MỤC LỤC
MỤC LỤC......1
LỜI NÓI ĐẦU.......2
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÀ ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA 1ZR –FE....... 3
1.1. Giới thiệu xe Toyota Corolla được trang bị động cơ 1ZR–FE........3
1.2. Giới thiệu động cơ Toyota 1ZR – FE.................................................4
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA 1ZR –FE................. 6
2.1. Các kết cấu sơ bộ của động cơ ........................................................... 6
2.2. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của cơ cấu phối khí (kiểu DOHC)...........................16
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC TẠI CHẾ ĐỘ Memax CỦA ĐỘNG CƠ .................. 22
3.1. Mục đích .............................................................................................. 22
3.2. Chọn các số liệu ban đầu..................................................................... 22
3.3. Quá trình tính toán nhiệt ....................................................................24
3.4. Các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ
3.5. Dựng đồ thị đặc tính ngoài của động cơ ........................................... 33
3.6. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác………………….36
CHƯƠNG 4: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ 1ZR - FE .
4.1. Mục đích, ý nghĩa của việc khai thác hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ 1ZR - FE
4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử lắp trên động cơ 1ZR - FE
4.3. Các hư hỏng thường gặp và chẩn đoán .
KẾT LUẬN .
TÀI LIỆU THAM KHẢO .
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm trở lại đây, ngành công nghệ ô tô thế giới đã chứng kiến sự phát triển vượt bậc làm cho số lượng và chất lượng ô tô trên thế giới ngày càng phong phú và đa dạng hơn, góp phần mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho người tiêu dùng và nền công nghệ trên toàn thế giới. Nước ta cũng không phải ngoại lệ, nhà nước đang ngày càng thúc đẩy hơn nữa đầu tư cho phát triển ngành nhiều chất xám này để hiện đại hóa, công nghiệp hóa đất nước. Xu thế phát triển của ngành ô tô hiện nay là tập trung vào khai thác, tích hợp các công nghệ mới nhằm đáp ứng tốt nhất các nhu cầu của con người.
Đối với sinh viên, đồ án tốt nghiệp là một nội dung hết sức quan trọng giúp hệ thống và hoàn thiện lại kiến thức trong suốt quá trình học tập, đặc biệt là các kiến thức chuyên ngành từ đó nâng cao khả năng áp dụng vào thực tế, khả năng tư duy khoa học, khả năng làm việc đòi hỏi cường độ cao, có kế hoạch.
Sau 5 năm học tập tại Học viện kỹ thuật, tôi đã được giao đồ án tốt nghiệp đại học với đề tài: “Khai thác động cơ Toyota 1ZR–FE lắp trên xe Corolla”.
Trong quá trình làm đồ án, tôi đã được sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy trong Khoa Động lực, đặc biệt là thầy giáo: ……………... Cùng với sự nỗ lực của bản thân, đồ án tốt nghiệp của tôi đã hoàn thành. Tuy nhiên do thời gian có hạn cùng với kinh nghiệm thực tế còn thiếu, nên chắc chắn sẽ còn nhiều thiếu sót. Tôi rất mong các thầy giáo cùng các bạn sinh viên đóng góp ý kiến để bản đồ án được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày …. tháng ….năm 20….
Sinh viên thực hiện
………………
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VÀ ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA 1ZR – FE
1.1. Giới thiệu xe Toyota Corolla được trang bị động cơ 1ZR– FE
Corolla là dòng xe nhỏ của Toyota, kể từ ngày xuất hiện vào năm 1966 Corolla đã trở nên phổ biến trên khắp thế giới. Corolla là mẫu xe bán chạy nhất thế giới, riêng trong năm 2013 đã có hơn 1 triệu xe được bán trên toàn thế giới.
Toyota Corolla được sản xuất năm 2011 được trang bị động cơ 1ZR – FE. Đây là thế hệ thứ 10, có kích cỡ lớn hơn. Ngoài động cơ 1,6 lít 121 mã lực, còn có model Corolla 1.8 được trang bị động cơ DOHC 1.8 lít có công suất 138 mã lực và model 2.0 được trang bị động cơ DOHC 2.0 lít có công suất 144 mã lực. Hộp số 5 tốc độ tiêu chuẩn, có thêm tuỳ chọn hộp số 6 cấp tự động. Vành hợp kim 14 inch được hỗ trợ hệ thống chống bó cứng phanh ABS tuỳ chọn. Có thêm một số cải tiến khác được trang bị mang lại nhiều tiện ích hơn như dây đai an toàn điều chỉnh độ cao, túi khí an toàn, tủ lạnh chống đông CFC…
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA 1ZR – FE
2.1. Các kết cấu sơ bộ của động cơ.
- Piston được chế tạo bằng hợp kim nhôm, phần đáy gọn nhẹ, đỉnh piston có vát hình côn, chốt pistin lắp lỏng hoàn toàn. Độ chính xác gia công cao hơn
- Thanh truyền được chế tạo bắng thép cường độ cao và gọn nhẹ, chiều rộnghanh truyền giảm để giảm ma sát, bỏ đai ốc dung bulông siết chặt
2.1.5.Nhóm trục khuỷu
- Trục khuỷu năm cổ trục và tám khối lượng cân bằng.Chiều rộng bạc nhỏ, tăng độ chính xác và độ nhẵn bề mặt để giảm ma sát Trên trục khuỷu có khoan các lổ dầu để bôi trơn đến các cổ biên
- Chốt và ngõng trục được chế tạo chính xác hơn và giảm thiểu tối đa bề mặt gồ gề
Hình 2.7.Trục khuỷu
2.1.6.Hệ thống bôi trơn
Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống bôi trơn
- Hệ thống bôi trơn 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 có: 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.
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy như: piston, xecmăng, xupap, nắp xilanh, thành xilanh chiếm khoảng 25 ¸ 35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra. Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt nóng mãnh liệt-nhiệt độ đỉnh pittông có thể lên tới 600oC,còn nhiệt độ của nấm xupap có thể lên 900oC. Nhiệt độ của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả xấu như:
- Phụ tải nhiệt làm giảm sức bền làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ của các chi tiết máy
- Do nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăng tổn thất ma sát.
- Có thể gây bó kẹt piston trong cylinder do hiện tượng giản nở nhiệt.
- Giảm hệ số nạp.
- Đối với động cơ xăng dễ phát sinh hiện tượng cháy kích nổ.
- Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy rồi đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ của các chi tiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội
- Làm mát dầu bôi trơnvì trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn tăng lên
- Két nước được làm nhôm, đường nước đi tắt trong thân máy và nắp máy, nước làm mát chạy quanh thân máy
- Hệ thống nhiên liệu động cơ 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
- Dùng hệ thống nhiên liệu không có đường dầu hồi, bộ điều áp, lọc nhiên liệu và bơm nhiên liệu lắp thành cụm và đặt trong bình xăng
2.1.10.Hệ thống dẫn động đai
Hình 2.12. Hệ thống dẫn động đai
- Dung đai gân chử V dẩn động toàn bộ hệ thống,cùng với bộ căng đai tự động
2.2.1.5. Vòng hãm xupáp
Hình 2.19. Vòng hãm xupáp
- Vòng hãm: gồm 2 nửa hình côn có tác dụng liên kết và giữ đĩa chặn và lò xo với đuôi xupap, dung móng hãm không gây nên ứng suất tập trung trên đuôi xupáp
2.2.1.6 .Đế xupáp
Hình 2.20. Đế xupáp
- Mục đích để giảm hao mòn cho thân máy khi chịu va đạp và lực của xupáp
- Kết cấu đế xupáp rất đơn giản thường chỉ có một vòng hình trụ trên có vát mặt côn tiếp xúc với mặt con của nấm xupáp
- Mặt ngoài của đế xupáp có thể là mặt trụ trên có tiện rãnh đàn hồi để lắp cho chắc. Mặt ngoài có độ côn khoảng 120 . Loại đế xupáp hình côn này thường không ép sát đáy mà để khe hở nhỏ hơn 0.04 mm.
2.2.1.7. Trục cam và dẫn động
- Trục cam và dẫn động: trục cam được chế tạo bằng thép C45, có nhiệm vụ điều khiển việc đống mở xupap đúng thời điểm, được lắp trong thân máy
- Trên trục cam ngoài các cam còn có các cổ đỡ, 2 đầu trục lắp bánh răng dẫn động .Cam và các cổ trục chế tạo bằng thép được tôi cao tần và được nhiệt luyện.
- Trục cam tiếp nhận chuyển động quay từ trục khuỷu, trong 1 chu trình làm việc của động cơ, trục cam quay 1 vòng để điều khiển xupap nạp , xả của mỗi xilanh chỉ mở 1 lần. Như vậy bánh răng của trục cam có số răng lớn gấp 2 lần số răng của bánh răng đầu trục cơ. Các bánh răng này được lắp ăn khớp với nhau theo những vị trí tương ứng giữa trục khuỷu và trục cam, những vị trí này được xác định rất chặt chẽ và được đánh dấu trên các bánh răng phân phối.
- Trên trục cam có khoan lỗ dầu nhằm bôi trơn, việc khoan lổ dâu và số lượng cần tính toán vì trục làm việc trong môi trường tải trọng nên việc khoan lổ dầu làm trục cam yếu đi
- Cơ câu phôi khí DOHC gồm có hai trục cam (một trục cam thải, một trục cam nạp)
2.2.2.Nguyên Lý Hoạt Động
Cơ cấu phối khí cam xupáp được sử dụng phổ biến trong các loại động cơ vì có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ điều chỉnh, giá thành không cao lắm, đây là xupap kiểu treo
Trục khuỷu quay truyền chuyển động đến trục cam , các cam công tác này tác tụng lên con đội xuống xupáp nhờ lò xo xupáp đóng mở xupáp nạp, xã.Việc điều khiển nạp, xã là do pha phối khi quy định
*Nhận xét về cơ cấu phối khí DOHC
- Việc tăng thêm số lượng xupáp tạo điều kiện hoàn thiện chế độ nạp xả theo nguyên tắc: nạp đầy khí nạp và xả hết khí cháy. Như vậy thực chất việc sử dụng DOHC cho phép tăng số lượng xupáp tức là tăng tiết diện thông qua của dòng khí nạp và thải.
- Động cơ DOHC còn tạo nên sự đóng mở xupáp cùng tên lệch pha, tạo dòng xoáy khí nạp, cải thiện chất lượng cháy của động cơ, góp phần hoàn thiện công suất động cơ.
- Trên các động cơ hiện đại sử dụng có cấu điều khiển góc đóng mở xupáp bằng điện tử do vậy tối ưu cho quá trình đóng mở xupáp theo tốc độ vòng quay trục khuỷu.
Nhờ các ưu việt trên mà công suất động cơ có thể tăng thêm, giải quyết tốt hơn quá trình cháy, chất lượng khí xả, đảm bảo giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu.
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ
3.1.Mục đích
- Tính toán chu trình công tác nhằm xác định các thông số của động cơ ở các quá trình trao đổi khí, quá trình nén, quá trình cháy và giãn nở sinh công.
-Xác định các tham số đặc trưng cho chu trình công tác và sự làm việc của động cơ, đó là tham số chỉ thị và tham số có ích.
- Trên cơ sở tham số của từng quá trình dựng đồ thị công để làm cơ sở cho việc tình toán động lực học, tính sức bền và đồ thị mài mòn các chi tiết của động cơ
- Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ.
- Để thực hiện cho quá trình tính toán, ta chon số liệu ban đầu.
