thời điểm phối khí trục cam, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt để làm muộn thời điểm phối khí, từ đó giúp quay trục cam nạp theo hướng làm muộn thời điểm phối khí.
Hệ thống điều khiển động cơ
2.3.1 Ưu nhược điểm của động cơ 1 NZ-FE
Động cơ xăng không chì 4 xy lanh thẳng hàng với dung tích 1.5L, trang bị trục cam kép DOHC 16 xu páp và hệ thống dẫn động bằng xích Đặc biệt, động cơ này còn có hệ thống van nạp thông minh VVT-i, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS được áp dụng trong động cơ nhằm nâng cao hiệu suất, giảm tiếng ồn, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải.
Động cơ 1NZ-FE của Toyota, với chi phí bảo dưỡng thấp và phụ tùng dễ dàng tìm kiếm, là lựa chọn lý tưởng cho các dòng xe phổ thông và gia đình, đặc biệt là trên mẫu xe Vios qua nhiều thế hệ Động cơ nhỏ gọn này cũng rất phù hợp để sử dụng trong giảng dạy và học tập cho sinh viên ngành ô tô.
Động cơ bố trí xi lanh hình chữ I nằm ngang có dung tích nhỏ, dẫn đến công suất bị giới hạn Ngoài ra, động cơ này còn phát ra tiếng ồn, rung lắc và có trọng tâm cao.
Vận hành chưa thực sự êm ái và hoạt động không bền bỉ, chưa êm bằng một số loại động cơ khác.
2.3.2 Sơ lược hệ thống điều khiển động cơ
Hình 2.6: Vị trí các cảm biến trên động cơ 1NZ-FE [4]
2.3.2.1 Các loại cảm biến của động cơ 1NZ-FE và vị trí các hộp trên xe Động cơ 1NZ-FE gồm có các cảm biến:
1 Cảm biến khối lượng không khí nạp (Mass air flow meter) loại dây nhiệt
2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp (Intake air temperature sensor)
3 Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle Position Sensor) kiểu phần tử Hall
4 Cảm biến vị trí trục khuỷu (Crankshaft Position Sensor)
5 Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft Position Sensor)
6 Cảm biến kích nổ (Knock sensor)
7 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (Engine Coolant Temperatur)
8 Cảm biến oxy (Oxygen Sensor)
5 Đèn báo lỗi “check engine”
Hình 2.6: Vị trí giắc nối trong khoang động cơ[23]
Hình 2.7: Vị trí các giắc và hộp cầu chì trong khoang cabin [23]
Hình 2.8 Sơ đồ vị trí chân giắt ECU [23]
TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ 1NZ_FE
Các bộ phận di động
Đuôi piston là phần còn lại của piston, có chức năng dẫn hướng, trong khi sự mài mòn chủ yếu xảy ra ở phần thân theo phương vuông góc với trục piston Thân piston có hình oval, với đường kính theo phương vuông góc lớn hơn đường kính theo phương song song, nhằm bù đắp cho sự giãn nở nhiệt do phần kim loại bệ trục dày hơn ở các vị trí khác.
Xécmăng được lắp đặt bên trong các rãnh piston, với đường kính ngoài lớn hơn đường kính ngoài của piston Khi cụm piston và xécmăng được lắp vào xylanh, lực đàn hồi của xécmăng sẽ tạo ra áp lực cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
+ Xécmăng khí: làm mát, làm kín buồng cháy, không cho khí cháy lọt xuống cacte dầu.
+ Xécmăng dầu: gạt dầu bôi trơn xylanh và piston, đồng thời ngăn không cho dầu bôi trơn lọt lên buồng cháy.
Vật liệu chế tạo xécmăng gang hợp kim, là vật liệu chống mài mòn cao.
* Chức năng: [23] Kết nối Piston với đầu nhỏ thanh truyền.
Truyền chuyển động từ piston đến thanh truyền và ngược lại.
Có hai kiểu lắp ghép chốt piston:
+ Kiểu 1: Cố định chốt piston trong đầu nhỏ thanh truyền vằng cách ghép độ dôi hoặc dùng bulông.
+ Kiểu 2: Chốt piston xoay được trong lỗ trục Piston bằng cách dùng khoen chặn ở hai đầu trục.
* Chức năng: [23] Kết nối trục piston với chốt khuỷu.
Nó dùng để biến chuyển động lên tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu và ngược lại. Động cơ 1NZ – FE có 4 thanh truyền.
* Cấu tạo: Được chế tạo bằng thép, có cường độ làm việc cao và gọn nhẹ.
Thanh truyền được chia làm 3 phần:
+ Đầu to thanh truyền được chia làm hai nửa được lắp ghép với chốt khuỷu.
+ Thân thanh truyền là phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to thanh truyền.
Dầu nhờn từ cổ trục chính chảy qua ống dẫn trong trục khuỷu để bôi trơn đầu to thanh truyền Dầu tiếp tục đi qua hai mép đầu to, giúp bôi trơn xylanh và piston dưới tác động của lực li tâm Bên hông đầu to thanh truyền có lỗ dầu để làm mát đỉnh piston, khi lỗ dầu trên chốt khuỷu trùng với lỗ dầu trên đầu to thanh truyền.
Trục khuỷu động cơ 1NZ – FE được gia công bằng phương pháp rèn, có độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao để làm giảm ma sát [23]
Là chi tiết quan trọng và phức tạp của động cơ.
Nó tiếp nhận lực của piston truyền qua thanh truyền và biến lực thành mômen xoắn truyền cho bánh đà.
Hình 3.20 Cấu tạo trục khuỷu [4]
Trục khuỷu làm bằng thép rèn chất lượng cao để đảm bảo độ cứng vừng và mài mòn tốt.
Nó được đặt trong các ổ trục chính ở thân máy.
