Đông cơ 4G69-hệ thống phu xăng ME-motronic

động cơ mitsubishi bơm xăng điện tử kiểu ME-motronic

MỤC LỤC

1 Giới thiệu chung về động cơ 4G69

Động cơ 4G69 là loại động cơ được trang bị trên xe du lịch đời mới Grandis của hãng Mitsubishi Với hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp điều khiển bằng điện

tử MPI và hện thống kiểm soát khí thải động cơ 4G69 đã phần nào khắc phục được những nhược điểm của động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí

Động cơ 4G69 được sản xuất năm 2002 và đưa vào thị trường Việt Nam để trang bị trên xe Grandis vào năm 2005

Thông số kỹ thuật của động cơ 4G69:

+ Công suất động cơ Ne = 121KW+ Dung tích xylanh V = 2378 cm3

+ Đường kính xylanh D = 87 mm+ Hành trình pittong S = 100 mm + Mô-men xoắn cực đại Me = 217 N.m

n = 4000 (vòng/phút)Các cơ cấu và hệ thống chính trên động cơ :

• Cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền – pittong

• Cơ cấu phân phối khí

• Thân máy , nắp máy

1 2 3 4

Hình 1.1 Trục khuỷu1-Đầu trục khuỷu; 2-Má khuỷu; 3-Chốt khuỷu;

4-Cổ trục;5-Đối trọng ; 6-Đuôi trục khuỷuTrục khuỷu của động cơ có 5 cổ trục và 4 cổ biên, má khuỷu có dạng hình ô-van Ngoài nhiệm vụ tiếp nhận lực của pittong thông qua thanh truyền , biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay để đưa công suất ra ngoài , trên đầu trục khuỷu có lắp đai ốc khởi động , puly dẫn động cho quạt gió , bơm nước , bộ phận chắn dầu và các bánh răng phân phối ( trục cam ,…)

Đuôi trục khuỷu là nơi lắp bánh đà , còn được bố trí các bộ phận : vành chắn dầu , ren hồi dầu và đệm chắn di chuyển dọc trục

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của trục khuỷu động cơ 4G69

Trục khuỷu của đông cơ được đúc liền 1 khối,vật liệu chế tạo bằng thép cacbon,có độ bóng bề mặt cao đảm bảo trong quá trình làm việc,trục khuỷu chịu các lực quán tính,lực khí thể,chịu va đập va rung xóc mạnh…

Hình 1.2 Thanh truyền1-Thân thanh truyền; 2-Bu lông thanh truyền;

Thanh truyền có nhiệm vụ truyền lực từ pittong tới trục khuỷu , làm quay trục khuỷu , khi động cơ làm việc thanh truyền chịu các lực tác dụng sau : Lực khí thể trong xy-lanh ; Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm pittong ;

Lực quán tính của thanh truyền Thanh truyền của động cơ 4G69 được chế tạo bằng thép hợp kim đặc biệt 40 XH

Trong quá trình làm việc của động cơ , nhóm piston có nhiệm vụ chính sau:

• Bảo đảm bao kín buồng cháy , giữ không cho khí cháy lọt xuống đáy dầu caste và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy

• Tiếp nhận lực khí thể thông qua thanh truyền , truyền xuống trục khuỷu làm quay trục khuỷu trong qua trình cháy và giãn nở ; nén khí trong quá trình nén ; đẩy khí ra khỏi xy-lanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp

∅87

1234

đích là để tạo sự xoáy lốc và để tạo hỗn hợp nhiên liệu và không khí tốt hơn

• Đầu piston : Làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy Trên bề mặt trụ ngoài của piston có khoét 2 rãnh để lắp xéc măng khí và 1 rãnh lắp xéc măng dầu , ở các rãnh lắp xéc măng dầu và ở dưới một tí người ta khoan các lỗ để dẫn dầu vào bên trong piston

• Thân piston : Làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xylanh

và chịu lực ngang N Để khắc phục hiện tượng bó kẹt piston người ta tiện vát bớt mặt thân piston ở phía 2 đầu bệ chốt

