MỤC LỤC
MỤC LỤC....1
MỞ ĐẦU………2
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ TOYOTA 2GR - FE VÀ XE TOYOTA CAMRY.. 3
1.1. Giới thiệu chung. 3
1.2. Hệ thống điều khiển. 4
1.3. Hệ thống treo. 5
1.4. Động cơ. 5
1.5. Các hệ thống khác. 6
1.6. Tiện nghi của xe. 6
1.7. Các thông số cơ bản. 7
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA 2GR - FE 10
2.1. Giới thiệu về động cơ. 10
2.2. Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền. 11
2.3. Cơ cấu phối khí 13
2.4. Hệ thống nạp và xả khí. 19
2.5. Hệ thống nhiên liệu. 21
2.6. Hệ thống bôi trơn. 25
2.7. Hệ thống làm mát. 28
2.8. Hệ thống điều khiển động cơ. 32
2.9. Hệ thống đánh lửa động cơ 2GR- FE. 34
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ.. 37
3.1. Mục đích. 37
3.2. Chọn các số liệu ban đầu. 37
3.3. Tính toán nhiệt. 39
3.4 Các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ 43
3.5. Vẽ đồ thị công chỉ thị P-V lý thuyết và thực tế. 45
3.6. Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ. 48
CHƯƠNG 4. KHAI THÁC HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA 2GR-FE. 51
A. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÁC HỆ THỐNG...51
4.1. Hệ thống cung cấp xăng động cơ 2GR-FE. 51
4.2. Hệ thống cung cấp không khí động cơ 2GR-FE. 59
4.3. Hệ thống điều khiển hệ thống phun xăng điện tử 2GR-FE. 61
4.4. Tính toán lượng phun. 82
B. CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CHẨN ĐOÁN. 84
4.1. Khái quát. 84
4.2. Nguyên lý của hệ thống chẩn đoán. 85
4.3. Mã chẩn đoán. 85
4.4. Kiểm tra và xóa mã chẩn đoán. 92
KẾT LUẬN.. 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 95
MỤC LỤC.. 96
MỞ ĐẦU
Như chúng ta đã biết, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử thì ngành động cơ ôtô cũng có những sự vươn lên mạnh mẽ. Hàng loạt các linh kiện bán dẫn, thiết bị điện tử được trang bị trên động cơ ôtô nhằm mục đích giúp tăng công suất động cơ, giảm được suất tiêu hao nhiên liệu và đặc biệt là ô nhiễm môi trường do khí thải tạo ra là nhỏ nhất... Và hàng loạt các ưu điểm khác mà động cơ đốt trong hiện đại đã đem lại cho công nghệ chế tạo ôtô hiện nay.
Việc khảo sát cụ thể hệ thống phun xăng điều khiển điện tử giúp em có một cái nhìn cụ thể hơn, sâu sắc hơn về vấn đề này. Đây cũng là lý do mà đã khiến em chọn đề tài: Khai thác động cơ 2GR-FE lắp trên xe Toyota Camry làm đề tài tốt nghiệp với mong muốn góp phần nghiên cứu sâu hơn về hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ xăng, để từ đó có thể đưa ra được các giải pháp về các vấn đề hư hỏng thường gặp ở hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ này.
Nội dung bao gồm:
Chương 1: Giới thiệu chung về động cơ Toyota 2GR–FE và xe Toyota Camry.
Chương 2: Phân tích đặc điểm kết cấu của động cơ Toyaota 2GR–FE.
Chương 3: Tính toán chu trình công tác của động cơ tại chế độ Nemax.
Chương 4: Khai thác hệ thống phun xăng điện tử của động cơ Toyota 2GR–FE.
Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn : T.S …………, cùng toàn thể các thầy trong bộ môn Ô tô Quân Sự, bộ môn Động Cơ cùng tất cả các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này.
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ TOYOTA 2GR - FE VÀ XE TOYOTA CAMRY
1.1. Giới thiệu chung
Toyota hiện là công ty đứng đầu thị trường Việt Nam và thế giới về thị phần. Toyota có các dòng xe hang trung: Vios, Lan Cruiser, Hiace Camry,…và xe hạng sang Lexus.
Động cơ 2GR - FE là động cơ xăng, 4 kỳ, lắp trên xe ôtô Toyota Camry LE 3.5 AT 2009 của hãng Toyota là động cơ kiểu hiện đại, phù hợp với các loại xe tính cơ động trên mọi địa hình, các hệ thống trong động cơ đều được điều khiển điện tử bằng ECU động cơ điều khiển, hệ thống điều khiển của động cơ được thể hiện qua sơ đồ sau. ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến xử lý và truyền tín hiệu điều khiển.
1.2. Hệ thống điều khiển
Có nhiệm vụ giữ được hướng xe chạy và tốc độ xe theo nhu cầu của người lái. Hệ thống điều khiển bao gồm: hệ thống lái và hệ thống phanh .