Giữa ổ trục chính của thân máy và cổ trục chính của trục khuỷu có các bạc lót và các bạc lót được chia làm hai nửa [23]
Đầu trục khuỷu được trang bị bánh xích hoặc bánh đai rang để điều khiển cơ cấu phân phối khí, đồng thời cũng dẫn động bơm trợ lực lái, máy nén hệ thống điều hòa, bơm nước và máy phát điện.
Hình 3.22 mô tả sự dẫn động của trục khuỷu, với đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà và hỗ trợ trục sơ cấp của hộp số Các ổ trục chính và chốt khuỷu được gia công chính xác và có độ bóng cao Dầu nhờn từ thân máy được dẫn đến các ổ trục chính để bôi trơn Chốt khuỷu được sử dụng để lắp đầu to thanh truyền, với dầu nhờn được dẫn từ cổ trục chính qua ống dẫn dầu Đối trọng được sử dụng để cân bằng lực quán tính và mômen quán tính.
Bánh đà được đặt ở đuôi trục khuỷu và có vai trò quan trọng trong việc ổn định số vòng quay của trục khuỷu ở tốc độ thấp Ngoài chức năng này, bánh đà còn hỗ trợ khởi động và truyền công suất đến hệ thống truyền lực.
Hệ thống phân phối khí
Hình 3.24 Cơ cấu phân phối khí [15]
Hệ thống phân phối khí động cơ 1NZ – FE trang bị trục cam kép (DOHC) và công nghệ điều khiển thời điểm mở xupáp thông minh VVT – I, mang lại công suất tối ưu, tiết kiệm nhiên liệu và hiệu quả cao trong nhiều điều kiện đường xá, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường.
Hình 3.25 Hệ thống VVT –I động cơ 1NZ – FE. [16]
[23] Điều khiển quá trình trao đổi khí trong xy lanh.
Việc đóng và mở các cửa nạp - xả nhằm mục đích nạp đầy không khí và thải sạch khí cháy ra khỏi xylanh Điều này giúp điều khiển sự mở xupáp một cách hợp lý, phù hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ, đồng thời tăng cường công suất cho động cơ.
3.3.1.1 Trục cam Ở cơ cấu này, hai trục cam được bố trí trên nắp máy Một trục cam điều khiển các xupap nạp, một trục cam điều khiển xupáp thải.
Cảm biến vị trí bướm ga
Hình 3.26 Trục cam nạp và trục cam xả [4]
Mỗi xylanh trang bị 4 xupáp:
Hình 3.27 Cơ cấu trục cam kép [17]
Sự chuyển động từ trục khuỷu lên trục cam được thực hiện bằng xích.
Khi trục cam quay, cam tác động lên con đội để điều khiển xupáp đóng mở. Đường dẫn dầu
Mỗi xylanh có 4 xupáp, hai xupáp nạp và 2 xupap thải Đường kính đầu xupáp nạp lớn hơn đường kính xupap thải.
Xupap có tác dụng đóng mở các cửa nạp và cửa thải:
Xupáp được sản xuất từ thép đặc biệt để chịu đựng nhiệt độ cao, va đập mạnh và sự ăn mòn hóa học Cấu trúc của xupáp bao gồm ba phần chính: đầu, thân và đuôi.
Thân xupáp có hình dạng trụ và khe hở, việc lắp ghép chính xác giữa xupáp và ống kềm là rất quan trọng Điều này đảm bảo sự chuyển động chính xác của xupáp, giúp ngăn ngừa nhớt vào buồng đốt và hạn chế khí cháy từ buồng đốt gây hư hỏng cho dầu nhờn.
+ Đuôi xupáp nhận lực tác động từ con đội, ngoài ra nó còn dùng đẻ giữ lò xo xupáp.
Lò xo xupáp đảm bảo cây xupáp chuyển động theo đúng quy luật khi động cơ hoạt động
Móng hãm được đặt vào đế trên và lồng vào rãnh đuôi xupáp để đảm bảo xupáp đóng kín với một lực ép ban đầu của lò xo [23]
Hình 3.32 Móng hãm lò xo xupáp [19]
3.33 Các thông số của lò xo xupáp [20]
Con đội được đặt tiếp xúc với các cam trên trục cam Khi làm việc con đội chuyển động trong các xylanh của nó.
Hệ thống bôi trơn
* Chức năng: [23] + Làm giảm ma sát cho các chi tiết chuyển động.
+ Có tác dụng làm kín piston, xécmăng và long xylanh.
+ Làm mát các chi tiết động cơ.
+ Bảo vệ bề mặt các chi tiết, chống rỉ sét.
+ Lôi cuốn các hạt mài mòn xuống Cacte.
Làm cho các chi tiết làm việc êm dịu, giảm tiếng ồn
Hình 3.36 Hệ thống bôi trơn [4]
Bơm nhớt hút nhớt từ cacte qua lưới lọc thô, cung cấp cho hệ thống Nhớt sau khi được bơm sẽ đi đến lọc tinh để được lọc sạch, rồi sau đó sẽ được cung cấp đến mạch dầu chính ở thân máy.
Nhớt từ mạch dầu chính sẽ được phân phối đến: cổ trục khuỷu, nắp quy lát.
Từ cổ trục khuỷu, nhớt sẽ làm trơn các chốt khuỷu.
Từ nắp quy lát nhớt sẽ đến làm trơn các cổ trục cam và đến van điều khiển nhớt của bộ điều khiển VVT – i.
Hình 3.37 Sơ đồ khối hệ thống bôi trơn [23] 3.4.1 Bơm nhớt
Rotor chủ độngCacte nhớt
Bơm nhớt có chức năng hút nhớt từ cacte và cung cấp đến các chi tiết chuyển động của động cơ với áp suất nhất định Bơm nhớt được dẫn động từ trục khuỷu, đảm bảo quá trình bôi trơn hiệu quả cho động cơ.
