2.4.8.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động bộ cháp hành biến thiên điện
Ưu điểm
Hình 2.34: So sánh góc thay đổi phối khí giữa điều khiển điện và thủy lực
Không bị ảnh hưởng bởi độ nhớt của dầu động cơ vì độ nhớt của dầu động cơ luôn thay đổi theo nhiệt độ.
Bộ chấp hành không có các khoang chứa dầu nên góc thay đổi phối khí được mở rộng hơn.
Điều khiển điện có lợi thế đáp ứng nhanh tức thì trong khi điều khiển thủy lực luôn có độ trễ nhất định.
Được kiểm soát và điều khiển trực tiếp từ PCM nên độ chính xac cao hơn. Bộ chấp hành phối khí biến thiên điện được vận hành bởi mô tơ quay phối khí biến thiên điện thay đổi các pha của cam nạp cũng như thời gian đóng/mở xupap. Tối ưu thời gian đóng mở xupap tùy vào từng điều kiện vận hành thực tế, cải thiện công suất đầu ra và giảm lượng khí thải.
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 36 Cấu tạo
Hình 2.35: Cấu tạo bộ cháp hành phối khí biến thiên điện
Bộ chấp hành phối khí biến thiên điện được đặt trên trục cam nạp. Bánh răng đĩa quay cùng với bánh răng đĩa cam nạp
Bánh răng trục cam nạp quay cùng với trục cam nạp.
Trục lệch tâm có hình dạng lệch tâm so với trục quay của cam nạp
Bánh răng hành tinh ăn khớp với trục lệch tâm. Ngoài ra, bánh răng hành tinh còn được ăn khớp với bánh răng đĩa và bánh răng trục cam.
Số răng của bánh răng hành tinh (lớn) ít hơn một răng so với số răng của bánh răng đĩa.
Số răng của bánh răng hành tinh (nhỏ) ít hơn một răng so với số răng của bánh răng trục cam.
Bánh răng hành tinh quay bằng cách nhận lực quay từ trục lệch tâm. Bánh răng trục cam quay bằng cách nhận lực quay từ bánh răng hành tinh.
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 37
Hình 2.36: Sơ đồ nguyên lý bộ chấp hành biến thiên điện
Nguyên lý hoạt động Chế độ sớm
Lúc này tốc độ quay của mô tơ điện nhanh hơn tốc độ quay bánh răng đĩa cam nạp. Từ đó bánh răng trục cam quay hướng sớm so với bánh răng đĩa cam nạp, xupap đóng/mở sớm.
Hình 2.37: Bánh răng trục cam quay hướng sớm
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 38
Lúc này tốc độ quay của mô tơ điện chậm hơn tốc độ quay bánh răng đĩa cam nạp. Từ đó bánh răng trục cam quay hướng muộn so với bánh răng đĩa cam nạp, xupap đóng/mở muộn.
Nếu tốc độ quay của động cơ chậm, mô tơ điện điều khiển có thể quay ngược lại và bánh răng trục cam có thể quay theo hướng muộn.
Hình 2.38: Bánh răng trục cam quay hướng muộn
Chế độ giữ
Lúc này tốc độ quay của mô tơ điện đồng tốc với tốc độ quay bánh răng đĩa cam nạp. Từ đó các pha khác nhau của bánh răng trục cam so với bánh răng đĩa cam nạp được duy trì cố định. Tốc độ quay bánh răng trục cam đồng tốc với tốc độ quay bánh răng dĩa cam nạp, thời điểm đóng mở xupap được cố định.
Hình 2.39: Bánh răng trục cam quay cố định đồng tốc với bánh răng đĩa cam nạp 2.4.8.2 Cơ chế điều khiển phối khí biến thiên điện
PCM xác định thời điểm xupap nạp tối ưu theo điều kiện hoạt động của động cơ và gửi tín hiệu vận hành mô tơ đến mô tơ van biến thiên điện. Với việc áp dụng hệ thống điều khiển điện,ta có thể điều khiển thời điểm biến thiên xupap nạp mà không
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 39
bị ảnh hưởng bởi điều kiện động cơ. Do đó, khả năng tiết kiệm nhiên liệu đã được cải thiện và giảm tổn thất.công suất.
Dựa trên sự phối hợp với bộ chấp hành van biến thiên thủy lực và bằng cách tăng độ trùng điệp xupap khi tải động cơ cao. Phần lớn nitơ oxit (NOx) sinh ra ở nhiệt độ cao được giảm xuống bằng cách tuần hoàn lưu thông khí thải vào buồng đốt làm giảm nhiệt độ quá trình cháy.