1.2.1 Hệ thống lái
Hệ thống lái có chức năng giữ nguyên hoặc thay đổi hướng chuyển động của xe. Hệ thống lái của xe Toyota Camry dẫn động lái là loại có trợ lực thuỷ lực là loại dùng thiết bị thuỷ lực để tăng lực quay tay lái. Do đó người lái xe sẽ quay tay lái được nhẹ nhàng hơn, dễ khắc phục được lực cản điều khiển xe an toàn hơn.
1.2.2 Hệ thống phanh
Hệ thống phanh của xe Toyota Camry gồm có phần phanh chân (phanh công tác) và phanh tay (phanh dừng):
+ Phanh chân dùng để điều chỉnh tốc độ xe chạy trên đường.
+ Phanh tay dùng để dừng xe tại chỗ.
- Hệ thống phanh xe Camry: cả cơ cấu phanh trước và phanh sau đều là phanh đĩa và được dẫn động thuỷ lực có trợ lực chân không. Ngoài ra còn gắn cơ cấu tự điều chỉnh khe hở của má phanh và đĩa phanh, bộ phân bố lực phanh điện tử lực phanh.
1.3. Hệ thống treo
Là cơ cấu nối giữa khung xe với bánh xe. Hệ thống treo gồm có treo trước và treo sau:
Bộ treo trước của xe Camry là treo độc lập kiểu MacPherson với thanh xoắn. Hệ treo này có tên gọi là hệ treo trên lò xo đẫn hướng và thục giảm chấn. Nó là biến dạng của hệ treo hai đòn ngang. Nếu coi đòn ngang trên có chiều dài bằng không và thay thế vào đó là đòn có khả năng thay đổi kích thước chiều dài. Hệ treo bao gồm: một đòn ngang dưới (có đặt cơ cấu điều chỉnh), giảm chấn đặt theo phương đứng, một đầu giảm trấn gối trên khớp cầu ngoài của đòn ngang, một đầu bắt với khung xe (thường là tai xe) đòn ngang nối với thanh xoắn.
1.5. Các hệ thống khác
+ Hộp số: kiểu hộp số tự động 6 cấp, ly hợp: đĩa ma sát khô
+ Xe sử dụng hai bán trục cho cầu trước chủ động
+ Hệ thống cung cấp nhiên liệu: sử dung hệ thống phun xăng điện tử
+ Hệ thống đánh lửa: kiểu bán dẫn có tiếp điểm, khởi động bằng điện
1.7. Các thông số cơ bản
Các thông số cơ bản của xe và động cơ 2GR - FE như bảng 1.1.
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA 2GR - FE
2.1. Giới thiệu về động cơ.
Thông số kỹ thuật động cơ 2GR - FE như bảng 2.1.
2.2. Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền.
A- Nhóm chi tiết cố định
2.2.1 Nắp máy
a) Công dụng và kết cấu: Nắp máy cùng các pít tông và xy lanh tạo thành buồng cháy của động cơ,ngoài ra nắp máy còn là nơi để lắp các chi tiết khác.
b) Yêu cầu: Nắp máy được chế tạo bằng hợp kim nhôm.
- Các vòi phun được được đặt trong nắp xilanh để ngăn chặn nhiên liệu bám dính ở cửa nạp nên giảm lượng khí thải.
- Đường đi trong áo làm mát đã được tối ưu hóa để làm mát cao hơn.
2.2.2. Thân máy
a) Công dụng và kết cấu: Thân máy cùng pít tông và nắp máy tạo thành buồng cháy của động cơ.
Thân máy cùng với nắp xy lanh là nơi lắp đặt và bố trí hầu hết các cụm các chi tiết của động cơ. Cụ thể trên thân máy bố trí xy lanh, hệ trục khuỷu, và các bộ phận truyền động để dẫn động các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ như trục cam, bơm nhiên liệu, bơm nước, bơm dầu, quạt gió…
b) Yêu cầu:
- Ống lót xilanh làm bằng gang đúc mỏng, độ chính xác gia công cao.
- Nắp bạc lót được chế tạo liều bằng nhôm hợp kim để tăng độ cứng vững.
B- Nhóm pít tông
a) Công dụng: Cùng với các chi tiết khác như xy lanh, nắp xy lanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực khí thể cho thanh truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí.
b) Yêu cầu:
- 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 rộng thanh truyền giảm để giảm ma sát, bỏ đai ốc dung bulông siết chặt.
2.3. Cơ cấu phối khí
a) Công dụng: Để đóng mở đường nạp và đường thải đứng thời điểm để thải sạch sản vật cháy và nạp đầy môi chất công tác cho chu trình mới.
Để đảm bảo công suất cực đại của động cơ, cần phải hút càng nhiều hỗn hợp khí - nhiên liệu vào xylanh và thải ra càng nhiều khí cháy càng tốt.
b) Kết cấu: Cơ cấu phối khí bao gồm: Cò mổ loại con lăn, cơ cấu điều chỉnh khe hở xupáp thủy lực và hệ thống điều khiển xupáp thông minh VVT-i, trục cam kép DOHC, 24 xu páp, dẫn động bằng xích.