• Xéc măng : Được chế tạo bằng gang xám hợp kim , trên bề mặt ngoài ( mặt lưng) xéc măng được mạ crôm để hạn chế mài mòn Xéc măng khí số 2 có vát rãnh trên bề mặt ngoài

• Chốt piston : Có dạng hình trụ rỗng , được chế tạo bằng thép Chốt

pistonđược lắp tự do , các vòng hãm lắp trong bệ chốt piston giữ cho nó khỏi dịch chuyển dọc trục , mối lắp giữa chốt piston và bệ chốt piston là mối lắp lỏng , còn mỗi lắp giữa chốt và đầu nhỏ thanh truyền là lắp chặt

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật nhóm piston động cơ 4G69

Khe hở miệng của xéc măng

-Xéc măng khí(mm)

-Xéc măng dầu(mm)

≤ 0,8

≤ 1Khe hở giữa xéc măng và rãnh xéc măng (mm) ≤0,1

1.1.2 Nhóm thân máy – nắp máy (bộ phận cố định)

Thân máy và nắp máy là những chi tiết máy cố định , có khối lượng lớn và kết cấu phức tạp của động cơ đốt trong Hầu hết các cơ cấu và hệ thống của động cơ đốt trong đều được lắp trên thân máy và nắp máy

Nắp xylanh là chi tiết đậy kín một đầu xylanh ở phía điểm chết trên Nó là nơi để lắp các bộ phận và cơ cấu khác như : bugi , cơ cấu xupap , trục cam ,… Trong quá trình làm việc , nắp xylanh phải chịu các điều kiện rất xấu : chịu nhiệt

độ cao , áp suất lớn , ăn mòn hóa học nhiều Ngoài ra khi lắp ráp , nắp xylanh còn chịu ứng suất nén khi xiết chặt các bu-lông.

Động cơ 4G69 có mặt quy lát được đúc từ hợp kim nhôm - silic nhằm giảm trọng lượng , tản nhiệt tốt và giảm khả nẳng kích nổ Nắp máy được đúc chung cho tất cả các xylanh để tang độ cứng vững , đường nạp và đường thải bố trí về hai phía Mặt quy lát được bắt chặt với các blốc động cơ bằng bu-lông và êcu chịu lực được đậy phía trên khoang xylanh Giữa blốc động cơ và nắp máy có 1 roăng làm kín bề mặt lắp ghép Roăng làm kín xupap nạp có nhiệm vụ không cho dầu bôi trơn chảy xuống buồng cháy Dạng buồng cháy của động cơ là buồng cháy hình chêm , có nhiều ưu điểm : gọn , có cường độ xoáy lốc thích hợp ( do diện tích chèn khí giữa piston và nắp xylanh gây nên ) Mỗi mặt quy lát có một xupap nạp và một xupap thải , chúng được nghiêng 1 góc 10o so với trục thẳng đứng

Trên quy lát có bệ đặt trục cam và giàn cò mổ để đóng mở các xupap Tất cả các bộ phận dẫn động xupap trên đỉnh nắp máy được bảo vệ bởi nắp đậy xupap hay vỏ bọc nắp máy làm bằng kim loại ở giữa có một lớp chất dẻo để giảm tiếng ồn

Hình 1.4 Thân máy động cơ 4G69Thân máy là nơi để gắn các xylanh cũng như là bể để đặt trên trục khuỷu ,

chứa các đường dầu bôi trơn động cơ ,… Phía trên thân máy gắn với nắp quy lát bằng các bu-lông và eecu chịu lực , còn phía dưới gắn caste chứa dầu bôi trơn Trong quá trình làm việc , thân máy chịu lực khí thể rất lớn được truyền theo nhiều kiểu khác nhau.

