CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài 1. Mục đích của đề tài Chuyên ngành “Cơ khí ô tô” là một trong những chuyên nghành mới của khoa Cơ khí, trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu. Do vậy, trang thiết bị phục vụ cho việc giảng dạy và học tập của sinh viên chưa có mô hình phun xăng và đánh lửa điện tử.
Vì vậy để phục vụ cho việc giảng dạy và học tập là việc làm rất cần thiết. Việc làm mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên động cơ có các mục đích sau: - Thuận tiện cho công tác giảng dạy và học tập của sinh viên. - Giúp sinh viên hiểu một cách tổng quan, sâu sắc hơn và thực tế hơn toàn bộ hệ thống điện và điện tử trên động cơ (đặc biệt là hệ thống phun xăng và đánh lửa). - Thực hành kiểm tra, chuẩn đoán hư hỏng hệ thống điện-điện tử của động cơ ngay trên mô hình.
Ý nghĩa của đề tài Việc tìm hiểu hệ thống phun xăng điện tử và đánh lửa đối với đa số sinh viên chuyên ngành “cơ khí oto” chủ yếu là trên lý thuyết, không thực tế. Vì vậy, thông qua mô hình này sẽ là công cụ học tập rất thiết thực của sinh viên để có điều kiện nhận thức và hiểu biết thực tế hơn. Dựa vào mô hình, sinh viên có thể thực hành làm các thí nghiệm, các bài kiểm tra, nghiên cứu, chuẩn đoán hư hỏng các chi tiết trên mô hình. SV:Phạm Thanh Nam-Nguyễn Mạnh Huy-Đinh Xuân Khanh 4 Luan van Đồ án tốt nghiệp khóa 2017-2021 Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu 1.
Tổng quan về động cơ 2AZ-FE 1. Giới thiệu chung về động cơ 2AZ-FE Hình 1.1: Mặt cắt ngang động cơ 2AZ-FE 1-Các te; 2- Hộp trục khuỷu ; 3- Bánh răng chủ động; 4- Thanh truyền; 5- Pittông;6-Áo nước; 7-Vòi phun; 8-Cam nạp; 9-Bôbin đánh lửa; 10-Cam xả; 11- Nắp đậy; 12-Nắp xylanh; 13-Que thăm dầu; 14-Thân xylanh; 15-Van hằng nhiệt; 16-Thân xylanh. Động cơ 2AZ-FE được lắp trên xe Camry 2.4 của hãng TOYOTA. Đây là một trong những thế hệ động cơ hiện đại của hãng Toyota.
Trên động cơ, người ta đã thiết kế và trang bị rất nhiều thiết bị điều khiển điện tử để nó làm việc tối ưu SV:Phạm Thanh Nam-Nguyễn Mạnh Huy-Đinh Xuân Khanh 5 Luan van Đồ án tốt nghiệp khóa 2017-2021 Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu hơn. Một số các đặc điểm cơ bản của động cơ như sau: - Động cơ 2AZ-FE là kiểu động cơ 4 kì, 4 xylanh, thẳng hàng 2 cam kép. - Dung tích công tác của xylanh: 2316 (cm3). - Công suất lớn nhất của động cơ: 150 (mã lực) ở tốc độ 5600 (vòng/phút) - Mômen xoắn lớn nhất của động cơ: 22,2 (kGm) ở 3800 (vòng/phút).
- Kiểu cung cấp nhiên liệu: phun xăng điện tử (EFI). - Đường kính xylanh/ hành trình làm việc piston: 86/86 (mm). - Tỷ số nén ε = 9. - Trục khuỷu được đỡ bởi 5 ổ đỡ của thân máy.
Các bạc ổ đỡ này đều làm bằng hợp kim nhôm. - Trục khuỷu được đúc liền với 8 đối tượng để cân bằng. Các đường dầu được khoan bên trong trục khuỷu để đưa dầu lên thanh truyền, ổ đỡ, piston và các chi tiết khác. - Thứ tự nổ là 1 – 3 – 4 – 2.
