Chương 1: TỔNG QUAN 1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài. Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ô tô đã có những sự thay đổi lớn lao. Ô tô ngày nay không đơn giản chỉ là một phương tiện di chuyển, vận chuyển mà còn phải đáp ứng được các yêu cầu về mặt kỹ thuật như: Cải thiện công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại của khí thải.Do đó hệ thống điện và điện tử trên ô tô đã có bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng các yêu cầu trên.
Ngày nay chiếc ô tô là một hệ thống phức hợp bao gồm cơ khí và điện tử. Trên hầu hết các hệ thống điện ô tô đều có mặt các bộ vi xử lý để điều khiển các quá trình của hệ thống sao cho tối ưu nhất. Các hệ thống mới lần lượt ra đời đáp ứng những nhu cầu cấp thiết ấy và được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe, dần thay thế cho các hệ thống cũ. Hệ thống điện trên động cơ 1NZ-FE lắp trên xe Toyota Vios 2007 là một trong những hệ thống được sử dụng những công nghệ phổ biến nhất.
Ðối với sinh viên ngành cơ khí việc nghiên cứu về hệ thống điện động cơ càng có ý nghĩa hơn bao giờ hết. Ðó là lý do nhóm em chọn đề tài: “Nghiên cứu và phục hồi hệ thống điện trên động cơ 1NZ-FE”. Ðể giải quyết vấn đề này thì trước hết ta cần phải hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các hệ thống trong hệ thống điện. Từ đó tạo tiền đề đưa ra nhưng quy trình chẩn đoán để phục vụ công tác khôi phục động cơ.
Giới thiệu đề tài - động cơ. Trước khi giới thiệu về động cơ thì em xin phép được giới thiệu về đề tài để thầy giáo, cô giáo cũng như các bạn hiểu rõ hơn đề tài mà nhóm chúng em thực hiện đó là: “Nghiên cứu và phục hồi hệ thống điện trên động cơ 1NZ - FE”. - Nghiên cứu: Xem xét và thu thập thông tin từ một số cá nhân có kiến thức liên quan đến đề tài đang chuẩn bị thực hiện, từ đó hiểu hơn và đi đến thực hành. - Phục hồi: Có nghĩa là trước đó động cơ (động cơ đang tiến hành làm đề tài) hoạt động bình thường nhưng sau thời gian không hoạt động thì một số hệ thống, chi tiết làm việc không ổn định hay bị hư hỏng (ví dụ: sau thời gian không hoạt động thì bơm, kim phun có thể hỏng; đường ống dẫn bị rò rỉ; các mối nối và chỗ tiếp xúc với nhau bị oxy hóa làm chúng hoạt động không tốt; một số cảm biến hoạt động bị sai hoặc hư hỏng.
Khi đó chúng ta bắt đầu chẩn đoán lỗi, xác định cái chi tiết còn có thể sử dụng được không hay phải thay thế thì động cơ mới hoạt động được. Ở đề tài này chúng em chỉ tập trung vào bốn hệ thống chính: SVTH: Nguyễn Phước Dĩnh; Trần Xuân Hòa Người hướng dẫn: ThS.Nguyễn Lê Châu Thành 1 Nghiên cứu và phục hồi hệ thống điện trên động cơ 1NZ-FE - Hệ thống khởi động - Hệ thống cung cấp điện - Các tín hiệu đầu vào – các cảm biến - Hệ thống đánh lửa. Vì sao ở đề tài này chúng em chỉ tập trung vào bốn hệ thống chính: Hệ thống khởi động, hệ thống cung cấp điện, các tín hiệu đầu vào – các cảm biến, hệ thống đánh lửa. Mà không nghiên cứu đến các hệ thống, kết cấu của động cơ như: Piston, xilanh, thanh truyền, trục khuỷu… Do các chi tiết đó sau thời gian không hoạt động thì chúng ít bị thay đổi, hư hỏng và hầu như hoạt động lại như bình thường.
*Giới thiệu về động cơ 1NZ – FE: 77Động cơ 1NZ – FE này thuộc dòng xe Toyota Vios sản xuất năm 2007, đây là dòng xe sử dụng hệ thống phun xăng điện tử và hệ thống đánh lửa trực tiếp thay vì phun xăng và đánh lửa sử dụng bộ chia điện như truyền thống nên rất tiết kiệm nhiên liệu và hiệu quả làm việc cũng tăng hơn. Dưới đây, ta có bảng thông số các chi tiết của động cơ 1NZ –FE Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của động cơ 1NZ – FE Tiêu chí đánh giá Thông số kỹ thuật Loại động cơ 1.5L, 1NZ-FE Kiểu 4 xylanh, thẳng hàng, 16 van, VVT-i Dung tích xi lanh (cc) 1497 Đường kính xilanh (mm) 75 Đường kính hành trình Piston (mm) 84.7 Đường kính bệ Xupap (mm) Nạp: 30.5 Tỷ số nén 10.5:1 Thời gian tăng tốc từ 0 – 100Km/h 10 giây Loại nhiên liệu Xăng không chì Hệ thống nạp nhiên liệu EFI (Phun nhiên liệu điện tử) SVTH: Nguyễn Phước Dĩnh; Trần Xuân Hòa Người hướng dẫn: ThS.Nguyễn Lê Châu Thành 2 Nghiên cứu và phục hồi hệ thống điện trên động cơ 1NZ-FE Tốc độ xe tối đa (Km/h) 170 Từ bảng trên giúp ta có cái nhìn nhận rõ hơn về các thông số kỹ thuật của động cơ 1NZ – FE [3]. Tổng quan các hệ thống điện trên động cơ. Hệ thống khởi động.