+ Động cơ 1NZ – FE sử dụng kiểu bơm Rotor ăn khớp trong.
Bơm này gồm 2 rotor đặt bên trong thân bơm Khi rotor chủ động quay thì rotor bị động quay theo.
Lưới lọc thô đặt bên dưới cacte dầu Do lưới lọc được kết nối với mạch hút của bơm nhớt nên phải đảm bảo độ kín của nó.
Trong quá trình sử dụng, nhớt động cơ thường bị lẫn với nhiều cặn bã như mạt kim loại và các tạp chất khác, gây mài mòn nhanh chóng và giảm tuổi thọ của động cơ Để bảo vệ động cơ khỏi những tác hại này, việc lắp đặt lọc nhớt sau bơm nhớt là rất cần thiết.
Hình 3.41 Bố trí lọc dầu trên động cơ [26]
Bên trong lọc nhớt, có một van an toàn được bố trí song song với lõi lọc, giúp mở ra khi áp suất chênh lệch giữa đường vào và ra vượt quá 1kg/cm², cho phép một phần nhớt đi tắt qua lõi lọc để cung cấp cho động cơ Ngoài ra, van một chiều tại đường vào của lõi lọc ngăn cản chất bẩn quay trở lại bơm khi tắt máy, đồng thời giữ lại nhớt trong bầu lọc để cung cấp ngay lập tức cho các chi tiết động cơ khi khởi động lại.
Hình 3.42 Cấu tạo lọc tinh [23] 3.5 Hệ thống làm mát [23] 3.5.1 Chức năng
Trong quá trình hoạt động của động cơ, nhiên liệu liên tục được đốt cháy trong các xylanh, chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng với nhiệt độ có thể lên đến 2500°C Tuy nhiên, chỉ khoảng 25% nhiệt lượng này được chuyển đổi thành công hữu ích, trong khi 45% bị mất qua khí thải và ma sát, và 30% còn lại được truyền cho các chi tiết của động cơ Để ngăn ngừa quá nhiệt và kẹt động cơ, lượng nhiệt truyền cho các chi tiết cần được thải ra môi trường bên ngoài, do đó, hệ thống làm mát được thiết lập để làm nguội động cơ.
Hệ thống làm mát động cơ INZ – FE sử dụng nước làm mát SLLC, một loại nước làm mát siêu bền của TOYOTA, giúp tăng cường hiệu suất làm mát và bảo vệ động cơ khỏi các tác động nhiệt độ cao.
Nước làm mát được lưu thông quanh các xylanh và bên trong nắp máy, giúp loại bỏ nhiệt lượng sinh ra từ quá trình cháy Hệ thống làm mát này đảm bảo động cơ duy trì nhiệt độ ổn định, tối ưu cho hiệu suất hoạt động.
Khi hệ thống làm mát gặp sự cố, động cơ sẽ bị quá nhiệt, dẫn đến hiệu suất hoạt động kém Nếu nhiệt độ làm việc của động cơ quá thấp, sẽ xảy ra tổn thất nhiệt lớn, ảnh hưởng đến chất lượng của hỗn hợp cháy và quá trình cháy.
Dòng dầu (vào)Van an toànPhần tử lọc
Khi động cơ khởi động, nếu nhiệt độ còn thấp, van hằng nhiệt sẽ đóng lại, giúp chất lỏng làm mát tuần hoàn bên trong động cơ và cung cấp nhiệt cho khoang hành khách.
Hình 3.43 Van hằng nhiệt đóng, mở [27]
Khi nhiệt độ động cơ tăng cao, van hằng nhiệt mở ra cho phép nước làm mát từ động cơ chảy ra két nước Nhiệt độ từ chất lỏng sẽ được truyền qua các ống dẫn đến tản nhiệt, nơi không khí sẽ mang đi Phần dưới của két nước được kết nối với bơm nước, giúp bơm nước tuần hoàn xung quanh xylanh và lên nắp máy.
Hình 3.44 Bơm nước ly tâm [28]
Bơm nước được sử dụng là kiểu bơm
Chất lỏng làm mát được dẫn đến cửa vào của bơm, và khi bơm quay, lực ly tâm khiến nước văng ra mép ngoài của các cánh, sau đó nước được đưa vào thân máy của động cơ.
Nhiệt độ làm việc của chất làm mát là yếu tố quan trọng, thay đổi theo từng loại động cơ Để đạt hiệu suất tối ưu, nhiệt độ chất làm mát nên duy trì trong khoảng 85 – 95 °C.
Khi khởi động động cơ ở nhiệt độ thấp, việc tăng nhanh nhiệt độ làm mát là rất quan trọng, đặc biệt trong điều kiện thời tiết lạnh Do đó, van hằng nhiệt được thiết kế để nhanh chóng nâng cao nhiệt độ động cơ và duy trì sự ổn định của nó.
Van hằng nhiệt là thiết bị tự động điều chỉnh việc đóng mở dựa trên nhiệt độ của nước làm mát, được lắp đặt giữa két nước và động cơ Khi nhiệt độ nước thấp, van sẽ đóng lại để giữ nước làm mát trong két, và khi nhiệt độ tăng lên, van sẽ mở ra để cho phép nước làm mát chảy ra khỏi két nước.
Van hằng nhiệt dược hoạt động nhờ một chất sáp nhạy cảm với nhiệt độ, được đặt bên trong một xylanh Khi động cơ ở trạng thái lạnh, chất sáp giữ dạng rắn, khiến lò xo đóng van lại Khi nhiệt độ nước làm mát tăng, chất sáp chuyển sang dạng lỏng và giãn nở, đẩy van xuống và mở ra, cho phép nước làm mát từ két nước lưu thông trong động cơ.