2.3.1 Cò mổ
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.
2.3.4 Ống dẫn hướng xupap
- Ống dẫn hướng xupap: dẫn hướng chuyển động cho xupap, tránh hao mòn cho thân tại chỗ lắp xupap.
- Loại ống lót hình trụ được sử dụng rộng rãi vì có tính công nghệ đơn giản. Ông dẫn hướng đuợc đóng ép vào nắp xilanh đến một khoảng cách nhất định. Chiều dài của ống dẫn hướng phụ thuộc vào chiều dày và đường kính của thân xupáp lấy 1.95 lần đường kính của thân xupáp, với bề dày thì 3mm.
2.3.7 Đế xupáp
- Mục đích để giảm hao mòn cho thân máy khi chịu va đập 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.
2.4. Hệ thống nạp và xả khí.
2.4.1 Hệ thống nạp
Hệ thống nạp của động cơ là hệ thống AIC lắp trên vỏ bầu lọc gió. ECU động cơ sẽ điều khiển đường khí nạp phù hợp với tải và tốc độ của động cơ nhằm nâng cao hiệu suất và giảm tiếng ồn nạp.
Buồng nạp khí bằng nhựa: Buồng nạp khí có van ACIS, van được hợp nhất với đường ống nạp bằng mối hàn laze. Van quay điện từ ACIS điều khiển trực tiếp bằng ECU cải thiện tính năng của động cơ phù hợp điều kiện tốc độ và tải trọng.
2.4.2 Hệ thống xả
Khí xả được thải ra ngoài môi trường qua ống xả. Hệ thống xả với đôi ống xả kết hợp với đường ống xả có chiều dài lớn với bộ tiêu âm sẽ giảm tối đa tiếng ồn trong khi động cơ chạy ở vùng tốc độ thấp.
2.6. Hệ thống bôi trơn
a) Công dụng : Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt làm việc của các chi tiết để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ cũng như tăng tuổi thọ của các chi tiết.
Dầu bôi trơn có nhiều công dụng trong đó một số công dụng quan trọng nhất của dầu bôi trơn là:
Bôi trơn các bề mặt có chuyển động trượt giữa các chi tiết nhằm giảm ma sát do đó giảm mài mòn tăng tuổi thọ các chi tiết.
Rửa sạch bề mặt ma sát của các chi tiết. Trên bề mặt ma sát trong quá trình làm việc thường có các vẩy rắn tróc ra khỏi bề mặt. Dầu bôi trơn sẽ cuốn trôi các vảy tróc, sau đó được giữ lại trong các phần tử lọc của hệ thống bôi trơn, tránh cho bề mặt ma sát bị cào xước.
b) Nguyên lý làm việc:
Hệ thống bôi trơn gồm có các chi tiết chính sau: Bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống... dầu sẽ từ cácte (1) được hút bằng bơm dầu qua lọc dầu thô(2), qua bơm (3) đến bầu lọc tinh (4) và két làm mát (5) sau đó 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.
2.6.1 Bơm dầu
Bơm dầu có nhiệm vụ cung cấp dầu dưới áp suất cao vào đường dầu chính của động cơ và đến két làm mát. Hệ thống bôi trơn của động cơ Toyota 2GR-FE sử dụng kiểu bơm bánh răng ăn khớp ngoài.
2.6.2 Bầu lọc dầu
Bầu lọc dầu có nhiệm vụ lọc sạch các tạp chất cơ học do sự mài mòn cơ học các chi tiết của động cơ, các loại bụi từ không khí lẫn vào các sản vật cháy có chứa trong dầu. Hệ thống bôi trơn của động cơ 2GR-FE sử dụng bầu lọc thô.
2.6.3 Két làm mát dầu.
Ở chế độ nhiệt làm việc ổn định của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn cần nằm trong giới hạn 80 - 900C. Nhưng trong sử dụng do nhiệt độ của môi trường tương đối cao, do động cơ thường phải làm việc ở những chế độ phụ tải cao trong thời gian dài , nhiệt độ của dầu bôi trơn sẽ vượt quá giới hạn cho phép và do đó cần được làm mát trong két làm mát dầu.
2.7. Hệ thống làm mát.
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn cưỡng bức, bao gồm áo nước, xylanh và nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió, đường ống.
Hệ thống làm nước sử dụng nước sạch có pha dung dich phụ gia chống gỉ. Bơm li tâm 11 được dẫn động từ trục khuỷu qua dây đai, dẫn nước tuần hoàn trong hệ thống. Quạt gió được điều khiển bằng ECU, ECU điều khiển áp suất dầu tác dụng lên môtơ thủy lực dẫn đến việc điều khiển tốc độ quạt làm mát được liên tục (vô cấp) tương ứng với hoạt động của động cơ.
