3.4.1. Chức năng của hệ thống
Hệ thống làm thay đổi góc phân phối khí phù hợp quá trình làm việc của động cơ sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ. Hệ thống sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoay trục cam và thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu và cải thiện động cơ để giảm bớt sự tiêu hao nhiên liệu. Hệ thống này có thể xoay trục cam một góc 40o tính theo góc quay trục khuỷu để đạt thời điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu nhận được từ các cảm biến và được điều khiển bằng ECU động cơ. Do đó hệ thống này được đánh giá rất cao vì nó cải thiện quá trình nạp và thải, tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường.
Trang 23
Cấu tạo hệ thống gồm: Bộ điều khiển (CVVT), ECU động cơ, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến lưu lượng khí nạp và cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến vị trí trục cam. Trong đó hai bộ phận quan trọng nhất của hệ thống là van điều khiển phối khí (OCV) và bộ điều khiển.
- Bộ điều khiển CVVT: Điều khiển thời điểm đóng mở xupap theo chế độ tải và tốc độ
động cơ.
- ECU: Nhận tín hiệu từ bộ cảm ứng, xử lý tín hiệu và truyền tín hiệu van điều chỉnh
dầu OCV.
- OCV: nhiệm vụ nhận tín hiệu từ ECU và thực hiện theo tín hiệu nhận được để
bơm dầu vào bộ điều khiển CVVT. Bộ phận chấp hành của hệ thống dùng để điều khiển xoay trục cam, với áp suất dầu dùng làm xoay bộ điều khiển xác định thời điểm mở sớm hoặc mở muộn xupap, và van điều khiển dầu phối khí trục cam để điều khiển đường đi của dầu.
Nguyên lý điều khiển điện tử:
Hình 3.8: Sơ đồ điều khiển điện tử
ECU của động cơ tính toán thời điểm phối khí tối ưu nhất dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến, sau đó so sánh với thời điểm phối khí thực tế (nhận biết được từ tín hiệu cảm biến CVVT) và điều khiển van dầu làm xoay trục cam đi một góc cần điều chỉnh. Cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến vị trí trục cam làm nhiệm vụ nhận biết
Trang 24
thời điểm phối khí thực tế của động cơ nhờ ECU động cơ. Ngoài ra cảm biến vị trí trục khuỷu còn nhận biết tốc độ của động cơ. Cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến vị trí lưu lượng khí nạp cho biết tải của động cơ đang hoạt động, các tín hiệu nhận được từ cảm biến được đưa về ECU động cơ để xử lý. Bộ xử lý ECU của động cơ nhận các tín hiệu của các cảm biến và xử lý để đưa các tín hiệu ra bộ điều khiển để điều khiển van phối khí đóng mở phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.
3.4.2. Bộ điều khiển của hệ thống
Bộ điều khiển được gắn trục cam và làm nhiệm vụ quay trục cam nạp theo sự điều khiển của ECU động cơ.
Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh quay được gắn cố định trên trục cam bằng bulông và chốt định vị. Trong cánh quay có các đường dẫn dầu thông với trục cam để dẫn dầu vào các khoang bên trong bộ điều khiển. Lúc động cơ làm việc trong khoảng 4o ± 2o ứng với góc quay trục cam 20o ± 1o. Do đó áp suất dầu phải được tăng lên trong khoảng 0 ÷ 1000 (KPa), được gửi từ phía làm sớm hay phía làm muộn trục cam nạp sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển hệ thống theo hướng tương ứng để thay đổi thời điểm phối khí của xupap.
Quá trình làm việc thì nhiệt độ dầu tăng lên hoặc khi không hoạt động ở những nước khi nhiệt độ giảm xuống 0oC như vậy nhiệt thay đổi trong khoảng từ - 40oC ÷ +130oC ngoài ra trên cánh quay còn có lắp chốt khoá để cố định cánh quay với đĩa xích khi động cơ chưa làm việc. Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động. Khi động cơ làm việc với tốc độ động cơ dao động trong khoảng 650 ÷ 6000 (v/p), trục cam nạp mở sớm phù hợp từng chế độ. Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển hệ thống ngay lập tức sau khi động cơ khởi động, chốt khoá sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển hệ thống xoay cam để tránh tiếng gõ.
