Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR FE lắp trên ô tô INNOVA

Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA

Mục Lục
Trang
Mục Lục
1
LỜI NÓI ĐẦU
3
1. Tổng quan về hệ thống nhiên liệu khí động cơ đốt trong.
4
1.1. Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế nguồn nhiên liệu lỏng truyền
thống.
4
1.2. Giới thiệu về khí nén thiên nhiên.
5
1.2.1. Nguồn gốc, quá trình khai thác và sử lý khí.
5
1.2.2. Tính chất của khí CNG.
7
1.3. Các phương án cung cấp khí CNG cho động cơ đốt trong.
10
1.3.1. Cung cấp khí CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn.
10
1.3.2. Cung cấp CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn kết hợp với van tiết lưu và
van công suất.
12
1.3.3. Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trên đường nạp.13
1.3.4. Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trực tiếp vào
buồng cháy.
15
2. Giới thiệu tổng quát về ô tô INNOVA và động cơ 1TR-FE.

16
2.1. Giới thiệu chung về ô tô INNOVA.
16
2.2. Đặc điểm tổng quát động cơ 1TR-FE.
17
2.2.1. Động cơ.
17
2.2.2. Cơ cấu phối khí.
19
2.2.3. Hệ thống nhiên liệu.
20
2.2.4. Hệ thống kiểm soát khí xả.
22
2.2.5. Hệ thống xả.
22
2.2.6. Hệ thống làm mát.
23
2.2.7. Hệ thống bôi trơn.
23
2.2.8. Hệ thống đánh lửa.
24
2.2.9. Hệ thống khởi động.
25
2.2.10. Hệ thống nạp.
25
3. Thiết kế tổng quát hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô
INNOVA.
26
3.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu CNG.
26

3.2. Các bộ phận chính của hệ thống cung cấp khí CNG.
29
3.2.1. Bình chứa CNG.
29
3.2.2. Van bình chứa.
30
1


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
3.2.3. Van nạp.
3.2.4. Van điện từ.
3.2.5. Bộ giảm áp.
3.2.6. Bộ hoà trộn.
3.2.7. Cơ cấu tiết lưu.
3.2.8. Van công suất.
3.2.9. Van không tải
4. Tính toán nhiệt động cơ.
4.1. Tính toán nhiệt khi động cơ dùng xăng.
4.1.1. Các số liệu ban đầu.
4.1.2. Các thông số chọn.
4.1.3. Tính toán các chu trình công tác.
4.2. Tính toán nhiệt khi động cơ dùng CNG.
4.2.1. Các số liệu ban đầu.
4.2.2. Các thông số chọn.
4.2.3. Tính toán các chu trình công tác.
5. Thiết kế hệ thống nhiên liệu CNG.
5.1. Tính toán thiết kế bộ hoà trộn.
5.2. Tính toán tiết lưu trong mạch cung cấp chính.
5.3. Tính toán ziclơ mạch công suất.

6. Phương pháp lắp đặt bố trí hệ thống nhiên liệu khí CNG trên ô tô INNOVA.
6.1. Sơ đồ bố trí.
6.2. Các triệu chứng hư hỏng của hệ thống nhiên liệu CNG và biện pháp kiểm
khắc phục.
6.2.1. Động cơ khó hoặc không khởi động được.
6.2.2. Tiêu thụ nhiều nhiên liệu.
6.2.3. Động cơ mất công suất ở tốc độ cao, gia tốc kém.
6.3. Quy trình kiểm tra và lắp đặt bộ giảm áp.
7. Kết luận
TÀI LIỆU THAM KHẢO

31
32
33
36
37
38
39
39
40
40
40
41
48
48
49
49
57
57
62

64
65
66
tra
68
68
68
69
69
73
74

2


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong sử dụng các loại nhiên liệu truyền thống cùng với các
phương tiện giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm chủ yếu và nghiêm trọng cho
môi trường không khí. Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật các quá trình
làm việc của động cơ đốt trong đã được điện tử hoá, tin học hoá tạo ra những thành
công đáng kể về cải thiện công suất động cơ, nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiên
liệu, giảm ô nhiễm môi trường. Nhưng với sự khắt khe của các tiêu chuẩn về ô
nhiễm môi trường của khí thải động cơ của một số nước thì các giải pháp trên cũng
không đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe đó.
Vì vậy chúng ta cần có các giải pháp hữu hiệu hơn để khắc phục vấn đề trên.
Một trong các giải pháp đó là sử dụng các loại nhiên liệu “sạch” ít gây ô nhiễm để
thay thế cho các loại nhiên liệu truyền thống.
Với tình hình khan hiếm nhiên liệu và mức độ ô nhiễm bầu khí quyển như
hiện nay, việc ứng dụng CNG vào các phương tiện vận tải là một thiết yếu nhằm đa