Thân máy của động cơ 4G69 là kiểu thân xylanh - hộp trục khuỷu được đúc bằng gang xám Với kết cấu này thì lực khí thể tác dụng lên nắp xylanh sẽ truyền cho thân xylanh qua các gujông nắp xylanh Các xylanh được đúc liền với vỏ thân , mặt trong được gia công rất chính xác và mài bóng , chung quanh có nước làm mát bao bọc Kết cấu này có độ cứng vững tương đối lớn , nhẹ và đỡ tốn kim loại Ổ trục khuỷu được chia làm 2 nửa Nửa trên được đúc liền với vách ngăn gia cố của thân máy - hộp trục khuỷu Nắp ổ trục lắp vào thân máy - hộp trục khuỷu bằng 4 bu-lông

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật nhóm thân máy , nắp máy động cơ 4G69

Độ phẳng bề mặt lắp với nắp xylanh

cho phép (mm)

≤ 0,05

Đường kính trong của xylanh (mm) ∅ 87

CÁC HỆ THỐNG TRONG ĐỘNG CƠ 4G69

1.2.1Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát được thiết kế để giữ các chi tiết trong động cơ ở nhiệt độ

ổn định , thích hợp mọi điều kiện làm việc của động cơ Động cơ 4G69 có hệ thống làm mát bằng nước kiểu kín , tuần hoàn theo áp suất cưỡng bức trong đó bơm nước tạo áp lực đẩy nước lưu thông vong quanh động cơ

Hệ thống bao gồm : áo nước xylanh , nắp máy , két nước , bơm nước , van hằng nhiệt , quạt gió và các đường ống dẫn nước

Nếu nhiệt độ nước làm mát vượt quá nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt

sẽ mở để lưu thông nước làm mát đi qua két nước để giải nhiệt bằng gió

Hệ thống làm mát sử dụng nước làm mát có pha chất chống đông DIA

QUEEN SUPER LONG LIFE COOLANT hoặc loại tương đương Giới hạn nồng độ chất chống đông trong nước làm mát là 30 - 60%

4

5

6 7 8

12 11

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống làm mát1- Ngăn trên; 2- Nắp két; 3- Van hằng nhiệt; 4- Nhiệt kế; 5- Áo nước;

6-Màn che; 7- Dàn ống tỏa nhiệt; 8- Đường ống hồi nước khi nhiệt độ thấp; 9- Nắp áo

nước; 10- Bơm nước; 11- Quạt gió làm mát; 12- Puly dẫn động quạt gió

Két làm mát lắp trên phía đầu xe , két làm mát có đường nước vào từ van hằng nhiệt (3) và có đường nước ra đến bơm (10) , trên két nước có các dàn ống dẫn nước gắn cánh tản nhiệt Cánh tản nhiệt có nếp gấp theo hướng lưu thông đi xuống Bơm nước kiểu ly tâm (10) được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu Quạt gió (11) được chạy bằng động cơ điện do nguồn điện ắc-qui cung cấp Thùng chứa nước dùng để chứa nước tràn ra từ hệ thống làm mát do bị hâm nóng khi động cơ làm việc và để kiểm tra mức nước khi động cơ làm việc Van hằng nhiệt (3) đóng khi nhiệt độ nhỏ hơn 820C và bắt đầu mở ở nhiệt độ 950C Áp suất

mở van áp suất cao là 93 - 123 Kpa

Quạt gió hoạt động dựa vào tín hiệu đầu vào A/C , cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến tốc độ trục ra để điểu khiển tốc độ của motor quạt gió tản nhiệt và motor quạt condenser ECU điều khiển bộ điều khiển quạt gió để kích hoạt motor quạt gió tản nhiệt và motor quạt condenser.

1.2.2Hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn động cơ 4G69 là hệ thống bôi trơn kiểu cưỡng bức để đưa dầu đi bôi trơn các bề mặt ma sát và làm mát các chi tiết Dầu bôi trơn được lọc toàn phần

Hệ thống bôi trơn gồm: bơm dầu, lọc dầu, caste dầu và đường ống dẫn dầu Dầu bôi trơn được sử dụng trong động cơ là loại SE hoặc cao hơn theo tiêu chuẩn phân loại API

Dầu từ caste (2) được hút bằng bơm (1) qua bầu lọc (4) vào đường dầu dọc trong thân máy (6) vào trục khuỷu (5) lên trục cam (7) , từ trục khuỷu tiếp theo dẫn vào các bạc thanh truyền theo lỗ phun lên vách xylanh , từ trục cam vào các bạc trục cam rồi theo các đường dẫn tự chảy xuống caste

Hình 1.7 Bơm dầu bôi trơn1-Vỏ nắp; 2- Nắp; 3- Vỏ bơm; 4- Bánh bơm trục phụ; 5- Bánh bơm trục dẫn;

6- Bạc đỡ; 7- Bánh răng dẫn động; 8- Vòng ép; a- Đường dầu ra; b- Đường dầu vào

Bơm dầu bôi trơn là một bơm bánh răng Nó được dẫn động bởi một trục lắp ở chính tâm Vỏ bơm (3) được làm kín bằng một nắp đậy Trên nắp đậy có lắp mặt bích Trong vỏ bơm có bố trí các bánh bơm (4) và (5) Trục của các bánh bơm được đặt trong các bạc đỡ (6) , trong vỏ bơm (3) và nắp (2) Bạc được bôi trơn bằng dầu có áp lực do bơm cung cấp Bánh răng dẫn động (7) được bắt chặt với vòng ép bằng bu-lông lên phần côn của trục dẫn động Khi các bánh răng quay sẽ tạo ra áp lực thấp ở phía đầu hút Dầu bôi trơn nhờ đó được đưa vào bơm, chảy qua giũa các bánh răng và được chuyển tới đầu đẩy của bơm

Áp suất do bơm cung cấp : Khi chảy cầm chừng : 29 Kpa hoặc hơn , khi ở tốc độ 3500 vòng/phút : 294 - 686 Kpa

Lọc dầu kiểu toàn phần : lõi lọc bằng giấy , lọc được thay khi ô tô chạy khoảng 10000 km

2 Cơ cấu phân phối khí điều khiển điện tử

Cơ cấu phân phối khí trên động cơ 4G69 là loại cơ cấu phân phối khí dùng xupap Phương án bố trí là bố trí xupap treo có nhiều ưu điểm : buồng cháy nhỏ gọn , diện tích truyền nhiệt nhỏ nên giảm tổn thất nhiệt; dạng đường nạp thanh thoát nên giảm sức cản khí động tang tiết diện lưu thông dòng khí nên tăng hệ số nạp Tuy nhiên nhược điểm của phương án này là phức tạp , khó chế tạo và tăng chiều cao động cơ Các cò mổ được dẫn động bởi một trục cam đặt trên nắp máy ( loại SOHC ) Động cơ 4G69 sử dụng 2 xupap nạp và 2 xupap thải cho mỗi

xylanh Để đảm bảo cho buông cháy được nhỏ gọn, xupap được bố trí nghiêng về hai phía Đế xupap nạp lớn hơn đế xupap thải để ưu tiên việc nạp đẩy cho động cơ Xupap nạp và thải trong động cơ là loại xupap có nấm bằng có cấu tạo đơn giản ,

dễ chế tạo Xupap nạp và xupap thải được dẫn động từ cam nạp và cam thải thông qua các mổ Khe hở nhiệt điều chỉnh nhờ vít điều chỉnh trên đầu cò mổ

Bộ dẫn động dây đai truyền chuyển động từ bánh răng đầu trục khuỷu qua dây đai lên bánh răng đầu trục cam và bánh răng dẫn động bơm dầu Đai được căng nhờ một puly đệm và một puly căng đai Loại đai được dùng ở đây là đai răng

Trục cam dùng để dẫn động xupap đóng mở theo quy luật nhất định Trục cam động cơ 4G69 gồm : các cam thải , cam nạp và các cổ trục được đúc liền bằng thép hợp kim có thành phần cacbon thấp 15 X