2.7.1 Két làm mát
Công dụng của két kàm mát dùng để hạ nhiệt độ của nước từ động cơ ra bằng cách tản nhiệt ra ngoài không khí qua thành ống nước và cánh tản nhiệt, rồi lại đưa trở vào làm mát động cơ.
2.7.2 Bơm nước
Công dụng của bơm nước là hút nước nguội từ thùng dưới của két giải nhiệt và đẩy nước tới các mạch vào bọng nước trong động cơ để làm mát động cơ .Trong động cơ 2GR-FE, bơm nước có nhiệm vụ cung cấp nước tuần hoàn cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp suất nhất định.
2.7.4 Van hằng nhiệt
Van hằng nhiệt có nhiệm vụ tự động khống chế lưu lượng nước làm mát qua két nước khi nhiệt độ của động cơ chưa đạt tới nhiệt độ quy định. Mặt khác, van hằng nhiệt còn làm nhiệm vụ rút ngắn thời gian chạy ấm máy.
2.9. Hệ thống đánh lửa động cơ 2GR- FE.
Hệ thống đánh lửa trên động cơ 2GR- FE là hệ thống đánh lửa điện tử loại DIS (Direct ignition system) là một hệ thống phân phối trực tiếp điện cao áp đến các bugi từ các cuộn đánh lửa đánh lửa mà không dùng bộ chia bao gồm: ECU, các cảm biến tín hiệu, bugi và các cuộn đánh lửa.
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.
3.2. Chọn các số liệu ban đầu.
Động cơ có i = 6 và tỷ số: S/D = 0,883
Động cơ 2GR-FE có: = 94mm = 0,94dm =0,094 m = 83mm = 0,83dm =0,083 m
3.3. Tính toán nhiệt.
3.3.1 Qúa trình trao đổi khí.
+ Mục đích: Xác định các thông số cuối quá trình nạp như áp suất pa và nhiệt độ Ta
- Áp suất cuối quá trình nạp : Pa
Pa = 0,0923 [MN/m2 ]
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:
Ta = 333,94 [K]
3.3.2 Quá trình nén
+ Mục đích: Xác định các thông số như áp suất pc và nhiệt độ Tc cuối quá trình nén
+ Áp suất cuối quá trình nén pc:
pc = pa . [MN/m2]
+ Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:
Tc = Ta . [0K]
3.3.3 Quá trình cháy
+ Mục đích: Xác định các thông số như áp suất pz và nhiệt độ Tz cuối 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.
- Số Kmol sản vật cháy M2 ứng với a<1 : M2 = 0,5077 [Kmol / kgnl]
- Hệ số thay đổi phân tử thực tế: b b = 1,078
* Tính toán tương quan nhiệt động:
Ta có:
+ mcvc : nhiệt 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.
+ DQT : là 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.
Thay vào phương trình (*) ta được:
<=> 2,979.10-3.Tz2 + 22,56783.Tz– 79479,8= 0 ( >0)
<=> = 2783,52[0K]
- Áp suất cuối quá trình cháy pz :
pz = 3,7255.2,404=8,957 [ MN/m2]
3.3.4 Quá trình giãn nở:
- Áp suất cuối quá trình giãn nở pb :
pb = 0,506 = [ MN/ m2]
- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở :
Ta = 1699,1 [0K]
Kết luận: Với sai số giữa tính toán và kiểm tra , ta có: 1,78 < 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
3.4.1 Các thông số chỉ thị
- Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết pi’ :
pi’= 1,2564 [ MN/m2]
- Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết pi:
pi = 1,329 [MN/m2]
3.4.2 Các thông số có ích:
Các thống 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 giới trung bình pc¬và hiệu suất
- Áp suất tổn hao cơ giới trung bình pcơ :
Động cơ có i = 6 và tỷ số: S/D = 0,883
Động cơ 2GR-FE có = 94mm = 0,94dm =0,094 m
S = 83mm = 0,83dm =0,083 m
Do đó khi mở hết bướm ga, ta có:
pcơ = 0,04 + 0,0135 . CTB[MN/m2]
Vh = S .(D/2)2. p => Vh=0,83.(0,94/2)2.3,14 = 0,57571 [dm3]
ANe = 1,81%
* So sánh Nemax và Ne tính:
* Kết luận phần tính nhiệt:
Với sai số = 4,18 % < 5%, nên động cơ đảm bảo được yêu cầu như thiết kế
3.5. Vẽ đồ thị công chỉ thị P-V lý thuyết và thực tế.
3.5.1 Vẽ đồ thị công chỉ thị P-V lý thuyết theo tỉ lện xích của áp suất và thể tích:
- Dựng hệ tọa độ P-V với gốc tọa độ là O theo tỉ lệ xích như trên.
- Xác định các điểm : a ( ),c( ),y( ), z( ) , b( ) ta được tọa độ các điểm : a (0,095297 ; 0,63446) , c (2,31136 ; 0,058746 )
y (9,228969 ; 0,058746) , z (9,228969 ; 0,058746 )
b (0,506263 ; 0,63446)
- Nối các điểm c và y, y và z, a và b với nhau bằng các đoạn thẳng.