- Nắp máy được làm bằng hợp kim nhôm có các cửa hút xả ở hai bên, buồng cháy hình nệm. - Nến điện được bố trí ở bên phải buồng cháy. - Trên động cơ 2AZ-FE, nước làm mát được đưa vào áo nước của cụm đường nạp không khí để làm tăng khả năng vận hành xe khi động cơ đang còn nguội. - Các lò xo nấm hút và làm bằng thép lò xo có khả năng chịu tải ở tất cả các chế độ vòng quay động cơ.
- Trục cam được dẫn động bằng xích. Trục cam có 5 ổ đỡ nằm giữa các con đội của từng xylanh và ở phía đầu xylanh số 1. Việc bôi trơn các ổ trục cam được thực hiện nhờ có đường dầu từ nắp máy. - Việc điều chỉnh khe hở nhiệt được tiến hành bằng cách thay đĩa đệm ở trên con đội mà không cần phải tháo trục cam.
SV:Phạm Thanh Nam-Nguyễn Mạnh Huy-Đinh Xuân Khanh 6 Luan van Đồ án tốt nghiệp khóa 2017-2021 Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu - Nắp hộp xích cam bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt, trên đỉnh piston có chỗ lõm để tránh bị xupap va đập. - Chốt piston kiểu bơi toàn phần không ép chặt vào piston hoặc đầu nhỏ thanh truyền mà có vòng hãm ở hai đầu để tránh bị tuột ra ngoài. - Vòng găng hơi số 1 làm bằng thép không gỉ, vòng găng hơi số 2 làm bằng gang. Vòng găng hơi số 1 và 2 ngăn khí cháy từ bên trong buồng cháy ra ngoài.
- Vòng găng dầu làm bằng thép không gỉ. Đường kính bên ngoài của vòng găng hơi lớn hơn đường kính piston, độ bung tự do của vòng găng cho phép chúng tự ép sát vào thành xylanh khi bị lắp trên piston. Vòng găng dầu có tác dụng gạt dầu bám trên thành xylanh tránh làm lọt dầu vào trong buồng cháy. - Thân máy làm bằng gang.
Tất cả có 4 xylanh, chiều dài mỗi ống gần gấp đôi chiều dài piston. Bên trên xylanh là nắp máy, bên dưới xylanh là trục khuỷu có 5 ổ đỡ. Ngoài ra, thân máy còn có áo nước bên trong có nước được dẫn từ bơm nước lên làm mát xylanh. - Cacte dầu được bắt bằng bu lông vào mặt dưới thân máy.
Trong cacte dầu có vách ngăn để giữ lượng dầu đủ cần thiết khi xe bị nghiêng. Tấm vách ngăn còn tránh cho bơm dầu khỏi hút không khí và bọt, giữ tuần hoàn dầu trong hệ thống được ổn định ngay cả khi xe phanh hãm đột ngột. - Hệ thống làm mát của động cơ là kiểu tuần hoàn cưỡng bức dưới áp suất của bơm nước và có van hằng nhiệt ở đường nước vào bơm. - Hệ thống bôi trơn của động cơ là kiểu cưỡng bức và vung té có lọc dầu toàn phần, dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động.
Hệ thống nhiên liệu trên động cơ 2AZ-FE Ngày nay, trên hầu hết các động cơ xăng đều được trang bị hệ thống phun xăng điện tử. Hệ thống nhiên liệu trên động cơ 2AZ-FE là hệ thống phun xăng điện SV:Phạm Thanh Nam-Nguyễn Mạnh Huy-Đinh Xuân Khanh 7 Luan van Đồ án tốt nghiệp khóa 2017-2021 Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu tử (EFI) được trang bị thêm các hệ thống thu hồi xăng và thu hồi hơi xăng (EVAP) trong thùng xăng nên gọi là hệ thống nhiên liệu SFI. Nguyên lí làm việc của hệ thống phun xăng điện tử như sau: Một bơm nhiên liệu cung cấp đủ nhiên liệu dưới áp suất không đổi đến các vòi phun (ở động cơ 2AZ-FE áp suất nhiên liệu là từ 3,1 kG/cm2 đến 3,5 kG/cm2 ). Các vòi phun sẽ phun một lượng nhiên liệu định trước vào đường ống nạp theo các tín hiệu từ ECU động cơ.
