Giáo trình nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong phần 2 GV võ văn nhuận (đh sư phạm kỹ thuật TP hồ chí minh)

Chương – Hệ thống làm mát 98 Chương – Hệ thống làm mát Chương HỆ THỐNG LÀM MÁT I NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT I.1 Công dụng hệ thống làm mát Trong trình động làm việc, môi chất công tác đốt cháy giãn nở sinh công xylanh động Quá trình cháy động làm sản sinh nhiệt lượng lớn, làm cho chi tiết máy tiếp xúc trực tiếp với khí cháy như: nắp máy, xylanh, piston, xécmăng, bị đốt nóng Lượng nhiệt truyền cho chi tiết chiếm từ 25 ÷ 35% nhiệt lượng hỗn hợp cháy sinh Khi động làm việc, nhiệt độ đỉnh piston lên tới 500oC, nhiệt độ nấm supap lên tới 900oC Nhiệt độ chi tiết cao gây ảnh hưởng sau: - Phụ tải nhiệt chi tiết máy lớn làm giảm sức bền, tuổi thọ độ cứng vững - Nhiệt độ cao giảm chất lượng dầu bôi trơn làm tăng tổn thất ma sát - Dễ xảy tượng bó kẹt piston xylanh giãn nở nhiệt - Giảm hệ số nạp, từ làm giảm công suất động - Đối với động xăng dễ xảy tượng cháy kích nổ làm giảm tuổi thọ, sức bền chi tiết giảm công suất động Tuy nhiên, làm mát cho động nhiều không tốt, tổn thất nhiệt lớn làm giảm hiệu suất động Mặt khác, nhiệt độ động thấp làm dầu bôi trơn khó lưu thông, ảnh hưởng đến chất lượng bôi trơn làm tăng tổn thất ma sát Nhiệt độ động thấp làm cho nhiên liệu khó bay hơi, dễ ngưng tụ phá hủy màng dầu bôi trơn thành xylanh Đồng thời nhiệt độ thấp ảnh hưởng đến trình cháy làm giảm công suất động Để đảm bảo cho động làm việc cách hiệu với tuổi thọ độ tin cậy cao, động phải trang bị hệ thống làm mát để giải nhiệt cho chi tiết giữ cho động làm việc khoảng nhiệt độ ổn định, nghóa giữ cho nhiệt độ làm việc động không cao không thấp I.2 Nhiệt độ làm việc tối ưu động 0,08 Tiêu hao nhiên liệu (g/ml.h) Độ mòn xylanh (mm/1000h) Động hai kỳ 0,06 180 0,04 175 170 Động bốn kỳ 50% tải 75%2tải 0,02 Toàn tải 165 T oC 90 T oC Hình 5.1 Đồ thị quan hệ suất tiêu hao nhiên liệu, độ mòn xylanh với nhiệt độ làm việc động 65 70 75 80 85 60 70 80 99 Chương – Hệ thống làm mát Từ đồ thị (hình 5.1) ta có nhận xét: - Nhiệt độ nước làm mát động từ 70 ÷ 80oC vùng có suất tiêu hao nhiên liệu thấp - Nhiệt độ nước làm mát tăng độ mòn xylanh giảm Thực nghiệm cho thấy, tùy theo đặc điểm cấu tạo loại động cụ thể, chất lượng nhiên liệu dầu bôi trơn, số yếu tố khác Khi tăng nhiệt độ nước làm mát từ 50oC ÷ 90oC, công suất động tăng lên khoảng 2,5 ÷ 8% suất tiêu hao nhiên liệu giảm từ 1,5 ÷ g/kW Đối với động làm mát nước, nhiệt độ tối ưu nước từ động 75 ÷ 85oC Nếu nhiệt độ nước làm mát lớn hơn, tạo bọc hệ thống kiểu tuần hoàn kín, làm giảm hiệu làm mát tạo nên vùng có nhiệt độ cao Trong động làm mát nước kiểu vòng hở, để tránh tượng kết cặn bề mặt phía lót xylanh, yêu cầu nhiệt độ nước khỏi động không nên vượt 50 ÷ 55oC Điều chế độ nhiệt tối ưu động cơ, đòi hỏi điều kiện vận hành động II PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÀM MÁT II.1 Hệ thống làm mát không khí (bằng gió) Hệ thống làm mát không khí (hình 5.2) thường lắp đặt số động cỡ nhỏ, số động ô tô làm việc thường xuyên vùng thiếu nước, sa mạc, Hệ thống làm mát không khí chủ yếu gồm có quạt gió, hộp chắn hướng luồng gió cánh tản nhiệt phía xylanh nắp xylanh Những động làm mát không khí, quanh xylanh nắp xylanh đúc thành cánh tản nhiệt để tăng diện tích tiếp xúc với không khí, truyền nhiệt từ buồng đốt động nhanh Khoảng cách cánh tản nhiệt khoảng từ ÷ 4mm, chúng nằm theo phương vuông góc với đường tâm xylanh Những cánh tản nhiệt phần nắp máy phần đầu xylanh phải có diện tích tiếp xúc với không khí lớn cánh tản nhiệt phía cuối xylanh Cánh tản nhiệt Gió vào Động Hình 5.2 Sơ đồ làm mát không khí Hệ thống làm mát (hình 5.3) có cấu tạo đơn giản, quạt gió dẫn động từ trục khuỷu cung cấp không khí với lưu lượng lớn làm mát động Bản hướng gió có tác dụng phân phối không khí cho xylanh xylanh làm Hình 5.3 Hệ thống làm mát không khí mát đồng – Quạt gió; – Cánh tản nhiệt; – Tấm hướng gió; – Vỏ bọc; – Đường thoát không khí 100 Chương – Hệ thống làm mát Đối với động nhiều xylanh, quạt gió đặt đầu động cơ, trục có bulông dẫn động dây đai từ trục khuỷu động Xung quanh quạt gió có hộp bao kín để hướng cho luồng gió từ quạt thổi vào chạy theo chiều ngang động cơ, qua cánh tản nhiệt xylanh để hiệu làm mát xylanh cao Tốc độ quay quạt gió phụ thuộc vào tốc độ trục khuỷu động II.2 Hệ thống làm mát chất lỏng Trong hệ thống này, nước dùng làm môi chất trung gian tải nhiệt khỏi chi tiết Tuỳ thuộc vào tính chất lưu động nước hệ thống làm mát mà người ta chia thành loại: bốc hơi, đối lưu tự nhiên tuần hoàn cưỡng II.2.1 Hệ thống làm mát kiểu bốc Đây kiểu làm mát đơn giản Bộ phận chứa nước bao gồm khoang thân máy, nắp xylanh bình bốc lắp với thân máy Khi động làm việc, nước khoang bao bọc buồng cháy sôi Nước có nhiệt độ cao tỷ trọng giảm, lên mặt thoáng bình bốc làm mát động Sau nhiệt, tỷ trọng nước lại tăng lên làm nước lại chìm xuống tạo thành lưu động đối lưu tự nhiên (hình 5.4) 5 Do làm mát bốc hơi, nguồn nước bổ sung, tốc độ tiêu hao nước lớn Mặt khác, tốc độ lưu động nước đối lưu tự nhiên nhỏ nên làm mát không 7 đồng dẫn tới có tượng 4 chênh lệch nhiệt độ phần làm mát 3 Chính vậy, hệ thống Hình 5.4 Hệ thống làm mát kiểu bốc thích hợp cho động cỡ nhỏ đặt nằm ngang nông – thân máy; – piston; – truyền; – hộp trục khuỷu; nghiệp, không thích hợp cho – bình nhiên liệu; – bình bốc hơi; – nắp xylanh động ô tô II.2.2 Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên Trong hệ thống làm mát đối lưu tự nhiên (hình 5.5), nước lưu động tuần hoàn nhờ chênh lệch khối lượng riêng  giá trị nhiệt độ khác Nước làm mát nhận nhiệt xylanh thân máy 1,  giảm nên nước lên Trong khoang nắp xylanh 3, nước tiếp tục nhận nhiệt chi tiết bao quanh buồng cháy, nhiệt độ tiếp tục tăng  tiếp tục giảm, nước tiếp tục lên theo đường dẫn khoang phía két làm mát Quạt gió dẫn động puly từ trục khuỷu động hút không khí qua két Do đó, nước két làm mát,  giảm nên nước chìm