3.2.Chọn các số liệu ban đầu
Nội dung | Kết quả | Đơn vị |
- Công suất lớn nhất của động cơ Nemax = - Hay Nemax = | 121 89 | Mã lực kW |
- Tốc độ vòng quay trục khủy ở chế độ Nemax là nNemax = | 5600 | v/ph |
- Số kỳ của động cơ τ = | 4 | |
- Số xy lanh của động cơ i = | 4 | |
- Tỷ số nén e = | 10 | |
- Hệ số dư lượng không khí a: ở chế độ Nemax quá trình cháy kiệt giảm và do tốc độ lớn nên cản trở khí động lớn nên với α = 0.85 ÷ 0.90 chọn α = | 0,85 | |
- Nhiệt độ môi trường: Chọn nhiệt độ trung bình của moi chất ở nước ta là T= 24o C vậy = 273 + = | 297 | 0K |
- Áp suất môi trường: Giá trị ấp suất khí quyển ở độ cao mực nước biển là p = 1,03 . 105 N/m2Để tiện trong tính toán , lấy p0= | 0,103 | MN/m2 |
- Hệ số nạp : Động cơ có cơ cấu phân phối khí xu pap treo nên = 0,75¸ 0,82. Ở chế độ Nemax tốc độ quay lớn nên thời gian nạp ngắn và cản trở khí động lớn, chọn = | 0,75 | |
- Áp suất cuối quá trình thải pr: Ở chế độ Nemax tốc độ quay của động cơ cao vận tốc dòng khí thải lớn, sức cản trên đường thải tăng : pr = ( 1,1 ¸ 1,2). 105 N/m2 Chọn pr= | 0,12 | MN/m2 |
- Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr : Ở chế độ Nemax , tốc độ quay lớn thời gian tạo hỗn hợp giảm, cháy rớt nhiềuTr tăng . = 900 ¸ 11000 K chọn = | 1100 | 0K |
- Độ sấy nóng hỗn hợp DT: ở chế độ Nemax số vòng quay trục khuỷu lớn, vận tốc dòng khí nạp lớn, thời gian tiếp xúc giữa khía nạp và các chi tiết nóng giảm. Với = 10 ¸ 300K chọn = | 15 | 0K |
- Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Với n1 = 1,34 ¸ 1,37 chọn n1 = | 1,37 | |
- Hệ số sử dụng nhiệt xz: Ở chế độ Nemax thời gian cấp nhiệt nước làm mát ngắn, lọt khí giảm, lọt khí giảm. Nhiên liệu cháy tốt nhiệt tỏa ra nhiều do đó chọn = | 0,92 | |
- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu . Nhiệt trị thấp của xăng là = | 44.103 | KJ/kgnl |
- Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2: ở chế độ Nemax hiện tượng cháy rớt kéo dài n2 giảm. Với n2 = 1,23¸1,27 chọn n2= | 1,23 | |
-Trọng lượng phân tử nhiên liệu mnl = | 114 | Kg/kmol |
- Áp suất khí quét pk= 0,145÷0,155 MN/m2, chọn pk= | 0,15 | MN/m2 |
- Hệ số kết cấu λ= 1/5,1÷1/3,2 Chọn λ = | 0.30 | |
- Áp suất tăng áp pk: Động cơ xăng tăng áp thấp pk = | 0,15 | MN/m2 |
- Hằng số khí của không khí R = | 0,288 | KJ/kgđộ |
- Hệ số nạp phụ Δ = 1,02÷1,07 chọn Δ = | 0,105 | |
- Hệ số quét buồng cháy ηr= 1,05÷ 1,15 chọn ηr = | 1,08 | |
- Chỉ số nén đoạn nhiệt của không khí k = | 1,41 | |
- Nhiệt rung riêng đẳng áp của không khí Cp = | 1,003 | KJ/kgđộ |
Áp suất của khí thải trước cửa vào tua bin khí dùng để dẫn động bơm tăng áp pp= (0,85÷0,92)pk chọn pp = 0,89pk pp= 0,89.0,15 = | 0,1335 | MN/m2 |
- Hiệu suất đoạn nhiệt của bơm tăng áp: được chọn theo kết cấu của bơm tăng áp = 0,72÷0,78 chọn = | 0,75 | |
3.3.Tính toán các quá trình của chu trình công tác
* Quá trình trao đổi khí
+ Mục đích: Xác định các thông số cuối quá trình nạp như áp suất pa và nhiệt độ Ta.
- Hệ số khí sót gr:
Hệ số được xác định theo công thức:
Thay số vào ta được:
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:
Giá trị của Tađược xác định theo công thức sau:
[ 0K]
Thay số vào ta được:
[ 0K]
- Áp suất cuối quá trình nạp pa:
Giá trị của pađược xác định theo công thức sau
[MN/m2]
Thay số vào ta được:
[MN/m2]
*Quá trình nén
+Mục đích: Xác định các thông số như áp suấtpc và nhiệt độTccuối quá trình nén
- Áp suất cuối quá trình nénpc:
Giá trị của pc được xác định theo công thức sau:
pc = pa . [MN/m2]
Thay số vào ta được:
[MN/m2]
- Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:
Giá trị của Tc được xác định theo công thức sau:
Tc = Ta . [°K]
Thay số vào ta được:
[0K]
*Quá trình cháy
+Mục đích: Xác định các thông số như áp suấtpz và nhiệt độTzcuối quá trình cháy
Tính toán tương quan nhiệt hóa
Mục đích tính toán tương quan nhiệt hóa là xác định những đại lượng đặc trưng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hóa để làm cơ sở cho việc tính toán nhiệt động.
- Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn một kg nhiên liệu ở thể lỏnglà:
[Kmol/kgnl]
Trong đó:
gC, gH vàg0: là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng của Cacbon, Hydro và Oxy tương ứng chứa trong một kg nhiên liệu. Trị số các thành phần đối với nhiên liệu xăng:
Với xăng gC = 0,855; gH = 0,145 và gO = 0
Thay số vào biểu thức trên ta được:
[ Kmol / kgnl]
- Lượng không khí nạp thực tế vào xylanh ứng với 1kg nhiên liệu:
Lượng không khí Mt được xác định theo công thức:
[ Kmol / kgnl]
Thay số vào ta được:
[ Kmol / kgnl]
- Lượng hỗn hợp cháy M1tương ứng với lượng không khí thực tế Mt đối với động cơ xăng được xác định theo biểu thức:
[ Kmol / kgnl]
- Ở đâymnltrọng lượng phân tử nhiên liệu
mnl = 114 [ Kg / kmol]
Thay số vào ta được:
[ Kmol / kgnl]
- Số Kmol sản vật cháy M2ứng vớia<1 được xác định theo công thức:
[ Kmol / kgnl]
Thay số vào ta được:
[ Kmol / kgnl]
- Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết: .
Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết được xác định theo công thức sau:
Thay số vào ta được:
- Hệ số thay đổi phân tử thực tế:b
Hệ số thay đổi phân tử thực tế được xác định theo công thức sau:
Thay số vào ta được:
+Tính toán tương quan nhiệt động:
- Xác định nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz. Để xác định Tzta sử dụng phương trình nhiệt động.
(*)
Trong đó:
+ mcvcnhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén.
+ mcvz nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z.
+DQTlà tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hoàn toàn
Khi 0,7 ≤ a≤ 1 .Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình cháy.
[ KJ/kmol2]
[ KJ/kmol2]
- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén.
[ KJ/kmol2]
Thay số vào ta được:
- Tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hoàn toàn:DQT
- Từ phương trình nhiệt động(*) ta được:
Rút gọn phương trình trên ta được:
2,982.10-3.Tz2 + 25,172.Tz– 86100,5 = 0
Giải phương trình và bỏ nghiệm âm ta được:
[0K]
- Tỷ số tăng áp :
Giá trị của lP được xác định theo công thức sau:
Thay số vào ta được:
- Áp suất cuối quá trình cháy pz được xác định theo công thức sau:
[MN/m2]
Thay số vào ta được:
[MN/m2]
* Tính toán quá trình giãn nở:
- Áp suất cuối quá trình giãn nở: pb
[MN/ m2]
Thay số vào ta được:
[MN/ m2]
- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở: được xác định theo công thức sau:
[0K]
Thay số vào ta được:
[0K]
*Kiển nghiệm kết quả tính toán:
Kiểm nghiệm kết quả theo công thức thực nghiệm sau:
[0K]
Thay số vào ta được:
[0K]
Với = 11000Kđã chọn thì sai số như sau:
Kết luận: với sai số giữa tính toán và kiểm tra , ta có:
< 3%.Như vậy thông số đã chọn là hợp lý.