Hệ thống nhiên liệu
3.6 Hệ thống nhiên liệu [23] 3.6.1 Chức năng
Có nhiệm vụ cung cấp một lượng nhiên liệu nhất địn, đúng thời điểm và phù hợp với các chế độ làm việc vào buồng cháy động cơ.
Hệ thống nhiên liệu bao gồm các thành phần chính như thùng nhiên liệu, bơm nhiên liệu, lọc nhiên liệu, các đường ống, bộ dao động, ống phân phối, kim phun, kim phun khởi động và bộ điều áp, tất cả đều đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiên liệu cho động cơ.
Hình 3.51 Hệ thống nhiên liệu [4]
Khi bơm nhiên liệu hoạt động, nhiên liệu sẽ được hút từ thùng chứa qua bộ lọc và đến bộ dập dao động, sau đó đi vào ống phân phối Tại ống phân phối, nhiên liệu được cung cấp cho các kim phun, trong khi lượng nhiên liệu thừa sẽ quay trở lại thùng chứa thông qua bộ điều áp.
Hình 3.52 Sơ đồ khối của hệ thống nhiên liệu [23] 3.6.2 Các bộ phận [23]
- Bơm nhiên liệu được đặt bên trong thùng nhiên liệu, và được tích hợp với bộ lọc nhiên liệu; bộ điều áp; bộ đo nhiên liệu
Hình 3.54. Cấu tạo bơm xăng [33]
Khi bơm quay hoạt động, nó sẽ hút nhiên liệu từ thùng chứa và cung cấp cho hệ thống dưới áp suất nhất định, đi qua bộ lọc nhiên liệu và bộ dập dao động trước khi vào ống phân phối Lượng nhiên liệu thừa sẽ trở về thùng chứa qua bộ điều áp Tại ống phân phối, nhiên liệu được cung cấp cho các kim phun trên đường ống nạp của động cơ Dưới áp suất, khi kim van mở, nhiên liệu sẽ được phun gián đoạn vào đường ống nạp theo chu kỳ.
- Kiểu bơm được sử dụng là kiểu bơm Tuabin, gồm có thân bơm; cánh bơm và được dẫn động bằng một động cơ điện một chiều.
Khi rotor của động cơ điện quay, các cánh bơm cũng quay theo, giúp đẩy nhiên liệu từ mạch hút ra mạch thoát của bơm Lượng nhiên liệu được cung cấp qua khe hở giữa rotor và stator sẽ kích hoạt van một chiều mở, cho phép nhiên liệu vào hệ thống Bên trong bơm, có một van an toàn được lắp đặt để giảm áp lực cho bơm.
Van một chiều được lắp đặt ở mạch ra của bơm, nhằm tạo áp suất dư trong hệ thống khi động cơ ngừng hoạt động Điều này giúp động cơ khởi động một cách dễ dàng và nhanh chóng.
Khi dừng động cơ khi còn nóng, nhiệt độ nhiên liệu trong đường ống xung quanh ôtô sẽ tăng lên, giúp áp suất dư trong hệ thống ngăn ngừa sự hình thành bọt nhiên liệu.
Lọc nhiên liệu là thiết bị quan trọng giúp loại bỏ các tạp chất có trong nhiên liệu, đảm bảo hệ thống nhiên liệu hoạt động hiệu quả Sau khi được lọc, nhiên liệu sẽ được chuyển đến bộ dập dao động để tiếp tục quá trình sử dụng.
Hệ thống điện, điều khiển động cơ
3.7.1 Hệ thống khởi động (Starting system).
(Ảnh chụp từ ĐAMH cũ)
Hình 3.57 Cấu tạo máy khởi động [35]
Hệ thống khởi động ô tô bao gồm: ắc quy, máy khởi động (starting motor), các rơ le điều khiển và rơ le bảo vệ khởi động
Chức năng của máy khởi động chuyển điện năng thành cơ năng để làm quay bánh đà, làm cho động cơ khởi động thành công.
* Sơ đồ mạch điện hệ thống khởi động.
Hình 3.58 Sơ đồ mạch khởi động [36] a) Cấu tạo
- Chìa khóa b) Hoạt động máy khởi động
Để máy khởi động hoạt động, cần cấp nguồn dương vào chân B (chân 50) của máy khởi động Khi dòng điện đi qua chân B, nó sẽ kích hoạt cuộn hút và cuộn giữ, dẫn đến việc tiếp điểm công tắc từ đóng lại Dòng điện sau đó sẽ chạy từ bình ắc quy qua chân A (cực 30) của công tắc từ đến máy khởi động, kích hoạt motor máy khởi động hoạt động.
Khi bật khóa điện ở vị trí Star, chân AM2 sẽ kết nối với chân ST2, cho phép nguồn điện từ bình ắc quy đi qua cầu chì vào công tắc và phân bổ theo hai hướng Một trong những hướng này sẽ dẫn điện vào chân STSW của hộp ECU.
STSW có vai trò thông báo cho hộp điều khiển động cơ về vị trí đề máy Tín hiệu sẽ được truyền qua một diot một chiều và đến giắc D39 Tại thời điểm này, một đường dẫn sẽ kết nối đến chân.
STAR của hộp ECU, đường còn lại sẽ đi đến giắt A24 và sẽ đi theo 1 hướng nhất định
Nếu xe sử dụng hộp số tự động, quá trình chuyển số sẽ diễn ra qua công tắc vị trí tay số Ngược lại, đối với hộp số sàn, việc chuyển số sẽ phụ thuộc vào công tắc bàn đạp li hợp.
