Phân tích hệ thống phối khí biến thiên trên động cơ 1MZ-FE V6 của Lexus RX-300

Cơ cấu phối khí

Như trong hình minh họa, hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 40 độ so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến. Với cơ cấu phối khí xu páp treo bảo đảm cho buồng cháy nhỏ gọn, chống cháy kích nổ tốt nên có thể tăng được tỉ số nén và làm cho dạng đường thải, nạp thanh thoát, khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí xu páp hợp lí hơn nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí khiến hệ số nạp tăng.

Các hệ thống chính của động cơ

Bơm nước trên hệ thống làm mát của động cơ là bơm ly tâm có nhiệm vụ cung cấp nước tuần hoàn cưỡng bức trong hệ thống làm mát của động cơ.Được dẫn động bằng đai từ trục khuỷ động cơ. Dầu được bơm đẩy qua bộ làm mát dầu 2, tại đây dầu được làm mát rồi tiếp tục đến đường dầu chính, rồi đến cốc lọc, dầu theo các nhánh đi bôi trơn trục khuỷu sau đó lên bôi trơn đầu to thanh truyền, chốt pít tông, và đi bôi trơn trục cam…. Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu(EVAP) tạm thời hấp thụ hơi nhiên liệu vào bộ lọc than hoạt tính và dẫn nó vào động cơ để đốt cháy, nhờ thế mà ngăn không cho nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu lọt ra ngoài khí quyển.

Hoạt động theo nguyên lý: hơi nhiên liệu bốc lên từ bình nhiên liệu(4), đi qua van một chiều (1) và đi vào bộ lọc than hoạt tính, than sẽ hấp thụ hơi nhiên liệu lượng hơi được hấp thụ này sẽ được hút vào cửa lọc của họng gió vào xy lanh để đốt cháy khi động cơ đang chạy. Van một chiều (2) và van chân không(3) của nắp bình nhiên liệu được mở ra để hút không khí từ bên ngoài vào bình nhiên liệu khi trong thùng có áp suất chân không (do nhiệt độ bên ngoài thấp).

Chọn các thông số ban đầu

TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG CƠ 1. Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

Trong đó quá trình cháy nhiên liệu được thay bằng quá trình cấp nhiệt đẳng tích c-y và cấp nhiệt đẳng áp y- z, quá trình trao đổi khí được thay bằng quá trình rút nhiệt đẳng tích a-b. Thống kê giá trị của các thông số đã tính ở các quá trình như áp suất khí thể ở các điểm đặc trưng Pa,Pc, Pz,Pb, chỉ số nén đa biến trung bình n1, chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2, tỷ số nén ε, thể tích công tác Vh, thể tích buồng cháy Vc và tỷ số dãn nở sớm ρ. Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế khi kể đến các yếu tố ảnh hưởng như góc đánh lửa sớm: Góc mở sớm hay góc đóng muộn xupáp cũng như ảnh hưởng của sự thay đổi thể tích khi cháy.

Động cơ Toyota 1MZ-FE sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử (EFI) hệ thống này có các ưu điểm chính là các thông số được đo và kiểm soát được đưa vào xử lý cho quá trình cung cấp nhiên liệu và bảo vệ động cơ nhiều hơn (lượng không khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, tốc độ xe..). Hệ thống làm nhiệm vụ cung cấp hoà khí (hỗn hợp xăng và không khí) sạch đồng đều về số lượng và thành phần vào các xi lanh của động cơ theo yêu cầu về tốc độ và tải của máy.

Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý làm việc của hệ thống EFI trên động cơ 1MZ-FE

Nguyên lý làm việc: nhiên liệu được bơm nhiên bơm từ thùng chứa vào đường ống dẫn, trên đường ống này nhiên liệu được lọc nhờ một bầu lọc thấm, và được giảm rung động nhờ một bộ giảm chấn thủy lực, nhiên liệu tiếp tục đến vòi phun, ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau để phát hiện tình trạng của động cơ và điều kiện chạy của xe, tính toán lượng nhiên liệu tối ưu và làm cho các vòi phun phun lượng nhiên liệu cần thiết. Van điều áp (16) giữ cho áp suất của hệ thống ở một giá trị xác định từ đó lượng nhiên liệu phun vào chỉ phụ thuộc vào thời gian mở kim phun của vòi phun.

Chi tiết chính của hệ thống a, Bơm nhiên liệu

Cánh bơm được mô tơ quay để nén đẩy nhiên liệu, Van một chiều đóng lại khi nhiên liệu dừng để duy trì áp suất trong đường ống nhiên liệu và làm cho việc khởi động động cơ dễ dàng hơn, nếu không có áp suất dư dễ sảy ra hiện tượng khóa hơi ở nhiệt độ cao làm cho việc khởi động lại khó khăn. Cảm biến lưu lượng không khí nạp là một trong những cảm biến quan trọng nhất vì nó được sử dụng trong EFI để phát hiện khối lượng hoặc thể tích không khí nạp, Trên động cơ 1MZ-FE sử dụng cảm biến lưu lượng không khí nạp kiểu van lật. VSV van thuộc hệ thống ACIS (hệ thống nạp có chiều dài hiệu dụng thay đổi), hệ thống ACIS thay đổi chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp để tăng công suất trên phạm vi rộng từ tốc độ thấp đến tốc độ cao, hệ thống này sử dụng một van điều khiển khí nạp để chia đường ống nạp thành hai đoạn mà cho phép hiệu dụng của đường ống nạp phù hợp với tốc độ động cơ và độ mở bướm ga.

Khi động cơ hoạt động ở chế độ tốc độ thấp ECU bật van VSV, chân không được cấp đến cơ cấu chấp hành đóng van điều khiển, điều đó kéo dài chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp, nâng cao hiệu quả nạp không khí do hiệu ứng dao động của không khí. Khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao ECU tắt van VSV để phù hợp với chu kỳ giao động ngắn, áp suất khí quyển được cấp đến màng bộ chấp hành, mở van điều khiển chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp được rút ngắn, tạo hiệu quả nạp không khí tối đa, tăng công suất của động cơ.

Một số loại cảm biến

Tuỳ theo tín hiệu điều khiển của ECU động cơ VSV điều khiển chân không, đóng vai trò là nguồn động lực để vận hành bộ chấp hành kiểu màng để đóng mở cửa van điều khiển khí nạp. Cảm biến oxy được lắp trong đường ống xả có chức năng phát hiện nồng độ oxy trong khí xả từ đó phát hiện tỉ lệ không khí – nhiên liệu giàu hơn hay nghèo hơn tỷ lệ không khí nhiên liệu lý thuyết. Ngoài ra, Platin tác động như một chất xúc tác để gây ra phản ứng hóa học giữa oxy và cácbon monoxit (CO) trong khí xả điều này làm giảm lượng oxy ở phía ngoài tiếp xúc với khí xả, làm tăng độ nhậy cảm của cảm biến.

Khi hỗn hợp nhiên liệu không khí nghèo, oxy trong khí xả nhiều dẫn đến chênh lệch nồng độ oxy trong ngoài phần tử Zirconi nhỏ, do đó phần tử Zirconi tạo ra một điện áp thấp (gần 0 V). Ngược lại khi hỗn hợp nhiên liệu – không khí giàu hầu như không có oxy trong ống xả dẫn đến chênh lệch nồng độ oxy trong và ngoài phần tử Xiconi lớn, do đó phần tử Zirconi tạo ra một điện áp tương đối lớn (xấp xỉ 1V), căn cứ vào tín hiệu này ECU tính toán và điều khiển các phần tử chấp hành tăng hoặc giảm lượng nhiên liệu để duy trì tỷ lệ không khí nhiên liệu gần với tỷ lệ theo lý thuyết.

Một số hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục

• Nguyên lý làm việc : Ở nhiệt độ cao (cao hơn 4000C), phần tử Zirconi tạo ra một điện áp tỉ lệ với sự chênh lệch nồng độ oxy ở phía trong và phía ngoài phần tử Zirconi này. Rò chảy , không phun hoặc phun liên tục Bơm xăng Không hoạt động Hộp tiếp nối. Kiểm soát điện tử Lu lợng kế Điện trở và điện áp sai , hở hoặc ngắn Cảm biến nhiệt.

Kiểm soát điện tử Lu lợng kế Điện trở và điện áp sai hoặc hở và ngắn mạch Cảm biến nhiệt. Cấp xăng Các vòi phun Rò chảy hoặc phun nhỏ giọt Khởi động lạnh Vòi phun khởi.