3.4. Các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ
*Các thông số chỉ thị
- Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết:pi’:
[MN/m2]
Thay số vào ta được:
[ MN/m2]
- Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết: pi
[MN/m2]
Thay số vào ta được:
[MN/m2]
- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi : Là nhiên liệu tiêu hao cho một kW chỉ thị trong giờ gi đặc trưng cho tính kinh tế của chu trình thực tế:
[g/kWh]
Thay số:
[g/kWh]
- Hiệu suất chỉ thịhi:
(ở đây QT tính bằng [KJ/kgnl] và gi =[Kg/kWh].
Thay số vào ta được:
* Các thông số có ích
Các thông số có ích là những thông số đặc trưng cho sự làm việc của động cơ.
Để tính các thông số có ích ta phải tính áp suất tổn hao cơ khí trung bình và hiệu suất
- Áp suất tổn hao cơ khí trung bình .
Động cơ có i = 4 và tỷ số:S/D = 1,185
Trong đó: đường kính xy lanh D=0,079 [m]
Hành trình công tác S=0,0915 [m]
Do đó khi mở bướm ga ta có:
pcơ = 0,05 + 0,0155 . CTB [MN/m2]
Vận tốc trung bình của pittông ở chế độ Memax là : [m/s]
Thay số vào ta được:
[ MN/m2]
- Áp suất trung bình
Giá trị của pe được xác định theo công thức sau:
pe = pi - pco[ MN/m2]
Thay số vào ta được:
[ MN/m2]
Hiệu suất cơ khí :
Giá trị của he được xác định theo công thức sau:
he
Thay số vào ta được:
- Hiệu suất có ích he:
Giá trị của he được xác định theo công thức sau:
Thay số vào ta được:
- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge:
Giá trị của ge được xác định theo công thức sau:
[g/KWh]
Thay số vào ta được:
[g/KWh]
-Công suất có ích của động cơ ở tốc độ quay tính toán Ne:
Ở đây tính bằng [MN/m2]
tính bằng [dm3]
là tốc độ quay của trục khuỷu ở Nemax tính bằng [v/ph].
Động cơ Toyota 1ZR-FE có = 79mm = 0,79dm
= 91,5mm = 0,915dm.
Vh là thể tích công tác của xi lanh (dm3).
Vh = S . (D/2)2 . p
Thay số vào ta được:
Vh = 0,915 . (0,79/2)2 . 3,14 = 0,45 [dm3]
Thay số vào ta được:
[KW]
- Moomen xoắn có ích của động cơ ở tốc độ quay tính toán:
[Nm]
Trong đó: Ne được tính bằng [KW]
n được tính bằng [v/ph]
Thay số vào ta được:
[Nm]
* So sánh Nemax và Ne tính
Thay số:
* Kết luận phần tính nhiệt
-Với sai số = 1,65% < 3%,nên động cơ đảm bảo được yêu cầu so với thiết kế.
3.5. Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ
Mục đích của việc dựng đường đặc tính ngoài của động cơ là để biểu thị sự phự thuộc của các chỉ tiêu như công suất có ích Ne , mô men xoắn có ích Me, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge vào tốc độ quay của trục khuỷu n(v/ph) khi bướm ga mở hoàn toàn. Qua đó để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động cơ khi tốc quay trục khuỷu thay đổi
Để dựng đường đặc tính, ta chọn trước thông một số giá trị trung gian của tốc độ quay n trong giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của Ne, Me, ge theo các biểu thức sau:
* [KW]
* [Nm]
* [g/KW.h]
Trong đó:
: Công suất có ích lớn nhất tính được [KW].
: Tốc độ quay ứng với công suất lớn nhất [v/ph].
: Momen xoắn có ích ứng với tốc độ quay nN [Nm].
: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với tốc độ quay nN [g/KW.h] , , : Là các giá trị biến thiên của công suất, momen xoắn và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với từng giá trị tốc độ quay chọn trước.
Từ các thông số ban đầu và kết hợp tính toán trên ta có các thông số sau:
Công suất có ích lớn nhất tính được:
Nemax= 87,53 [Kw]
Momen xoắn có ích ứng với tốc độ quay nNemax :
Thay số vào ta được:
MeN= [Nm]
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với tốc độ quay nNemax
geN = 279,4[g/KWh]
* Giá trị biến thiên của Gnl được xác định theo từng cặp giá trị tương ứng của ge vvà Ne theo biểu thức:
Gnl = geNe [kg/h]
Trong đó: ge được tính bằng [kg/KW.h] và Ne [KW].
* Chọn giá trị của n biến thiên từ nmin = 600 [v/ph] đến nmax = 5600 [v/ph]. Kết quả tính toán của , , ,Gnl ứng với giá trị n được ghi trong bảng dưới đây.
Bảng giá trị Ne, Me, ge,Gnl ứng với từng giá trị của n:
n (v/ph) | Ne (kW) | Me (N.m) | ge (g/kW.h) | Gnl (kg/h) |
600 | 10.44793 | 179.1409 | 307.910204 | 3.217024829 |
800 | 14.27114 | 183.5204 | 299.927347 | 4.280304266 |
1000 | 18.22408 | 187.4828 | 292.514694 | 5.330811127 |
1200 | 22.28243 | 191.0281 | 285.672245 | 6.365473058 |
1400 | 26.42188 | 194.1563 | 279.4 | 7.382271875 |
1600 | 30.61808 | 196.8673 | 273.697959 | 8.380104861 |
1800 | 34.84671 | 199.1614 | 268.566122 | 9.358646055 |
2000 | 39.08345 | 201.0383 | 264.00449 | 10.31820755 |
2200 | 43.30398 | 202.4981 | 260.013061 | 11.25960077 |
2400 | 47.48397 | 203.5408 | 256.591837 | 12.1839978 |
2600 | 51.59908 | 204.1665 | 253.740816 | 13.09279263 |
2800 | 55.625 | 204.375 | 251.46 | 13.9874625 |
3000 | 59.5374 | 204.1665 | 249.749388 | 14.86942914 |
3200 | 63.31195 | 203.5408 | 248.60898 | 15.73992012 |
3400 | 66.92433 | 202.4981 | 248.038776 | 16.59983008 |
3600 | 70.35022 | 201.0383 | 248.038776 | 17.44958209 |
3800 | 73.56528 | 199.1614 | 248.60898 | 18.28898889 |
4000 | 76.54519 | 196.8673 | 249.749388 | 19.11711421 |
4200 | 79.26563 | 194.1563 | 251.46 | 19.93213406 |
4400 | 81.70226 | 191.0281 | 253.740816 | 20.73119801 |
4600 | 83.83077 | 187.4828 | 256.591837 | 21.51029051 |
4800 | 85.62682 | 183.5204 | 260.013061 | 22.26409215 |
5000 | 87.0661 | 179.1409 | 264.00449 | 22.98584098 |
5200 | 88.12427 | 174.3444 | 268.566122 | 23.66719379 |
5400 | 88.77701 | 169.1307 | 273.697959 | 24.29808741 |
5600 | 89 | 163.5 | 279.4 | 24.8666 |
* Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ:
Hình 3.1. Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ
Chọn tỷ lệ xích mNe = 0,4 [KW]/mm; mMe = 1,2 [Nm]/mm
mGnl = 0,2296 [kg/h]/mm ;mge = 4,8052 [g/KWh]/mm
3.6. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác.