Hệ thống khởi động có nhiệm vụ biến điện năng thành cơ năng để phát động động cơ. Để khởi động động cơ thì trục khuỷu phải quay nhanh hơn tốc độ quay tối thiểu. Tốc độ quay tối thiểu để khởi động động cơ khác nhau tùy theo cấu trúc động cơ và tình trạng hoạt động, thường từ 40 – 60 vòng/phút đối với động cơ xăng và từ 80 – 100 vòng/phút đối với động cơ diesel. Theo phương pháp khởi động: - Hệ thống khởi động bằng tay: Dùng sức người để khởi động động cơ (dùng tay quay, dây hoặc bàn đạp).
Thường dùng trong các động cơ có công suất nhỏ. Ví dụ: máy cày, máy công nông, máy bơm nước cỡ nhỏ… Hệ thống này có cấu tạo đơn giản. Nhưng có nhược điểm: tốn nhiều sức lực của con người, không an toàn cho người vận hành. - Hệ thống khởi động bằng động cơ điện: Dùng động cơ điện một chiều để khởi động động cơ.
Thường dùng trong các động cơ có công suất nhỏ và trung bình. Ví dụ: ô tô, xe máy, máy kéo… Hệ thống này dễ khởi động, an toàn, sử dụng nguồn một chiều không phụ thuộc vào chiều, thuận tiện cho bất cứ đâu. Nhưng cấu tạo phức tạp, dễ hỏng phần điện. - Hệ thống khởi động bằng động cơ phụ: Dùng động cơ xăng cỡ nhỏ để khởi động động cơ chính.
Thường dùng để khởi động các động cơ diesel cỡ trung bình. Ví dụ: máy xúc, máy ủi, máy kéo… Hệ thống này khởi động rất chắc chắn, số lần khởi động không hạn chế. Nhưng cấu tạo, sử dụng phức tạp, phải bảo dưỡng cả 2 động cơ. - Hệ thống khởi động bằng khí nén: Đưa khí nén vào các xilanh để làm quay trục khuỷu.
Thường dùng trong các động cơ diesel cỡ trung bình và cỡ lớn. Ví dụ: tàu thủy… Hệ thống này khởi động chắc chắn, thời gian có thể kéo dài. Nhưng có cấu tạo phức tạp, cồng kềnh. Theo loại máy khởi động: SVTH: Nguyễn Phước Dĩnh; Trần Xuân Hòa Người hướng dẫn: ThS.Nguyễn Lê Châu Thành 3 Nghiên cứu và phục hồi hệ thống điện trên động cơ 1NZ-FE - Máy khởi động loại giảm tốc: Máy khởi động loại giảm tốc dùng motor tốc độ cao.
Máy khởi động loại giảm tốc làm tăng momen xoắn bằng cách giảm tốc độ quay của phần ứng lõi motor nhờ bộ truyền giảm tốc. Piston của công tắc từ đẩy trực tiếp bánh răng chủ động đặt trên cùng một trục với nó vào ăn khớp với vành răng. - Máy khởi động loại thông thường: Bánh răng dẫn động chủ động được đặt trên cùng một trục với lõi motor (phần ứng) và quay cùng tốc độ với lõi. Cần dẫn động được nối với thanh đẩy của công tắc từ đẩy bánh răng chủ động và làm cho nó ăn khớp với vành răng.
- Máy khởi động loại bánh răng hành tinh: Máy khởi động loại bánh răng hành tinh dùng bộ truyền hành tinh để giảm tốc độ quay của lõi (phần ứng) của motor. Bánh răng dẫn dẫn động khởi động ăn khớp với vành răng thông qua cần dẫn động giống như trường hợp máy khởi động thông thường. - Máy khởi động PS (Motor giảm tốc hành tinh–Rotor thanh dẫn): Máy khởi động này sử dụng nam châm vĩnh cửu đặt trong cuộn cảm. Cơ cấu đóng ngắt hoạt động giống như máy khởi động loại bánh răng hành tinh.
Hệ thống cung cấp điện. Hệ thống cung cấp điện có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều, thấp áp cho tất cả các thiết bị điện trên ô tô. - Phải luôn tạo ra một điện áp ổn định (13,8V-14,2V đối với hệ thống điện 14V) trong mọi chế độ làm việc của phụ tải. - Máy phát phải có cấu trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp và tuổi thọ cao.
- Có độ bền cao trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm lớn, có thể làm việc ở những vùng có nhiều bụi bẩn, dầu nhớt và độ rung động lớn. - Ít chăm sóc và bảo dưỡng. Hệ thống cung cấp điện có hai loại: - Hệ thống cung cấp điện với máy phát điện một chiều. - Hệ thống cung cấp điện với máy phát điện xoay chiều.
Hệ thống đánh lửa. Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều có hiệu điện thế thấp (từ 12V hoặc 24V) thành các xung điện cao áp (từ 15kV đến 35kV). Các xung điện cao áp này sẽ được phân bố đến bugi của các xilanh đúng. SVTH: Nguyễn Phước Dĩnh; Trần Xuân Hòa Người hướng dẫn: ThS.Nguyễn Lê Châu Thành 4 Nghiên cứu và phục hồi hệ thống điện trên động cơ 1NZ-FE b.
Một hệ thống đánh lửa làm việc tốt phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động thứ cấp đủ mạnh để phóng điện qua khe hở điện cực bugi trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ. - Tia lửa trên bugi phải đủ năng lượng và thời gian để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp. - Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ. - Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao và độ rung sốc lớn.
- Sự mài mòn điện cực bugi phải nằm trong khoảng cho phép.