Điều khiển phản hồi: áp suất dầu tối đa được xác định dựa trên áp suất dầu ở cacte chính. Áp suất dầu được điều chỉnh theo nhiệt độ nước làm mát, tốc độ động cơ và tải của động cơ.
Để giảm tải bơm dầu tác dụng vào động cơ, PCM điều khiển áp suất dầu động cơ đến áp suất thích hợp tùy theo điều kiện vận hành của động cơ.
Áp suất dầu động cơ được thay dổi theo hai bước. Khi không cần áp suất dầu, lượng dầu của bơm dầu sẽ giảm nhờ hoạt động của van điện từ điều khiển dầu động cơ.
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC HỆ THỐNG BÔI TRƠN MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 66
PCM thay đổi áp suất dầu bôi trơn động cơ theo hai bước bằng cách dẫn dầu từ van điện từ theo từng điều kiện hoạt động của động cơ.
Hình 3.30: Biểu đồ áp suất dầu và tốc độ động cơ
Xác định giá trị hiệu chỉnh đầu ra
PCM kiểm soát năng lượng điện áp hoạt động được cung cấp cho van điện từ theo tín hiệu hiệu chỉnh. Sau khi mở van điện từ giá trị hiệu chỉnh ở tỷ lệ 100%, sau đó giá trị hiệu chỉnh sẽ được giảm xuống vị trí mà tại đó vẫn có thể duy trì được điều kiện mở van. Giá trị hiệu chỉnh đầu ra cho việc duy trì van mở thay đổi theo điện áp.
Hình 3.31: Biểu đồ hiệu chỉnh van điện từ
Điều kiện hoạt động của van điện từ điều khiển dầu
Để thay đổi việc kiểm soát áp suất dầu dựa vào điều kiện hoạt động của động cơ. Điều khiển trạng thái bình thường
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC HỆ THỐNG BÔI TRƠN MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 67 - Tóc độ động cơ thấp hơn 4000rpm
- Nhiệt độ nước làm mát thấp hơn 98°C (208°F)
- Hiệu suất nạp thấp hơn thông số kỹ thuật ( thay đổi theo tốc độ động cơ)
Điều khiển khí xả
- Nếu tất cả các điều kiện sau được đáp ứng, PCM sẽ vận hành van điện từ nhiều lần để xả khí từ bên trong mạch dầu.
- Tốc độ động cơ: 500-900 rpm
- Nhiệt độ nước làm mát: 50-70°C (122-158°F)
Khi phát hiện lỗi như bị hở mạch hoặc có các hư hỏng xuất hiện trên các hệ thống khác, áp suất dầu động cơ luôn được đặt ở chế độ áp suất cao nhằm tránh hư hỏng xảy ra cho động cơ.
CHƯƠNG 4: KHAI THÁC HỆ THỐNG LÀM MÁT MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 67
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN MAZDA CX5 4.1 Nhiệm vụ hệ thống làm mát trên ô tô
Khi động cơ đốt trong hoạt động, hỗn hợp nhiên liệu và không khí cháy trong buồng đốt tỏa ra nhiệt độ cao khoảng 20002500 °C, một phần chuyển thành công, phần còn lại tỏa ra môi trường bên ngoài qua các chi tiết tiếp xúc với khí cháy (xylanh, piston,nắp xylanh,xupap, vòi phun, xec măng,...) mặt khác cũng có nhiệt lượng sinh ra do ma sát giữa các bề mặt làm việc của các chi tiết trong động cơ.Vì vậy nếu động cơ không được làm mát đủ thì các chi tiết trong động cơ sẽ nóng lên quá nhiệt độ cho phép (nhiệt độ piston có thể lên tới 600°C , nhiệt độ xupap thải tới 900°C) sẽ gây ảnh hưởng xấu đến tình trạng hoạt động của động cơ.
- Phụ tải nhiệt các chi tiết lớn làm giảm sức bền, giảm độ cứng vững và tuổi thọ của chúng.
- Nhiệt độ cao dẫn tói nhiệt độ của dầu bôi trơn cũng cao do đó dẫn tới độ nhớt giảm, khả năng bôi trơn kém làm tăng ma sát.