- Dựng các đường nén đa biến a-c và dãn nở đa biến z-b bằng phương pháp đồ thị Braue
Từ K kẻ đường thẳng tạo với Oy 1 góc 450, cắt Oy tại N.từ N kẻ 1 đường thẳng Nn vuông góc với OP.
-> Giao điểm của Mm và Nn là điểm 1 nằm trên a-c.
-> Từ điểm 1 ta tìm được các điểm 2,3.. trên a-c bằng phương pháp trên-> Nối các điểm 1,2,3… bằng đường nét liền ta được a-c.
Vậy ta đã vẽ được đồ thị công chỉ thị lý thuyết ..
3.5.2 Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế.
Để xây dựng đồ thị công chỉ thị thực tế a’-c’-c’’-z’-b’-b’’-b’’’-a’ ta gạch bỏ các diện tích I,II,III,IV trong đồ thị công chỉ thị lý thuyết.
- Diện tích I do việc đánh lửa sớm tại c’ gây ra, 1 phần hỗn hợp bị cháy sớm dẫn đến áp suất cuối quá trình nén thực tế ( ứng với c’’)nhỏ hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết ( ứng với c). c’ xác đinh nhờ góc đánh lửa sớm nhờ vòng tròn Brích.
- Diện tích II do quá trình cháy xaỷ ra với thể tích tăng dần trong khi khối lượng hỗn hợp cháy và tốc độ tỏa nhiệt của phản ứng cháy giảm dần. kết quả là áp suất trong xi lanh thay đổi từ từ theo 1 đường cong lien tục và giá trị áp suất lớn nhất thực tế nhỏ hơn giá trị áp suất lý thuyết :
pz = (0,85-0,9) .Chọn pz = 0,87 [MPa]
3.6. 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 phụ 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.
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với tốc độ quay nNemax: geN = 250,14 [g/kWh]
Giá trị biến thên của Gnl được xác định theo từng cặp giá trị tương ứng của ge và Ne theo biểu thức:
Gnl = ge Ne [kg/h]
Chọn giá trị của n biến thiên từ nmin = 600 [v/ph] đến nmax = 6200 [v/ph].
Kết quả tính toán của , , , Gnl ứng với từng giá trị của n được ghi trong bảng .
CHƯƠNG 4
KHAI THÁC HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA 2GR-FE
A. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÁC HỆ THỐNG
4.1 HỆ THỐNG CUNG CẤP XĂNG ĐỘNG CƠ 2GR-FE.
4.1.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống cung cấp xăng.
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 …
4.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động các bộ phận chính.
4.1.2.1 Bơm nhiên liệu
* Kết cấu và nguyên lý hoạt động:
Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, do đó loại bơm này ít sinh ra tiếng ồn và rung động hơn so với loại trên đường ống. Các chi tiết chính của bơm bao gồm: Mô tơ, hệ thống bơm nhiên liệu, van một chiều, van an toàn và bộ lọc được gắn liền thành một khối.
* Ðiều khiển bơm nhiên liệu:
Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Ðiều này tránh cho nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ON nhưng động cơ chưa chạy. Hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển bơm nhiên liệu:
- Khi động cơ đang quay khởi động.
Dòng điện chạy qua cực ST2 của khóa điện đến cuộn dây máy khởi động (kí hiệu ST) và dòng diện vẫn chạy từ cực STAcủa ECU (tín hiệu STA).
Khi tín hiệu STA và tín hiệu NE được truyền đến ECU, transitor công suất bật ON, dòng điện chạy đến cuộn dây mở mạch (C/OPN), rơle mở mạch bật lên, nguồn điện cấp đến bơm nhiên liệu và bơm hoạt động.
- Khi động cơ đã khởi động.
Sau khi động cơ đã khởi động, khóa điện được trở về vị trí ON (cực IG2) từ vị trí Start cực (ST), trong khi tín hiệu NE đang phát ra (động cơ đang nổ máy), ECU giữ Tr bật ON, rơle mở mạch ON bơm nhiên liệu được duy trì hoạt động
4.1.2.2 Bộ lọc nhiên liệu.
Lọc nhiên liệu lọc tất cả các chất bẩn và tạp chất khác ra khỏi nhiên liệu. Nó được lắp tại phía có áp suất cao của bơm nhiên liệu. Ưu điểm của loại lọc thấm kiểu dùng giấy là giá rẻ, lọc sạch. Tuy nhiên loại lọc này cũng có nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km.
4.1.2.4 Bộ ổn định áp suất.
Bộ điều chỉnh áp suất được bắt ở cuối ống phân phối. Nhiệm vụ của bộ điều áp là duy trì và ổn định độ chênh áp trong đường ống.
Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu cấp đến vòi phun phụ thuộc vào áp suất trên đường ống nạp. Lượng nhiên liệu được điều khiển bằng thời gian của tín hiệu phun, nên để lượng nhiên liệu được phun ra chính xác thì mức chênh áp giữa xăng cung cấp đến vòi phun và không gian đầu vòi phun phải luôn luôn giữ ở mức 2,9 kg/cm2 và chính bộ điều chỉnh áp suất bảo đảm trách nhiệm này.
4.1.2.5 Vòi phun xăng điện từ.
Vòi phun trên động cơ 2GR-FE là loại vòi phun đầu dài, trên thân vòi phun có tấm cao su cách nhiệt và giảm rung cho vòi phun, các ống dẫn nhiên liệu đến vòi phun được nối bằng các giắc nối nhanh.
* Kết cấu và nguyên lý hoạt động của vòi phun.
Khi cuộn dây (4) nhận được tín hiệu từ ECU, piston (7) sẽ bị kéo lên thắng được sức căng của lò xo. Do van kim và piston là cùng một khối nên van cũng bị kéo lên tách khỏi đế van của nó và nhiên liệu được phun ra.
* Mạch điện điều khiển vòi phun:
Hiện có 2 loại vòi phun, loại có điện trở thấp 1,5-3W và loại có điện trở cao 13,8W, nhưng mạch điện của hai loại vòi phun này về cơ bản là giống nhau. Điện áp ắc quy được cung cấp trực tiếp đến các vòi phun qua khóa điện. Các vòi phun được mắt song song.
4.1.2.6 Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu.
Do yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, hơi xăng tạo ra trong trong thùng chứa trên xe hiện đại sẽ không được thải ra ngoài mà được đưa trở lại đường nạp động cơ.
4.2 Hệ thống cung cấp không khí động cơ 2GR-FE.
4.2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp không khí.
Hệ thống nạp khí cung cấp lượng không khí cần cho sự cháy đến các xylanh động cơ. Không khí đi qua lọc gió, sau đó đến cảm biến lưu lượng khí nạp, cổ họng gió, qua ống góp nạp và các đường ống rồi đến các xylanh trong kỳ nạp.
4.2.2 Các bộ phận của hệ thống cung cấp không khí.
4.2.2.1 Lọc không khí.
Lọc không khí nhằm mục đích lọc sạch không khí trước khi không khí đi vào động cơ. Nó có vai trò rất quan trọng nhằm làm giảm sự mài mòn của động cơ. Trên động cơ 2GR-FE dùng kiểu lọc thấm, lõi lọc bằng giấy. Loại này có ưu điểm giá thành không cao, dễ chế tạo. Tuy vậy nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế ngắn.
4.2.2.3 Ống góp hút và đường ống nạp.
Ống góp hút và đường ống nạp được chế tạo bằng nhựa nhằm mục đích giảm trọng lượng và sự truyền nhiệt đến nắp qui lát.
4.3. Hệ thống điều khiển hệ thống phun xăng điện tử 2GR-FE.
4.3.1 Nguyên lý chung.
Hệ thống điều khiển phun xăng điện tử trên động cơ 2GR-FE về cơ bản được chia thành ba bộ phận chính:
- Các cảm biến: có nhiệm vụ nhận biết các hoạt động khác nhau của động cơ và phát ra các tín hiệu gửi đến ECU hay còn gọi là nhóm tín hiệu vào.
- ECU: có nhiệm vụ xử lý và tính toán các thông số đầu vào từ đó phát ra các tín hiệu điều khiển đầu ra.
4.3.3 Các cảm biến.
4.3.3.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp.
a) Kết cấu và nguyên lý hoạt động.
Dòng điện chạy vào dây sấy làm cho nó nóng lên. Khi không khí chạy qua, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp, bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó ta xác định được lượng không khí nạp.
b) Mạch điện cảm biến đo lưu lượng khí.
Cảm biến lưu lượng khí nạp có một dây sấy được ghép vào mạch cầu. Mạch cầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A và B bằng nhau khi tích của điện trở theo đường chéo bằng nhau (Ra + R3)*R1=Rh*R2.
Khi ECU phát hiện thấy cảm biến lưu lượng bị hỏng một mã nào đó, ECU sẽ chuyển vào chế độ dự phòng. Khi ở chế độ dự phòng, thời điểm đánh lửa được tính toán bằng ECU, dựa vào tốc độ động cơ và vị trí của bướm ga. Chế độ dự phòng tiếp tục cho đến khi hư hỏng được sửa chữa.
4.3.3.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp.
a) Kết cấu và nguyên lý hoạt động.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp lắp bên trong cảm biến lưu lượng khí nạp và 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 là 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 áp.
b) Mạch điện cảm biến đo lưu lượng khí.
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 áp của tín hiệu được phát hiện bỡi ECU động cơ sẽ thay đổi theo các thay đổi của nhiệt điện trở này, khi nhiệt độ của khí nạp thấp, điện trở của nhiệt điện trở lớn tạo nên một tín hiệu điện áp cao trong tín hiệu THA.