Hình 2.40: Sơ đồ tín hiệu đầu vào để PCM điều khiển mô tơ và rờ le biến thiên điện
Nguyên lý hoạt động
Xác định thời điểm xupap nạp
PCM xác định thời điểm xupap nạp dự kiến tối ưu theo điều kiện hoạt động của động cơ và điều khiển tỷ lệ tín hiệu đầu ra tới mô tơ điều khiển phối khí biến thiên điện để thời điểm xupap nạp thực tế tiến gần đến thời điểm xupap nạp dự kiến.
Thời điểm xupap dự kiến
Thời điểm xupap nạp dự kiến được xác định theo tốc độ động cơ, hiệu suất nạp và nhiệt độ nước làm mát động cơ.
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 40 Thời điểm xupap thực tế
Thời gian xupap nạp thực tế được tính bằng cách thêm một hiệu chỉnh dựa trên giá trị tín hiệu của bộ chấp hành điều khiển van biến thiên điện. Giá trị được tính toán bằng cách giảm giá trị trễ nhất của cam từ thời điểm xupap nạp tiêu chuẩn.
Thời gian xupap nạp tiêu chuẩn được tính toán dựa trên các tín hiệu từ cảm biến trục khuỷu và trục cam
Giá trị trễ nhất của cam
Giá trị trễ nhất của cam được xác định bởi tín hiệu đầu ra PCM và thời điểm xupap nạp tiêu chuẩn khi thời điểm xupap nạp tiêu chuẩn được ổn định.
Xác định tỷ lệ nhiệm vụ đầu ra
PCM phân chia phạm vi chế độ vận hành mô tơ van biến điện theo điều kiện hoạt động của động cơ và xác định tỷ lệ tín hiệu đầu ra đối với cơ cấu chấp hành điều khiển phối khí biến thiên điện ở mỗi chế độ.
Chế độ phản hồi
Liên tục theo dõi thời điểm xupap nạp nếu nó khớp với thời điểm xupap nạp dự kiến được xác định theo điều kiện hoạt động của động cơ.
Điều kiện thực hiện chế độ
Ở các chế độ khác với chế độ cắt nguồn hoặc chế độ giữ pha Chế độ cắt nguồn
Nếu có bất kỳ trục trặc nào ở mô tơ điều khiển phối khí biến thiên điện, thời điểm xupap nạp được giữ ở vị trí trễ nhất để ổn định tốc độ động cơ.
Điều kiện thực hiện chế độ khi mô tơ phối khí biến thiên điện trục trặc. Chế độ giữ pha
Để cải thiện sự ổn định, pha bộ chấp hành biến thiên điện được giữ ở vị trí giữa sau khi động cơ ngừng.
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 41
Phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát động cơ, hoạt động sau một khoảng thời gian nhất định đã trôi qua kể từ khi động cơ ngừng hoạt động để ngăn chặn sự phát nhiệt của mô tơ điều khiển phối khí biến thiên điện.
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC HỆ THỐNG BÔI TRƠN MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 42
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC HỆ THỐNG BÔI TRƠN TRÊN MAZDA CX5 3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, các phương pháp bôi trơn động cơ
3.1.1 Nhiệm vụ hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt ma sát để giảm tổn thất công suất do ma sát gây ra tránh mài mòn và tránh va đập trong động cơ khi động cơ làm việc.
Đồng thời làm sạch các bề mặt và lọc sạch các chất cặn bẩn trong dầu nhờn khi dầu nhờn tẩy rửa các bề mặt ma sát này.
Ngoài ra, hệ thống bôi trơn còn có nhiệm vụ làm mát dầu nhờn, đưa nhiệt lượng do ma sát sinh ra ra ngoài ổ trục, thải vào môi trường xung quanh để đảm bảo các tính năng lý - hoá của chúng trong giới hạn cho phép, đảm bảo việc bôi trơn có hiệu quả., nhờ đó làm giảm được lượng mài mòn của các chi tiết máy, bảo vệ các chi tiết máy trong động cơ đốt trong không bị gỉ.
Bôi trơn các bề mặt ma sát
Hệ thống bôi trơn của các loại động cơ đốt trong đều dùng dầu nhờn đệm vào giữa các bề mặt chuyển động tương đối với nhau, nhằm mục đích ngăn cản hoặc giảm bớt sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt ma sát. Ma sát được chia làm 4 loại.
Ma sát khô
Là khi giữa hai bề mặt ma sát hoàn toàn không có dầu nhờn, các mặt ma sát tiếp xúc trực tiếp với nhau trong quá trình làm việc. . Ma sát khô sinh ra nhiệt làm nóng các bề mặt ma sát khiến chúng nhanh mòn hỏng, có thể gây ra mài mòn dính.
Ma sát ướt
Là khi giữa hai bề mặt ma sát luôn có một lớp dầu nhờn đóng vai trò trung gian làm lớp đệm, nên trong quá trình hoạt động các mặt ma sát hoàn toàn không trực tiếp tiếp xúc với nhau.
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC HỆ THỐNG BÔI TRƠN MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 43
Xảy ra khi màng dầu nhờn ngăn cách bề mặt ma sát bị phá hoại. Mặt ma sát tiếp xúc cục bộ ở những nơi màng dầu nhờn bị phá hoại.
Ma sát tới hạn.
Là trạng thái ma sát trung gian giữa ma sát ướt và ma sát khô. Khi xảy ra ma sát tới hạn, trên bề mặt ma sát tồn tại một lớp dầu nhờn, nhưng lớp dầu này rất mỏng. Màng dầu này chịu tác dụng của lực phân tử của bề mặt kim loại nên bám chặt trên bề mặt kim loại và mất đi khả năng di động. Vì vậy, trong trường hợp này, lực ma sát quyết định bởi quá trình sản sinh do kết quả của lực tương tác giữa bề mặt ma sát với màng dầu nhờn bám lên nó.
Làm mát ổ trục
Sau một thời gian làm việc, công do tổn thất ma sát sẽ chuyển thành nhiệt năng. Chính nhiệt năng này làm cho nhiệt độ của ổ trục tăng lên rất cao. Nếu không có dầu nhờn, các bề mặt ma sát nóng dần lên quá nhiệt độ giới hạn cho phép, sẽ làm nóng chảy các hợp kim chống mài mòn, bong tróc, cong vênh chi tiết....
Dầu nhờn trong trường hợp này đóng vai trò làm mát ổ trục, tải nhiệt do ma sát sinh ra khỏi ổ trục, đảm bảo nhiệt độ làm việc bình thường của ổ trục. So với nước, tuy rằng dầu nhờn có nhiệt hoá hơi khoảng 40 70 Kcal/kg. Trong khi đó nhiệt độ hoá hơi của nước là 590 Kcal/kg, khả năng dẫn nhiệt của dầu nhờn cũng rất nhỏ: 0,0005 cal/0C.g.s, của nước là 0,0015 cal/0C.g.s. Nghĩa là khả năng thu thoát nhiệt của dầu nhờn rất thấp so với nước. Thế nhưng, nước không thể thay thế được chức năng của dầu nhờn, do còn phụ thuộc vào một số đặc tính lý hoá khác.
Vì lý do đó, để dầu nhờn phát huy được tác dụng làm mát các mặt ma sát. Đòi hỏi bơm dầu nhờn của hệ thống bôi trơn phải cung cấp cho các bề mặt ma sát một lượng dầu đủ lớn.
Tẩy rửa bề mặt ma sát.
Khi hai chi tiết kim loại ma sát với nhau, các mạt kim loại sẽ sinh ra trên các bề
mặt ma sát, làm tăng mài mòn. Nhưng nhờ có lưu lượng dầu đi qua bề mặt ma sát đó, các mạt kim loại và cặn bẩn tạp chất ở trên bề mặt đựơc dầu mang đi, làm cho bề mặt sạch, giảm lượng mài mòn.
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC HỆ THỐNG BÔI TRƠN MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 44 Bao kín buồng cháy.
Do có lớp dầu giữa hành xylanh và pittông, giữa xécmăng và rãnh xécmăng nên giảm được khả năng lọt khí xuống cacte.
Ngoài bốn nhiệm vụ trên, dầu nhờn còn có tác dụng như lớp bảo vệ chống ăn mòn hoá học.
3.1.2 Yều cầu hệ thống bôi trơn
Áp suất bôi trơn phải đảm bảo đủ lượng dầu đi bôi trơn.
Áp suất của dầu bôi trơn trong hệ thống phải đảm bảo từ 2- 6kg/cm2. Dầu bôi trơn trong hệ thống phải sạch, không bị biến chất, độ nhớt phải phù hợp.
Dầu bôi trơn phải đảm bảo đi đến tất cả các bề mặt làm việc của các chi tiết để bôi trơn và làm mát cho các chi tiết.