Trang 25
Trang 26
3.4.3. Van điều khiển phối khí
Van điều khiển phối khí làm nhiệm vụ điều khiển đường dầu đến bộ điều khiển và thoả mãn các điều kiện các hoạt động: nhiệt độ của dầu chạy trong khoảng từ: -40 ÷ + 130oC, phạm vi hoạt động áp suất dầu 0 ÷ 1000 (KPa), điện áp thay đổi 10 ÷ 16 (V) thông qua tín hiệu điều khiển của ECU. Van điều khiển lưu lượng dầu phải thoả những đặc điểm như sau: Điện áp của OCV là 12V, điện trở của cuộn dây 7,4 ± 0,5 (Ω) ứng với nhiệt độ đạt được 20oC, cường độ dòng điện chảy trong khoảng 100 ÷ 1000(mA) và trong quá trình lắp ráp sao cho đạt độ chính sát cao. Khi nhận tín hiệu từ ECU động cơ qua dắt nối điều khiển van điện từ đóng mở các đường đến bộ điều khiển về phía mở sớm hay muộn tuỳ theo tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ. Van điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều khiển tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ. Bộ điều khiển quay trục cam tương ứng với các vị trí đặt áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí. ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupap tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ của động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van phối khí trục cam. Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ các cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn.
Trang 27
Hình 3.10: Cấu tạo van điều khiển phối khí (OCV) 1-Vỏ van; 2-Lò xo; 3-Đường dầu về; 4-Đường dầu đi; 5-Phớt chắn dầu; 6-Cuộn dây điện từ; 7-Pít tông; 8-Dắt cắm;
9-Đến bộ điều khiển (phía mở muộn); 10-Đến bộ điều khiển (phía mở sớm).
3.4.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống xoay cam
Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ xupap mở muộn nhất:
Bộ điều khiển ở chế độ mở muộn nhất ứng với các trường hợp động cơ ở các chế độ khi khởi động, động cơ dừng, động cơ chạy ở chế độ không tải và động cơ chạy ở chế độ nhiệt độ thấp. Các chế độ này yêu cầu yêu cầu hỗn hợp phải đậm để động cơ dễ khởi động, chạy không tải ổn định hơn… Đồng thời ở các chế độ này bướm ga thường mở nhỏ nên độ chân không trước xupap nạp thấp. Do đó độ chênh áp giữa áp suất trước và sau xupap nạp nhỏ vì vậy khí nạp mới khó đi vào xylanh. Hệ số khí sót trong xylanh ở các chế độ này lớn và có xu thuế quay lại đường nạp. Để giảm lượng khí sót
Trang 28
này cần phải mở trể xupap nạp. Khi áp suất khí sót đủ nhỏ thì độ chênh áp giữa áp suất trước và sau xupap nạp đủ lớn, lúc này việc mở xupap nạp là phù hợp nhất để khí nạp được nạp đầy vào trong xylanh. Lúc này van điều khiển được chỉnh ở vị trí xoay trễ bằng tần số tín hiệu trễ từ bộ điều khiển điện tử ECU, áp suất dầu tương ứng được ép vào buồng cánh gạt phía mở trễ để làm quay trục cam theo hướng điều chỉnh trễ. Bộ điều khiển giữ ở chế độ muộn nhất nhờ chốt hãm ở trên cánh quay lắp chặt với trục cam. Trong truờng hợp này đường dầu về phía sớm sẽ thông với cate làm áp suất giảm, đường dầu về phía muộn được bơm dầu vào. Do đó bộ điều khiển giữ ở chế độ mở muộn nhất.
Tóm lại ở các chế độ này thời điểm phối khí của trục cam nạp cần trễ lại và độ trùng lặp phối khí giảm đi để làm giảm hệ số nạp và lượng khí sót chạy lại đường nạp, trong trường hợp này ta chỉ cần phun vào đường nạp lượng nhiên liệu ít nhưng vẫn đảm bảo được hỗn hợp đậm. Vì vậy làm cho động cơ hoạt động ở các chế độ này ổn định hơn, cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu khi khởi động.
Trang 29
Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế độ giữ:
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển ở chế độ giữ
Khi tăng tốc độ và tải thì ECU động cơ điều khiển van cung cấp dầu vào bộ điều khiển quay trục cam về phía xupap nạp mở sớm dần lên phù hợp với chế độ hoạt động của động cơ. Lúc này góc trùng điệp tăng lên để tăng lượng hồi lưu khí xả và để giảm nồng độ khí thải độc hại và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu, đồng thời xupap nạp cũng đóng sớm hơn để tránh cho hỗn hợp khí và nhiên liệu quay lại đường nạp để tăng hệ số nạp. Khi tăng tốc, tải đến mức nào đó thì yêu cầu hỗn hợp nhạt dần để đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu. Do đó, ECU động cơ điều khiển van cung cấp dầu cho bộ điều khiển phối khí quay trục cam đúng thời điểm tính toán của ECU. Lúc này van điều khiển dịch sang trái và dầu đi vào đường mở muộn với áp suất cao đẩy chốt hãm thắng lực lò xo và mở khoá chốt hãm. Mặt khác, dầu đi vào khoang mở sớm đẩy cánh quay lắp chặt với trục cam ngược chiều kim đồng hồ làm xupap nạp mở sớm lên. Đồng thời, dầu trong đường dầu thông với khoang mở muộn về cate. Đến một thời điểm nào đó cam nạp quay đúng bằng góc mà ECU tính toán với chế độ làm việc của động cơ ở thời điểm đó nhờ tín hiệu phản hồi từ cảm biến trục khuỷu. Lúc này ECU động cơ điều
Trang 30
khiển van phân phối khí đóng các đường dầu thông với cate và không cho dầu đi vào bộ điều khiển của hệ thống. Khi đó bộ điều khiển ở trạng thái giữ. Nếu có sự thay đổi tải hay tốc độ động cơ thì ECU sẽ điều khiển lại trạng thái giữ cho phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.
Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển ở chế xupap nạp mở sớm nhất:
Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển ở chế độ mở sớm nhất. Trường hợp ứng với động cơ hoạt động ở tốc độ thấp đến trung bình và tải nặng. Động cơ thường xuyên hoạt động ở dãi tốc độ này. Khi tăng tải độ mở của bướm ga lớn làm cho sức cản dòng khí giảm nên độ giảm áp trên đường nạp nhỏ làm cho áp suất trước xupap nạp cao. Do vậy thời điểm phối khí phải sớm lên và sớm nhất ở trường hợp 100% tải để tận dụng dòng khí nạp đi vào xylanh khi áp suất trong xylanh nhỏ hơn áp suất trước xupap nạp. Hơn nữa xupap nạp mở sớm để tăng lượng hồi lưu khí xả nội bộ để giảm tổn thất khí động do đó cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm nồng độ khí thải độc hại. Ngoài ra, cùng lúc đó xupap nạp cũng đóng sớm hơn để giảm hiện tượng hỗn hợp khí quay ngược lại đường nạp. Để điều khiển ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng
Trang 31
khí nạp, cảm biến vị trí trục cam để nhận biết chế độ làm việc của động cơ. Lúc này ECU điều khiển van phối khí dịch sang trái, áp suất dầu tương ứng được cấp vào buồng cánh gạt phía mở sớm để đẩy cánh quay về phía mở sớm đồng thời mở thông với cate ở đường dầu về phía muộn. Do đó cánh quay quay đến vị trí xupap mở sớm nhất.