4.3.3.3 Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga có 2 tín hiệu phát ra VTA và VTA2. VTA được dùng để phát hiện góc mở bướm ga và VTA2 được dùng để phát hiện hư hỏng trong VTA. Điện áp cấp vào VTA và VTA2 thay đổi từ 0-5V tỉ lệ thuận với góc mở của bướm ga. ECU thực hiện một vài phép kiểm tra để xác định đúng hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga và VTA.
4.3.3.6 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
a) Kết cấu và nguyên lý hoạt động.
Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường xuyên theo dõi và báo cho ECU biết tình hình nhiệt độ nước làm mát động cơ. Nếu nhiệt độ nước làm mát của động cơ thấp (động cơ vừa mới khởi động) thì ECU sẽ ra lệnh cho hệ thống phun thêm xăng khi động cơ còn nguội.
b) Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và điện trở R được mắc nối tiếp. Khi giá trị điện trở của cảm biến thay đổi theo sự thay đổi của nhiệt độ nước làm mát, điện áp tại cực THW cũng thay đổi theo. Dựa trên tín hiệu này ECU tăng lượng phun nhiên liệu nhằm nâng cao khả năng ổn định khi động cơ nguội.
4.3.3.8 Cảm biến tiếng gõ:
Cảm biến tiếng gõ trong động cơ 2GR-FE là loại phẳng (không cộng hưởng) có cấu tạo để phát hiện rung động trong phạm vi từ 6- 15khz. Bên trong cảm biến có một điện trở phát hiện hở mạch.
4.3.3.9 Cảm biến vị trí bàn đạp ga:
a) Kết cấu và nguyên lý hoạt động.
Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại phần tử Hall: có cấu tạo và nguyên lý hoạt động về cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm ga loại phàn tử Hall.
Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng. Các nam châm được lắp trên trục của bàn đạp chân ga và quay cùng trục bàn đạp chân ga.
b) Mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga.
Trong cảm biến vị trí bàn đạp ga, điện áp được cấp đến cực VPA và VPA2 của ECU, thay đổi từ 0-5V tỷ lệ với góc của bàn đạp ga. VPA là tín hiệu chỉ ra góc mở bàn đạp thực tế và dùng để điều khiển động cơ. VPA2 thường được dùng để phát hiện các hư hỏng của cảm biến.
4.3.4 Hệ thống điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit).
Bộ điều khiển điện tử đảm nhiện nhiều chức năng khác nhau tùy theo từng loại của nhà chế tạo. Chung nhất là bộ tổng hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, lưu trử thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gửi các tín hiệu đi thích hợp. Những bộ phận phụ hỗ trợ cho nó là các bộ ổn áp, điện trở hạn chế dòng.
4.4 TÍNH TOÁN LƯỢNG PHUN.
Lượng phun nhiên liệu cung cấp cho động cơ được kiểm soát bỡi thời gian phun tinj là thời gian kim phun mở. Như vậy lượng nhiên liệu phun vào một xy lanh động cơ phụ thuộc vào lượng không khí.
Thời gian phun theo một chu trình cháy phụ thuộc vào các thông số sau:
- Lưu lượng không khí nạp tính bằng khối lượng m’a: ta có thể đo trực tiếp (trong L-EFI) hoặc gián tiếp (trong D-EFI). Ngoại trừ hệ thống phun nhiên liệu với cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt, các hệ thống phun nhiên liệu khác phải kết hợp với cảm biến nhiệt độ khí nạp và áp suất khí trời để xác định lưu lượng khí nạp.
- Lượng không khí theo kì ma: được tính toán và nạp vào EEPROM theo chương trình đã lập trước.
- Tỉ lệ hòa khí lựa chọn : tùy theo kiểu động cơ, chẳng hạn tỉ lệ lý tưởng. Một bảng giá trị có thể chứa các giá trị = f(m’ - n) cũng có thể đưa vào EEPROM.
B. CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CHẨN ĐOÁN.
4.1 KHÁI QUÁT.
ECU động cơ được trang bị hệ thống chẩn đoán có cả chế độ bình thường và cả chế độ kiểm tra.
Chế độ bình thường là chế độ gọi lấy mã hư hỏng ra khỏi bộ nhớ ECU động cơ bằng cách dùng đèn báo hư hỏng. Các loại đèn chớp là biểu hiện của mã hư hỏng và nó được giải mã thành các con số hiển thị nhấp nháy để cho người điều khiển phát hiện và biết động cơ đang bị hư hỏng ở bộ phận nào. Trong chế độ bình thường, ECU theo dõi hầu hết các cảm biến và bật sáng đèn kiểm tra động cơ “CHECK ENGINE” khi nó phát hiện ra hư hỏng trong một cảm biến nào đó hay mạch của chúng.
4.2 NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN.
Giá trị của tín hiệu thông báo đến ECU động cơ là bình thường nếu tín hiệuđầu vào và đầu ra được cố định.
Khi tín hiệu của một mạch nào đó không bình thường so với giá trị cố định của hệ thống thì mạch đó sẽ được coi là bị hư hỏng.
