Mô phỏng hệ thống phân phối khí MIVEC

1 TÊN ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing and lifting Electronic Control). CHƯƠNG 1: CHỨC NĂNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. 1.1 Nhiệm vụ - yêu cầu – phân loại hệ thống phân phối khí 1.1.1 Nhiệm vụ. Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí: xả khí thải ra khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh trong quá trình làm việc của động cơ, đảm bảo đóng kín các cửa nạp, cửa xả trong quá trình nén, cháy và giãn nở, và phân phối kịp thời, đều đặn hòa khí hoặc không khí cho các xilanh theo đúng thứ tự làm việc của động cơ. Ở máy Diesel, động cơ phung xăng, khí nạp là không khí. Còn ở máy xăng bộ chế hòa khí, khí nạp là hỗn hợp không khí và hơi xăng. Khí xả là sản phẩm cháy, chủ yếu là khí Cacbonic và hơi nước. 1.1.2 Yêu cầu . a. Yêu cầu chung đối với cơ cấu phối khí: - Đảm bảo việc nạp đầy, nghĩa là hệ số nạp phải cao. Việc xả sạch, nghĩa là hệ số khí sót phải thấp. Điều đó có nghĩa là chất lượng của quá trình nạp xả phải đảm bảo được yêu cầu đặt ra. Yêu cầu này đến đâu tùy thuộc vào từng loại máy 4 kỳ hay 2 kỳ, phương pháp trao đổi khí, cấu tạo các bộ phận của cơ cấu. - Phải đảm bảo đóng kín các cửa nạp, cửa xả trong quá trình nén, cháy và giãn nở. - Phải đảm bảo việc phân phối kịp thời, đều đặn và đủ lượng hoà khí hoặc không khí cho các xylanh theo đúng thứ tự làm việc của động cơ. Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông. - Năng lượng cung cấp cho hệ thống nạp xả khi làm việc tốn ít nhất. -Xupap hút mở để dẫn không khí hoặc hỗn hợp không khí nhiên liệu vào xi lanh ở kỳ hút. Xupap xả mở thải khí cháy ra ngoài trời vào kỳ xả. - Kỳ nén và nổ các xupap phải đóng kín để không bị lọt khí ra khỏi xi lanh. -Việc đóng mở các xupap yêu cầu phải đúng thời điểm, đảm bảo nạp đầy và thải sạch. Gvhd: Phạm Quang Khải Svth:Vũ Hồng Phúc Nguyễn Văn Tùng 2 - Các xupap phải được bố trí để sự phun nhiên liệu đạt tới vùng cháy toàn phần, nhưng phải đủ cách xa khu vực chất làm nguội tuần hoàn tự do. Vị trí của các đường dẫn xupap và các cửa mở, đảm bảo sự thông khí cho động cơ. - Cơ cấu điều khiển van đòi hỏi sự chuyển động đều đặn của cần điều khiển, bộ dẫn cam và cam, các van điều chỉnh và sự thời chuẩn van. -Ít mòn ,tiếng kêu bé. Dễ điều chỉnh và sửa chữa, giá thành chế tạo rẻ. b. Yêu cầu đối với hệ thống nạp: - Các đường dẫn khí vào xi lanh phải được thiết kế đặc biệt để điều khiển lưu lượng, tốc độ và chiều dẫn không khí. Không được phép có sự giao cắt, vì điều này có thể làm giảm hiệu suất thể tích. - Cung cấp không khí sạch và nguội cho từng xi lanh theo yêu cầu cháy hoàn hảo. - Cung cấp không khí để quét. - Giảm tiếng ồn dòng khí lưu động. - Sấy nóng hỗn hợp khí-nhiên liệu đi vào các xi lanh. c. Yêu cầu đối với hệ thống xả: - Dẫn khí xả của động cơ ra ngoài không khí và giảm hẳn tiếng ồn quá mức bằng cách khử các sóng áp lực trong khí xả.Trong vài trường hợp, hệ thống xả còn phải có khả năng khử tia lửa. 1.1.3. Phân loại. Người ta phân cơ cấu phân phối khí thành các loại sau đây: a. Cơ cấu phân phối khí dùng cam –xupap được dùng phổ biến trong các loại động cơ đốt trong do kết cấu đơn giản, điều chỉnh dễ dàng. b. Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt có ưu điểm là tiết diện thông qua lớn nhưng khó chế tạo nên ít được dùng trong các động cơ thông thường mà chỉ dùng trong động cơ đặc chủng như động cơ xe đua. c. Cơ cấu phân phối khí dùng piston đóng mở cửa nạp và thải của động cơ hai kỳ có kết cấu đơn giản, không phải điều chỉnh sửa chữa, nhưng chất lượng quá trình trao đổi khí cao. Gvhd: Phạm Quang Khải Svth:Vũ Hồng Phúc Nguyễn Văn Tùng 3 d. Cơ cấu phân phối khí dùng bộ phận điều khiển điện tử (ECM) tín hiệu đến cuộn solenoid, loại này thay vì dùng một trục cam trung gian, các cuộn solenid điện mở các xupap. 1.2 Khái quát hệ thống phân phối khí ở động cơ đốt trong 1.2.1 Cơ cấu phân phối khí loại xupap treo. + Các sơ đồ bố trí Hình 1-1: cơ cấu phân phối khí kiểu xupap treo 1 – Trục cam; 2 – Con đội; 3 – Đũa đẩy; 4 – Vít điều chỉnh; 5 – Trục đòn bẫy; 6 – Đòn bẫy; 7 – Đế chặn lò xo; 8 - Lò xo xupáp; 9 - Ống dẫn hướng; 10 – Xupáp; 11 – Dây đai; 12 – Bánh răng trục khuỷu. + Đặt điểm: - Do thể tích buồng đốt nhỏ nên tỷ số nén cao. - Được sử dụng cho động cơ Diezen và động cơ xăng có công suất lớn. - Dẫn động phức tạp, sửa chữa khó khăn do cơ cấu có nhiều chi tiết. + Nguyên lý làm việc. Khi động cơ làm việc, trục khuỷu quay, dẫn động trục cam quay, các cam nạp và cam xả quay, cam quay tới tỳ lên con đội, đẩy con đội đi lên qua đũa đẩy( thanh đẩy) tỳ vào vít điều chỉnh,đẩy đuôi đòn gánh đi lên, đầu đòn gánh đi xuống tỳ vào đuôi xupap, đẩy xupap đi xuồng mở cửa hút hay xả. Nếu xupap hút mở, cửa hút sẽ cho hổn hợp nhiên liệu (hay không khí) nạp vào buồn công tác của động cơ.nếu xupap xả mở, cửa xả sẽ cho khí cháy trong buồn cháy thoát ra khỏi ống xả. Gvhd: Phạm Quang Khải Svth:Vũ Hồng Phúc Nguyễn Văn Tùng 4 Khi cam quay qua vị trí tỳ vào con đội, lò xo đẩy xupap đi lên đóng cửa hút hoặc xả, qua đòn gánh thanh đẩy luôn đảm bảo con đội luôn tiếp xúc với cam. 1.2.2 Cơ cấu phân phối khí loại xupap đặt. + Sơ đồ bố trí. Hình 1-2: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt 1 – Trục cam; 2 – Thân máy; 3 – Con đội; 4 – Đế lò xo xupáp; 5 – Lò xo xupáp; 6 – Ống dẫn hướng; 7 – Xupáp; 8 – Bánh răng dẫn động bánh răng cam; Xupáp được lắp ở một bên thân máy ngay trên trục cam và được trục cam dẫn động xupáp thông qua con đội. Xupáp nạp và xupáp thải của các xilanh có thể bố trí theo nhiều kiểu khác nhau: Bố trí xen kẽ hoặc bố trí theo từng cặp một. Khi bố trí từng cặp xupáp cùng tên, các xupáp nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở thành đơn giản hơn. + Đặt điểm: - Với phương án này làm chiều cao động cơ giảm xuống, kết cấu của nắp xilanh đơn giản, dẫn động xupáp cũng dễ dàng. - Tuy vậy có khuyết điểm là buồng cháy không gọn, có dung tích lớn nên chỉ sử dụng ở những động cơ có cồng suất nhỏ và trung bình. - Đường nạp, thải phải bố trí trên thân máy phức tạp cho việc đúc và gia công thân máy, đường thải, nạp khó thanh thoát, tổn thất nạp thải lớn. + Nguyên lý hoạt động. Gvhd: Phạm Quang Khải Svth:Vũ Hồng Phúc Nguyễn Văn Tùng 5 Khi động cơ làm viêc, trục khuỹu quay, dẫn động trục cam quay, các cam nạp, (xả) quay tới vị trí tỳ lên con đội, đẩy con đội lên tỳ vào đôi xupap , xupap đi lên lò xo bị nén lại và cửa hút (hoặc xả ) mở ra. hổn hợp nhiên liệu ( động cơ xăng), không khí sạch ( động cơ diezel) qua cửa hút nạp vào buồng công tác của động cơ ( hoặc khí cháy theo cửa xả thải ra ngoài. 