- Có thể gây bó kẹt piston do hiện tượng giãn nở - Giảm hệ số nạp
- Có thể gây hiện tượng kích nổ
Để khắc phục những hiện tượng trên, hệ thống làm mát được ra đời để duy trì chế độ nhiệt xác định trong thời gian làm việc của động cơ băng cách truyền nhiệt từ các chi tiết quá nóng trong động cơ ra môi trường xung quanh. Phải đảm bảo nhiệt độ làm mát ở mức quy định đối với động cơ đốt trong hoạt động ổn định ở nhiệt độ cho phép từ 80 90°C. Nhiệt độ làm mát không được quá mát cũng không được quá nóng, vì nếu quá nóng, điều kiện bôi trơn sẽ kém làm cho các chi tiết hao mòn ma sát. Ở nhiệt độ cao (200 300 ) dầu nhớt sẽ bốc cháy gây bó kẹt piston trong xylanh và dễ gây hiện tượng kích nổ. Ngược lại nếu quá mát, độ nhớt của dầu sẽ tăng khiến cho dầu nhờn khó lưu động gây tổn thất cơ giới và tổn thức ma sát. Đồng thời dãn đến nhiên liệu khó bay hơi, ngưng tụ trên thành xylanh tăng tiêu hao nhiên liệu.
4.2 Yêu cầu hệ thống làm mát
CHƯƠNG 4: KHAI THÁC HỆ THỐNG LÀM MÁT MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 68
Bảo đảm nhiệt độ môi chất làm mát tại đầu ra van hằng nhiệt ở khoảng và nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ khoảng
Đảm bảo động cwo làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu cũng như điều khiện đường sá, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí.
4.3 Phân loại hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát được chia thành hai loại: Hệ thống làm mát bằng nước và hệ thống làm mát bằng không khí.
Hệ thống làm mát được chia thành các kiểu: Làm mát bằng nước kiểu bốc hơi
Làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên Làm mát bằng nuớc kiểu tuần hoàn cưỡng bức + Kiểu một vòng tuần hoàn kín
+ Kiểu một vòng tuần hoàn hở
+ Hai vòng tuần hoàn ( một vòng kín, một vòng hở)
4.3.1 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi là loại đơn giản nhất. Hệ thống này không cần bơm,quạt.
Bộ phận chứa nước gồm hai phần: Khoang nước làm mát thân máy và thùng chứa nước bốc hơi lắp với thân.
Hình 4.1 Động cơ làm mát kiểu bốc hơi
CHƯƠNG 4: KHAI THÁC HỆ THỐNG LÀM MÁT MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 69
Khi động cơ hoạt động, những vùng nước bao quanh vùng buồng cháy nhận nhiệt từ quá trình cháy sẽ sôi tạo bọt nước. Nước sôi có tỷ trọng nhỏ hơn nên nổi lên trên mặt thoáng thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời. Nước nguội trong thùng chứa cso tỷ trọng lớn sẽ chìm xuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành lưu động đối lưu tự nhiên. Căn cứ vào nhiệt lượng động cơ và cách bố trí động cơ đứng hay nằm để thiết kế hệ thống kiểu bốc hơi này. Việc làm mát bằng kiểu bốc hơi, lượng nước trong thùng sẽ giảm nhanh, do đó phải bổ sung nước thường xuyên.
4.3.2 Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên
Trong hệ thống này, nước lưu động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và nguội mà không cần bơm. Cột nước nóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Hình 4.2 : Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên.
1- Thân máy; 2- Xilanh; 3- Piston, 4- Nắp xilanh; 5- Đường nước ra két; 6- Nắp két, 7- Két nước; 8- Không khí làm mát; 9- Quạt gió; 10- Đường nước đi vào làm
mát động cơ. Nguyên lý hoạt động:
Khi động làm việc, nhiệt độ từ buồng cháy tỏa ra làm cho nước nóng dần lên. Nước nóng có khối lượng riêng nhỏ nên nổi lên trên và đi ra ngoài qua két làm mát. Tại đây nước nóng được làm mát nhờ quạt gió dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ hút không khí qua để tản nhiệt cho nước. Do đó nước trong két được làm mát
6 7 8 10 5 9 4 3 2 1
CHƯƠNG 4: KHAI THÁC HỆ THỐNG LÀM MÁT MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 70
làm cho khối lượng riêng tăng, nucows chìm xuống khoang dưới của két đi vào thân máy theo một vòng tuần hoàn.