Khi xe sử dụng hộp số tự động, nguồn điện sẽ đi qua công tắc vị trí tay số, yêu cầu tay số phải ở vị trí P hoặc N để dòng điện có thể thông qua và đến giắc A24 Tại đây, giắc sẽ truyền dòng điện đến chân STA của hộp điều khiển ECU, xác định xe đang ở số P hoặc N Nếu tay số ở vị trí P hoặc N, điện áp sẽ là 12 volt; ngược lại, nếu không ở vị trí này, đèn taplo sẽ báo lỗi và điện áp sẽ giảm xuống 0 volt.
Khi dòng điện vào giắc A24, nó sẽ được chia thành hai nhánh: một nhánh đi đến chân STA của hộp điều khiển ECM, và nhánh còn lại đi qua relay khởi động.
Khi relay khởi động được cấp điện, dòng điện sẽ đi qua cuộn dây relay, khiến tiếp điểm relay đóng lại và cung cấp nguồn dương cho cực 50 của máy khởi động, từ đó kích hoạt máy khởi động Bên cạnh đó, chân ACCR được sử dụng để điều khiển nguồn âm và relay ACC cut, giúp ngắt các thiết bị điện không cần thiết, nhằm tập trung nguồn điện cho máy khởi động.
3.7.2 Sơ đồ mạch điện mạch đánh lửa (ignition)
Hình 3.59.1 Sơ đồ mạch đánh lửa [36]
Hình 3.59.2 Sơ đồ mạch đánh lửa [36] a) Cấu tạo
Nguồn ECM phải được cấp vào chân dương và chân mass của nó
- +B là dây dương của môbin hoạt động khi có dòng điện dương chạy qua
- IGF tín hiệu đánh lửa phản hồi Khi IC đánh lửa truyền tín hiệu phản hồi về ECM b) Nguyên lí hoạt động
Khi khóa điện được bật ở vị trí IG2, dòng điện sẽ đi qua cầu chì 15A đến Relay và bộ chia điện, cung cấp năng lượng cho các IC đánh lửa thông qua chân dương +B của 4 IC Dòng điện sau đó đi qua chân GND và trở về mass, cho phép các IC đánh lửa hoạt động hiệu quả.
Hình 3.59.3 Cảm biến và mạch đánh lửa [4]
Khi trục khuỷa của động cơ quay, cảm biến vị trí trục khuỷa và cảm biến vị trí trục cam sẽ truyền tín hiệu về vị trí của piston trong xi lanh đến ECM.
ECM sẽ xác định thời điểm đánh lửa và kết hợp với các cảm biến như cảm biến nước làm mát và cảm biến bướm ga để xác định góc đánh lửa sớm Sau khi xác định góc đánh lửa, ECM sẽ điều khiển IC đánh lửa.
Khi IC nhận tín hiệu đánh lửa từ ECM, chân IGT sẽ cung cấp dòng điện cho cuộn dây sơ cấp và dẫn dòng trở về mass Khi quá trình đánh lửa kết thúc, IC điều khiển sẽ ngắt dòng điện sơ cấp Điều này khiến cuộn thứ cấp tạo ra điện áp cao khoảng 30,000 volt, kích thích đầu bugi để thực hiện quá trình đánh lửa.
Sau khi đánh lửa IC sẽ cấp lại cho ECM một tín hiệu phản hồi là IGF để ECM biết được IC 1 đã hoạt động
Hình 3.60 Máy phát điện [37] a) Cấu tạo:
Hình 3.61 Cấu tạo máy phát điện [38]
+ Bộ tiết chế điều khiển dòng điện đi qua rotor, nguồn điện 3 pha thành một chiều. + Puly
+ Cuộn Rotor, Stator. b) Nguyên lý hoạt động:
Hình 3.62 Sơ đồ mạch điện[36]
Khi điện áp dưới 14V, máy phát sẽ kích hoạt tín hiệu cảnh báo trên đồng hồ taplo (đèn sáng) Lúc này, chân L được nối với mass, trong khi chân S đo điện áp của máy phát Nếu điện áp vượt quá 14V, dòng rotor sẽ bị ngắt để giảm điện áp do máy phát tạo ra.
Chân M xác định trạng thái hoạt động hoặc tắt của máy phát, dựa vào cuộn dây rotor Khi cuộn rotor có điện, máy phát sẽ hoạt động, và khi không có điện, máy phát sẽ tắt.
Hệ thống điều khiển động cơ
3.8.1 Cảm biến và cơ cấu chấp hành.
Các hệ thống tự động trên ô tô cần thông số đầu vào để điều khiển các cơ cấu chấp hành một cách tự động, do đó cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập các thông số thiết yếu như lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ động cơ, áp suất nhiên liệu, nhiệt độ dầu bôi trơn, số vòng quay của từng kỳ, tốc độ các bánh xe, tốc độ ô tô, lực quay vô lăng để điều chỉnh trở lực và độ mở bướm ga.
Hình 3.63 Vị trí, bố trí cảm biến trên xe và động cơ [4]
3.8.2 Vị trí các cảm biến trên xe.
Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tốc độ và khối lượng không khí vào hệ thống phun nhiên liệu của động cơ đốt trong Nằm giữa bộ lọc khí và đường ống nạp, MAF hoạt động cùng với cảm biến oxy để kiểm soát tỷ lệ không khí vào động cơ một cách chính xác.
Vị trí cảm biến MAF
(Hình ảnh chụp từ mô hình nhóm)
Cảm biến MAF có cấu tạo làm bằng vật liệu Platinum có dây co chịu nhiệt độ cao và có độ bền bỉ cao.
Cảm biến đo lưu lượng không khí nạp giúp phát hiện khối lượng hoặc thể tích không khí vào buồng cháy, từ đó xác định lượng nhiên liệu cần thiết để tạo ra hòa khí tối ưu cho quá trình nạp Ưu điểm của loại cảm biến này là đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ, cải thiện hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu và giảm khí thải.