Trang 32
Chương 4: Những hư hỏng và phương pháp kiểm tra sửa chữa trong có cấu phân phối khí
4.1. Những hư hỏng thường gặp
Hệ thống phân phối khí thông minh (CVVT) được dẫn động từ trục cam đến xupap làm việc trong điều kiện chịu nhiệt độ cao, chịu lực ma sát lớn khi làm việc và chịu nhiều va đập nên thường bị mòn. Sự mài mòn của bất kỳ chi tiết nào trong cơ cấu đều có thể dẫn đến hiện tượng xupap đóng mở không đúng yêu cầu, gây ảnh hưởng xấu đến quá trình làm việc của động cơ. Khi làm việc của hệ thống phân phối khí nên các chi tiết của cơ cấu thường xảy ra các hư hỏng chính sau:
- Xupap và đế xupap là các chi tiết làm việc trong điều kiện khắc nghiệt nhất vừa chịu lực ma sát lại vừa chịu va đập. Thường xuyên tiếp xúc với nhiệt độ cao đặt biệt là xupap thải. Do đó bề mặt làm việc của xupap và đế xupap không những bị mòn mà còn bị cháy rỗ dẫn đến đóng không kín gây lọt khí làm giảm công suất, tăng lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ.
- Ống dẫn hướng xupap nếu mòn nhiều sẽ gây va đập xupap làm tăng mài mòn thân xupap đồng thời sẽ gây lọt dầu vào trong xylanh động cơ do đó làm tăng tiêu hao dầu bôi trơn và kết muội than trong buồng đốt.
- Các chi tiết dẫn động xupap như đòn bấy, con lăn, lò xo và các chi tiết lắp ghép chúng đều bị mòn hoặc biến dạng cũng ảnh hưởng đến sự làm việc của xupap.
- Đối với trục cam các vấu cam phân phối khí luôn tiếp xúc và tỳ vào đế con đội nên bị mòn nhiều hoặc bị biến dạng do ma sát. Nếu vấu cam bị mòn nhiều sẽ làm giảm hành trình của con đội do đó làm giảm độ mở của xupap.
- Con đội sẽ bị mòn nhiều ở phần thân và đáy. Nếu là bôi trơn cưỡng bức khe hở phần thân và phần dẫn hướng sẽ làm giảm áp lực dầu bôi trơn. Nếu là con đội cơ khí sự mài mòn bề mặt tiếp xúc sẽ làm giảm khe hở miệng xupap.
- Bộ phận dẫn động trục cam: Các gân bánh răng, bánh xích, bi dây đai bị mài mòn cũng làm sai lệch pha phân phối khí của động cơ tức là thời điểm đóng mở xupap không đúng yêu cầu đồng thời gây nên tiếng ồn và gõ trong quá trình làm việc.
Trang 33
4.2. Các phương pháp kiểm tra, sửa chữa
Khi tháo và rửa sạch, các chi tiết được kiểm tra, phân loại để xác định phương án xử lý. Các chi tiết được phân làm 3 nhóm: Các chi tiết được dùng lại không phải sữa chữa, các chi tiết cần được phục hồi, sữa chữa và các chi tiết hư hỏng bỏ đi.
Việc kiểm tra phân loại các chi tiết bao gồm các công việc đo đạc, quan sát, kiểm tra chi tiết và so sánh kết quả đo với các tiêu chuẩn kĩ thuật kiểm tra để quyết định phương án xử lý.
Việc kiểm tra các chi tiết cần phải căn cứ vào đặc điểm kết cấu, điều kiện làm việc và tiêu chuẩn kỹ thuật của chi tiết. Việc kiểm tra được thực hiện bằng quan sát và dùng dụng cụ đo và phải tiến hành theo quy trình nhất định. Đối với mỗi chi tiết cần có một phương án kiểm tra nhất định.
4.2.1. Tháo các chi tiết
Bước 1: Ngắt các kết nối điện. Bước 2: Tháo nắp quy lát.
Bước 3: Đặt cho pít tông số 1 ở ĐCT.
3.1. Quay buly trục khuỷu và căn chỉnh rãnh của nó với dấu cân cam trên nắp sên cam.
Trang 34
3.2. Các dấu cân cam trên sên cam phải trùng với dấu cân cam trên CVVT.