2. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO–1TR-FE
2.2.1.Nhóm piston, thanh truyền, trục khuỷu
2.2.1.1. Piston
Hình 2-3 Cấu tạo piston, secmăng
1:Piston; 2:Xec-măng khí số 1; 3:Xec-măng khí số 2; 4:Xec-măng dầu Piston của động cơ 1TR – FE được làm bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt có kết cấu đặc biệt đỉnh piston vát hình nón cụt. Rãnh piston trên cùng có tráng lớp ôxit axit, phần đuôi piston có tráng nhựa.
Xéc-măng: có 3 xéc-măng loại có ứng suất thấp xec-măng khí số 1 được xử lý PVD*, xec-măng khí số 2 được mạ crôm và xéc-măng dầu.
Pittông có dạng đỉnh lõm do đó có thể tạo lốc xoáy nhẹ thuận lợi cho quá trình hình thành khí hỗn hợp và cháy. Thân pittông có hình dạng côn tiết diện ngang hình ôvan và có hai bệ để đỡ chốt pittông. Thân pittông có nhiệm vụ dẫn hướng cho pittông chuyển động trong xylanh. Chốt pittông được chế tạo bằng thép hợp kim được xử lý tang cứng và mài bóng. Chốt pittông có dạng hình trụ rỗng, được lắp tự do ở cả hai mối ghép. Khi lắp ráp mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, còn mối ghép với bệ chốt là mối ghép trung gian, có độ dôi. Phương pháp này làm cho chốt mòn đều hơn và chịu mòn tốt hơn nhưng khó bôi trơn mối ghép phải có kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục của chốt.Chân pittông có dạng vành đai để tăng độ cứng vững.Để điều chỉnh trọng lượng của pittông, người ta thường cắt bỏ một phần kim loại ở phần chân pittông nhưng vẫn đảm bảo được độ cứng vững cần thiết cho pittông.
2.2.1.2. Thanh truyền
Hình 2-4 Kết cấu thanh truyền
1: Thân thanh truyền; 2: Bu lông thanh truyền; 3: Nắp đầu to
Thanh truyền của động cơ 1TR - FE được chế tạo bằng thép hợp kim cácbon được dùng rất nhiều vì giá thành rẻ dễ gia công, đặc biệt gồm có các thành phần như Mn, Ni,Vônphram, ... Tiết diện của thanh truyền có dạng chữ I, trên đầu to thanh truyền có khoan lỗ dầu để bôi trơn xilanh, bạc đầu to thanh truyền chế tạo hai nửa lắp ghép lại với nhau nắp đầu to thanh truyền lắp với thanh truyền nhờ hai bu lông. Đường kính của chốt khuỷu lắp đầu to thanh truyền: 52,989 đến 53,002mm.
2.2.1.3. Trục khuỷu
Trục khuỷu của động cơ 1TR - FE có kết cấu khá đặc biệt, bên trong có đường dầu đi bôi trơn các bạc lót và cổ trục,vật liệu chế tạo bằng thép cacbon, các bề mặt gia công đạt độ bóng cao. Đường kính cổ trục tiêu chuẩn: φ59,981 đến φ59,994mm, đường kính các cổ biên tiêu chuẩn: φ52,989 đến φ53,002mm. Điều kiện làm việc của trục khuỷu hết sức khắc nghiệt, nó phải chịu lực T, Z do lực khí thể và lực quán tính do nhóm pittông- thanh truyền gây ra. Ngoài ra còn chịu lực quán tính ly tâm của các khối lượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷu và thanh truyền.
Hình 2-5 Kết cấu trục khuỷu
2.2.2. Cơ cấu phân phối khí
Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí: Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy không khí mới vào xilanh để động cơ làm việc được liên tục.
Thông thường thời điểm phối khí được cố định nhưng ở động cơ 1TR – FE sử dụng hệ thống thay đổi thời điểm phối khí thông minh (VVT-i), hệ thống này sử dụng áp suất dầu thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí. Điều này làm tăng công suất động cơ, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và làm giảm khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường.
Cơ cấu phối khí bao gồm: cò mổ loại con lăn, cơ cấu điều chỉnh khe hở xu páp thủy lực và hệ thống VVT-i, trục cam kép DOHC 16 xupap dẫn động bằng xích.
+ Cò mổ: Cò mổ loại con lăn dùng 1 vòng bi kim giúp giảm ma sát, do đó cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu.
Hình 2-6 Kết cấu cò mổ 1: Ổ bi kim; 2: Cò mổ
+ Cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực: Duy trì khe hở xupáp luôn bằng “0” nhờ áp lực của dầu và lực lò xo.
Hình 2-7 Kết cấu con đội thủy lực
1: Piston đẩy; 2: Buồng áp suất thấp; 3: Đường dầu; 4: Lò xo; 5: Buồng dầu áp suất cao; 6: Lò xo van bi; 7: Van bi
– Cam quay sẽ nén bộ piston đẩy và dầu trong buồng áp suất cao.
– Khi đó cò mổ sẽ ép tới xu páp bằng cách dùng bộ điều chỉnh khe hở thủy lực làm điểm tựa.
– Lò xo đẩy piston đẩy đi lên, van 1 chiều sẽ mở ra và dầu sẽ điền đầy vào từ buồng áp suất thấp.
– Do piston được đẩy lên, và khe hở xu páp sẽ được duy trì không đổi bằng không.
2.2.3. Hệ thống bôi trơn, làm mát.2.2.3.1. Hệ thống bôi trơn 2.2.3.1. Hệ thống bôi trơn
Hình 2-8. Sơ đồ hệ thống bôi trơn.
Hệ thống bôi trơn của động cơ 1TR- FE kiểu cưỡng bức dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động của động cơ.
Hệ thống bôi trơn gồm: Bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống... dầu sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường dầu dọc thân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên, theo các lỗ phun lên thành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường dẫn dầu tự chảy về cácte.
2.2.3.1. Hệ thống làm mát
Ở động cơ 1TR-FE hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức được sử dụng. Khi động cơ nóng lên, hệ thống làm mát sẽ truyền nhiệt ra không khí chung quanh để làm mát động cơ. Ngược lại, khi động cơ còn lạnh, hệ thống làm mát giúp động cơ dễ nóng lên. Bằng cách đó, hệ thống làm mát giúp cho duy trì nhiệt độ động cơ thích hợp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức, nhiệt độ van hằng nhiệt mở là 800C, dung tích bình 7,8lít. Van hằng nhiệt có van đi tắt được đặt ở phía đầu ra của két nước.
Hình 2-9 Hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE
1: Két nước; 2:Van hằng nhiệt; 3: Đường nước đến cổ họng gió; 4: Đường nước về
Hình 2-10 Sơ đồ hệ thống làm mát 1TR-FE
1-Bánh đà; 2-Đường phân phối nước; 3-Thân máy; 4-Nắp máy; 5-Ống dẫn nước nóng về két; 6-Ống dẫn bọt khí; 7-Ống chuyền; 8-Ống dẫn; 9-Nắp két nước; 10-Két nước; 11-Quạt gió; 12-Puly quạt; 13-Khớp chất lỏng; 14-Puly trục khuỷu; 15-Ống nhánh từ bộ tản nhiệt; 16-Van hàng nhiệt; 17-Ống nhánh nối với bơm; 18-Bơm nước; 19-Catte.
2.2.4. Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE đóng vai trò rất quan trọng, nó không đơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu, nhưng nó hợp thành một hệ thống đó là hệ thống điều khiển điện tử (ECU), hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, tạo ra sự tương trợ lẫn nhau, kim phun hoạt động như các kim phun của các xe đời mới. Khả năng điều khiển tốt, công suất động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu.
Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo bởi cảm biến lưu lượng không khí. Tỷ lệ hoà trộn được ECU tính toán và hoà trộn theo tỷ lệ phù hợp nhất. Có cảm biến ôxy ở đường ống xả để cảm nhận lượng ôxy dư, điều khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn.
20 ECU 18 5 6 7 8 19 2 1 3 4 21 11 10 9 12 16 17 14 13 15 22
Hình 2-11 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE
1: Bình Xăng; 2: Bơm xăng điện; 3: Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm; 4: Lọc Xăng; 5: Bộ lọc than hoạt tính; 6: Lọc không khí; 7: Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8: Van điện từ; 9: Môtơ bước; 10: Bướm ga; 11: Cảm biến vị trí bướm ga;12: Ống góp nạp; 13: Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14: Bộ ổn định áp suất; 15: Cảm biến vị trí trục cam; 16: Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17: Ống phân phối nhiên liệu; 18: Vòi phun; 19: Cảm biến kích nổ; 20: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21: Cảm biến vị trí trục khuỷu; 22: Cảm biến ôxy.
Nhiên liệu được hút từ bình nhiên liệu bằng bơm và đưa qua lọc nhiên liệu đến bộ giảm rung có tác dụng hấp thụ các dao động nhỏ của áp suất nhiên liệu do sự phun
nhiên liệu gây ra, sau đó qua ống phân phối rồi đến các vòi phun, cuối ống phân phối có bộ ổn định áp suất nhằm điều khiển áp suất của đường nhiên liệu (phía có áp suất cao). Nhiên liệu thừa được đưa trở lại bình xăng qua ống hồi … Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp tùy theo các tín hiệu phun được ECU tính toán.
2.2.5. Hệ thống đánh lửa.
Hệ thống đánh lửa cùa động cơ 1TR-FE được điều khiển bằng điện tử ECU đánh lửa trực tiếp. Mỗi xylanh có một bugi loại đầu dài và một cuộn dây đánh lửa được điều khiển bằng mạch bán dẫn dùng transitor. Hệ thống đánh lửa điện tử luôn luôn gắn liền với hệ thống phun nhiên liệu, nó điều khiển tia lửa, góc đánh lửa luôn phù hợp với góc phun của nhiên liệu nhờ các cảm biến để thực hiện quá trình đốt cháy tốt hơn và nhiên liệu được cháy hoàn toàn, ít tốn nhiên liệu, tăng công suất động cơ, chất thải ít độc hại.
Hình 3-11 Sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ 1TR-FE
1: Cầu chì dòng cao; 2: Khóa điện; 3: Cầu chì; 4: Cuộn đánh lửa số 1; 5: Cuộn đánh lửa số 2; 6: Cuộn đánh lửa số 3; 7: Cuộn đánh lửa số 4; 8: Bọc chống nhiễu;
9: Cảm biến vị trí trục khuỷu; 10: Cảm biến vị trí trục cam; 11: Bộ lọc ồn ECU căn cứ vào tín hiệu nhận được từ cảm biến vị trí trục khuỷu và căn cứ vào góc đánh lửa cơ sở đã ghi sẵn trong bộ nhớ cũng như trong các thông số hiệu chỉnh để xác định góc đánh lửa sớm cho động cơ. Việc tạo ra các tín hiệu dạng xung để cung cấp dòng điện cho cuộn dây đánh lửa được lập trình sẵn để các cuộn dây cung cấp dòng điện trong thời gian định mức trước với giá trị tính toán để đảm bảo cho:
Từ thông sinh ra trong các cuộn dây đạt giá trị lớn nhất, đảm bảo cuộn dây đủ năng lượng để đánh lửa.
Điều khiển sự phát ra và chấm dứt tia lửa được ECU tính toán sau khi các dữ liệu được nhập vào bởi:
+ Tốc độ động cơ.
+ Cảm biến vị trí trục khuỷu. + Cảm biến vị trí trục cam. + Cảm biến nhiệt độ động cơ. + Cảm biến vị trí bướm ga. + Cảm biến vị trí bàn đạp ga. + Cảm biến kích nổ.
3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ X74-04133.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, sơ đồ nguyên lý của hệ thống nhiên liệu động cơ xăng 3.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, sơ đồ nguyên lý của hệ thống nhiên liệu động cơ xăng EFI
3.1.1. Nhiệm vụ
-Dự trữ nhiên liệu đảm bảo cho động cơ có thể làm việc liên tục trong một thời gian nhất định.
-Cần cung cấp thêm nhiên liệu: lọc sạch nước, tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống.
3.1.2 Yêu cầu
- Nhiên liệu phải được hoà trộn đồng đều với toàn bộlượng khí có trong buồng cháy (hỗn hợp cháy phải đồng nhất).
- Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với các chế độlàm việc của động cơ,hỗn hợp cháy phải được phân bố đồng đều cho các xylanh của động cơnhiều xylanh.
- Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Phun nhiên liệu vào đúng thời điểm, đúng quy luật mong muốn. - Lưu lượng vào các xilanh phải đồng đều
- Các tia nhiên liệu phun vào xilanh động cơ phải đảm bảo kết hợp tốt giữa số lượng, phương hướng, hình dạng, kích thước của các tia phun với hình dạng kích thước trong buồng cháy và cường độ và phương hướng chuyển động của môi chất trong buồng cháy để hoà khí hình thành nhanh và đều.
- Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao.
- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa. - Dễ chế tạo, giá thành hạ.
3.1.3. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng động cơ X74-0413 X74-0413
Sơ đồ cấu tạo
Hình 3-1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ X74-0413
1:Bình Xăng; 2:Bơm xăng điện; 3:Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm; 4:Lọc Xăng; 5:Bộ lọc than hoạt tính; 6:Lọc không khí; 7:Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8:Van điện từ; 9: Môtơ bước; 10:Bướm ga; 11:Cảm biến vị trí bướm ga; 12:Ống góp nạp; 13:Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14:Bộ ổn định áp suất;15:Cảm biến vị trí trục cam; 16:Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17:Ống phân phối nhiên liệu; 18:Vòi phun; 19:Cảm biến tiếng gõ; 20:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21:Cảm biến vị trí trục khuỷu; 22:Cảm biến ôxy.
Nhiên liệu được hút từ bình nhiên liệu bằng bơm cánh gạt qua bình lọc nhiêu liệu để lọc sách các tạp chất sau đó tới bộ giảm rung, bộ phận này có nhiệm vụ hấp thụ các dao động nhỏ của nhiên liệu sự phun nhiện liệu gây ra. Sau đó qua ống phân phối, ở cuối ống phân phối có bộ ổn định áp suất nhằm điều khiển áp suất của dòng nhiên liệu và giữ cho nó luôn ổn định.Tiếp đến nhiên liệu được đưa tới vòi phun dưới sự điều khiển của ECU vòi phun sẽ mở ra nhiên liệu được phun vào buồng cháy để động cơ
hoạt động.nhiên liệu thừa sẽ được đưa theo đường hồi trở về bình nhiên liệu. Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào ống nạp tùy theo các tín hiệu phun của ECU. Các tín hiệu phun của ECU sẽ được quyết định sau khi nó nhận được các tín hiệu từ các cảm biến và nhiên liệu sẽ được ECU điều chỉnh phù hợp với tình trạng hoạt động của động cơ.
3.2. Ưu nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử EFI3.2.1. Ưu điểm3.2.1. Ưu điểm 3.2.1. Ưu điểm
- Dùng áp suất làm tơi xăng thành những hạt bụi sương hết sức nhỏ.
- Phân phối xăng đồng đều đến từng xylanh một và giảm thiểu xu hướng kích nổ bởi hòa khí loãng hơn.
- Động cơ chạy không tải êm dịu hơn.
- Tiết kiệm nhiên liệu nhờ điều khiển được lượng xăng chính xác, bốc hơi tốt, phân phối xăng đồng đều.
- Giảm thiều các khí thải độc hại nhờ hòa khí loãng.
- Mômen xoắn của động cơ phát ra lớn hơn, khởi động nhanh hơn, sấy nóng máy nhanh và động cơ làm việc ổn định hơn.
- Tạo ra công suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do không có họng khuếch tán gây cản trở như động cơ chế hòa khí.
- Hệ thống đơn giản hơn bộ chế hòa khí điện tử vì không cần đến cánh bướm gió khởi động, không cần các vít điều chỉnh.
- Gia tốc nhanh hơn nhờ xăng bốc hơi tốt hơn lại được phun vào tận xylanh. - Đạt được tỉ lệ hòa khí dễ dàng.
- Duy trì được hoạt động lí tưởng trên phạm vi rộng trong các điều kiện vận hành. - Giảm bớt được các hệ thống chống ôi nhiễm môi trường.
3.2.2. Nhược điểm
Nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử so với bộ chế hòa khí là: để hoạt động bình thường, EFI cần rất nhiều thông số như góc quay và tốc độ trục khuỷu, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, tỷ lệ hỗn hợp, nồng độ oxy khí thải…Những số hiệu này được thu thập từ các cảm biến đặt sắp nơi trong động cơ. Chẳng hạn như cảm biến phát hiện nồng độ oxy dư trong khí thải quá lớn, bộ điều khiển trung tâm (ECU) sẽ ra lệnh cho hệ thống bơm xăng ít đi, để sao cho nhiên liệu luôn cháy hết. Do cần quá nhiều thông số để tối ưu hóa để tối ưu hóa quá trình phun