3.6.1. Khái quát
Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn các quá trình của chu trình công tác xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ tọa độ p-V.Việc dựng đồ thị được chia làm hai bước:
+) Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết
+) Hiệu chỉnh đồ thị lý thuyết để được đồ thị công chỉ thị thực tế.
Đồ thị công chỉ thị lý thuyết được dựng theo kết quả tính toán chu trình công tác khi chưa xét các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc thực tế trong động cơ. Đồ thị công chỉ thị thực tế là đồ thị đã kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác nhau như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu, góc mở sớm và đóng muộn các xupap cũng như sự thay đổi thể tích khi cháy.
3.6.2. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết
Tỷ số dãn nở sớm =1
AB(mm) | Vh(dm ) | OO1(mm) | (Mpa/mm) | (dm /mm) |
200 | 0,45 | 13,5 | 0,032 | 0,0025 |
Trong đó:
mp là tỉ lệ xích áp suất trên đồ thị công
mv là tỉ lệ xích thể tích trên đồ thị công [dm3/mm]
-Tính thể tích cuối quá trình nén Vc
Giá trị của Vc được xác định theo công thức sau:
Vc= [dm3]
Thay số vào ta được:
Vc= =0,05 [dm3]
-Tính thể tích cuối quá trình nạp Va
Giá trị của Va được xác định theo công thức sau:
Va=Vc+Vh [dm3]
Thay số vào ta được:
Va=0,05+0,45=0,5 [dm3]
Theo kết quả phần tính toán nhiệt, ta có:
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp:
Ta=347,086 [0K]
- Áp suất cuối quá trình nạp:
pa=0,085 [MN/m2]
- Nhiệt độ cuối quá trình nén:
Tc=813,65 [0K]
- Áp suất cuối quá trình nén:
pc=1,99 [MN/m2]
- Nhiệt độ cuối quá trình cháy:
Tz=2612,2 [0K]
- Áp suất cuối quá trình cháy:
pz=7,0 [MN/m2]
- Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở:
Tb=1538,2 [0K]
- Áp suất cuối quá trình dãn nở:
pb=0,412 [MN/m2]
Bảng giá trị các điểm trên đường nén và dãn nở đa biến
e1 (e2) | Vn=Vd=Va/e1(dm ) | pn=pa.e1n1(Mpa) | pd=pb.e2n2(Mpa) | pn (mm) | pd (mm) |
1 | 0.5 | 0.085 | 0.412 | 2.65625 | 12.875 |
1.5 | 0.333333333 | 0.148137 | 0.678406 | 4.629286 | 21.20018 |
2 | 0.25 | 0.2197 | 0.966416 | 6.865624 | 30.2005 |
2.5 | 0.2 | 0.298261 | 1.271638 | 9.320662 | 39.73868 |
3 | 0.166666667 | 0.382891 | 1.591316 | 11.96534 | 49.72862 |
3.5 | 0.142857143 | 0.472925 | 1.923539 | 14.7789 | 60.11058 |
4 | 0.125 | 0.56786 | 2.266893 | 17.74562 | 70.8404 |
4.5 | 0.111111111 | 0.667298 | 2.620285 | 20.85307 | 81.88392 |
5 | 0.1 | 0.770917 | 2.982842 | 24.09117 | 93.21383 |
5.5 | 0.090909091 | 0.878447 | 3.353848 | 27.45148 | 104.8077 |
6 | 0.083333333 | 0.98966 | 3.732701 | 30.92688 | 116.6469 |
6.5 | 0.076923077 | 1.104359 | 4.118894 | 34.51121 | 128.7154 |
7 | 0.071428571 | 1.222372 | 4.511987 | 38.19911 | 140.9996 |
7.5 | 0.066666667 | 1.343547 | 4.911595 | 41.98584 | 153.4874 |
8 | 0.0625 | 1.46775 | 5.317382 | 45.8672 | 166.1682 |
8.5 | 0.058823529 | 1.594861 | 5.729048 | 49.83941 | 179.0328 |
9 | 0.055555556 | 1.72477 | 6.146325 | 53.89906 | 192.0726 |
9.5 | 0.052631579 | 1.857378 | 6.56897 | 58.04306 | 205.2803 |
10 | 0.05 | 1.992594 | 6.996764 | 62.26858 | 218.6489 |
Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết hình thành đồ thị công chỉ thị thực tế
pz' = 0,9pz= 0,9. 7 = 6,3 [ MPa]
pc'' = 1,2pc= 1,2.1,99= 2,388[ Mpa]
Vẽ vòng tròn Brich để xác định dựa vào góc đánh lửa sớm 23o, góc mở sớm xupap nạp 64o, góc đóng muộn xupap nạp 24o, góc mở sớm xupap thải 50o và góc đóng muộn xupap thải 22o ta lần lượt xác đinh các điểm c’, c’’, r , f , ao.
CHƯƠNG 4
KHAI THÁC HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ 1ZR – FE
4.1. Mục đích, ý nghĩa của việc khai thác hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ 1ZR – FE
4.1.1. Mục đích
Trong những năm gần đây, số lượng ô tô hiện đại sử dụng động cơ xăng nhập vào nước ta ngày càng nhiều. Các kiểu ô tô này ngày càng được cải tiến theo xu hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hóa quá trình điểu khiển và đặc biệt đã áp dụng mọi biện pháp, thành tựu khoa học để giảm đến mức tối thiểu các chất độc hại như cacbuahidro (CH), mono oxit cacbon (CO), oxit nitro (NOx), các hoạt chất tự do khác…trong thành phần khí thải của động cơ.