1.2.3 Cơ cấu phân phối khí loại dùng pitton đóng mở cửa nạp và cửa thải. Là loại cơ cấu phối khí của động cơ 2 kỳ quét vòng hoặc quét thẳng, quét thẳng có thể qua xupap xả hoặc cửa xả dùng piton đối đỉnh. Cơ cấu phối khí loại này có kết cấu đơn giản, không phải điều chỉnh, sữa chữa nhưng quá trình trao đổi khí không cao. Trong cơ cấu loại này piton động cơ có vai trò như một van trước, đóng mở cửa nạp và cửa thải. loại động cơ này không có cơ cấu dẫn động van trước riêng mà chúng dùng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền để dẫn động piton. Nguyên lý hoạt động: Hình 1-3: hệ thống phân phối khí dùng pitton đóng mở cửa hút và cửa xả. Thì 1: Tạo công và nén trước Pitton bắt đầu sắp vượt qua điểm chết trên. Bộ phận đánh lửa đốt hỗn hợp trong buồng đốt phía trên pitton, nhiệt độ tăng dần đến áp suất trong buồng đốt tăng, pitton đi xuống và qua đó tạo ra công cơ học. Gvhd: Phạm Quang Khải Svth:Vũ Hồng Phúc Nguyễn Văn Tùng 6 Trong phần không gian ở phía dưới pitton, khí mới vừa được hút vào sẽ bị nén lại bởi chuyển động đi xuống của pitton. Trong giai đoạn cuối khi pitton đi xuống, lỗ thải khí và ống dẫn khí được mở ra. Hỗn hợp khí mới đang bị nén dưới áp suất chuyển động từ buồng nén dưới pitton qua ống dẫn khí đi vào xy lanh đẩy khí thải qua lỗ thải khí ra ngoài. Thì 2: Nén và hút Trong khi pitton đi lên, lỗ thải khí và ngay sau đó là ống dẫn khí được đóng lại. Trong lúc pitton tiếp tục chuyển động đi lên, hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong xy lanh tiếp tục bị nén lại và ngay trước khi pitton đạt đến điểm chết trên thì được đốt cháy. Trong buồng nén khí trước ở phía dưới pitton khí mới được hút vào qua ống dẫn. 1.2.4 Cơ cấu phân phối khí loại điều khiển điện tử: a. Sơ đồ nguyên lý tổng quát: Hệ thống điều khiển đông cơ theo chương trình bao gồm các cảm biến kiểm soát liên tục tình trạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chấp hành luôn đảm bảo thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến. Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu. ECU cũng đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ, giúp chẩn đoán khi có sự cố xảy ra. Điều khiển động cơ bao gồm điều khiển phun nhiên liệu, điều khiển đánh lửa, điều khiển góc phối cam, điều khiển ra tự động. Gvhd: Phạm Quang Khải Svth:Vũ Hồng Phúc Nguyễn Văn Tùng 7 b. Sơ đồ cấu tạo: Hình 1.6:Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều khiển kiểu Valvetronic. 1:Mô tơ bước; 2:Bộ truyền trục vít bánh vít; 3:Cần dẫn hướng; 4:Trục nắp cần dẫn hướng; 5: Đòn gánh; 6:Lò xo xupap; 7: Xupap. Hê thống cung cấp nhiên liệu kiểm soát số lượng không khí đi qua cổ họng bướm ga và quyết định số lượng nhiên liệu tương ứng mà động cơ yêu cầu. Bướm ga mở càng rộng thì lượng không khí đi vào buồng đốt càng nhiều. Tại vùng họng bướm ga, bướm ga đóng một phần thậm chí gần như đóng, nhưng những pitton vẫn còn hoạt động, không khí được lấy vào từ một phần của ống thông của đường ống phân phối đầu vào, ống thông nằm giữa vị trí bướm ga và buồng đốt có độ chân Gvhd: Phạm Quang Khải Svth:Vũ Hồng Phúc Nguyễn Văn Tùng 8 không thấp ngăn cản tác động của sự hút vào và bơm vào của những pitton, làm lãng phí năng lượng.Các kỹ sư ô tô nói đến hiện tượng này như sự bỏ phí năng lượng khi có sự bơm. Động cơ hoạt động càng chậm thì các bướm ga đóng càng nhiều, và sự lãng phí năng lượng càng lớn. Valvetronic giảm tối thiểu mất mát khi bơm bằng sự giảm bớt sự tăng lên của trục van và số lượng không khí đi vào buồng cháy. So với những động cơ cam đôi kiểu cũ với sự xuất hiện của bánh con lăn có bộ phận định hướng, valvetronic sử dụng thêm một trục lệch tâm, một mô tơ điện và một số cần đẩy (đòn gánh) trung gian, mà lần lượt dẫn động sự đóng và mở của các xupáp. Nếu đòn gánh đẩy xuống sâu, những van nạp sẽ bị đẩy xuống ở vị trí mở xupáp lớn nhất và làm cho tiết diện lưu thông qua các van là lớn nhất. Như vậy, valvetronic có khả năng nạp nhiều, thời gian nạp dài (hành trình van lớn) và quá trình nạp được đầy hoàn toàn, tiết diện lưu thông nhỏ (hành trình van ngắn) tuỳ thuộc vào vị trí định trước trên động cơ. 1.3. Những ảnh hưởng của việc điều chỉnh hệ thống phân phối khí đến các thông số công tác. Trong quá trình sử dụng động cơ các pha phân phối khí bị thay đổi do nhiều nguyên nhân: - Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu truyền động cho xupáp do các chi tiết bị hao mòn nhiều hoặc do tính chất điều chỉnh của cặp lắp ghép bị thay đổi. - Sự thay đổi của profin của cam do bị hao mòn. - Các bánh răng truyền động ăn khớp với nhau không đúng vị trí (khi lắp ráp động cơ, khi tháo rời hoặc thay thế chúng). - Cam rời bị xoay so với trục hoặc lắp không chính xác trên trục. - Trục cam bị xoắn(nhất là khi động cơ ở tốc độ cao) - Các họng xupáp và cửa quét, thải bị bám muội. Trong các yếu tố trên sự hao mòn profin cam và thay đổi khe hở nhiệt ảnh hưởng đến pha phân phối khí nhiều hơn cả. Khi pha phân phối khí bị thay đổi trị số thời gian tiết diện của xupáp giảm đi, do đó tốc độ lưu thông của dòng khí tăng lên và tăng tổn thất khí động, hậu quả là nạp không đầy và thải không sạch, dẫn đến làm giảm công suất và tính kinh tế của động cơ. Gvhd: Phạm Quang Khải Svth:Vũ Hồng Phúc Nguyễn Văn Tùng 9 Qua các công trình nghiên cứu thực nghiệm có thể kết luận rằng đối vói các động cơ Diesel 4 kỳ tốc độ chậm và trung bình thì sự hao mòn của cam trong quá trình sử dụng ít ảnh hưởng tới các thông số như ηn, Ne, ge hơn so với các động cơ tốc độ nhanh. Thực tế sử dụng động cơ cho thấy rằng trong phạm vi giới hạn hao mòn cho phép của cam các phân phối khí chỉ bị thay đổi không đáng kể và không gây ảnh hưởng rõ rệt tới chất lượng nạp đầy và làm sạch xylanh. Trong quá trình sử dụng, ta cần định kỳ kiểm tra các pha phân phối khí. Đặc biệt, nếu như trong sửa chữa có thay thế một vài chi tiết cơ cấu phân phối khí thì sau khi sửa chữa nhất thiết phải điều chỉnh lại pha phân phối khí theo giá trị cho trong bảng hưỡng dẫn sử dụng động cơ. Một điều quan trọng là điều chỉnh đúng khe hở nhiệt xupap và nên chọn giá trị nhỏ nhất trong giới hạn mà nhà máy chế tạo đã quy định. Gvhd: Phạm Quang Khải Svth:Vũ Hồng Phúc Nguyễn Văn Tùng 10 CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG MIVEC TRÊN XE MITSUBUSHI GRANDIS. 2.1 Giới thiệu tổng quát xe Mitsubishi Grandis 2.1.1 Các thông số kỹ thuật của xe. Thông số kỹ thuật Grandis Dài/Rộng/Cao (mm) 4.765x1.795x1.700 Khoảng sáng gầm xe (mm) 165 Trọng lượng không tải (kg) 1.630 Động cơ 2,4 lít MIVEC Công suất (mã lực/vòng/phút) 178/6.000 Mô-men xoắn (Nm/vòng/phút) 23.5 / 4,000 Hộp số Tự động 4 cấp Lốp 215/60R16 Giá (USD) 44.000 Gvhd: Phạm Quang Khải Svth:Vũ Hồng Phúc Nguyễn Văn Tùng . hệ thống phân phối khí tương tự cùng công suất, thì hệ thống phân phối khí Mivec có mức tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn 2.2.3 Các chi tiết của hệ thống Mivec. Khái quát hệ thống phân phối khí ở động cơ đốt trong 1.2.1 Cơ cấu phân phối khí loại xupap treo. + Các sơ đồ bố trí Hình 1-1: cơ cấu phân phối khí kiểu