ECU nhận các tín hiệu từ nhiều cảm biến thông báo về sự thay đổi các chế độ hoạt động của động cơ. ECU sử dụng các tín hiệu này để xác định khoảng thời gian cần thiết nhằm đạt được hòa khí với tỉ lệ tối ưu phù hợp với từng điều kiện hoạt động của động cơ. Khi nhiên liệu được phun ra, áp suất nhiên liệu bị thay đổi một chút. Mỗi vòi phun được lắp ở phía trước của xupap nạp.
Lượng nhiên liệu phun ra được điều khiển bằng độ dài khoảng thời gian dòng điện chạy qua vòi phun. SV:Phạm Thanh Nam-Nguyễn Mạnh Huy-Đinh Xuân Khanh 8 Luan van Đồ án tốt nghiệp khóa 2017-2021 Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu trên động cơ 2AZ-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 tiếng gõ; 20:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21:Cảm biến vị trí trục khuỷu; 22:Cảm biến oxy. Để tối ưu hóa quá trình cấp nhiên liệu, động cơ 2AZ-FE được trang bị hệ thống nhiên liệu không có ống hồi xăng (fuel returnless system) với việc sử dụng SV:Phạm Thanh Nam-Nguyễn Mạnh Huy-Đinh Xuân Khanh 9 Luan van Đồ án tốt nghiệp khóa 2017-2021 Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu tích hợp bộ điều áp, lọc xăng và bơm xăng thành một cụm ngay trong thùng xăng như hình vẽ 1.
Điều này giúp cho nhiên liệu trong thùng xăng tăng hay giảm theo sự bay hơi của nhiên liệu, đồng thời đã loại bỏ được đường hồi xăng ra khỏi khu vực động cơ.3: Sơ đồ hệ thống cấp nhiên liệu động cơ 2AZ – FE Ngoài ra, trên trong thùng xăng còn trang bị thêm hệ thống thu hồi hơi xăng trong thùng gọi là hệ thống EVAP. Sự hoạt động của hệ thống thu hồi xăng bằng cách sử dụng một bầu than hoạt tính để hấp thụ lại lượng xăng đã bị bay hơi trong quá trình cấp xăng vào thùng. Điều này giúp làm giảm sự thất thoát xăng do không khí. SV:Phạm Thanh Nam-Nguyễn Mạnh Huy-Đinh Xuân Khanh 10 Luan van Đồ án tốt nghiệp khóa 2017-2021 Trường ĐH Bà Rịa –Vũng Tàu Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống thu hồi hơi xăng trên động cơ 2AZ – FE 1.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 2AZ-FE Động cơ 2AZ-FE được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS- direct ignition system) hay còn gọi là hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện được phát triển từ những năm giữa thập kỉ 80, trên các loại xe sang trọng. So với các hệ thống đánh lửa thông thường, thì hệ thống này có ưu điểm là: ưu điểm lớn nhất của hệ thong phun xăng PI so với bộ chế hòa khí là sự hòa trội giữa không khí và xăng diễn ra tốt hơn trong buồng đốt. Việc bố trí kim phun gầi suppap hút cho phép tăng chiều dài đường ống nạp mà không sợ xăng bám vào nó, giúp tăng vận tốc khí nạp, tạo ra xoáy lốc giúp việc hòa trộn tôt hơn khiến hỗn hợp đồng nhất hơn. Thêm vào đó, dòng khí nạp trên ống góp hút có khối lượng thấp (chưa trộn với nhiên liệu) sẽ đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậy, nhiên liệu sẽ không còn thất thoát trên đường ống nạp và hòa khí sẽ được trộn tốt hơn.
Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh. Có thể đạt được tỉ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ.