CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 13
Cơ cấu điều khiển thời điểm phối khí thông minh được sử dụng trên cam nạp và cam xả nhằm cải thiện suất tiêu hao nhiên liệu từ giảm thiểu được độ ô nhiễm môi trường.
Có tổng số bốn van trên mỗi xy lanh gồm có hai van nạp và hai van xả. Nhờ sử dụng cò mổ con lăn nên khả năng chống trượt đã được giảm bớt. Để duy trì khe hở xupap luôn ở mức 0 mm nhà sản xuất đã lắp đặt lên cơ cấu phối khí một con đội thủy lực. Điểm tiếp xúc giữa cò mổ và cam cũng được bôi trơn bằng dầu động cơ để tăng độ bền tăng tính trơn tru để cơ cấu phối khí hoạt động tốt và lâu dài.
Hình 2.5: Tổng quát cơ cấu phối khí trong nắp máy Cơ chế van:
Một hệ thống phối khí loại DOHC được sử dụng trong đó bao gồm bốn van (hai van nạp và hai van xả) trên mỗi xi lanh và tổng số 16 van được vận hành bởi hai trục cam trên động cơ. Sử dụng bạc đạn bi kim tại cò mổ và giảm tải trọng đặt lên lò xo xupap.
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 14
Hình 2.6: Sơ đồ cấu tạo cơ cấu phối khí trên Mazda CX5 2.3 Kết cấu và nhiệm vụ các bộ phận chính cơ cấu phối khí trên Mazda CX5 2.3.1 Xupap, lò xo xupap, phốt xupap, ống dẫn hướng xupap
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 15 Xupap
Xupap nạp được ép xuống bởi cam nạp, đường dẫn khí nạp được mở và không khí được đưa vào xy lanh. Xupap xả được ép xuống bởi cam xả, đường dẫn khí thải được mở ra và khí đốt được thải ra khỏi xy lanh. Các thao tác trên được thực hiện theo chu kỳ dưới đây.
Kỳ nạp: Khi nạp hỗn hợp khí và xăng cho động cơ, piston đi lần lượt từ điểm chết trên đến điểm chết dưới. Khi này, các xupap nạp sẽ mở và xupap thải đóng lại giúp không khí được hút vào và tạo hỗn hợp cháy trong buồng đốt.
Kỳ nén: Lúc này, piston sẽ di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên.Toàn bộ xupap nạp và thải sẽ cùng lúc đóng lại để hỗn hợp khí và xăng được nén lại trong buồng đốt và tiếp tục trộn lẫn với nhau để tạo ra hỗn hợp cháy tốt nhất.
Kỳ nổ: Ở kỳ nổ, bugi sẽ đánh lửa trong buồng đốt để đốt cháy hỗn hợp khí và xăng đậm đặc. Lúc này, Piston sẽ chịu nén và di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới khi cả 2 xupap cùng đóng. Sau đó, hỗn hợp nổ sinh lực tạo lực truyền trong khối động cơ.
Kỳ xả: Cuối cùng, đường đi của piston sẽ tương tự như ở kỳ nén khi đẩy từ điểm dưới lên điểm chết trên. Lúc này, xupap thải sẽ được mở và khí thải được đẩy ra bên ngoài động cơ. Sau đó, xupap xả sẽ đóng lại và lặp lại chu kỳ.
Vậy nên, nếu xupap bị hở thì buồng đốt sẽ không được kín, dẫn đến tình trạng mất áp suất trong khu vực này, từ đó dẫn đến việc khó nổ.
Lò xo xupap
Lò xo xupap có công dụng giữ cho xu páp ở trạng thái đóng cửa nạp và cửa xả. Lực căng lò xo xupap được tính toán ở mức tối thiểu để giảm lực cản ma sát trượt.
Phốt xupap
Phốt xupap ngăn không cho dầu động cơ qua ống dẫn hướng xupap đi vào buồng đốt.
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 16
Ống dẫn hướng có công dụng dẫn hướng cho xupap chuyển động lên xuống một cách trơn tru để thực hiện quá trình đóng mở cửa nạp, cửa xả của động cơ trong điều kiện chịu nhiệt độ cao và ma sát lớn. Ống dẫn hướng còn hỗ trợ một phần làm mát xupap bằng cách truyền nhiệt qua nắp máy. Ống dẫn hướng xupap được làm bằng hợp kim thiêu kết với khả năng chống mài mòn cao.
2.3.2 Trục cam
Hình 2.8: Vị trí trục cam
Trục cam được tại nắp máy, bề mặt cam được gia công với độ nhẵn cao. Trục cam nạp có 5 ổ đỡ trục và cam xả có 6 ổ đỡ trục.
Cấu tạo của trục cam bao gồm có các vấu cam nạp, cam xả và các cổ trục. Các vấu cam trên trục cam được bố trí sao cho phù hợp với thứ tự làm việc của các xy lanh.
Vấu cam
Vấu cam là bộ phận được chế tạo liền với trục cam. Đặc biệt, các bề mặt làm việc của cam sẽ được gia công theo các yêu cầu kỹ thuật với độ chính xác cao và được nhiệt luyện để có thể giảm ma sát và chống mài mòn. Chiều cao vấu cam mang tính chất quyết định đến độ mở của xupap.
Các cổ trục
Đây là một trong những bộ phận có thể lắp ráp ổ đỡ và để định vị trục cam theo chiều trục thì người dùng có thể có vòng chặn ở đầu trục.
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 17
Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo chi tiết trục cam trên cx5
Trục cam được quay là nhờ dẫn động quay của trục khuỷu thông qua xích truyền động. Lúc này vấu cam trên trục cam sẽ điều khiển việc đóng mở xupap cho quá trình phối khí.
2.3.3 Xích truyền động và bộ căng xích
Hình 2.10: Xích truyền động
Xích truyền động
Xích truyền động được sử dụng để dẫn động cho trục camở nắp máy. Ưu điểm của bộ truyền xích là kết cấu gọn nhẹ và truyền động dễ dàng ở khoảng cách trục lớn. Nhưng nhược điểm cơ bản của bộ truyền xích là dễ bị rung động khi thay đổi tải và gây ra tiếng ồn. làm việc lâu dài thường dẫn đến hiện tượng rão do mòn con lăn, chốt xích. Vì vậy, trong quá trình làm việc bộ truyền xích cần được bôi trơn.Ngoài ra để
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 18
đảm bảo cho xích luôn có độ căng nhất định cần phải có cơ cấu căng xích tự động hoặc có thể điều chỉnh được.
Bộ căng xích
Hình 2.11: Cấu tạo bộ căng xích
Sử dụng bộ căng xích loại áp suất dầu được lắp vào thân máy, có nhiệm vụ liên tục duy trì độ căng của xích truyền động đảm bảo hoạt động của xích truyền động được ổn định. Bộ căng xích hoạt động bởi áp suất dầu và lực lò xo từ đó lực căng duy trì ở mức không đổi.
2.3.4 Con đội thủy lực và cò mổ
Con đội thủy lực
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 19
Con đội thủy lực có nhiệm vụ duy trì khe hở xupap ở mức không đổi (0 mm) vì vậy khe hở xupap không cần điều chỉnh bảo dưỡng thường xuyên. Trong quá trình làm việc, chất lượng con đội tốt hay xấu sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào chất lượng của dầu bôi trơn. Vì vậy, dầu bôi trơn động cơ cần phải sạch sẽ, độ nhớt ổn định, ít thay đổi.
Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý hoạt động con đội thủy
Khi có lực tác dụng từ cam xuống cò mổ xuống con đội thủy lực, đầu đẩy con đội bị nhấn xuống, dưới sự tác động đó van bi được đóng, dầu động cơ sẽ được giữ trong buồng cao áp ( Khoang B) dưới áp suất cao. Sau khi cam hết tác dụng lực, đầu dẩy con đội được đẩy lên nhờ áp lực cao trong khoang B và lực đẩy của lò xo đẩy, van bị mở ra, dầu động cơ sẽ đi vào qua đường dầu nạp vào khoang A thông qua van bị mở đi xuống khoang B để bù đắp lại lượng dầu bị rò rỉ thiếu hụt sau khi bị nén.
Cò mổ
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 20
Cò mổ hoạt động như một đòn bẩy trong cơ cấu phân phối khí của động cơ đốt trong,có nhiệm vụ truyền chuyển động hướng tâm từ cam thành chuyển động thẳng tại xupap để mở xupap. Một đầu của cò mổ được nâng lên hoặc hạ xuống thông qua con đội thủy lực, đầu còn lại của cò mổ tác động lên xupap. Khi vấu cam tiếp xúc tỳ lên một đầu của cò mổ, đầu còn lại do tác động của đòn bẩy, sẽ ép xuống thân xupap làm mở xupap. Khi một đầu cò mổ trở lại vị trí ban đầu do trục cam quay, đầu còn lại của cò mổ sẽ nâng lên tạo điều kiện cho lò xo xupap đóng xupap.
Với việc sử dụng ổ lăn kim được tích hợp trong cò mổ, giúp cam tiếp xúc cò mổ sử dụng con lăn giảm lực cản trượt.
Nguyên lý hoạt động qua các điểm phối khí
a b c
Hình 2.15: Các thời điểm xupap mở
a.Trước thời điểm mở xupap b.Thời điểm mở xupap c.Sau khi mở xupap
Trước thời điểm xupap mở ( Hình 2.15a)
Đầu đẩy con đội thủy lực đẩy cò mổ bằng lực lò xo của con đội để duy trì khe hở xupap luôn ở vị trí 0 mm.
Thời điểm xupap mở ( Hình 2.15b)
Khi cam đến vị trí tiếp xúc nhấn xuống cò mổ, lực sẽ tác dụng lên con đội và xupap. Lúc này, áp suất thủy lực trong buồng áp suất cao (buồng A) tăng lên và van bi một chiều đóng đường dầu thủy lực lại. Khi đường dầu thủy lực bị đóng, thể tích dầu
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 21
thủy lực trong buồng áp suất cao không thay đổi vì thế đầu đây con đội được cố định trở thành điểm tựa của cò mổ.
Thời điểm sau khi mở xupap ( Hình 2.15c)
Khi cam đi qua vị trí tiếp xúc cò mổ cũng là lúc không có lực tác dụng lên đầu đẩy con đội, lò xo đầu đẩy sẽ ép đầu đẩy lên (duy trì khe hở của xupap ở 0mm). Bên đầu còn lại xupap được đẩy lên đóng lại nhờ lực hồi vị của lò xo xupap.
Sau đó do áp suất của buồng áp suất cao (buồng A) tăng lên, van bi được mở và dầu thủy lực chảy từ buồng dự trữ (buồng B) sang buồng áp suất cao (buồng A) để chuẩn bị cho chu trình tiếp theo. Dầu trong buồng dự trữ (khoang B) mà giảm xuống do cung cấp một lượng cho buồng áp suất cao (buồng A) sẽ được cung cấp lại từ dầu nắp máy.
2.4 Hệ thống phân phối khí biến thiên
2.4.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống phối khí biến thiên
Cấu tạo
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 22
Bộ chấp hành phối khí biến thiên điều khiển bằng thủy lực hoạt động dựa vào áp suất dầu thủy lực và sự thay đổi giữa các pha của cam xả.
Bộ chấp hành phối khí biến thiên điều khiển bằng điện có vai trò thay đổi các pha của cam nạp.
Mô tơ phối khí biến thiên điện có nhiệm vụ vận hành bộ chấp hành biến thiên điện nhờ vào tín hiệu từ PCM
Van điều khiển đường dầu (OCV) hoạt động theo tín hiệu yêu cầu từ PCM điều khiển đường dầu thủy lực đến bộ chấp hành.
Cảm biến vị trí cam nạp có nhiệm vụ gửi tín hiệu vị trí cam nạp đến PCM Cảm biến vị trí cam xả có nhiệm vụ gửi tín hiệu vị trí cam xả đến PCM
Cam biến vị trí trục khuỷu có nhiệm vụ gửi tín hiệu vị trí trục khuỷu đến PCM. Nguyên lý hoạt động
Trong quá trình hoạt động, các cảm biến vị trí bướm ga và lưu lượng khí nạp cung cấp các dữ liệu chính về ECU để tính toán thông số phối khí theo yêu cầu chủ động. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ cung cấp dữ liệu hiệu chỉnh, cảm biến vị trí cam và vị trí trục khuỷu thì cung cấp các thông tin về tình trạng phối khí thực tế. Trên cơ sở các yếu tố chủ động, hiệu chỉnh và thực tế, PCM sẽ tổng hợp được lệnh phối khí tối ưu cho buồng đốt. Lệnh này được tính toán thay đổi vị trí bộ điều khiển phối khí, đóng mở các xupap đúng mức cần thiết vào thời điểm thích hợp.
2.4.2 Một số đặc điểm nổi bật trên hệ thống phối khí biến thiên
Nhờ cơ chế điều khiển phối khí biến thiên thay đổi các pha của trục cam.giúp đạt được thời gian đóng mở xupap tối ưu theo các điều kiện vận hành.
Một cơ cấu điều khiển phối khí biến thiên điều khiển bằng điện được sử dụng ở phía cam nạp và điều khiển bằng áp suất thủy lực được sử dụng phía cam xả.. Độ rộng của góc mở xupap và độ kiểm soát của cửa nạp và thải được cải thiện.
Cơ cấu điều khiển phối khí biến thiên điện đạt được phản ứng cao hơn so với cơ cấu điều khiển van biến thiên thủy lực.
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 23
Khả năng khởi động của động cơ đã được cải thiện nhờ sự giúp đỡ của van biến thiên điện, thậm chí có thể hoạt động ngay cả dưới điều kiện động cơ đang dừng và sự kiểm soát được tối ưu theo từng điều kiện động cơ
Khi tải trung bình mất mát công suất được giảm thiểu bằng cách kiểm soát đúng thời điểm hút và xả, cải thiện tỷ lệ tiêu thụ nhiên liệu.
*: Sự mất mát năng lượng xảy ra từ lực cản tương ứng từ việc hút vào và thải ra của động cơ được gọi là mất mát công suất.
Khi tải cao bằng cách kiểm soát đúng thời điểm của quá trình nạp và thải và thực hiện hiệu quả việc loại bỏ khí dư trong xi lanh và đường ống nạp, hiệu suất khí nạp và công suất được cải thiện.
2.4.3 Lợi ích của việc điều khiển đóng mở biến thiên các xupap
- Thời điểm mở xupap nạp
Mở sớm: cải thiện thể tích khí nạp và xả sạch khí cháy, nhưng làm tăng góc trùng điệp.
Mở trễ: làm giảm góc trùng điệp, kết hợp với việc điều khiển thời điểm đóng xupap xả làm giảm lực cản trong quá trình piston đi xuống.
- Thời điểm đóng xupap nạp
Đóng sớm: cải thiện thể tích khí nạp bằng cách giảm thể tích khi bị đẩy ngược trở lại cổ góp nạp.
Đóng trễ: làm giảm lực cản trong quá trình piston di chuyển bằng cách đẩy bớt khí nạp ra khỏi buồng đốt giảm hiện tượng kích nổ hoặc cháy sớm từ đó tăng được tỷ số nén, tăng hiệu quả sử dụng lại khí xả (EGR).
- Thời điểm mở xupap xả
Mở sớm: Xả khí cháy sạch hơn. - Thời điểm đóng xupap xả
Đóng sớm: Giữ lại một phần khí cháy trong buồng đốt, lượng khí cháy này góp phần làm tăng nhiệt độ trong buồng đốt và giúp kì cháy tốt hơn.
CHƯƠNG 2: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHỐI KHÍ MAZDA CX5 Khưu Chấn Diên
Trang 24
Đóng trễ: tăng hiệu quả sử dụng lại khí xả (EGR) bằng cách hút ngược lại một phần khí xả vào trong buồng đốt.
2.4.4 Điều khiển sớm muộn góc phối khí
Hình 2.17: Sơ đồ điều khiển sớm muộn góc phối khí trên Mazda CX5
Thời gian bắt đầu mở xupap nạp cần chọn sao cho khi áp suất trong xylanh (do giãn nở của khí sót) hạ thấp hơn áp suất môi chất trên đường nạp thì tiết diện lưu thông của xupap nạp đã đủ lớn để môi chất mới đi vào. Do đó thường mở sớm xupap nạp trước điểm chết trên.
Thời điểm mở xupap nạp là thông số xác định góc trùng điệp của xupap nạp và xupap xả (cả hai xupap đều mở) đó thời điểm đóng xupap xả và mở xupap nạp thay đổi sẽ làm thay đổi thời điểm phối khí, thay đổi lượng luân hồi khí thải.
Thời gian mở sớm và đóng muộn của các xupap theo góc quay trục khuỷu tính bằng độ tạo thành pha phân phối khí của động cơ. Động cơ vận tải hoạt động ở các tốc độ khác nhau mà mỗi tốc độ lại tương ứng với một pha phân phối khí tối ưu đảm bảo cho hệ số nạp đạt cực đại.
Xupap xả bắt đầu mở sẽ làm cho áp suất cao trong xylanh trong quá trình đốt cháy được thoát ra ngoài qua hệ thống xả. Mở sớm xupap xả trước khi piston tới điểm chết dưới sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thải bằng cách cho sản vật cháy tự