Khi đèn báo sự cố “CHECK ENGINE” được bật sáng thì trong hệ thống có sự hư hỏng xuất hiện. Khi hư hỏng được sửa chữa, hệ thống trở lại bình thường và mã lỗi đã được xóa thì đèn báo sự cố sẽ tắt.
4.3 MÃ CHẨN ĐOÁN.
Mã chẩn đoán hư hỏng khi dùng máy chẩn đoán để kiểm tra được thể hiện ở bảng 4-1.
4.4. KIỂM TRA VÀ XÓA MÃ CHẨN ĐOÁN.
4.4.1 Kiểm tra đèn báo “CHECK ENGINE”.
Đèn báo kiểm tra động cơ sẽ sáng lên khi bật khoá điện đến vị trí ON và động cơ không chạy. Khi động cơ chạy thì đèn báo kiểm tra động cơ phải tắt. Nếu đèn này vẫn còn sáng thì hệ thống chẩn đoán đã tìm thấy hư hỏng hay sự bất bình thường trong hệ thống.
4.4.2 Phát mã chẩn đoán hư hỏng.
4.4.2.1 Chế độ bình thường.
- Các điều kiện ban đầu:
+ Điện áp ắc quy bằng 11V hoặc cao hơn.
+ Hộp số ở vị trí N (tay số không).
+ Tất cả các hệ thống phụ phải tắt (điều hoà...).
- Bật khoá điện đến vị trí ON.
4.4.2.2 Chế độ kiểm tra.
Để phát mã chẩn đoán hư hỏng ta thực hiện theo các bước sau:
- Điều kiện ban đầu.
+ Điện áp ắc quy 11V hay cao hơn.
+ Bướm ga đóng hoàn toàn.
+ Hộp số ở vị trí N.
4.4.3 Xoá các mã chẩn đoán hư hỏng.
Sau khi sửa chữa hư hỏng, mã chẩn đoán hư hỏng vẫn còn lưu lại trong bộ nhớ ECU của động cơ, vì vậy cần phải xoá bỏ bằng cách tháo cầu chì “STOP” (15A) hay EFI (15A) trong vòng 10 giây hay lâu hơn tuỳ theo nhiệt độ môi trường (nhiệt độ càng thấp, thời gian càng lâu) khi khoá điện tắt.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu thu thập tài liệu, vận dụng những kiến thức đã học và tính toán nội dung của đồ án, đồng thời được sự hướng dẫn kiểm tra tận tình, chu đáo của : TS …………….. cùng với sự giúp đỡ của các thầy trong Bộ Môn Động Cơ,Bộ Môn Ô Tô Quân Sự cùng với sự nỗ lực của bản thân, đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp được giao.
Trong đề tài này em đi sâu tìm hiểu tính năng hoạt động của hệ thống phun xăng hiện đại, các nguyên lý làm việc của các loại cảm biến...
Phần đầu đồ án trình bày khái quát chung về động cơ 2GR-FE và xe Toyota Camry. Phần trung tâm của đồ án trình bày các hệ thống trên động cơ 2GR-FE, đi sâu tìm hiểu phần hệ thống nhiên liệu bao gồm các thiết bị điện tử, các thiết bị chính cung cấp nhiên liệu, không khí nạp. Đồng thời tính toán các thông số nhiệt động cơ 2GR-FE, tính toán chế độ phun của động cơ phun xăng, tìm hiểu các hư hỏng của hệ thống EFI, các mã chẩn đoán hư hỏng.
Tuy nhiên do thời gian hạn chế, nhiều phần chưa được trang bị trong thời gian học tập tại trường, tài liệu tham khảo hạn chế và chưa cập nhật đủ nên cần phải hoàn thiện thêm. Qua đề tài này đã bổ sung cho em thêm nhiều kiến thức chuyên nghành động cơ đốt trong và đặc biệt là hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện tử hiện đại. Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp em cũng nâng cao được những kiến thức về công nghệ thông tin: Word, Excel, CAD phục vụ cho công tác sau này. Đồng thời qua đó bản thân em cần phải cố gắng học hỏi tìm tòi hơn nữa để đáp ứng yêu cầu của người cán bộ kỹ thuật ngành động lực.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong Bộ môn Ô tô Quân sự Bộ môn Động cơ, đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo : TS …………….., đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày …. tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện.
………………
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. TS: Vy Hữu Thành - Th. Sĩ: Vũ Anh Tuấn,Hướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong –NXB QĐND 2003.
2. Lại Văn Định,Đại cương động cơ đốt trong –HVKTQS 1990.
3. TS: Vy Hữu Thành – Th.Sĩ: Lại Văn Định,Kết cấu tính toán động cơ đốt trong T1,2 –HVKTQS 1996.
4. PGS.TS Hà Quang Minh, Lý thuyết động cơ đốt trong – NXB QĐNN 2000.
5. Tập Atlat động cơ đốt trong T1,2 –HVKTQS 2003.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"