dạng hoá nguồn nhiên liệu và giải quyết hữu hiệu vấn để ô nhiễm môi trường do các
phương tiện vận tải gây ra, chính vì lẽ đó mà em đã chọn đề tài ‘‘Thiết kế hệ thống
cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA’’ để giải quyết các
vấn đề trên.
Cuối cùng em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn
Nguyễn Quang Trung đã chỉ bảo em tận tình, giúp em vượt qua những khó khăn
vướng mắc trong khi hoàn thành đồ án của mình. Bên cạnh đó em cảm ơn các thầy
trong khoa đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp này.
Đà Nẵng, ngày 28 tháng 05 năm 2009
Sinh viên thực hiện

Đỗ Mạnh Cường

3


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
1. Tổng quan về hệ thống nhiên liệu khí động cơ đốt trong.
1.1. Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế nguồn nhiên liệu lỏng truyền
thống.
Từ những năm 1849 - 1850, con người đã biết chưng cất dầu mỏ để lấy ra
dầu hỏa, còn xăng là thành phần chưng cất nhẹ hơn dầu hỏa thì chưa hề được sử
dụng đến và phải đem đổ đi một nơi thật xa. Lúc đó con người tạo ra dầu hỏa với
mục đích thắp sáng hoặc đun nấu đơn thuần. Nhưng với sự tiến hóa của khoa học và
kỹ thuật, từ việc sử dụng những động cơ hơi nước cồng kềnh và hiệu quả thấp, con
người đã tìm cách để sử dụng xăng và dầu diesel cho động cơ đốt trong, loại động
cơ nhỏ gọn hơn nhưng có hiệu quả cao hơn hẳn. Cùng với những khám phá khoa
học vĩ đại khác, sự phát minh ra động cơ đốt trong sử dụng xăng và dầu diezel đã
thúc đẩy xã hội loài người đạt những bước phát triển vượt bậc, đem đến cuộc sống
ấm no, hạnh phúc và văn minh cho hàng tỷ người trên thế giới.

Những hiệu quả và giá trị của dầu mỏ và động cơ đốt trong mang lại thật sự
không ai có thể phủ nhận được. Nguồn năng lượng chúng mang lại hầu như là
chiếm ưu thế hoàn toàn. Do vậy, mà hầu hết các quốc gia trên thế giới đều muốn
chiếm ưu thế và chủ động về nguồn dầu mỏ. Cuộc khủng hoảng năng lượng vào
thập kỷ 70 của thế kỷ 20 đã một lần nữa khẳng định tầm quan trọng chiến lược của
dầu mỏ đối với mỗi quốc gia và cho toàn thế giới. Nhưng theo dự đoán của các nhà
khoa học thì với tốc độ khai thác hiện nay, trữ lượng dầu mỏ còn lại của Trái Đất
cũng chỉ đủ cho con người khai thác trong vòng không quá 40 năm nữa.
Bên cạnh đó những hậu quả mà khi chúng ta sử dụng dầu mỏ và động cơ đốt
trong đem lại từ các chất thải khí làm ô nhiễm không khí, làm thủng tầng ôzôn, gây
hiệu ứng nhà kính.Trong các chất độc hại thì CO, NO x, HC do các loại động cơ thải
ra là nguyên nhân chính gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe con
người. Do đó, con người phải đứng trước một thách thức lớn là phải có nguồn nhiên
liệu thay thế.
Những loại nhiên liệu có thể dùng thay thế cho xăng và dầu diesel là:
+ Những khí thiên nhiên: CNG, LNG …
+ Khí gas hoá lỏng (LPG)
+ Khí biogas
+ Cồn Ethanol
+ Cồn Methanol
+ Dầu thực vật
+ Hyđrô

4


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
Trong các loại nhiên liệu trên, khí thiên nhiên là nguồn năng lượng sơ cấp rất
quan trọng. Trong những năm gần đây, sản lượng khí thiên nhiên hàng năm trên thế
giới đạt xấp xỉ 2 tỉ Tép (1000 m3 = 0,85 Tep), tương đương khoảng 60% sản lượng

dầu thô. Người ta ước tính đến năm 2020, sản lượng khí thiên nhiên trên thế giới sẽ
là 2,6 tỉ Tép/năm so với sản lượng dầu thô là 3,5 tỉ Tép.
Trữ lượng khí thiên nhiên hiện nay khoảng 150 tỉ Tép, xấp xỉ với trữ lượng
dầu thô. Mặt khác, khí thiên nhiên có ưu điểm là phân bố hầu như trên khắp địa cầu
nên đảm bảo được sự cung cấp an toàn và thuận tiện hơn dầu thô.
Từ những năm 1990, việc nghiên cứu sử dụng khí thiên nhiên làm nhiên liệu
đã được thực hiện ở nhiều khu vực trên thế giới. Khí thiên nhiên được xem là nhiện
liệu sạch vì vậy việc sử dụng nó để chạy động cơ ngoài mục đích đa dạng hóa
nguồn nhiên liệu còn góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường một cách đáng kể.
Khí thiên nhiên có thể chứa trong bình nhiên liệu của ô tô ở hai dạng:
+ Dạng khí ở nhiệt độ môi trường và áp suất cao
+ Dạng lỏng ở nhiệt độ -1610C và áp suất môi trường không khí.
Trong đồ án này, chủ yếu nghiên cứu nhiên liệu thiên nhiên ở dạng khí ở
nhiệt độ môi trường và áp suất cao CNG (Compressed Natural Gas).
1.2. Giới thiệu về khí nén thiên nhiên.
1.2.1. Nguồn gốc, quá trình khai thác và sử lý khí.
Khí thiên nhiên được tạo ra từ sinh vật phù du, các vi sinh vật sống dưới
nước bao gồm tảo và động vật nguyên sinh. khi các vi sinh vật này chết đi và tích tụ
trên đáy đại dương, chúng dần bị chôn đi và xác của chúng được nén dưới các lớp
trầm tích. Trải qua hàng triệu năm, áp suất và nhiệt do các lớp trầm tích chồng lên
nhau tạo nên trên xác các loại sinh vật này đã chuyển hoá hoá học các chất hữu cơ
này thành khí thiên nhiên. Do dầu mỏ và khí thiên nhiên thường được tạo ra bằng
các quá trình tự nhiên tương tự nhau, hai loại hydrocacbon này thường được tìm
thấy cùng nhau trong các bể chứa ngầm tự nhiên. Sau khi dần được tạo nên trong
lòng vỏ Trái Đất, dầu mỏ và khí thiên nhiên đã dần chui vào các lỗ nhỏ của các tầng
đá xốp xung quanh, những tầng đá xốp này có vai trò như các bể chứa tự nhiên. Do
các lớp đá xốp này thường có nước chui vào, khí thiên nhiên vốn nhẹ hơn nước và
kém dày đặc các tầng đá xung quanh nên chúng chuyển lên trên qua lớp vỏ, đôi khi
cách xa nơi chúng tạo ra. Cuối cùng, một số hydrocacbon này bị bẫy lại bởi các lớp
đá không thấm (đá không xốp), các lớp đá này được gọi là đá “mũ chụp”. Khí thiên

nhiên nhẹ hơn dầu mỏ, do đó nó tạo ra một lớp nằm trên dầu mỏ. Lớp khí này được
gọi là “mũ chụp khí”. Các lớp than đá có chứa lượng mêtan đáng kể, mêtan là thành
phần chính của khí thiên nhiên. Trong các trữ lượng than đá, mêtan thường bị phân
5


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
tán vào các lỗ các vết nứt của tầng than. Khí thiên nhiên này thường được gọi là khí
mêtan trong tầng than đá.
Để định vị được các mỏ khí, các nhà địa chất học thăm dò những khu vực có
chứa những thành phần cần thiết cho việc tạo ra khí thiên nhiên: đá nguồn giàu hữu
cơ, các điều kiện chôn vùi đủ cao để tạo ra khí tự nhiên từ các chất hữu cơ, các kiến
tạo đá có thể "bẫy" các hydrocacbon.
Khi các kiến tạo địa chất có thể chứa khí tự nhiên được xác định, thông
thường chứ không phải luôn ở bể trầm tích, người ta tiến hành khoan các giếng các
kiến tạo đá. Nếu giếng khoan đi vào lớp đá xốp có chứa trữ lượng đáng kể khí thiên
nhiên, áp lực bên trong lớp đá xốp có thể ép khí thiên nhiên lên bề mặt. Nhìn chung,
áp lực khí thường giảm sút dần sau một thời gian khai thác và người ta phải dùng
bơm hút khi lên bề mặt.
Khi khí thiên nhiên được khai thác khỏi mặt đất, nó được vận chuyển bằng
đường ống dẫn khí đến một nhà máy tinh lọc và xử lý, nơi nó được chế biến.
Khí thiên nhiên được chế biến bằng các thiết bị tách lọc khí để loại bỏ các hợp chất
không phải là hyđrôcacbon, đặc biệt là hyđrô sulfit và điôxit cacbon. Hai quá trình
sử dụng cho mục đích này là hấp thụ và hút bám (absorption and adsorption).
Quá trình hấp thụ sử dụng một chất lỏng hấp thụ khí tự nhiên và các tạp chất
và phân tán chúng trong chất lỏng này. Trong một quá trình được gọi là hấp thụ hóa
học, các tạp chất phản ứng với chất lỏng hấp thụ. Khí thiên nhiên sau đó thoát ra
khỏi chất hấp thụ còn chất hấp thụ còn tạp chất ở lại trong chất lỏng. Các chất lỏng
hấp thụ thường được sử dụng là nước, các dung dịch amin nước (aqueous amine) và
cacbonat natri.

Quá trình hút bám là một quá trình cô đặc khí tự nhiên trên bề mặt một chất
rắn hoặc một chất lỏng để loại bỏ tạp chất. Một chất thường được sử dụng cho mục
đích này là cacbon (than), là chất có diện tích bề mặt trên đơn vị trọng lượng rộng.
Ví dụ, các hợp chất lưu huỳnh trong phí tự nhiên được bề mặt hấp thụ của cacbon
giữ lấy. Các hợp chất lưu huỳnh được kết hợp với hyđrô và oxy để tạo thành axít
sulphuric và có thể loại bỏ.
Sau khi các tạp chất đã được loại bỏ trong các thiết bị tách lọc, khí thiên
nhiên phải được làm khô. Kỹ thuật làm khô khí phân thành các nhóm:
+ Hấp phụ nước bằng các chất hút ẩm thể rắn như silicagen, nhôm oxit hoạt
tính, zeolit NaA.
+ Hấp phụ bằng nước hút ẩm thể lỏng như dietylenglycol, trietylenglycol…
+ Ngưng tụ hơi nước hoặc đóng băng tạo tinh thể nước đá bằng kỹ thuật nén
hoặc làm lạnh.
6


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
1.2.2. Tính chất của khí CNG.
a) Thành phần hóa học.
Khí nén CNG (Compressed Natural Gas) là khí thiên nhiên được nén dưới áp
suất nhất định (205 ÷ 275 bar). Khí thiên nhiên là hỗn hợp chất khí cháy được bao
gồm phần lớn là các hydrocacbon (hợp chất hoá học chứa cacbon và hyđrô). Cùng
với than đá và dầu mỏ, Khí thiên nhiên là nhiên liệu hóa thạch. Khí thiên nhiên có
thể chứa đến 85% mêtan (CH 4) và khoảng 10% êtan (C 2H6), và cũng có chứa số
lượng nhỏ hơn propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), và các alkan khác. Khí
thiên nhiên, thường tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở trong vỏ Trái Đất, được khai
thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng thế
giới. Khí thiên nhiên chứa lượng nhỏ các tạp chất, bao gồm điôxít cacbon (CO 2),
hyđrô sulfít (HS), và nitơ (N 2). Do các tạp chất này có thể làm giảm nhiệt trị và đặc
tính của khí thiên nhiên, chúng thường được tách khỏi khí thiên nhiên trong quá

trình tinh lọc khí và được sử dụng làm sản phẩm phụ.
Bảng 1 – 1 Thành phần CNG.
Thành phần
Methane
Ethane
Ethylene
Propane
Nitrogen

Cấu tạo
CH4
C2H6
C2H4
C3H8
N2

Hàm lượng (%)
90,42
4,04
0,14
2,05
3,32

b) Khả năng ứng dụng khí CNG cho động cơ.
Bảng 1 – 2 So sánh đặc tính của CNG với xăng.
7


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
Đặc trưng

Chỉ số octan
Nhiệt trị khối lượng (KJ/Kg)
Năng lượng hỗn hợp (KJ/dm3)
Giới hạn dưới thể tích bốc cháy (%V)
Tốc độ cháy chảy tầng ở độ đậm đặc 0,80 (cm/s)
Năng lượng đánh lửa tối thiểu (mJ)
Nhiệt độ đoạn nhiệt của màng lửa (K)
A/F (Kg KK/kg nhiên liệu)
Thành phần hoá học % C
H
O

CNG
130
50009
3,10
0,50
30
0,33
2227
17,23
75
25
0

Xăng
95
42690
3,46
0,60

37,5
0,26
2266
14,60
85,4
14,6
0

Nhiệt trị riêng khối lượng của CNG cao hơn (khoảng 10%) so với nhiên liệu
lỏng thông thường. Cùng hiệu suất như nhau, suất tiêu hao nhiên liệu (tính theo
khối lượng) của động cơ dùng CNG giảm cũng chừng ấy lần.
TSOT của CNG cao hơn so với xăng, trong động cơ chuyên dụng, công suất,
tính gia tốc và tốc độ tiết kiệm của ô tô CNG tốt hơn ô tô dùng động cơ xăng. Do
quá trình cháy của CNG có đặc điểm sạch hơn, nên ô tô sử dụng động cơ CNG hoạt
động hiệu quả hơn so với ô tô xăng, làm tăng tuổi thọ cho ô tô. Ở những ô tô làm
việc nặng thì động cơ sử dụng CNG sẽ ít ồn hơn so với động cơ diesel.
Mặc dù CNG là khí đốt, nhưng phạm vi cháy hẹp, làm cho nó là nhiên liệu
an toàn. Mức độ an toàn của ô tô CNG ngang hàng với ô tô xăng. Khi bị tràn ra
ngoài do tai nạn,...thì CNG không gây hại cho đất và nước, nó không độc. Khả năng
phân tán của CNG nhanh, giảm tối thiểu sự nguy hiểm cháy nổ liên quan đến xăng.
c) Sự ô nhiễm khí thải khi sử dụng CNG làm nhiên liệu.
Cũng như đối với những loại nhiên liệu khác, đặc điểm phát sinh ô nhiễm
của động cơ dùng CNG liên quan đến thành phần hydrocarbure của nhiên liệu,
( thường nhiên liệu CNG chứa ít nhất 90% methane). Khác với động cơ xăng, trong
khí xả động cơ CNG hầu như không có hydrocarbure nào có hơn 4 nguyên tử
cacbon, đặc biệt hơn nữa là không có sự hiện diện của thành phần hydrocarbure
thơm.
Liên quan đến vấn đề tạo ozone ở hạ tầng khí quyển, khí thải động cơ CNG
có hoạt tính thấp hơn động cơ xăng đến hai lần. tính chất này chủ yếu do nhiên liệu
CNG chứa phần lớn methane, thành phần các chất hoạt tính (butenes, buta-1, 3diene, xylenes) rất thấp hoặc có thể bỏ qua.

Mặt khác, nhiên liệu CNG không bao giờ gây trở ngại đối với bộ xúc tác ba
chức năng do thành phần lưu huỳnh như trong trường hợp lỏng. Tuy nhiên sự ôxy
8


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
hóa methane còn lại trong khí xả rất khó khăn. Muốn loại trừ chất này cần sử dụng
một bộ xúc tác đặc biệt.
Bảng 1 – 3 Mức độ phát ô nhiễm của động cơ dùng CNG.
Chất ô nhiễm
Mức độ
CO (g/mile)
0,655
HC tổng
0,230
HC không methane
0,016
NOX (g/mile)
0,112
CO2 (g/mile)
226,6
Tiêu thụ nhiên liệu
28,5
Hoạt động độc lập
175
Bảng 1 – 3 cho chúng ta một vài ví dụ liên quan đến mức độ phát ô nhiễm.
của ô tô vận tải sử dụng CNG.Chúng ta nhận thấy, mức độ CO và bồ hóng rất
thấp.Mức độ HC đôi lúc gần với giá trị cho phép bởi luật môi trường, nhưng chỉ
chứa phần lớn methane (khoảng 90%), còn lại các thành phần khác rất thấp.
Còn về mức độ phát sinh NOX khí xả động cơ CNG có nồng độ NO X rất thấp

nếu động cơ làm việc với α = 1 và có lắp bộ xúc tác 3 chức năng. Nồng độ này cao
hơn một chút nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép nếu dùng hỗn hợp nghèo.
Những phiền phức đặc biệt của động cơ diesel (ồn, hôi, khói đen …) sẽ được giảm
đi rất nhiềuđối với động cơ CNG. Mức độ ồn giảm được khoảng 3 db khi động cơ
hoạt động không tải với ô tô bus thành phố.
Về mùi hôi, chất phụ gia chứa lưu huỳnh để phát hiện sự dò rỉ được thêm
vào nhiên liệu với thành phần rất thấp (20 hay 25mg/m 3) nên bị đốt cháy hoàn toàn.
Vì vậy nên khí xả động cơ CNG rất ít hôi so với khí xả động cơ diesel.
Về sự ảnh hưởng của khí thải động cơ sử dụng CNG đến hiệu ứng nhà kính,
Methane cũng như CO2 và N2O là khí gây hiệu ứng nhà kính một cách trực tiếp vì
vậy ta rất quan tâm đến việc nghiên cứu ảnh hưởng của việc động cơ CNG đến việc
nóng lên của bầu khí quyển.
Bảng 1 – 4 So sánh mức độ phát sinh khí gây hiệu ứng nhà kính đối với động cơ
dùng xăng, diesel, và CNG (gCO2/Km), theo chu trình ECE.
xăng
Diesel
CNG
Trước bộ xúc tác 356
281
267
Sau bộ xúc tác
310
251
231
Trong thực tế động cơ CNG phát sinh ít CO 2 so với động cơ nhiên liệu lỏng.
Vì vậy, lượng chất khí gây hiệu ứng nhà kính trong khí xả động cơ CNG thấp hơn
khoảng 25% so với động cơ xăng và 5% so với động cơ Diesel. Do đó việc sử dụng

9

Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
CNG sẽ làm giảm đi đáng kể lượng khí gây hiệu ứng nhà kính trên phạm vi toàn
cầu.
Nhìn chung, động cơ dùng CNG có rất nhiều hứa hẹn đối với ô tô hoạt động
trong thành phố hay vùng ven đô, những khu vực mà tình trạng ô nhiễm môi trường
do phương tiện vận hành gây ra ngày càng trở nên trầm trọng. Ở một số khu vực
trên thế giới, người ta đã bắt đầu sử dụng CNG cho ô tô chạy trong thành phố. Các
quốc gia như Mỹ, Ý, Canada, Hà lan …đã xây dựng những cơ sở hạ tầng phục vụ
cho việc phát triển ô tô dùng nhiên liệu khí.
Sự phát triển CNG có thể diễn ra với một số điều kiện. Trước hết nhiên liệu
này cần cho thấy được tính ưu việt chắc chắn so với những nhiên liệu đang cạnh
tranh như nhiên liệu khí hóa lỏng LPG. Mặt khác, người ta chỉ tiếp tục nghiên cứu
sử dụng nhiên liệu khí nếu như những giải pháp kĩ thuật về xử lí ô nhiễm khí xả
động cơ nhiên liệu lỏng không cải thiện được so với yêu cầu của luật môi trường.
Cuối cùng, như những nhiên liệu khác, sự thâm nhập của CNG đòi hỏi:
+ Chính sách thuế khuyến khích người sử dụng
+ Cơ sở hạ tầng phục vụ việc cung cấp CNG cho ô tô
+ Giải quyết vấn đề tâm lí của người sử dụng liên quan đến tính an toàn của
ô tô dùng CNG.
1.3. Các phương án cung cấp khí CNG cho động cơ đốt trong.
CNG được cung cấp vào động cơ ở dạng khí. Hệ thống phun nhiên liệu khí
vào đường nạp nhờ độ chân không tại họng Venturi của bộ hòa trộn được dùng
phổ biến nhất. Tuy nhiên, những hệ thống phun nhiên liệu mới đang được
nghiên cứu áp dụng thể hiện nhiều ưu điểm hơn như phun khí trên đường nạp
và đặc biệt là phun khí trực tiếp vào buồng đốt.
1.3.1. Cung cấp khí CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí sử dụng bộ hòa trộn có nhiều dạng
khác nhau, nhưng đối với CNG thường sử dụng dạng sơ đồ sau.

10


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA

ECU

Công tắc

Hình 1 – 1 Cung cấp khí CNG dùng bộ hòa trộn.
Nhiên liệu CNG được nén trong bình chứa với áp suất 200 bar, khi khởi
động động cơ van bình sẽ mở ra cho nhiên liệu CNG đi vào bộ giảm áp. Tại bộ
giảm áp, áp suất nhiên liệu được giảm xuống giá trị làm việc, nhờ độ chân không ở
họng venturi thấp hơn áp suất khí trời nên CNG được hút vào đường nạp, lưu lượng
CNG cung cấp được khống chế bởi bộ giảm áp và độ chân không ở họng ống
venturi, nhiên liệu CNG đi vào bộ hỗn hợp hoà trộn với không khí tạo thành hỗn
hợp nhiên liệu đi vào buồng cháy.
Bộ hòa trộn kiểu họng Venturi được sử dụng phổ biến cho tất cả
những loại nhiên liệu khí (LPG, LNG, CNG,…) vì việc hòa trộn đơn giản,
phù hợp đối với nhiên liệu khí. Vì vậy kết cấu của hệ thống cung cấp sử
dụng bộ hòa trộn sẽ đơn giản làm cho giá thành rẻ.
Sự cung cấp CNG liên tục làm hạn chế khả năng khống chế tỷ lệ
không khí/ CNG, để khắc phục nhược điểm trên ta dùng phương án sử dụng
bộ hoà trộn kết hợp với van tiết lưu và van công suất.

11


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
1.3.2. Cung cấp CNG cho động cơ sử dụng bộ hòa trộn kết hợp với van tiết lưu và

van công suất.