Việc nghiên cứu cải thiện quá trình cháy nhằm đạt hiệu quả cao và chống ô nhiễm môi trường đã làm kết cấu động cơ đốt trong, đặc biệt là động cơ xăng ngày càng phức tạp. Hệ thống nhiên liệu và các hệ thống điện, điện tử của động cơ ngày càng hiện đại. Vì vậy việc khai thác hệ thống phun xăng điện tử lắp trên động cơ 1ZR – FE nhằm mục đích:
Hiểu một cách tổng quan và sâu sắc hơn về hệ thông phun xăng điện tử.
Khai thác đưa vào sử dụng thuận tiện, hiệu quả và được bền lâu hơn.
4.1.2. Ý nghĩa
Việc khai thác hệ thống phun xăng điện tử có ý nghĩa rất quan trọng đối với sinh viên chủ yếu là trên cơ sở lý thuyết. Vậy thông qua việc làm đồ án này sinh viên có cơ sở nghiên cứu nắm vững, sâu hơn về hệ thống giúp cho sinh viên có nền tảng kiến thức để tư duy sâu hơn và có cái nhìn thực tế hơn.
Các chức năng của hệ thống điểu khiển động cơ bao gồm: EFI, ESA, ISC, chúng điều khiển các tính năng cơ bản của động cơ, chức năng chẩn đoán, chức năng dự phòng và an toàn chỉ hoạt động khi có trục trặc trong các hệ thống điều khiển này.
Ngoài ra thiết bị điều khiển phụ trên động cơ như hệ thống điều khiển khí nạp… chức năng này đều được điều khiển bằng ECU động cơ.
4.2.1. Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ
4.2.1.1. EFI (Hệ thống phun xăng điện tử)
Một bơm nhiên liệu cung cấp đủ nhiên liệu dưới một áp suất không đổi đến các vòi phun. Các vòi phun sẽ phun một lượng nhiên liệu định trước vào đường ống nạp theo tín hiệu từ ECU động cơ. ECU động cơ nhận các tín hiệu từ rất nhiều cảm biến khác nhau thông báo về sự thay đổi của các chế độ hoạt động của động cơ như:
- Áp suất đường ống nạp (PIM)
- Góc quay trục khuỷu (G)
- Tốc độ động cơ (NE)
- Tăng tốc, giảm tốc (VTA)
- Nhiệt độ nước làm mát (THW)
- Nhiệt độ khí nạp (THA)
4.2.1.2. Đánh lửa sớm điện tử (ESA)
ECU động cơ lập trình với số liệu để đảm bảo thời điểm đánh lửa tối ưu dưới bất kỳ chế độ hoạt động nào của động cơ. Dựa trên các số liệu này và các số liệu do các cảm biến theo dõi các chế độ hoạt động của động cơ cung cấp như mô tả dưới đây. ECU sẽ gửi tín hiệu IGT (thời điểm đánh lửa) đến IC đánh lửa để phóng tia lửa điện tại thời điểm chính xác.
4.2.1.3. Điều khiển tốc độ không tải (ISC)
ECU động cơ lập trình với các giá trị tốc độ động cơ tiêu chuẩn tương ứng với các điều kiện như sau:
- Nhiệt độ nước làm mát
- Điều hòa không khí (A/C)
Các cảm biến truyền tín hiệu đến ECU nó sẽ điều khiển dòng khí bằng van IGC, chạy qua đường khí phụ và điều chỉnh tốc độ không tải đến giá trị tiêu chuẩn.
4.2.1.4. Chức năng chẩn đoán
ECU thường xuyên theo dõi các tín hiệu gửi đến từ các cảm biến khác nhau. Nếu nó phát tín hiệu ra bất kỳ hư hỏng nào trong các tín hiệu đầu vào, ECU động cơ sẽ lưu dữ liệu hư hỏng trong bộ nhớ của nó và bật đèn sáng “CHECK ENGINE” qua dụng cụ quét hay phát ra tín hiệu điện áp.
4.2.1.5. Chức năng an toàn
Nếu các tín hiệu vào ECU động cơ không bình thường, ECU động cơ sẽ chuyển sang dùng các giá trị tiêu chuẩn lưu ở bộ nhớ trong để điều khiển động cơ, điều này cho phép nó điều khiển được động cơ nên tiếp tục được hoạt động bình thường của xe.
4.2.1.6. Chức năng dự phòng
Nếu thậm chí trong trường hợp một phần của ECU không hoạt động, chức năng dự phòng vẫn có thể tiếp tục điều khiển việc phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa. Điều này cho phép nó điều khiển động cơ nên tiếp tục được hoạt động bình thường của xe.
ECU còn điểu khiển cả hệ thống điều khiển khí và các hệ thống phụ khác.
Nhiên liệu được bơm ra khỏi bình bằng bơm nhiên liệu đi qua lọc nhiên liệu, sau đó được đưa đến các vòi phun. Áp suất nhiên liệu tại các vòi phun được duy trì lớn hơn so với áp suất đường ống nạp một giá trị không đổi tùy theo loại động cơ. Khi nhiên liệu phun ra, áp suất nhiên liệu thay đổi một chút trong đường ống nhiên liệu. Một vòi phun được lắp ở phía trước của mỗi xylanh và lượng nhiên liệu phun được điều khiển bằng độ dài khoảng thời gian dòng điện chay qua vòi phun. Lượng nhiên liệu thừa sẽ được trả về thùng chứa theo đường ống xả nhiên liệu về tại bộ điều áp. Như vậy khi làm việc nhiên liệu sẽ được vận chuyển liên tục trong mạch nhiên liệu.
4.2.2.2. Bơm nhiên liệu
Bơm được lắp ở bên trong bình xăng. So với loại bơm trên đường ống loại, này ít gây tiếng ồn. Một bơm tua bin, với đặc điểm là độ rung động nhiên liệu khi bơm nhỏ nên được sử dụng rộng rãi.
Bơm tua bin: bao gồm một hoặc hai cánh được dẫn động bằng môtơ, vỏ bơm và nắp bơm thanh bộ bơm. Khi môtơ quay, các cánh bơm quay cùng với nó. Các cánh quạt bố trí dọc chu vi bên ngoài của cánh bơm để đưa nhiên liệu từ cửa vào đến cửa ra. Nhiên liệu từ cửa ra đi qua môtơ và được bơm ra từ bơm qua van một chiều.
Van an toàn: van an toàn mở khi áp suất bơm đạt xấp xỉ 3,5 – 6 kgf/cm², và nhiên liệu có áp suất cao quay trở về bình xăng. Van an toàn ngăn không cho áp suất nhiên liệu không vượt quá giá trị cho phép này.
Van một chiều: van một chiều đóng khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động. Van một chiều và bộ ổn áp đều làm việc để duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu khi động cơ ngừng chạy. Do vậy có thể dễ dàng khởi động lại. Nếu không có áp suất dư, hóa hơi có thể dễ dàng xảy ra tại nhiệt độ cao, gây khó khăn khi hoạt động lại động cơ.
Lọc nhiên liệu: dùng để lọc cặn bẩn trong nhiên liệu đối với loại lọc này thì lọc nhiên liệu được bắt sau bơm.
4.2.2.3. Điều khiển bơm nhiên liệu
Bơm nhiên liệu trong xe chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Điều này tránh cho nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ON nhưng động cơ không chạy.
Khi động cơ quay khởi động: dòng điện chay qua cực IG của khóa điện đến cuôn dây L1 của rơle chính, làm rơle này bật ON. Tại thời điểm đó, dòng điện chạy từ cực ST của khóa điện đến cuôn dây L3 của rơle mở mạch, bật rơle này làm cho bơm hoạt động. Sau đó máy khởi động hoạt động và động cơ bắt đầu quay, lúc này ECU động sẽ nhận được tín hiệu NE. Tín hiệu này làm cho transistor trong ECU bật ON và do đó dòng điện chạy đến cuộn dây L2 của rơle mở mạch.
Khi động cơ đã khởi động: sau khi động cơ đã khởi động và khóa điện được trả về vị trí ON (cực IG) từ vị trí START (cực ST) dòng điện chạy đến cuộn dây L3 của rơle mở mạch bị cắt. Tuy nhiên dòng điện tiếp tục chạy đến cuộn dây L2 khi động cơ đang chạy do Transistor trong ECU động cơ bật ON. Kết quả là rơle mở mạch vẫn bật ON, cho phép bơm nhiên liệu tiếp tục hoạt động.
Động cơ ngừng: khi động cơ ngừng tín hiệu NE đến ECU động cơ bị ngắt nó tắt transistor, do đó cắt dòng điện chạy đến cuộn dây L2 của rơle mở mạch. Kết quả là: rơle mở mạch tắt, ngừng bơm nhiên liệu.
4.2.2.4. Bộ lọc nhiên liệu
Bộ lọc nhiên liệu là dùng để lọc sạch các cặn bẩn có trong nhiên liệu để đảm bảo sự làm việc chính xác của các kim phun.
Cấu trúc của lọc nhiên liệu gồm một lõi bằng giấy xếp chồng lên nhau, làm cho nhiên liệu chỉ đi qua kẽ hở này và một đĩa tròn để giữ lọc.
Cần chú ý, lọc nhiên liệu ở động cơ phun xăng khác với lọc dùng cho bộ chế hòa khí là trong quá trình làm việc lọc chịu áp suất rất cao. Thông thường thì khoảng 40000 km thì thay lọc.
4.2.2.5. Bộ ổn định áp suất
Bộ ổn định áp suất làm ổn định áp suất nhiên liệu đến các vòi phun. Lượng nhiên liệu được điều khiển bằng chu kỳ của tín hiệu cung cấp đến các vòi phun. Mặc dù vậy, do sự thay đổi độ chân không trong đường ống nạp, lượng phun nhiên liệu sẽ thay đổi một chút thậm chí nếu tín hiệu phun và áp suất nhiên liệu không đổi. Do đó, để đạt được lượng phun nhiên liệu chính xác, tổng áp suất nhiên liệu A và độ chân không đường ống nạp B phải được duy trì 2,55 hay 2,9 kg/cm².
Hoạt động: Nhiên liệu có áp suất từ ống phân phối sẽ ấn vào màng làm mở van. Một phần nhiên liệu sẽ chảy ngược trở lại bình chứa qua đường ống hồi. Lượng nhiên liệu trở về sẽ phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng và áp suất nhiên liệu tùy theo lượng nhiên liệu hổi.
Mạch điện vòi phun:
Hiện tại có hai loại vòi phun, loại điện trở thấp và loại có điện trở cao, nhưng mạch điện của hai loại vòi phun này về cơ bản là giống nhau.
Điện áp ắcquy được cung cấp đến cực 10 và 20 của ECU qua khóa điện và các vòi phun. Khi transistor bật, dòng điện chạy qua các vòi phun và nhiên liệu được phun ra.
4.2.2.7. Hệ thống điều khiển điện tử:
Hệ thống điều khiển điện tử bao gồm các cảm biến để xác định tình trạng làm việc của ECU động cơ để tính toán thời gian phun cho phù hợp tín hiệu từ các cảm biến và các bộ phận tác động điều khiển lượng nhiên liệu phun cơ bản dựa vào tín hiệu từ ECU.
Các cảm biến xác định áp suất khí nạp, số vòng quay của động cơ, nhiệt độ không khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, lượng oxy trong khí xả, vị trí bướm ga. Các cảm biến gửi tín hiệu về ECU, sau đó ECU sẽ hiệu chỉnh thời gian phun và gửi tín hiệu đến các kim phun. Các kim phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp lượng nhiên liệu tùy thuộc vào thời gian tín hiệu từ ECU.
4.2.2.9. Cảm biến nhiệt độ nước (THW)
Cảm biến này nhận biết nhiệt độ của nước làm mát bằng một nhiệt trở bên trong.
Nhiên liệu sẽ bay hơi kém khi nhiệt độ thấp, vì vậy cần có một hỗn hợp đậm hơn. Vì lý do này, khi nhiệt độ nước làm mát giảm thì điện trở của nhiệt điện trở tăng lên và tín hiệu điện áp THW cao được đưa đến ECU, dựa trên tín hiệu này ECU sẽ tăng lượng nhiên liệu phun vào làm cải thiện khả năng tải trong quá trình hoạt động của động cơ lạnh.
Ngược lại, khi nhiệt độ nước làm mát cao, một tín hiệu điện áp THW thấp được gửi đến ECU làm giảm lượng phun nhiên liệu.
Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước được nối với ECU như sơ đồ dưới đây: (Hình 4.16)
Do điện trở R trong ECU và nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ nước được mắc nối tiếp nên điện áp của tín hiệu THW thay đổi khi giá trị điện trở thay đổi.
Chú ý rằng trong hệ thống EFI, nếu cảm biến nhiệt độ nước làm mát bị hở mạch thì ECU sẽ nhận tín hiệu nhiệt độ động cơ là rất thấp và sẽ điều khiển lượng nhiên liệu phun tăng gấp đôi khi nhiệt độ động cơ ở 80º C.Nếu ở tốc độ cầm chừng thì hỗn hợp quá giàu và động cơ không hoạt động được.