- Phạm vi đo khối lượng không khí nạp từ tốc độ cầm chừng đến chế độ tải lớn rất rộng
- Đặc tính làm việc không phụ thuộc vào hoạt động của xe ở vùng cao hay vùng thấp
- Trọng lượng nhỏ, kích thước bé
- Không sử dụng cơ cấu cơ khí nên nó có độ nhạy rất cao
- Sức cản dòng khí qua bộ đo gió nhỏ hơn kiểu van trượt.
* Hoạt động và chức năng:
Dòng điện chạy qua dây sấy tạo ra nhiệt, trong khi không khí đi qua dây sấy làm mát nó, phụ thuộc vào khối lượng khí nạp vào động cơ Bằng cách điều chỉnh dòng điện để duy trì nhiệt độ ổn định của dây sấy, ta có thể đo lường lượng khí nạp thông qua việc đo dòng điện Dòng điện này sau đó được chuyển đổi thành điện áp và gửi đến ECU của động cơ.
Cần chú ý là điện áp cấp cho cảm biến là 12V
Hình 3.65 Sơ đồ chân giắt MAF [42]
Trong bộ đo gió dây nhiệt gồm có 3 chân sau: o +B: Chân nguồn 12 V o E2G: Chân mát cảm biến o VG: Tín hiệu xác định lưu lượng không khí nạp
Ngoài ra còn 2 chân của cảm biến nhiệt độ khí nạp: o THA: Chân tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp o E2: Chân mass cảm biến.
* Sơ đồ mạch điện MAF:
Hình 3.66 Sơ đồ mạch điện MAF [49]
Hình 3.66.1 Sơ đồ nguyên lí MAF
3.8.2.2 Cảm biến MAP (Cảm biến áp suất đường ống nạp)
* Vị trí cảm biến MAP:
Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP) thường được gắn ở trên đường khí nạp ở cổ hút
Cảm biến MAP là thiết bị đo áp suất không khí trong đường ống nạp, giúp xác định lưu lượng không khí vào xy lanh động cơ Với IC tích hợp, cảm biến này cảm nhận áp suất và truyền tín hiệu PIM đến ECU động cơ Dựa vào tín hiệu PIM, ECU quyết định thời gian phun nhiên liệu và góc đánh lửa cơ bản, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho động cơ.
Cảm biến áp suất đường ống nạp được cấu tạo từ một buồng chân không có gắn một con chip silicon, lưới lọc, đường ống dẫn và giắc cắm.
Vc: Nguồn 5V từ ECU cung cấp cho cảm biến
PIM: Tín hiệu xác định lưu lượng không khí nạp
Một chip Silicon được gắn với buồng chân không có độ chân không chuẩn, và tất cả đều nằm trong bộ cảm biến Một mặt của chip tiếp xúc với áp suất đường ống nạp, trong khi mặt còn lại tiếp xúc với độ chân không trong buồng Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, hình dạng của chip silicon cũng thay đổi, dẫn đến sự dao động của giá trị điện trở tương ứng với mức độ biến dạng.
Giá trị điện trở dao động được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp thông qua IC bên trong cảm biến, sau đó tín hiệu này được gửi đến ECM động cơ tại cực PIM để sử dụng làm tín hiệu áp suất đường ống nạp Cực Vc của ECM động cơ cung cấp nguồn điện ổn định 5V.
Hình 3.68 Sơ đồ mạch điện cảm biến MAP [42]
3.8.2.3 Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle position sensor)
Hình 3.69 Cảm biến bướm ga [45]
Cảm biến vị trí bướm ga được gắn trên trục cánh bướm ga, có chức năng chuyển đổi góc mở của cánh bướm ga thành tín hiệu điện gửi đến ECU.
Tín hiệu cầm chừng điều khiển quá trình phun nhiên liệu và hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa khi xe tăng tốc hoặc giảm tốc Trên một số mẫu xe, cảm biến vị trí bướm ga còn hỗ trợ ECU trong việc điều khiển hộp số tự động Trong khi đó, tín hiệu toàn tải giúp tăng lượng xăng phun, từ đó nâng cao công suất động cơ.
+ Nguyên lý hoạt động cảm biến vị trí cánh bướm ga loại biến trở: [42]
Có nhiều loại cảm biến vị trí cánh bướm ga, tùy theo yêu cầu và thiết kế trên các đời xe ta thường có các loại:
Loại này được cấu tạo từ hai con trượt, với đầu mỗi con trượt được thiết kế có các tiếp điểm cho tín hiệu cầm chừng và tín hiệu góc mở cánh bướm ga Thiết kế này đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho hệ thống.
Điện áp ổn định 5V từ ECU được cung cấp đến cực VC Khi cánh bướm ga mở, con trượt di chuyển trên điện trở, tạo ra điện áp tăng dần tại cực VTA tương ứng với góc mở của cánh bướm ga Khi cánh bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm cầm chừng kết nối cực IDL với cực E2 Hầu hết các xe, ngoại trừ Toyota, sử dụng cảm biến bướm ga loại biến trở với 3 dây.
VC, VTA và E2 mà không có dây IDL.
Hình 3.70 Sơ đồ nguyên lý cảm biến vị trí bướm ga [42]
Điện áp ổn định 5V từ ECU được cung cấp đến cực VC Khi cánh bướm ga mở, con trượt di chuyển dọc theo điện trở, tạo ra điện áp tăng dần ở cực VTA tương ứng với góc mở cánh bướm ga Khi cánh bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm cầm chừng kết nối cực IDL với cực E2 Hầu hết các xe, ngoại trừ Toyota, sử dụng cảm biến bướm ga loại biến trở với 3 dây VC, VTA và E2, không bao gồm dây IDL.