ECU

Bộ tiết kiệm
nhiên liệu

Công tắc

Hình 1 – 2 Cung cấp khí CNG dùng bộ hoà trộn kết hợp van tiết lưu.
Khi bật khoá điện, dòng điện qua cuộn dây sinh ra một từ tính làm van điện
từ mở ra cho khí CNG nén từ bình chứa áp suất cao đến bộ giảm áp, tại bộ giảm áp
áp suất nhiên liệu được giảm xuống giá trị làm việc khoảng 0,8 ÷1,5 bar, sau đó
nhiên liệu được qua bộ lọc áp suất thấp trước khi đi vào van tiết lưu, van tiết lưu
được điều khiển tự động bởi bộ vi xử lý, lưu lượng CNG cung cấp được khống chế
bởi bộ giảm áp, tiết diện lưu thông của van tiết lưu và độ chân không ở ống venturi,
tiết diện lưu thông của van tiết lưu được điều khiển tương ứng với phần trăm vị trí
bướm ga thông qua cảm biến vị trí bướm ga. Nhiên liệu đi vào bộ hỗn hợp hoà trộn
với không khí tạo thành hỗn hợp nhiên liệu đi vào buồng cháy.
Khí CNG không những chỉ định lượng bởi độ chân không trong ống venturi
mà còn bởi sự thay đổi độ tiết lưu trên đường nạp, sự điều chỉnh mức độ tiết lưu
trên đường nạp được thực hiện nhờ bộ vi xử lí chuyên dụng nhận tín hiệu từ các
cảm biến. Khi sử dụng bộ hòa trộn công suất của động cơ giảm đi khoảng (5-8)%
do tổn thất lượng không khí nạp tại họng và do CNG chiếm chỗ.

12


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
1.3.3. Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trên đường nạp.

ECU

Công tắc

Hình 1 – 3 Cung cấp khí CNG bằng phương pháp phun trên đường nạp.
Nhiên liệu CNG được nén trong bình chứa với áp suất 200 bar. Khi bật khoá
điện khởi động động cơ, dòng điện qua cuộn dây sinh ra một từ tính làm van điện từ
mở ra cho CNG nén từ bình chứa đến bộ giảm áp. Tại bộ giảm áp, áp suất nhiên
liệu được giảm xuống giá trị làm việc, sau đó nhiên liệu qua bộ lọc áp suất thấp
trước khi dẫn đến vòi phun. Vòi phun được bộ vi xử lý điều khiển một cách tự
động, thời gian phun được điều khiển tương ứng tỷ lệ với phần trăm vị trí tay ga
thông qua cảm biến vị trí tay ga. Bộ xử lý này nhận phần lớn các tín hiệu cần thiết
từ hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG. Hệ thống phun CNG trên đường nạp bao
gồm các hệ thống cơ bản sau.
Hệ thống cung cấp CNG: Gồm bình chứa , van điện từ , bộ điều hoà áp suất,
vòi phun CNG . Do đặc thù riêng của nhiên liệu CNG nên áp suất cần thiết để cung
cấp nhiên liệu đến vòi phun là 5 bar để tránh hiên tượng hoá hơi trên đường ống

13


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
nhiên liệu. Vì hoạt động của hệ thống nhiên liệu ở áp suất cao nên vấn đề an toàn
của hệ thống được đặt lên hàng đầu.
Hệ thống điều khiển gồm các cảm biến ghi nhận thông tin về chế độ làm việc
của động cơ, ECU xử lý các thông tin nhận được từ các cảm biến và phát tín hiệu
điều khiển đến các vòi phun CNG để điều khiển thời gian mở vòi phun cung cấp
CNG. Các tín hiệu điều khiển tới vòi phun là các xung thời gian có độ dài tương
ứng tỷ lệ với lượng CNG cần phun vào ống góp nạp. Các loại cảm biến trong hệ
thống gồm: Cảm biến vị trí tay ga, cảm biến tốc độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, cảm

biến nồng độ Oxy…Đồng thời trong bộ vi xử lý có bổ sung thêm cảm biến đo áp
suất bình chứa nhiên liệu CNG, từ đó tín hiệu được ECU xử lý phát tín hiệu điều
khiển tới vòi phun.
Hệ thống phun CNG trên đường nạp cho phép cải thiện được tính năng của
động cơ và mức độ phát ô nhiễm. Khác với bộ hòa trộn, hệ thống này phun nhiên
liệu dưới áp suất khoảng 5 bar. Điều này cho phép cung cấp một lượng nhiên liệu
chính xác theo chế độ làm việc của động cơ. Mặt khác do không có họng venturi
nên hệ số nạp được cải thiện đáng kể. Phun nhiên liệu CNG được thực hiện theo
phương án riêng rẽ nên giảm khả năng hồi lưu ngọn lửa vào đường nạp, cải thiện
được sự đồng đều nhiên liệu cung cấp cho các xi lanh của động cơ. Việc khống chế
lưu lượng CNG nạp vào xi lanh được thực hiện nhờ bộ vi xử lí .

