Hình 1-12. Sơ đồ hệ thống đánh lửa
Động cơ 1NZ-FE trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử. Hệ thống đánh lửa trực tiếp không sử dụng bộ chia điện giúp cho thời điểm đánh lửa được chính xác, giảm sự sụt thế điện áp và có độ tin cậy cao. Ở mỗi xy lanh được trang bị một mô bin đơn. Khi ngắt dòng điện sơ cấp chạy qua bên sơ cấp của cuộn dây đánh lửa sẽ tạo ra điện áp cao ở bên thứ cấp. Vì thế điện áp cao tạo ra sẽ tác động lên bugi sinh ra tia lửa điện. ECM sẽ luân phiên bật và tắt các transitor
nguồn bên trong cuộn dây đánh lửa làm cho các dòng điện sơ cấp ngắt luân phiên nhau và cho phép dòng điện đốt cháy các xy lanh theo trình tự nỗ của động cơ. ECM sẽ xác định cuộn dây đánh lửa nào sẽ được điều khiển bằng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến góc quay trục khuỷu. Ngoài ra nó còn dò tìm vị trí của trục cam để tạo ra sự đánh lửa vào thời điểm thích hợp nhất ứng với tình trạng hoạt động của động cơ.
1.2.2.7. Hệ thống bôi trơn
Hình 1-13. Sơ đồ hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa đầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làm giảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát và bao kín khe hở giữa piston với xy lanh, giữa xéc măng với piston, ngoài ra trong động cơ 1NZ-FE dầu bôi trơn còn tham gia điều khiển thời điểm trục cam. Loại dầu bôi trơn sử dụng trên động cơ 1NZ-FE là loại dầu API SM, SL, hay ILSAC.
Dầu bôi trơn từ cácte được lưu thông qua vỉ lọc, bơm dầu, bầu lọc dầu rồi đến đường ống dẫn dầu chính, sau đó dầu sẽ đi bôi trơn các bộ phận công tác như sơ đồ.
1.2.2.8. Hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động sử dụng trên động cơ là hệ thống khởi động điện được điều khiển bằng ECU. Ngay khi công tắc điện xoay sang vị trí Start, chức năng điều khiển máy khởi động sẽ điều khiển mô tơ khởi động mà không cần giữ tay ở vị trí Start. Khi ECU nhận được tín hiệu khởi động từ chìa khoá điện, hệ thống sẽ theo dõi tín hiệu tốc độ động cơ (Ne) để vận hành máy khởi động tới khi động cơ được xác định đã khởi động. Khi tốc độ động cơ đạt tới 500 v/p, hệ thống sẽ đánh giá là động cơ đã khởi động thành công.
Hình 1-14. Sơ đồ điều khiển máy khởi động
1- Ắc quy; 2- Máy khởi động; 3- Công tắc khoá điện; 4- Rơ le cắt dòng; 5- Công tắc đề số không; 6- ECU động cơ; 7- Rơ le máy khởi động;
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT KIỂM TRA, BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA ĐỘNG CƠ 2.1. Lý thuyết về hư hỏng các chi tiết động cơ
Động cơ đốt trong là tổ hợp phức tạp của các chi tiết và cụm chi tiết, do đó trong quá trình vận hành, các chi tiết của động cơ có thể gặp nhiều loại hư hỏng khác nhau, và nguyên nhân của các loại hư hỏng đó cũng hết sức đa dạng. Tuy nhiên các dạng hư hỏng đó có thể quy về 3 nhóm chính như sau:
- Nhóm thứ nhất: các hư hỏng do hao mòn; - Nhóm thứ hai: các hư hỏng do tác động cơ giới; - Nhóm thứ ba: các hư hỏng do tác dụng hóa nhiệt;
2.1.1. Các dạng hư hỏng do hao mòn
Hao mòn là quá trình tất yếu xảy ra, là không thể tránh khỏi đối với các chi tiết làm việc ở chế độ ma sát kể cả trong trường hợp tuân thủ đầy đủ các quy định về quy trình khai thác và bảo dưỡng sửa chữa.
Trong hao mòn lại chia ra:
- Hao mòn bình thường (hao mòn dần dần): thông thường có quy luật và có thể xác định được quy luật đó.
- Hao mòn không bình thường (hao mòn đột biến như xước, kẹt, xây sát, v.v…): thường xảy ra do không tuân thủ các quy trình kỹ thuật về khai thác, bảo dưỡng, sửa chữa, do không đảm bảo chế độ bôi trơn, do quá tải về nhiệt và các nguyên nhân khác như mòn vẹt, tróc, hao mòn với cường độ quá lớn. Nói chung dạng hao mòn này không có quy luật hoặc rất khó xác định các quy luật đó.
- Quá trình hao mòn của chi tiết động cơ xảy ra kèm theo các hiện tượng lý - hóa phức tạp và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Nhìn chung có thể chia ra những dạng hao mòn chủ yếu như: Mòn cơ học, mòn dính (mòn tróc), mòn oxy hóa, mòn do nhiệt, mòn do hạt mài, mòn rỗ (mòn đậu mùa).
2.1.2. Các dạng hư hỏng do tác động cơ giới
Các hư hỏng do tác động cơ giới thường có các biểu hiện dưới dạng nứt, vỡ, bong, tróc, thủng, cong, xoắn, v.v...
Trong quá trình làm việc của động cơ, rất nhiều chi tiết chịu tải trọng thay đổi về trị số và về hướng. Dưới tác dụng của các tải trọng đó, ở những vị trí tập trung ứng suất, sau một thời gian vận dụng sẽ xuất hiện những vết nứt tế vi, những vết nứt tế vi đó, tùy thuộc vào trị số và tần số của lực tác dụng, sẽ dần dần lan truyền thành những vết nứt lớn và cuối cùng chi tiết bị phá hủy. Các hiện tượng phá hủy này được gọi là phá hủy do mỏi của chi tiết (hoặc kim loại). Các chi tiết trên động cơ thường bị phá hủy do mỏi là trục khuỷu, thanh truyền, các trục dẫn động cơ cấu phối khí, các bánh răng, lò xo tròn, lò xo nhíp, ổ lăn, cũng như các bu lông chịu lực của nắp xy lanh, v.v... ngoài ra khi chi tiết làm việc ở tải trọng lớn hơn tải trọng tính toán và khi độ cứng bề mặt và sự bố trí tương hỗ giữa chúng thay đổi thì sẽ xuất hiện ứng suất dư, làm cho chi tiết bị cong, xoắn, dập, tróc, thủng, v.v... bên cạnh đó, các loại hư hỏng này còn có thể xuất hiện do không tuân thủ quy trình công nghệ sửa chữa, lắp ráp, do biến dạng và ứng suất đột biến trong quá trình làm việc. Hiện tượng mỏi của kim loại và ảnh hưởng tương hỗ của sự hao mòn với độ mỏi, là một trong những nguyên nhân làm hư hỏng các chi tiết.
Độ mỏi của kim loại là quá trình phá hủy kim loại dần dần và lâu dài trong điều kiện có ứng suất thay đổi theo chu kỳ. Sự phá huỷ kim loại do tải trọng đổi hướng xảy ra không những ở những tải trọng có trị số nhỏ hơn giới hạn bền, mà cả ở những tải trọng có trị số nhỏ hơn giới hạn chảy. Sự xuất hiện các vết nứt mỏi có liên quan tới các đặc điểm cấu trúc tinh thể của kim loại. Những kim loại đa tinh thể được cấu tạo bởi một khối lượng lớn các tinh thể có hướng khác nhau, các tinh thể đó phân cách với nhau bởi các đường biên, các lỗ nhỏ và các tạp chất không kim loại. Các tinh thể này định hướng khác nhau do điều kiện kết tinh, điều kiện gia công gây nên do đó chúng không phải là đồng nhất. Do tính không đồng hướng đó, nên các tinh thể có độ chống tải trọng bên ngoài khác nhau, hay nói khác có độ bền khác nhau. Trong các tinh thể nằm không cùng hướng với tác dụng của tải trọng bên ngoài sẽ xuất hiện các ứng suất lớn và trong các tinh thể đó xuất hiện biến dạng dẻo ở dạng trượt (cắt). Trong các tinh thể khác, biến dạng mang đặc tính đàn hồi.
biến dạng đàn hồi, khoảng cách giữa các nguyên tử và sự biến dạng không đáng kể của mạng tinh thể sẽ được hồi phục sau khi nhả tải. Khi bị biến dạng dẻo, mối liên hệ giữa các nguyên tử của mạng tinh thể bị phá hoại theo các mặt phẳng cắt hoặc theo các mặt phẳng trượt. Ở những chu trình đầu tiên của ứng suất thay đổi, kết quả biến dạng dẻo là gia cường mặt phẳng trượt trong các phần tử khác nhau và làm cho kim loại được bền hóa. Tuy nhiên, khi các chu trình ứng suất thay đổi tăng lên thì quá trình biến dạng dẻo của các phần tử yếu có thể mất đi, còn mức độ biến dạng của mạng tinh thể có thể làm xuất hiện những vùng mà ở đó liên kết nguyên tử sẽ bị phá hủy và những liên kết mới không xuất hiện. Do đó độ kín mịn của kim loại bị phá hủy và bắt đầu xuất hiện những vết nứt tế vi. Giai đoạn bắt đầu phá hủy do mỏi là kết quả tác dụng của các ứng suất tiếp tuyến gây nên biến dạng dẻo lặp đi lặp lại nhiều lần. Sự xuất hiện và tiếp tục lớn lên của các vết nứt tế vi đã có và sự xuất hiện các vết nứt tế vi mới có thể sẽ chấm dứt, nếu xảy ra trạng thái cân bằng. Trạng thái cân bằng xảy ra trong trường hợp khi dưới tác dụng của các ứng suất tiếp tuyến sự yếu dần do phá huỷ các phần tử yếu hơn sẽ được bù trừ bởi sự bền hóa của những phần tử bền hơn. Nhưng cũng có thể có hiện tượng ngược lại, khi các vết nứt tế vi xuất hiện dưới ảnh hưởng của nguyên nhân này hoặc nguyên nhân khác tăng lên và liên kết lại thành một vết nứt chung. Trong trường hợp này ứng suất pháp đóng một vai trò quan trọng. Sự tạo thành các vết nứt mỏi trong phần lớn các trường hợp xảy ra theo hướng tác dụng của các ứng suất pháp tuyến lớn nhất. Cơ cấu biến dạng dẻo và phá huỷ kim loại ở tải trọng chu kỳ và tải trọng tĩnh về bản chất và nguyên tắc không có gì khác nhau. Trong cả hai trường hợp mạng tinh thể đều bị biến dạng theo các mặt phẳng cắt. Tuy nhiên, ở tải trọng tĩnh biến dạng dẻo tác dụng về một hướng và lan truyền đều hơn lên tất cả các tinh thể, trong khi đó ở tải trọng chu kỳ biến dạng dẻo chỉ tập trung ở những phần tử gây ra cắt (trượt) thay đổi về hướng.
Như vậy, độ bền của kim loại ở tại trọng tải tĩnh sẽ phụ thuộc vào sức chống phá huỷ, tính trung bình cho tất cả các phần tử kim loại, òn ở tải trọng chu kỳ thì nó sẽ phụ thuộc vào những phần tử yếu hơn.
- Thời kỳ xuất hiện các vết nứt tế vi mỏi đầu tiên; - Thời kỳ phát triển các vết nứt tế vi mỏi;
- Thời điểm phá hủy chi tiết do mỏi;
Cơ cấu hình thành vết nứt rất phức tạp và có nhiều quan điểm không thống nhất về nguyên nhân phát sinh của nó. Sự hình thành vết nứt mỏi thường thấy ở bề mặt kim loại, ở những chỗ tập trung ứng suất lớn, nhưng cũng có thể hình thành ở bên trong kim loại. Vết nứt không lan truyền theo toàn bộ thể tích của kim loại chi tiết mà chỉ lan truyền theo một trong những mặt cắt, theo những phần tử tương đối yếu có cấu trúc vật lý không đồng nhất và như vậy, phá huỷ do mỏi mang đặc tính cục bộ. Sự hình thành vết nứt mỏi trên bề mặt chi tiết không chỉ do ứng suất uốn và xoắn có chu kỳ gây nên, mà cả khi kéo - nén theo chu kỳ. Vết nứt mỏi trong trường hợp này thường sinh ra trên bề mặt chi tiết vì các lớp bề mặt này chịu ứng suất chu kỳ kém hơn. Mặt khác, khi các lớp bề mặt chi tiết được bền hóa bằng phương pháp gia công đặc biệt thì các vùng vết nứt mỏi thường xuất hiện dưới lớp bền hóa đó. Qua đây ta thấy sự xuất hiện vết nứt ở những chi tiết phục hồi bằng phủ đắp kim loại có thể xảy ra trên bề mặt kim loại cơ bản do có các tập trung ứng suất do mòn hoặc do phương pháp chuẩn bị bề mặt không kỹ lưỡng, cũng như trên bề mặt của lớp kim loại do đặc tính không đồng nhất về cấu trúc của chúng. Nguyên nhân làm giảm độ bền mỏi của các chi tiết phục hồi là:
- Do trạng thái bề mặt chi tiết;
- Do phủ đắp kim loại hoặc lắp thêm chi tiết phụ; - Do gia công cơ cho các chi tiết phục hồi.
Sở dĩ độ mỏi của kim loại giảm xuống khi trạng thái bề mặt thay đổi là vì lúc đó lớp bề mặt đã mang những khuyết tật do chi tiết bị mòn như vết xước, xây sát, vết nứt tế vi hoặc do bề mặt chịu ảnh hưởng của các nguyên công chuẩn bị chi tiết để phủ đắp như cắt bằng ren, gia công cơ - dương cực, v.v...
Nhóm nguyên nhân thứ hai có liên quan tới các hiện tượng xảy ra trong quá trình phủ đắp, tới đặc tính không đồng nhất về cấu trúc của chúng và ứng suất dư bên trong.
Nhóm nguyên nhân thứ ba có liên quan tới lượng dư gia công, tới trị số và sự đồng đều của nó trong quá trình gia công cơ cho các chi tiết phục hồi. Việc cắt gọt làm kim loại phủ đắp có chứa ôxy và các tạp chất khác một cách gián đoạn sẽ làm cho bề mặt bị rạch, bị lõm sâu và nhiều khi mài cũng không hết, do đó độ bền mỏi giảm xuống. Ở một mức độ nào đó, các nguyên nhân kể trên cộng thêm với ứng suất dư bao giờ cũng là đặc trưng của các phương pháp phục hồi chi tiết bằng phủ đắp kim loại. Sự xuất hiện vết nứt làm giảm độ bền mỏi của động cơ phụ thuộc vào bản chất của các liên kết lý - hóa của lớp phủ với kim loại cơ bản. Các phương pháp điện phân và tất cả các phương pháp phủ bằng hàn đắp không đòi hỏi phải có bề mặt thô để phục hồi cho tốt, trong khi đó khi phun kim loại điều đó lại rất cần thiết để tăng độ bền dán của lớp phủ với kim loại chi tiết. Các lớp phủ điện phân và hàn đắp đều làm việc đồng thời với kim loại cơ bản ở mọi tải trọng. Do đó các khuyết tật của lớp bề mặt chi tiết bị mòn, các đặc điểm của cấu trúc lớp phủ và ứng suất dư trong lớp bề mặt đó, ở mức độ nào đó, đều ảnh hưởng tới độ bền mỏi của chi tiết được phục hồi.
Các lớp phun kim loại thường có độ bền bám nhỏ (1,2 ÷ 2,5) kG/cm2, do đó dưới tác dụng của tải trọng chu kỳ, như các nghiên cứu cho biết, lớp phun đó sẽ không làm việc đồng thời với kim loại cơ bản và tóm lại độ không đồng nhất về cấu trúc lớp kim loại phun, ứng suất dư bên trong của nó và việc gia công cơ khí của chi tiết đều không ảnh hưởng tới sự giảm độ bền mỏi. Ở đây ý nghĩa quyết định đối với độ bền mỏi là các phương pháp chuẩn bị bề mặt của chi tiết để phun kim loại và sự ảnh hưởng của quá trình phun kim loại tới sự xuất hiện những chỗ tập trung ứng suất. Do vậy khi phục hồi chi tiết bằng những phương pháp khác nhau cần phải chú ý ảnh hưởng của lớp phủ tới độ bền mới của chi tiết.
2.1.3. Các dạng hư hỏng do tác động hóa – nhiệt
Các hư hỏng do tác dụng hóa nhiệt thường biểu hiện dưới dạng cong vênh, ăn mòn, già hóa lớp cách điện, cháy, rỗ, v.v...
Mòn do nhiệt (hay mòn nhiệt) xuất hiện do tác dụng của lượng nhiệt sinh ra khi các chi tiết bị ma sát ở tốc độ trượt lớn và tải trọng đơn vị cao. Trong các điều
kiện đó, trên các bề mặt làm việc của chi tiết sản sinh ra một lượng nhiệt khá lớn không kịp tán sâu vào kim loại, do đó các lớp bề mặt chi tiết bị đốt nóng tới các nhiệt độ rất cao. Tuỳ thuộc vào vật liệu và chế độ gia công nhiệt luyện của chi tiết,