Nhiệt độ dầu bôi trơn khoảng 800C-1600C nếu lớn hơn nhiệt độ trên dầu sẻ bốc cháy. Nhưng nếu dầu bôi trơn làm mát nhiều quá thì sẽ làm mất hiệu suất nhiệt của động cơ.
3.1.3 Các phương pháp bôi trơn động cơ
Trong động cơ đốt trong, kết cấu các cặp chi tiết, số lượng, cách bố trí trong mỗi động cơ khác nhau. Vì vậy, để cung cấp đủ dầu nhờn một cách liên tục đến các bề mặt ma sát của chi tiết máy, ta có thể lựa chọn những phương án bôi trơn, cách bố trí hệ thống bôi trơn khác nhau.
Lựa chọn phương án bôi trơn nào là phải dựa vào tính năng tốc độ, công suất, mức phụ tải tác dụng lên ổ trục, công dụng của động cơ. Mỗi phương án bôi trơn đều có ưu, nhược điểm riêng nên ta phải dựa vào các yêu cầu cụ thể và điều kiện làm việc của động cơ mà lựa chọn cho hợp lý.
3.1.3.1 Bôi trơn bằng phương pháp pha dầu nhờn vào nhiên liệu
Loại bôi trơn này dùng trong động cơ xăng hai kỳ quét khí bằng hộp trục khuỷu - cacte. Nghĩa là hộp trục khuỷu - cacte là một khối kín đóng vai trò như một máy nén khí để quét khí cho xylanh theo kiểu quét ngang.
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC HỆ THỐNG BÔI TRƠN MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 45
Dầu nhờn được pha vào xăng với tỷ lệ thể tích (4÷5)%. Hỗn hợp dầu nhờn, nhiên liệu nhờ bộ chế hoà khí được xé thành các hạt nhỏ trộn với không khí tạo thành khí nạp và được nạp vào cacte. Tại đây các hạt dầu sẽ ngưng tụ bám lên các bề mặt ma sát để bôi trơn.
Kết cấu kiểu bôi trơn này rất đơn giản nhưng lại nhiều nhược điểm, nhược điểm lớn của nó là dầu nhờn trong hỗn hợp khí nạp đi vào xylanh khi cháy tạo thành muội than bám lên thành buồng cháy và đỉnh piston, ngăn cản truyền nhiệt làm cho nóng máy. Ngày nay, người ta quan tâm nhiều về vấn đề môi trường nên các loại động cơ này ít dùng và hệ thống bôi trơn kiểu này cũng không còn phổ biến.
3.1.3.2 Bôi trơn bằng phương pháp vung toé dầu
Phương pháp này được áp dụng ở những động cơ đời đầu. Lúc này động cơ chưa được trang bị bơm dầu và chưa có hệ thống ống dẫn dầu vào thân máy và các chi tiết cơ khí.
Tùy theo tính năng, các bộ phận cơ khí được bôi trơn bằng ngâm nhúng trong dầu nhờn hoặc được vung té dầu. Bộ phận được ngâm nhúng trong dầu là trục khuỷu. Tại đầu nối thanh truyền pít tông với trục khủy có gắn 1 chi tiết hình dạng gầu múc. Khi trục khủy quay, gầu múc sẽ tát dẩu nhờn lên xy lanh, trục cam và hệ thống cò mỏ và lò xo xu báp.
Cấu tạo
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC HỆ THỐNG BÔI TRƠN MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 46
Hình 3.2 Sơ đồ bôi trơn bằng phương pháp vung té có bơm dầu đơn giản
1 - Máng dầu phu 2 - Điểm tựa 3 – Bánh lệch tâm 4 - Thân bơm 5 - Pittông bơm dầu.
Nguyên lý làm việc:
Dầu nhờn được chứa trong cacte.Khi động cơ làm việc nhờ vào thìa múc dầu lắp trên đầu to thanh truyền, dầu được múc và tung lên lúc thanh truyền dao động lắc. Nếu như mức dầu trong cácte bố trí xa thìa múc thì có thêm bơm dầu có kết cấu đơn giản để bơm dầu lên máng phụ 6, sau đó dầu nhờn được hắc tung lên. Cứ mỗi vòng quay của trục khuỷu, thìa múc hắc dầu lên một lần. Các hạt dầu vung té ra bên trong không gian cácte sẽ rơi tự do xuống các bề mặt ma sát của cổ trục. Để đảm bảo cho các ổ trục không bị thiếu dầu, trên các vách ngăn trên ổ trục thường có các vách ngăn hứng dầu khi dầu tung lên.
Nhược điểm
Phương pháp bôi trơn này đơn giản nhưng hiệu quả kém, dầu chóng bị hoá già.