4.2.2.10. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Cũng giống như cảm biến nhiệt độ nước, nó gồm một biến trở nhiệt được gắn trong bộ đo gió. Mật độ không khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ. Nếu nhiệt độ không khí cao thì hàm lượng oxy trong không khí giảm, khi nhiệt độ không khí lạnh thì hàm lượng không khí được đo bởi bộ đo gió như nhau nhưng tùy vào nhiệt độ của không khí mà lượng phun sẽ khác nhau.
ECU xem nhiệt độ 20ºC là mức chuẩn, nếu nhiệt độ khí nạp lớn hơn 20ºC thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun, nếu nhiệt độ khí nạp nhỏ hơn 20ºC thì ECU điều khiển tăng lượng xăng phun. Với phương pháp này tỷ lệ hỗn hợp sẽ được đảm bảo theo nhiệt độ môi trường.
Để nhằm mục đích giúp cho động cơ có lắp đặt bộ TWC (bộ lọc khí xả 3 thành phần) đạt được hiệu quả lọc khí xả tốt nhất cần phải duy trì tỷ lệ không khí – nhiên liệu nằm trong khoảng gần với tỷ lệ lý thuyết.
Cảm biến nồng độ oxy nhận biết tỷ lệ không khí – nhiên liệu đậm hoặc nhạt hơn tỷ lệ lý thuyết. Cảm biến oxy được đặt trong đường ống xả và bao gồm một phần tử chế tạo bằng ZrO2 (đioxit zicrinium – một loại vật liệu gốm). Cả mặt trong và mặt ngoài của phần tử này được phủ một lớp platin. Không khí bên ngoài được dấu vào bên trong của cảm biến còn phần bên ngoài của nó tiếp xúc với khí xả.
Nếu nồng độ ôxy trên bề mặt trong của phần tử ZrO2 chênh lệch lớn so với trên bề mặt ngoài tại nhiệt độ cao (400ºC), phần tử ZrO2 sẽ sinh ra một điện áp khi hỗn hợp không khí – nhiên liệu nhạt, có rất nhiều ôxy trong khí xả do vậy có sự chênh lệch nhỏ giữa nồng độ oxy ở bên trong và bên ngoài của cảm biến. Do đó điện áp của ZrO2 tạo ra là thấp (gần bằng 0 V), ngược lại nếu hỗn hợp khí – nhiên liệu đậm, oxy trong khí xả gần như không còn. Khi đó có sự chênh lệch lớn về oxy ở bên trong và bên ngoài cảm biến và điện áp do phần tử ZrO2 tạo ra là lớn (xấp xỉ 1 V).
4.2.2.12. Bộ tạo tín hiệu G và NE
Tín hiệu G và NE được tạo ra bằng roto hay các đĩa tạo tín hiệu và cuộn nhận tín hiệu ECU động cơ sử dụng các tín hiệu này để nhận biết góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ. Các tín hiệu này rất quan trọng cho không khí EFI mà còn cho cả hệ thống ESA.
Loại đặt trong bộ chia điện:
Cơ cấu đánh lửa sớm ly tâm và chân không thông thường đã không sử dụng trong hệ thống điều khiển động cơ TCCS, do việc đánh lửa sớm được điều khiển điện tử bằng ECU động cơ. Bộ chia điện trong hệ thống điều khiển bao gồm các roto và các cuộn nhận tín hiệu cho các tín hiệu G và NE.
Tín hiệu hỗn hợp báo cho ECU biết góc trục khuỷu chuẩn, để xác định thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu so với điểm chết trên (ĐCT) của mỗi xylanh.
Roto của tín hiệu G có 4 răng và kich hoạt cuộn nhận tín hiệu 4 lần trong mỗi vòng quay trục bộ chia điện tạo ra tín hiệu dạng sóng như hình. Từ tín hiệu này, ECU động cơ nhận biết được piston nào ở gần điểm chết trên (ĐCT) (ví dụ 10º trước điểm chết trên).
Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để nhận biết tốc độ động cơ. Tín hiệu NE được sinh ra trong cuộn dây nhận tín hiệu nhờ roto giống như tạo ra tín hiệu G. Chỉ có sự khác biệt duy nhất là roto tín hiệu NE có 24 răng. Nó kích hoạt cuộn nhận tín hiệu NE 24 lần trong một vòng quay của trục bộ chia điện tạo ra dạng sóng như hình 4.22.
Cảm biến kích nổ này được lắp trên thân máy và nhận biết tiếng gõ động cơ. Khi xảy ra tiếng gõ động cơ, ECU động cơ dùng tín hiệu KNK để làm muộn thời điểm đánh lửa sớm nhằm ngăn chặn tiếng gõ.
Cảm biến này bao gồm một phần tử điện áp, nó sẽ tạo ra điện áp khi bị biến dạng do rung động của thân máy khi có tiếng gõ.
KẾT LUẬN
Qua một thời gian nỗ lực cố gắng cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo: …………… cùng các thầy trong Bộ môn Động cơ – Khoa Động lực, tôi đã hoàn thành đồ án này đúng thời gian. Với các nhiệm vụ được giao, đồ án đã giải quyết được các vấn đề sau:
Chương 1: Giới thiệu chung và đặc điểm kết cấu của động cơ Toyota 1ZR - FE lắp trên xe Corolla.
Chương 2: Phân tích kết cấu động cơ Toyota 1ZR - FE
Chương 3: Tính toán chu trình công tác tại chế độ Memax của động cơ
Chương 4: Khai thác hệ thống phun xăng điện tử lắp trên động cơ 1ZR - FE.
Bản thân tôi đã cố gắng trong việc tìm kiếm tài liệu và tham khảo các xe tương tự để hoàn thành nhiệm vụ được giao, tuy nhiên do khả năng và thời gian có hạn nên đồ án tốt nghiệp của tôi không tránh khỏi được thiếu sót. Vì vậy tôi rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy và các bạn.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo: ………..…. cùng các thầy trong Bộ môn Động cơ, Khoa Động lực đã giúp đỡ trong quá trình học tập và làm đồ án.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lại Văn Định – Vy Hữu Thành
Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong, tập 1, tập 2 - HVKTQS - 1996
2. Hà Quang Minh – Vũ Anh Tuấn
Trang bị xe quân sự, phần 2 : Trang bị động cơ xe quân sự - HVKTQS
3. Hà Quang Minh
Lý thuyết động cơ đốt trong – NXB QĐND - 2002
4. Vy Hữu Thành – Vũ Anh Tuấn
Hướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong – HVKTQS – 2003
5. Toyota Motor Corporation
Toyota Corolla repair manual – 2000
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"