17 15 14 1 2 3 4 5 7 19 18 8 9 10 11 16 13 12 6 Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống nạp - thải
1-Bộ lọc không khí; 2-Cảm biến lưu lượng khí nạp; 3- Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 4- Mô tơ bước; 5- Cảm biến vị trí bướm ga; 6-Bộ góp nạp;7- Van PCV; 8- Van EGR; 9- Cảm biến tiếng gõ; 10- Cảm biến nhiệt độ nước lăm mât; 11- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 12- Bộ xúc tâc ba chức năng; 13- Bộ giảm đm phụ; 14- Bộ giảm đm chính; 15- Bình chứa nhiín liệu; 16- Hộp hấp thụ hơi xăng; 17- Van điều khiển sự thoât hơi nhiín liệu; 18- Cảm biến oxy; 19- Cảm biến vị trí trục cam.
Nguyín lý:
Không khí ngoăi trời được hút văo trong xylanh động cơ qua bộ lọc không khí tại đđy hầu hết bụi bẩn được giữ lại, sau đó đi qua câc cảm biến lưu lượng vă cảm biến nhiệt độ khí nạp, thông tin nhiệt độ vă lưu lượng khí nạp được truyền về ECU động cơ, tiếp đó dòng khí đến cổ họng gió qua bướm ga đến bộ góp nạp. Khí nạp từ bộ góp nạp sẽ phđn phối đến câc xylanh động cơ trong kỳ nạp. Kết hợp thông tin từ cảm biến vị trí bướm ga ECU sẽ điều khiển lượng phun nhiín liệu tối
ưu..Sau khi hòa khí được đốt chây, khí thải được dẫn văo đường ống thải tới bộ góp thải đi văo bộ xúc tâc ba chức năng tại đđy khí thải độc hại được khử thănh câc chất vô hại rồi theo ống dẫn khí thải qua bộ giảm đm thoât ra ngoăi môi trường. Một phần khí thải được trích dẫn quay trở lại đường nạp qua van hồi lưu khí thải, để lăm loêng hỗn hợp nhiín liệu - không khí nhằm hạn chế sự hình thănh câc chất gđy ôi nhiễm trong quâ trình chây.
3.2.Đường ống nạp.
Đường ống nạp gồm câc cụm chi tiết sau: Bộ lọc không khí; cổ họng gió; bộ góp nạp;vă câc cảm biến.
3.2.1.Lọc không khí.
Lọc không khí nhằm mục đích lọc sạch không khí trước khi không khí đi văo động cơ. Nó có vai trò rất quan trọng nhằm lăm giảm sự măi mòn của động cơ. Trín động cơ 1NZ-FE dùng kiểu lọc thấm, lõi lọc bằng giấy. Loại năy có ưu điểm giâ thănh không cao, dễ chế tạo. Tuy vậy nhược điểm lă tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế ngắn.
3.2.2.Cổ họng gió.
Hình 3-2 Kết cấu cổ họng gió.
1- Câc bânh răng giảm tốc; 2- Lò xo hồi bướm ga; 3- Cảm biến vị trí bướm ga; 4- Bướm ga; 5- Mô tơ điều khiển bướm ga.
Câc bộ phận tạo thănh gồm: bướm ga, môtơ điều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga vă câc bộ phận khâc. Bướm ga dùng để thay đổi lượng không khí dùng
trong quâ trình hoạt động của động cơ, cảm biến vị trí bướm ga lắp trín trục của bướm ga nhằm nhận biết độ mở bướm ga, môtơ bướm ga để mở vă đóng bướm ga, vă một lò xo hồi để trả bướm ga về một vị trí cố định. Môtơ bướm ga ứng dụng một môtơ điện một chiều có độ nhạy tốt vă ít tiíu thụ năng lượng.
Nguyín lý lăm việc:
ECU động cơ điều khiển độ lớn vă hướng của dòng điện chạy đến môtơ điều khiển bướm ga, lăm quay hay giữ môtơ, vă mở hoặc đóng bướm ga qua một cụm bânh răng giảm tốc. Góc mở bướm ga thực tế được phât hiện bằng một cảm biến vị trí bướm ga, vă thông số đó được phản hồi về ECU động cơ.
Khi dòng điện không chạy qua môtơ, lò xo hồi sẽ mở bướm ga đến vị trí cố định (khoảng 70). Tuy nhiín, trong chế độ không tải bướm ga có thể được đóng lại nhỏ hơn so với vị trí cố định.
Khi ECU động cơ phât hiện thấy có hư hỏng, nó bật đỉn bâo hư hỏng trín đồng hồ tâp lô đồng thời cắt nguồn đến môtơ, nhưng do bướm ga được giữ ở góc mở khoảng 70, xe vẫn có thể chạy đến nơi an toăn.
Câc chế độ điều khiển
a) Điều khiển ở chế độ bình thường, chế độ công suất cao vă chế độ đường tuyết
Góc mở bướm ga Góc nhấn bàn đạp ga 2 3 1
Hình 3-3 Quan hệ tỷ lệ giữa góc nhấn băn đạp ga vă góc mở bướm ga 1-Chế độ công suất cao;2- Chế độ bình thường; 3- Chế độ di chuyển đường tuyết + Điều khiển chế độ thường : đđy lă chế độ cơ bản để duy trì sự cđn bằng giữa tính dễ vận hănh vă chuyển động ím.
+ Điều khiển chế độ đường tuyết : chế độ năy giữ cho góc mở bướm ga nhỏ hơn chế độ bình thường để trânh trượt khi lâi xe trín đường trơn trượt.
+ Điều khiển chế độ công suất cao: ở chế độ năy bướm ga mở lớn hơn so với chế độ bình thường .Do đó chế độ năy mang lại cảm giâc động cơ đâp ứng ngay với thao tâc băn đạp ga vă xe vận hănh mạnh mẽ hơn so với chế độ thường.
b) Điều khiển momen truyền lực chủ động
có điều khiển không có điều khiển
Thời gian Thời gian Thời gian Gia tốc của xe Độ mở bướm ga Góc nhấn bàn đạp ga
Hình 3-4 Quan hệ giữa góc nhấn băn đạp ga, góc mở bướm ga vă gia tốc xe Chế độ điều khiển năy lăm cho góc mở bướm ga nhỏ hơn hay lớn hơn so với góc nhấn băn đạp ga để duy trì tính tăng tốc ím.
Hình minh họa (Hình 3-4) cho thấy khi băn đạp ga giữ ở vị trí nhất định. Khi không có hệ thống điều khiển momen truyền lực chủ động, góc mở bướm ga gần như động bộ với chuyển động của băn đạp ga như vậy trong khoảng thời gian ngắn lăm gia tốc xe tăng đột ngột vă sau đó giảm dần.
Khi có hệ thống điều khiển momen truyền lực chủ động, bướm ga được mở dần ra sao cho gia tốc xe tăng dần trong một khoảng thời gian lđu hơn để đảm bảo tăng tốc ím dịu.
Hình 3-5 Bộ góp nạp
1- Ống góp nạp; 2- Đường ống nạp; 3- Buồng tích âp
Bộ góp nạp được chế tạo bằng nhựa nhằm mục đích giảm trọng lượng vă sự truyền nhiệt từ nắp mây, kết quả lă cải thiện hiệu quả nhiệt độ vă thể tích lượng khí nạp. Câc nhânh ống nạp đê được thiết kế dăi nhằm tối ưu hóa hình dâng đường nạp, dạng xoắn ốc của đường nạp tạo ra hiệu ứng lưu động dòng khí nạp, lăm tăng thím lượng khí nạp ở mỗi chu trình, điều năy giúp cải thiện momen vă công suất phât ra khi động cơ chạy ở tốc độ thấp vă trung bình. Đường kính ống góp nạp (d = 52 mm) được thiết kế lớn, điều năy lăm giảm hệ số cản cho đường nạp.
3.2.4. Đặc điểm kết cấu vă nguyín lý lăm việc của câc cảm biến trín đường nạp a). Cảm biến lưu lượng khí nạp.
Hình 3-6 Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dđy sấy. 1- Nhiệt điện trở; 2- Dđy sấy platin.
Nguyín lý hoạt động.
Dòng điện chạy văo dđy sấy lăm cho nó nóng lín. Khi không khí chạy qua, dđy sấy được lăm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp, bằng câch điều chỉnh dòng điện chạy văo dđy sấy năy để giữ cho nhiệt độ dđy sấy không đổi, dòng
điện đó sẽ tỉ lệ thuận với lượng không khí nạp bằng câch phât hiện dòng điện đó ta xâc định được lượng không khí nạp. Trong trường hợp năy, dòng điện có thể chuyển thănh điện âp vă gửi đến ECU động cơ.
Mạch điện cảm biến đo lưu lượng khí.
Hình 3-7 Sơ đồ mạch điện điều khiển của cảm biến đo lưu lượng không khí. 1- Bộ khuyếch đại; 2- Ra(nhiệt điện trở); 3- Ra(bộ sấy).
Cảm biến lưu lượng khí nạp có một dđy sấy được ghĩp văo mạch cầu. Mạch cầu năy có đặc tính lă câc điện thế tại điểm A vă B bằng nhau khi tích của điện trở theo đường chĩo bằng nhau (Ra + R3)*R1=Rh*R2.