Cảm biến bao gồm một cánh bướm ga gắn trên trục, cho phép quay để điều chỉnh lượng không khí vào động cơ Khi tài xế đạp ga, trục bướm ga quay, và cảm biến ghi lại vị trí này, gửi tín hiệu điện áp tương ứng về ECU.
Hình 3.70.1 Sơ đồ mạch điện cảm biến bướm ga
3.8.2.4 Cảm biến bàn đạp chân ga
* Vị trí cảm biến bàn đạp chân ga:
Hình 3.71 Cảm biến bàn đạp chân ga [4]
Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga được tích hợp với bàn đạp, có chức năng xác định góc mở của bàn đạp ga ECU động cơ sử dụng điện áp đầu ra từ cảm biến này để điều chỉnh góc mở của bướm ga và lượng phun nhiên liệu Đây là loại cảm biến bàn đạp chân ga không có tiếp điểm.
Cảm biến bàn đạp ga có cấu tạo tương tự như cảm biến bướm ga, bao gồm con trượt, mạch trở than và lưỡi quét Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn và độ tin cậy, hầu hết các dòng xe ô tô hiện nay sử dụng hai tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga để cung cấp thông tin cho bộ phận ECU.
Bộ xử lý trung tâm (ECU)
Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình sử dụng cảm biến để liên tục kiểm soát tình trạng hoạt động của động cơ, với bộ ECU tiếp nhận và xử lý tín hiệu từ cảm biến, sau đó phát tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành luôn tuân theo lệnh của ECU và phản hồi tín hiệu từ cảm biến, đảm bảo hoạt động chính xác và thích ứng Hệ thống này giúp giảm thiểu chất độc hại trong khí thải và tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời tối ưu hóa công suất của động cơ ở các chế độ hoạt động khác nhau, hỗ trợ chẩn đoán hệ thống khi có sự cố xảy ra.
Hình 3.85 Bộ xử lý trung tâm ECU [41]
ECU được lắp đặt trong một vỏ kim loại giúp tối ưu hóa khả năng giải nhiệt và được đặt ở vị trí ít bị tác động bởi nhiệt độ và độ ẩm.
Nguyên lý hoạt động của động cơ bao gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, góc phối cam và ga tự động (cruise control) Đối với động cơ diesel hiện đại, thường sử dụng hệ thống nhiên liệu điện tử (EDC – electronic diesel control hoặc unit pump in line) để quản lý tín hiệu, lưu trữ thông tin, tính toán và quyết định chức năng hoạt động, từ đó gửi đi các tín hiệu thích hợp.
Các linh kiện điện tử của ECU được bố trí trên một mạch in, trong đó các linh kiện công suất của tầng cuối được gắn với khung kim loại để giải nhiệt Sự kết hợp các chức năng trong IC, bao gồm bộ tạo xung, bộ chia xung và bộ dao động đa hài, góp phần nâng cao độ tin cậy của ECU.
Một đầu ghim đa chấu dùng nối ECU với hệ thống điện trên xe, với các cơ cấu chấp hành và các cảm biến
Bộ nhớ : Bộ nhớ trong ECU chia ra làm 4 loại : [42]
ROM (Bộ nhớ chỉ đọc) được sử dụng để lưu trữ thông tin lâu dài Bộ nhớ này chỉ cho phép đọc dữ liệu mà không thể ghi thêm thông tin Nội dung trong ROM đã được cài đặt sẵn, cung cấp thông tin cần thiết cho bộ vi xử lý và được lắp cố định trên mạch in.
RAM (Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên) là loại bộ nhớ dùng để lưu trữ thông tin mới ghi nhận và được xác định bởi vi xử lý RAM cho phép đọc và ghi dữ liệu tại bất kỳ địa chỉ nào Hiện nay, RAM có hai loại chính.
Loại RAM xóa được: bộ nhớ sẽ mất khi mất dòng điện cung cấp
RAM không xóa được giữ lại bộ nhớ ngay cả khi nguồn cung cấp ô tô bị ngắt, giúp lưu trữ thông tin quan trọng về hoạt động của các cảm biến trong hệ thống tự chẩn đoán.
* PROM (Programmable Read Only Memory)
PROM có cấu trúc cơ bản tương tự như ROM, nhưng cho phép lập trình và nạp dữ liệu ngay tại nơi sử dụng, thay vì tại nơi sản xuất như ROM Điều này giúp PROM có khả năng sửa đổi chương trình điều khiển để đáp ứng các yêu cầu khác nhau.
KAM là bộ nhớ dùng để lưu trữ thông tin tạm thời cung cấp cho bộ vi xử lý, giữ lại dữ liệu ngay cả khi động cơ ngừng hoạt động hoặc khi tắt công tắc máy Tuy nhiên, nếu nguồn cung cấp điện từ accu bị ngắt, bộ nhớ KAM sẽ bị mất.
Bộ vi xử lý (Microprocessor)
Bộ vi xử lý có chức năng tính toán và ra quyết định Nó là “bộ não” của ECU
Hình 3.86 Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính với microprocessor [42]
Đường truyền - BUS: chuyển các lệnh và số liệu trong máy tính theo 2 chiều
ECU với những thành phần nêu trên có thể tồn tại dưới dạng một IC hoặc trên nhiều
Máy tính được phân loại theo độ dài RAM (tính theo bit), với các thế hệ đầu tiên chủ yếu sử dụng loại 4, 8 hoặc 16 bit Máy tính 4 bit có khả năng chứa nhiều lệnh và thực hiện lệnh logic tốt, trong khi máy tính 8 bit vượt trội hơn trong các phép đại số và chính xác hơn 16 lần so với 4 bit Hiện nay, để điều khiển các hệ thống trên ôtô với tốc độ và độ chính xác cao, máy tính 8 bit, 16 bit hoặc 32 bit được ưa chuộng hơn.
Hình 3.87 Sơ đồ điều khiển ECM động cơ [44]
THIẾT KẾ XÂY DỰNG MÔ HÌNH
Tiến hành thi công
Bảng 4.1 Bảng thiết bị, vật tư, số lượng.
Thiết bị và vật tư Số lượng, loại Động cơ 1NZ-FE 1
Bàn đạp chân ga 1 cái
Thước đo 1 cái Đồng hồ đo áp suất nhiên liệu 1 cái
Cao su đệm chân động cơ 4 cục
Keo dán ron 2 cái Ống giảm thanh 1 ống
Giấy amiang 2 tấm Ống dẫn nhiên liệu 2m
4.2.1 Thi công mô hình khung động cơ
Các thanh sắt được cắt và hàn nối lại để tạo thành khung sơ bộ, sau đó lắp thêm bốn bánh xe để dễ dàng di chuyển Sử dụng máy mài để mài các vết nhấp nhô từ mối hàn, giúp các khớp nối trở nên nhẵn và láng.
Sau khi hoàn thành gia công khung, cần sử dụng thước để đo lại các vị trí hàn chân động cơ Bước này rất quan trọng vì nếu sai, động cơ sẽ bị nghiêng hoặc lệch, không thẳng hàng Sau khi xác định chắc chắn các vị trí, tiến hành hàn chân cho động cơ.
Để kiểm tra độ chắc chắn của khung động cơ, cần đặt động cơ lên khung và quan sát xem có bị nghiêng hoặc lệch không Tiếp theo, tiến hành thi công thùng chứa bình nhiên liệu bằng cách cắt các tấm sắt dày 3mm để tạo thành thùng không nắp, với nắp được làm bằng tấm mika Thùng cần có hai cửa mở để dễ dàng cho vào và lấy ra bình acquy cùng bình chứa nhiên liệu, đồng thời thuận tiện cho việc sửa chữa và thực hành hệ thống điện điều khiển động cơ.
Hình 4.13 Thanh bảo vệ động cơ
Việc thi công các thanh bảo vệ động cơ có thể tháo lắp được thực hiện bằng cách gắn vào các đầu thanh, giúp dễ dàng tháo rời mà vẫn đảm bảo độ chắc chắn khi di chuyển khung.
4.2.2 Thi công hệ thống nhiên liệu.
Thùng nhiên liệu được thiết kế an toàn và phù hợp với điều kiện mô hình Nhóm đã chọn bình ga lạnh 22 kg cũ để tiến hành gia công chế tạo.
Cắt bỏ tay nắm và khoét một lỗ để dễ dàng cho việc bỏ bơm xăng vào bình, đồng thời khoan thêm một lỗ khác nhằm thuận tiện hơn trong việc bổ sung xăng.
Hình 4.15 Bình nhiên liệu thi công xong.
4.2.3 Thi công hệ thống ống giảm thanh Ống giảm thanh trên mô hình được sử dụng là loại ống giảm thanh của xe Vios 2007. Với ống tiêu được đặt nằm trong giúp hệ thống trở nên gọn gàng hơn.
Thiết kế chế tạo ống dẫn khí thải, nối với ống giảm thanh.
Hình 4.17 Hàn ống giảm thanh với ống dẫn.
Hình 4.18: Lắp đặt hệ thống ống xả vào động cơ.4.2.4 Thi công nước làm mát.
Hình 4.12 Quạt và két nước được lắp vào khung
Quạt làm mát được lắp đặt phía sau két nước, hướng vào động cơ, giúp làm mát khi động cơ hoạt động Khi động cơ nổ, quạt phối hợp với két nước để giảm nhiệt độ, từ đó kéo dài tuổi thọ của động cơ.
Két nước được lắp vào khung và kết nối với ống nước để làm mát động cơ trong quá trình hoạt động Khi động cơ nóng lên, hiện tượng quá nhiệt xảy ra, vì vậy để nước có thể vào làm mát, cần phải tháo bỏ van hằng nhiệt để cho nước chảy vào.
Một đầu két nước sẽ được nối đi vào đường ống vị trí trục cam và đường còn lại sẽ đi vào trục khuỹa.
Khi sử dụng khoan để lắp quạt vào két nước, cần lưu ý rằng bề mặt của két có thể bị khoan thủng Việc khoan thủng sẽ dẫn đến hư hỏng cho két và làm nước bên trong chảy ra ngoài.
Trước khi lắp đặt quạt làm mát lên két nước, cần đảm bảo quạt quay đúng hướng về phía động cơ bằng cách kết nối dây mass và dây lửa vào ắc quy Đấu dây âm với âm và dương với dương Khi quạt quay đúng chiều, tiến hành lắp đặt lên két nước Sau khi hoàn tất việc lắp két nước và quạt, tiếp theo là sơn khung.
Sơn mô hình
Hình 4.13 Mô hình đã được sơn.
Khi sơn lại khung cần chà giấy giám và vệ sinh các thanh sắt để khi sơn màu sơn sẽ được đẹp và không bị không đều sơn
Sau khi đã sơn xong khung xong, đi điện lại bắt đầu tiến hành nổ động cơ.
Mô hình tổng thể
Sau quá trình nghiên cứu và thiết kế, mô hình tổng thể của động cơ đã được hoàn thiện, mang lại hiệu suất hoạt động ổn định Động cơ vận hành êm ái, không có hiện tượng rung lắc hay gặp phải các sự cố kỹ thuật khác.
Mô hình tổng thể bao gồm:
+ Két nước, bô xe, bàn đạp, quạt làm mát….
+ Bảng điều khiển: Taplo, khóa điện, đồng hồ áp suất
+ Các giắt hổ trợ cho pan chuẩn đoán.