xuống khoang két từ vào thân máy, thực vòng tuần hoàn Tốc độ lưu động nước phương pháp vào khoảng 0,12 ÷ 0,19 m/s Điều dẫn đến chênh lệch nhiệt độ nước vào nước lớn, làm mát không Muốn giảm chênh lệch phải tăng kích thước bình chứa, két nước tăng chiều cao lắp đặt két, điều làm cho động cồng kềnh Vì phương pháp dùng cho động tónh 101 Chương – Hệ thống làm mát Hình 5.5 Hệ thống làm mát đối lưu tự nhiên – thân máy; – xylanh; – nắp xylanh; – đường nước két; – nắp két nước; – két nước; – không khí làm mát; – quạt gió; – đường nước làm mát vào động II.2.3 Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng Trong hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức, khắc phục nhược điểm vận tốc lưu động dòng nước thấp, làm tăng hiệu làm mát Vận tốc lưu động dòng nước tăng bơm nước lắp hệ thống dẫn động từ trục khuỷu động Hệ thống thích hợp cho động có công suất cao động ô tô Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng có ba loại sau: 1) Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng vòng kín Chú thích – nước vào làm mát nắp xylanh; – đường nước làm mát động cơ; – van điều nhiệt đường nước nối tắt bơm; – nước két; – nước khỏi két; – nước vào làm mát thân máy; – nước vào làm mát xylanh nắp xylanh Hình 5.6 Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng vòng động ô tô 102 Chương – Hệ thống làm mát Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng vòng phổ biến động ô tô, máy kéo động tónh tại, hình 5.6 hình 5.7 Chú thích – thân máy; – nắp xylanh; – nước khỏi động cơ; – ống dẫn bọt nước; – van nhiệt; – nắp rót nước; – két làm mát; 8 – quạt gió; – puly; 10 11 12 13 10 – ống nước nối tắt bơm; 11 – đường nước vào động cơ; 12 – bơm nước; 14 13 – két làm mát dầu; 14 – ống phân phối nước Hình 5.7 Sõ ðồ ngun lý hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng vòng Nước làm mát có nhiệt độ thấp bơm 12 hút từ bình chứa phía két nước qua đường ống 10 qua két 13 để làm mát dầu sau vào động Để phân phối nước làm mát đồng cho xylanh làm mát đồng cho xylanh, nước sau bơm vào thân máy chảy qua ống phân phối 14 đúc sẵn thân máy Sau làm mát xylanh, nước lên làm mát nắp máy theo đường ống khỏi động với nhiệt độ cao đến van nhiệt Khi van nhiệt mở, nước qua van vào bình chứa phía két nước Tiếp theo, nước từ bình chứa qua ống mỏng có gắn cánh tản nhiệt Tại đây, nước làm mát dòng không khí qua két quạt tạo Quạt dẫn động puly từ trục khuỷu động Tại bình chứa phía két làm mát, nước có nhiệt độ thấp lại bơm hút vào động thực chu trình làm mát tuần hoàn 2) Hệ thống làm mát cưỡng tuần hoàn hai vòng Chú thích – thân máy; – naép xylanh; – Van nhiệt; – Két làm mát; – Đường nước vòng hở; – Bơm vòng hở; – Đường nước vào vòng hở; 8 – Bơm nước vòng kín Hình 5.8 Hệ thống làm mát cưỡng hai vòng Trong hệ thống này, nước làm mát két nước dòng không khí quạt gió tạo mà nước có nhiệt độ thấp hơn, ví dụ nước sông hay nước biển Hệ thống có hai vòng nước tuần hoàn Vòng thứ làm mát động xét hệ thống tuần hoàn cưỡng vòng gọi nước vòng kín Vòng thứ hai với nước sông hay nước biển bơm 103 Chương – Hệ thống làm mát chuyển đến két làm mát để làm mát nước vòng kín, sau lại thải sông, biển nên gọi vòng hở Hệ thống làm mát hai vòng dùng phổ biến cho động tàu thủy (hình 5.8) 3) Hệ thống làm mát vòng hở Trong hệ thống này, nước làm mát nước sông, biển, bơm hút vào làm mát động sau theo đường nước đổ sông, biển (hình 5.9) Ưu điểm hệ thống đơn giản Tuy nhiên, phải bảo đảm nhiệt độ nước làm mát thấp (khoảng 60oC) để giảm tượng đóng cặn khoang nước động (tăng trở nhiệt trình trao đổi nhiệt) nên chênh lệch nhiệt độ lớn Điều dẫn đến ứng suất nhiệt chi tiết làm mát lớn Hình 5.9 Hệ thống làm mát vòng hở Hệ thống làm mát vòng hở – thân máy; – nắp máy; – van nhiệt; dùng cho động tàu thủy – đường nước ra; – lọc nước; – bơm nước II.3 So sánh hệ thống làm mát nước hệ thống làm mát không khí So sánh phương pháp làm mát nước với phương pháp làm mát không khí thấy phương pháp làm mát nước có ưu điểm sau: - Hiệu làm mát cao ổn định - Mức độ đồng làm mát cho xylanh động tốt - Giảm khả phát sinh kích nổ động xăng - Giảm tiếng ồn động làm việc - Giảm chiều dài động - Tổn hao công suất cho hệ thống làm mát nhỏ Khi làm mát nước tiêu hao ÷ % làm mát không khí tiêu hao ÷ 13% công suất động (công suất tiêu hao cho dẫn động quạt gió) - Kích thước động nhỏ gọn bố trí cánh tản nhiệt - Quạt gió có công suất nhỏ nên làm việc ồn Chính ưu điểm nên hệ thống làm mát nước dùng rộng rãi động Tuy nhiên hệ thống làm mát nước phức tạp có phận như: két nước, bơm, Đối với động làm việc xứ lạnh, phải có biện pháp chống đông cho nước Ngoài ra, nước rò rỉ xuống cacte dầu gây mòn, tróc chi tiết ma sát piston, xylanh, trục ổ trục Động làm mát không khí rõ ràng dễ sử dụng tiện lợi điều kiện thiếu nước sa mạc hay rừng sâu Do đó, thích hợp cho động công suất không lớn lắm, động phục vụ lâm nghiệp quân 104 Chương – Hệ thống làm mát III CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG III.1 Két nước Két nước có tác dụng chứa nước, truyền nhiệt từ nước không khí làm giảm nhiệt độ nước để cung cấp nước có nhiệt độ thấp làm mát cho động Két nước chia thành phần chính: Ngăn chứa phía thường làm đồng tôn dập Ở động Diesel động cỡ lớn ngăn làm gang đúc Ngăn có cổ để rót nước có nắp đậy két nước Ngăn chứa phía làm đồng tôn dập Ngăn két nước có đường dẫn nước từ két tới bơm nước làm mát động Phía đáy ngăn có khoá để tháo nước xúc rửa thay nước két Ngăn két nước làm thành ống nối liền ngăn ngăn két nước Chú thích – nắp két nước – ống dẫn nước vào két – ngăn chứa phía – ống dẫn nước vào động – ngăn két nước – ngăn phía két Hình 5.10 Cấu tạo két két nước Các ống ngăn (hình 5.11) có mặt cắt hình tròn hình dẹt, xung quanh ống có gắn cánh tản nhiệt mỏng đồng để truyền nhiệt không khí nhanh chóng, làm giảm nhiệt độ nước làm mát Đối với động xăng, ống nước ngăn làm đồng thau có chiều dày từ 0,2 ÷ 0,35 mm Những đồng tản nhiệt có chiều dày 0,1 ÷ 0,2 mm đặt cách 2,3 ÷ 4,5 mm Trên động Diesel, ống dẫn nước ngăn làm thép có chiều dày từ 0,2 ÷ 0,35 mm Cánh tản nhiệt làm thép mỏng dày từ 0,15 ÷ 0,25 mm Ở động xăng cỡ nhỏ trung bình, đường ống ngăn hàn với ngăn ngăn tạo thành két nước hoàn chỉnh Ở động Diesel cỡ trung bình lớn ngăn két nước nối liền với ngăn ngăn bulông 105 Chương – Hệ thống làm mát Ống dẹt Cánh tản nhiệt Cánh tản nhiệt Ống tròn Hình 5.11 Các dạng ống két nước III.2 Nắp két nước Nắp két nước bố trí đỉnh két, có tác dụng làm kín két nước không cho nước văng Đồng thời nắp két nước có tác dụng giữ áp suất két nước, làm cho nhiệt độ sôi nước làm mát lớn 100oC, giúp tăng hiệu làm mát mà không cần tăng kích thước két Trên nắp két nước có bố trí hai van (hình 5.12), van có tác dụng giảm áp van chân không Khi nhiệt độ nước làm mát tăng cao (110 ÷ 120oC), làm cho áp suất nước két tăng lên Nếu áp suất ngăn két nước lớn 1,2 kG/cm2 áp lực đủ sức để thắng lực căng lò xo van, nắp van mở để không khí nước thoát theo đường ống Khi nhiệt độ động giảm làm áp suất ngăn két nước giảm xuống thấp 0,94 kG/cm2 không khí trời qua ống vào phía van đẩy nắp van van không khí để vào ngăn két nước Nhờ có van chiều mà áp suất két nước luôn ổn định Các phần nắp két nước cổ rót nước két thể hình 5.13 Chú thích a) – ống dẫn đến bình dự trữ – van giảm áp – van chân không – lò xo van chân không – lò xo van giảm áp b) Hình 5.12 Cấu tạo nắp két nước 106 Chương – Hệ thống làm mát Lò xo giảm áp Nắp két nước Đệm kín phía Gờ khoá Van giảm áp lực Van giảm chân không Đệm kín phía Bền mặt làm kín bên Bề mặt làm kín bên Ống dẫn Gờ cổ nối Gờ khoá an toàn Cổ nối tản nhiệt Bề mặt khóa cam Hình 5.13 Nắp két nước tháo từ cổ rót nước vào tản nhiệt III.3 Van điều nhiệt phương pháp bố trí III.3.1 Van điều nhiệt Van điều nhiệt hay gọi van nhiệt có nhiệm vụ tự động điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát động làm việc đảm bảo cho nhiệt độ nước làm mát giới hạn từ 85 ÷ 90oC, mặt khác làm nhiệm vụ rút ngắn thời gian đạt nhiệt độ làm việc tối ưu động sau khởi động Các chi tiết van điều nhiệt làm đồng (hình 5.14) Hình 5.14 Van điều nhiệt Hình 5.15 Cấu tạo van điều nhiệt – ống rỗng; 2,6 – supap dưới; – thân; – ống xếp; – đáy ống xếp; – giá đỡ; – bi; – supap 107 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 noå – – – – – 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 ... để tăng tốc độ không tải Bướm ga Cơ cấu cầm chừng Cơ cấu cầm chừng động có nhiệt độ thấp nhanh hoạt động nhanh không hoạt động Nếu động khởi động Hình 6 .27 Cơ cấu không tải nhanh (cầm chừng nhanh)... Buồng đốt Hình 6 .29 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động hệ thống phun xăng kiểu K – Jetronic a) Cấu tạo nguyên lý hoạt động phận hệ thống a.1) Bơm nhiên liệu Khi có dòng điện 12 vôn cung cấp cho động. .. 0,4), điều thực nhờ hệ thống khởi động Hệ thống khởi động có sơ đồ nguyên lý hình 6.14, làm việc sau: 5 1 6 7 12 11 12 11 a) 10 10 b) Hình 6.14 Sơ đồ nguyên lý cấu điều khiển cánh bướm gió – kéo;