Khi dđy sấy (Rh) được lăm mât bằng không khí nạp, điện trở tăng lín dẫn đến sự hình thănh độ chính giữa câc điện thế của câc điểm A vă B. Một bộ khuyếch đại xử lý phât hiện chính lệch năy vă lăm tăng điện âp đặt văo mạch năy (lăm tăng dòng điện chạy qua dđy sấy). Khi thực hiện việc năy, nhiệt độ của dđy sấy lại tăng lín dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở cho đến khi điện thế của câc điểm A vă B trở nín bằng nhau (câc điện âp của câc điểm A vă B trở nín cao hơn). Bằng câch sử dụng câc đặc tính của loại mạch cầu năy, cảm biến lưu lượng khí nạp có thể đo được khối lượng khí nạp bằng câch phât hiện điện âp ở điểm B.
Trong hệ thống năy nhiệt độ của dđy sấy (Rh) được duy trì liín tục ở nhiệt độ không đổi cao hơn nhiệt độ của không khí nạp, bằng câch sử dụng nhiệt điện trở (Ra). Do đó có thể đo được khối lượng khí nạp một câch chính xâc mặc dù nhiệt độ khí nạp thay đổi, ECU động cơ không cần phải hiệu chỉnh thời gian phun nhiín liệu đối với nhiệt độ không khí nạp.
Ngoăi ra khi nhiệt độ không khí giảm ở câc độ cao lớn, khả năng lăm ngưội của không khí giảm xuống so với cùng thể tích khí nạp ở mức nước biển. Do đó mức lăm nguội cho dđy sấy năy giảm xuống. Vì khối khí nạp được phât hiện cũng giảm xuống, nín không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn.
Khi ECU phât hiện thấy cảm biến lưu lượng bị hỏng một mê năo đó, ECU sẽ chuyển văo chế độ dự phòng. Khi ở chế độ dự phòng, thời điểm đânh lửa được tính toân bằng ECU, dựa văo tốc độ động cơ vă vị trí của bướm ga. Chế độ dự phòng tiếp tục cho đến khi hư hỏng được sửa chữa.
b) Cảm biến nhiệt độ khí nạp.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp lắp bín trong cảm biến lưu lượng khí nạp vă theo dõi nhiệt độ khí nạp. Cảm biến nhiệt độ khí nạp sử dụng một nhiệt điện trở - điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ khí nạp, có đặc điểm lă điện trở của nó giảm khi nhiệt độ khí nạp tăng. Sự thay đổi của điện trở được thông tin gửi đến ECU dưới sự thay đổi của điện âp.
Hình 3-8 Cảm biến nhiệt độ khí nạp kiểu dđy sấy. 1-Nhiệt điện trở; 2-Vỏ cảm biến
Hình 3-9 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp
1- Khối cảm biến; 2- Điện trở nhiệt; 3- ECU; 4- Điện trở giới hạn dòng. Cảm biến nhiệt độ khí nạp có một nhiệt điện trở được mắc nối tiếp với điện trở được gắn trong ECU động cơ sao cho điện âp của tín hiệu được phât hiện bỡi ECU động cơ sẽ thay đổi theo câc thay đổi của nhiệt điện trở năy, khi nhiệt độ của khí nạp thấp, điện trở của nhiệt điện trở lớn tạo nín một tín hiệu điện âp cao trong tín hiệu THA.
c) Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga sẽ chuyển sự thay đổi mật độ đường sức của từ trường thănh tín hiệu điện.
Hình 3-10 Cảm biến vị trí bướm ga. 1- Câc IC Hall; 2- Câc nam chđm; 3- Bướm ga.
Cảm biến vị trí bướm ga được dùng lă loại phần tử Hall gồm có câc mạch IC Hall lăm bằng câc phần tử Hall vă câc nam chđm quay quanh chúng. Câc nam chđm được lắp trín trục của bướm ga vă quay cùng trục bướm ga.
Khi bướm ga mở câc nam chđm quay cùng một lúc vă câc nam chđm năy thay đổi vị trí của chúng. Văo lúc đó IC Hall phât hiện thay đổi từ thông gđy ra bỡi sự thay đổi vị trí nam chđm vă tạo ra điện âp của hiệu ứng Hall từ câc cực VTA vă VTA2 theo mức thay đổi năy. Tín hiệu năy được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga.
Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga
Hình 3-11 Sơ đồ điện cảm biến vị trí bướm ga 1- Câc IC Hall; 2- Câc nam chđm
Cảm biến vị trí bướm ga có 2 tín hiệu phât ra VTA vă VTA2. VTA được dùng để phât hiện góc mở bướm ga vă VTA2 được dùng để phât hiện hư hỏng trong VTA. Điện âp cấp văo VTA vă VTA2 thay đổi từ 0-5V tỉ lệ thuận với góc mở của bướm ga. ECU thực hiện một văi phĩp kiểm tra để xâc định đúng hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga vă VTA.
ECU đânh giâ góc mở bướm ga thực tế từ câc tín hiệu năy qua câc cực VTA vă VTA2 từ đó ECU điều khiển môtơ bước đóng mở bướm ga đúng tương ứng với vị trí băn đạp ga.
3.3.Đường ống thải.
Đường ống thải gồm câc cụm chi tiết chính sau: Bộ góp thải; bộ xúc tâc 3 chức năng; bộ giảm đm chính; cảm biến oxy.
3.3.1.Bộ góp thải.
Hình 3-12 Bộ góp thải 1- Ống góp thải; 2- đường ống thải
Đường ống thải có nhiệm vụ đưa khí thải ra khỏi buồng đốt động cơ. Bộ góp thải của động cơ 1NZ-FE được chế tạo bằng thĩp không rỉ để giảm trọng lượng, ống thải vă ống góp thải được nối với nhau bằng khớp cầu, đường kính ống góp thải lă 44 mm. Đoạn cuối đường ống thải gắn cảm biến oxy thu nhận tín hiệu nồng độ oxy bâo về ECU sử lý, xâc định tỷ lệ hỗn hợp không khí - nhiín liệu có giău hay nghỉo hơn tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng từ đó ECU sẽ điều chỉnh lượng nhiín liệu phun cho phù hợp.
3.3.2. Bộ xúc tâc 3 chức năng kết hợp hệ thống điều khiển hồi tiếp nhiín liệu
a) Bộ xúc tâc 3 chức năng
Công dụng của bộ xúc tâc:
Khi tỷ lệ không khí - nhiín liệu nghỉo, giău hay lý tưởng thì đều có một lượng khí HC , CO vă NOx sinh ra. Để giảm đến mức thấp nhất hăm lượng câc khí năy thải ra môi trường, trín đường ống dẫn khí thải người ta có lắp thím bộ xúc tâc ba chức năng (TWC) lă bộ phận oxy hóa CO vă HC trong khí thải vă đồng thời khử oxy của NOx để biến chúng thănh CO2, H2O vă N2 không có hại cho môi trường. Vùng lăm việc của bộ xúc tâc lă khi tỷ lệ không khí-nhiín liệu ở khoảng 14 ÷15 ( vạch đen) Cấu tạo: 7 8 A 6 AA A 5 4 3 2 1
Hình 3-14 Kết cấu bộ xúc tâc ba chức năng
1-Vỏ thĩp không rỉ; 2-Vỏ ngoăi; 3,5- Bộ xúc tâc; 4- Lưới thĩp; 6- Thanh ghi; 7-Lớp kim loại nền; 8-Chất xúc tâc
Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật
Thể tích (cm3) 2166
Mật độ phần tử lọc (ceels/cm2) 93 Độ dăy vâch ngăn (mm) 0,075
Bộ xúc tâc 3 chức năng trín động cơ 1NZ-FE dùng chất xúc tâc ( Platine+ Rhodium + Palladium ) loại nguyín khối có dạng như tổ ong, với bề mặt được phủ câc thănh phần xúc tâc. Câc chất năy được đỡ bởi một lưới thĩp không rỉ vă được bao bọc cũng bằng vỏ thĩp không rỉ. Tất cả nằm trong vỏ thĩp.
Lớp than hoạt tính lă nơi diễn ra câc phản ứng xúc tâc được chế tạo bằng những kim loại quý mạ thănh một lớp rất mỏng trín vật liệu nền. Vật liệu nền chủ yếu lă một lớp nhôm gamma, bề dăy khoảng 20-50 micron được trâng trín bề mặt của thanh ghi.
Có 3 kim loại quý được dùng để trâng lín bề mặt vật liệu nền :Platine (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh). Hai chất Pt vă Pd dùng cho câc phản ứng oxy hóa trong khi đó Rh cần thiết cho phản ứng xúc tâc khử NOx thănh N2. Ngoăi ra còn có một số kim loại khâc Ni, Fe, Si, Zr với hăm lượng nhỏ để tăng tính xúc tâc tính ổn định vă chống sự lêo hóa.
Nguyín lý lăm việc
Bộ xúc tâc 3 chức năng lăm việc theo nguyín lý oxy hoâ - khử câc chất CO, HC vă NOx ( khí CO vă HC bị oxy hoâ còn NOx bị khử ). Khí thải từ ống góp thải