D D

D D

B C

A

Hình 2.1 Cấu tạo trục cam

A , B - Cam nạp cấp tốc độ thấp; C - Cam nạp cấp tốc cấp độ cao; D - Cam thảiCác cam nạp và cam thải được bố trí trên cùng 1 trục và theo vị trí của các xupap Trên mỗi đoạn trục cam dùng dẫn động các xupap của một xylanh ( giữa 2

cổ trục ) có 3 cam nạp và 2 cam thải Trong đó có 2 cam nạp dùng để dẫn động 2 xupap nạp khi động cơ chạy ở tốc độ thấp và 1 cam nạp dẫn động chung 2 xupap

nạp khi động cơ chạy ở tốc độ cao Kích thước của cam chế tạo liền trục nhỏ hơn đường kính cổ trục vì trục cam được lắp theo kiểu đúc luồn qua các cổ trục trên thân máy.

Đòn bẩy là chi tiết truyền lực trung gian, một đầu tiếp xúc trực tiếp với cam 1 đầu tiếp xúc với đuôi xupap Khi trục cam nâng một đầu của đòn bẩy đi lên , đầu kia của đòn bẩy nén lò xò xupap xuống và mở xupap Do đó xupap đóng mở đúng theo pha phân phối khí

trục khuỷu; 5-Puly căng đai; 6-Dây đaiBảng 1.4 Thông số kỹ thuật cơ cấu phân phối khí động cơ 4G69

Chiều cao xupap thải (mm) 113,54

Khe hở giữa ống dẫn hướng và thân

MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system) là tên viết tắt của công nghệ động cơvới xupáp nạp biến thiên được phát triển bởi hãng Mitsubishi Cũng tương tự như các hệ thống với xupáp nạp biến thiên được

đề cập kỳ trước, hệ thống này cũng có khả năng thay đổi hành trình hoặc thời gian đóng mở các xupáp bằng cách sử dụng hai loại vấu cam khác nhau Ở dải tốc độ thấp, vấu cam nhỏ dẫn động các xupáp, động cơ hoạt động ở trạng thái không tải ổn định, lượng khí thải giảm và mômen xoắn tăng lên ở tốc độ thấp Khi vấu cam lớn được kích hoạt, tốc độ tăng lên, các xupáp được mở rộng hơn

và thời gian mở xupáp tăng lên Bởi vậy làm tăng lượng khí nạp trong buồng cháy, công suất và mômen xoắn tăng, dải tốc độ động cơ được mở rộng

MIVECđượcMitsubishigiớithiệulầnđầutiênvàonăm1992trênđộngcơ

4G92,dungtích1597cc,DOHCkhôngtăngáp,4xilanh thẳnghàng,mỗixilanh gồmhai supapnạp và hai supapxả

Hình 2.2 Động cơ 4G92 đầu tiên của Mitsubishi sử dụng công nghệ MIVEC

Thếhệ công nghệnàyra đời với tên gọi “Mitsubishi

InnovativeValvetimingElectronicControl”.Chiếc xeđầutiênsửdụngcôngnghệnàylà chiếcHatchbackMitsubishiMiragevàchiếcSedanMitsubishiLancer.Trongkhimột độngcơ4G92thôngthườngsinhracôngsuất145mãlựcởtốcđộ7000vòng/phútthì mộtđộngcơđượctrangbịcôngnghệMIVECcóthểsinhratới175mãlựcởvòngtua

7500vòng/phút.Mộtsốcáccảitiếnvềcôngnghệkháccũngđượcứngdụngkhicông

nghệnày đượcápdụngrộngrãivàonăm1994trênxeMitsubishiFTO.Mặcdùvậy các thiếtkếmớinhằmnângcaohiệusuấtvẫnphảiđảmbảotínhtiếtkiệm nhiênliệuvàgiảm ônhiễmkhíthảiởdòngxeMitsubishi