Với hệ thống mát này có những ưu điểm là chế độ làm mát phù hợp với chế độ không tải của động cơ. Khi mới khởi động do sự chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và nguội bé nên chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nhỏ. Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ nhanh đạt được nhiệt độ ở chế độ làm việc.
Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm là nước lưu động trong hệ thống có vận tốc bé vào khoảng V = 0,120,19 m/s. Điều đó dẫn đến chênh lệch nhiệt độ nước vào và nước ra lớn, vì vậy mà thành xylanh làm mát không đều. Muốn giảm chênh lệch nhiệt độ nước vào và nước ra của động cơ thì phải tăng kích thước thùng chứa nhưng làm như vậy kết cấu cồng kềnh.
4.3.3 Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức
Do tốc độ lưu động của nước trong hệ thống tuần hoàn đối lưu tự nhiên thấp, để tăng tốc độ lưu động của nước người ta dùng hệ thống tuần hoàn cưỡng bức. Trong hệ thống này, nước lưu động do sức đẩy cột nước của bơm nước tạo ra. Tùy theo số vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn ta có các loại tuần hoàn cưỡng bức như: hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín, kiểu cưỡng bức một vòng hở, kiểu cưỡng bức hai vòng tuần hoàn. Mỗi kiểu làm mát có những nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác nhau.
4.3.3.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín:
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:
Hình 4.3: Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín
1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5
CHƯƠNG 4: KHAI THÁC HỆ THỐNG LÀM MÁT MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 71
1- Thân máy; 2- Nắp xilanh; 3- Đường nước ra khỏi động cơ; 4- Ống dẫn bọt nước; 5- Nhiệt kế; 6-Van hằng nhiệt; 7- Nắp rót nước; 8- Két làm mát; 9- Quạt gió;
10- Puly; 11- Ống nước nối tắt vào bơm; 12- Đường nước vào động cơ; 13- Bơm nước; 14- Két làm mát dầu; 15- Ống phân phối nước.
Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ làm việc, nước trong hệ thống tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (13), qua ống phân phối nước (15) đi vào các khoang chứa của các xylanh. Để phân phối nước làm mát đồng đều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân máy (1) chảy qua ống phân phối (15) đúc sẵn trong thân máy. Sau khi làm mát xylanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theo đường ống (3) ra khỏi động cơ đến van hằng nhiệt (6). Nước từ van hằng nhiệt được chia ra hai dòng: một dòng đi qua ống (11) tuần hoàn trở lại động cơ; một dòng đi qua két (7) để tản nhiệt .
Nếu nhiệt độ của nước làm mát nhỏ hơn nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt đóng lại không cho đi qua két mà theo đường tắc để đi vào làm mát động cơ. Nếu nhiệt độ của nước lớn hơn nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt mở cho nước đi qua két. Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt (8) tạo ra. Quạt được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ. Tại bình chứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp hơn lại được bơm nước hút vào rồi đẩy vào động cơ thực hiện một chu kỳ làm mát tuần hoàn.
Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín là nước sau khi qua két làm mát lại trở về động cơ do đó ít bổ sung nước, tận dụng được trở lại nguồn nước làm mát tiếp động cơ. Do đó, hệ thống này rất thuận lợi đối với các loại xe đường dài, nhất là ở những vùng thiếu nguồn nước.
4.3.3.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng hở:
CHƯƠNG 4: KHAI THÁC HỆ THỐNG LÀM MÁT MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 72
Hình 4.4: Hệ thống làm mát một vòng hở
1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp máy; 4- Van hằng nhiệt; 5- Đường nước ra vòng hở; 6- Đường nước vào bơm; 7- Đường nước nối tắt về bơm; 8- Bơm nước.
Nguyên lý hoạt động:
Quá trình hoạt động của hệ thống này, nước làm mát là nước sông, biển được bơm (8) hút vào làm mát động cơ sau đó theo đường nước (5) đổ ra sông, biển. Hệ thống này có ưu điểm là đơn giản. Tuy nhiên, ở một số kiểu động cơ nước làm mát đạt được ở 1000C hoặc cao hơn. Khi nước ở nhiệt độ cao, nước sẽ bốc hơi. Hơi nước có thể tạo thành ngay trong áo nước làm mát (kiểu bốc hơi bên trong) hoặc hơi nước bị tạo ra trong một thiết bị riêng (kiểu bốc hơi bên ngoài). Do đó, cần phải có một hệ thống làm mát riêng cho động cơ.
4.3.3.3 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng:
Đặc điểm của hệ thống này là, nước được làm mát tại két nước không phải là dòng không khí do quạt gió tạo ra mà là bằng dòng nước có nhiệt độ thấp hơn, như nước sông, biển. Vòng thứ nhất làm mát động cơ như ở hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng. Vòng thứ hai với nước sông hay nước biển được bơm chuyển đến két làm mát để làm mát nước vòng kín, sau đó lại thải ra sông, biển nên gọi là vòng hở. Hệ
thống làm mát hai vòng được dùng phổ biến ở động cơ tàu thủy. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:
5 3
7
4 2 1
CHƯƠNG 4: KHAI THÁC HỆ THỐNG LÀM MÁT MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 73
Hình 4.5: Hệ thống làm mát cưỡng bức kiểu hai vòng tuần hoàn
1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp xilanh; 4- Bơm nước vòng kín; 5- Đường nước tắt về bơm vòng kín; 6- Van hằng nhiệt; 7- Két làm mát; 8- Đường nước ra vòng hở; 9- Bơm nước vòng hở; 10- Đường nước vào bơm nước vòng hở.
Nguyên lý hoạt động
Trong hệ thống này nước làm mát động cơ đi theo chu trình kín, bơm nước (4) dẫn nước đến động cơ làm mát thân máy và nắp xilanh sau đó đến két làm mát nước (7) để tản nhiệt cho nước. Nước trong hệ thống kín được làm mát bởi nguồn nước ngoài môi trường bơm vào do bơm (9) thông qua lưới lọc, qua các bình làm mát dầu, qua két làm mát (7) làm mát nước rồi theo đường ống (8) đổ ra ngoài môi trường.
Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoàn kín còn thấp, van hằng nhiệt (6) đóng đường nước đi qua két làm mát nước ngọt. Vì vậy, nước làm mát ở vòng làm mát ngoài, nước được hút từ bơm (9) qua két làm mát (7) theo đường ống (8) đổ ra ngoài. Van hằng nhiệt (6) đặt trên mạch nước ngọt để khi nhiệt độ nước ngọt làm mát thấp, nó sẽ đóng đường ống đi vào két làm mát (7). Lúc này nước ngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ qua van hằng nhiệt (6) rồi theo đường ống đi vào bơm nước ngọt (4) để bơm trở lại động cơ.
4.3.4 Hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao
Các động cơ ngày nay, nhiệt độ làm mát của động cơ tăng lên rất nhiều; Ví dụ nhiệt độ làm mát động cơ tàu thủy từ 30÷320
lên 60÷650
C, ở động cơ cao tốc lên đến khoảng 80÷850
C và một số kiểu động cơ nhiệt độ trung bình của nước làm mát đã đạt 1000
C hoặc cao hơn. Khi làm mát động cơ với nhiệt độ nước cao hơn 1000
C, nước sẽ bốc hơi. 2 1 3 6 7 8 9 10 4 5
CHƯƠNG 4: KHAI THÁC HỆ THỐNG LÀM MÁT MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 74
Hơi nước có thể tạo thành ngay trong áo nước làm mát hoặc hơi nước bị tạo ra trong một thiết bị riêng. Hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao ở đây bao gồm hai hệ thống làm mát chính là hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài và hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt hơi nước và nhiệt của khí thải.
4.3.4.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Hình 4.6: Sơ đồ hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài.
1- Động cơ; 2- Van tiết lưu; 3- Bộ tách hơi; 4- Quạt gió; 5- Bộ ngưng tụ nước;