Hình2.3:XehatchbackMitsubishiMirage Hình2.4:XesedanMitsubishiLancer

Đâylàmột trongnhữngcôngnghệđầu tiên trongcácgiải phápnhằmnângcao công suấtvàbảovệmôi trườngbằngcáchtácđộngvàohệthống nạpnhiênliễuvàcông nghệnàyhiệnnayvậnđượcứngdụng.Trênthịtrườngôtôviệtnamhiệnnay,hãng

MitsubishiứngdụngcôngnghệMivectrênxeGRANDIS2.4

Hình 2.5 & 2.6 Động cơ MIVEC

• Dolượnghòakhícầnởmộithờiđiểm làmviệccủađộngcơkhác

nhaumà3thôngsốthờiđiểm,độnângvàthờigianmởcủacácsupapởtốcđộthấpvàtốc độcaorấtkhácnhau

• Đốivớiđộngcơcổđiểnthìcôngsuấtvàmô-menxoắncựcđạiở

tốcđộnàocủaxethìphụthuộcvàođiềukiệnsửdụng củaxeđó Nếuđặtđiềukiệnhoạt độngtốiưucủa cácsupapởtốc độthấpthì quátrìnhđốtnhiênliệulại khônghiệu quảkhi

độngcơởtrạngtháitốcđộcao,khiếncôngsuấtchungcủađộngcơbịgiớihạn.Ngược lại,nếuđặtđiềukiện tốiưuởsốtốcđộcaothìđộngcơlạihoạtđộngkhông tốtởtốcđộ thấp

• Từnhững hạnchếđó,thìcơcấuphốikhíhiệnđạirađờivớiýtưởnglàtìm cáchtác động đểthời điểmmởvan,độmởvàkhoảngthờigianmởbiếnthiên theotừngvòngtua khácnhausaochochúngmởđúnglúc,khoảngmởvàthờigianmởđủđểlấyđầyhòakhí vàobuồngđốt

Nâng cao tính kinh tế nhiên liệu Quá trình phân phối khí được tính toán và điểu khiển một cách tối ưu theo chế độ hoạt động của ô tô Lượng hỗn hợp khí được đưa vào xylanh rất phù hợp, đảm bảo nhiên liệu được nạp đầy và thải sạch, hạn chế tối đa lượng nhiên liệu dư thừa quay trở lại đường nạp cũng như khí sót thải ra môi trường

Tăng cường khả năng tăng tốc Hệ thống có khả năng thích ứng và phản ứng nhanh với điều kiện hoạt động của động cơ, cung cấp nhanh chóng lượng khí nạp có mật độ cao giúp cho quá trình tăng tốc diễn ra nhanh hơn

Tăng công suất động cơ Khi động cơ cần công suất lớn, xupap nạp được điều chỉnh mở sớm hơn và lớn hơn làm tăng lượng khí nạp, giúp tăng công suất đầu ra của động cơ Đồng thời xupap thải cũng được điều khiển để mở sớm nhằm thải sạch khí thải, tăng them mật độ của khí nạp

Giảm lượng khí xả độc hại Thời gian đóng mở xupap nạp được tối ưu hóa ngay từ khi khởi động, lượng nhiên liệu được cung cấp phù hợp cho các quá trình hoạt động với số vòng quay trung bình, vòng quay lớn, quá trình tăng tốc, tải lớn ,… cho nên sản phẩm cháy “ sạch “ hơn so với động cơ thông thường, lượng khí cacbondioxit được giảm xuống nhờ hỗn hợp cháy hoàn toàn, giảm lượng khí độc ( CO2 , NO, HC ) thải ra môi trường

2.1.3 Cấu tạo chung của hệ thống

Gồm các chi tiết chính : Trục cam , cò mổ , lò xo xupap , ống dẫn hướng xupap , xupap , đế xupap , các cảm biến ( cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến vị trí bướm ga )

Hình 2.7 Cấu trúc của hệ thống MIVEC

Hình 2.8 Các chi tiết trong hệ thống

Trục cam:

Hình 2.9 Trục cam