14


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
1.3.4. Cung cấp CNG cho động cơ bằng phương pháp phun CNG trực tiếp vào
buồng cháy.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí CNG bằng phương pháp phun trực tiếp
hoạt động tương tự như hệ thống phun gián tiếp chỉ có khác là nhiên liệu được phun
trực tiếp vào trong buồng cháy của động cơ.
7

5

4

3
ECU

8

2
11 6
12

9

10

14

13

1

17

16

15

Hình 1 – 4 Cung cấp khí CNG bằng phương pháp phun trực tiếp.
1: Bình chứa CNG; 2: Van nạp; 3: Máy đo áp suất; 4: Lọc CNG;
5: Van 1 chiều; 6: Vòi phun CNG; 7: Bugi đánh lửa ; 8: Cuộn dây cao áp;
9: Cảm biến ô xy; 10: Cảm biến tốc độ; 11: Cảm biến nước làm mát;
12: Cảm biến bướm ga; 13: Cảm biến áp suất khí nạp; 14: Bầu lọc khí;
15: Công tắc đánh lửa; 16: Công tắc CNG; 17: Ắc quy.
Phương pháp này có rất nhiều ưu điểm vì nó cho phép đồng thời làm giảm
mức độ gây ô nhiễm và làm tăng tính kinh tế của động cơ. Phun trực tiếp CNG vào

buồng cháy cho phép kết hợp các ưu điểm của khí thiên nhiên và quá trình cháy của
hỗn hợp nghèo phân lớp. Mặt khác, hệ thống phun CNG còn thừa hưởng ưu thế của
nhiên liệu nén ban đầu nên không cần bơm nhiên liệu áp suất cao. Động cơ có thể
hoạt động không có tổn thất hệ số nạp và ở điều kiện hỗn hợp nghèo. Nhược điểm
chính của hệ thống này là đòi hỏi kĩ thuật chế tạo và điều chỉnh chính xác hệ thống
phun vì vậy đắt tiền.

15


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
2. Giới thiệu tổng quát về ô tô INNOVA và động cơ 1TR-FE.
2.1. Giới thiệu chung về ô tô INNOVA.
Xe Toyota Innova là loại xe du lịch 8 chỗ ngồi. Xe được trang bị động cơ đời
mới 1TR-FE, khung gầm xe cứng cáp cho hiệu quả lái xe ổn định. Khả năng giảm
xóc và chống rung tốt tạo cảm giác thoải mái và êm dịu cho mọi hành khách trong
xe trên mọi nẻo đường.
Toyota Innova có 2 loại: Innova G và Innova J.
Bảng 2 – 1 Các thông số kỹ thuật của xe Innova.
Loại xe

Innova G

Innova J

Động cơ
Hộp số
Số chỗ ngồi

2.0 lít (1TR-FE)

5 số tay
8 chỗ

2.0lít(1TR-FE)
5 số tay
8 chỗ

Bảng 2 – 2 Trọng lượng và kích thước xe.
Loại xe
Trọng lượng toàn tải

Innova G

Innova J

2170 kg

2170 kg

Trọng lượng không tải

1530 kg

1515 kg

Dài x rộng x cao toàn bộ

4555mm x 1770mm x 1745mm

Chiều dài cơ sở

2750 mm

2750 mm

1510 mm

1510 mm

Chiều rộng cơ sở
Khoảng sáng gầm xe

176 mm
Bảng 2 – 3 Khung xe.

Loại
Treo trước
Treo sau
Phanh trước

Innova G
Innova J
Độc lập với lò xo cuộn, đòn kép và
thanh cân bằng
4 điểm liên kết, lò xo cuộn và tay đòn
bên
Đĩa thông gió

Phanh sau

Tang trống

Bán kính quay vòng tối thiểu
Dung tích bình xăng
Vỏ và mâm xe

176 mm

5,4 m
55 lit
205/65R15 Mâm
195/70R14 Thép,
đúc
chụp kín

2.2. Đặc điểm tổng quát động cơ 1TR-FE.
Bảng 2 – 4 Động cơ.
16


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
Loại động cơ
Kiểu
Dung tích công tác
Đường kính xy lanh D
Hành trình piston S
Tỉ số nén
Công suất tối đa
Mô men xoắn tối đa
Hệ thống phun nhiên liệu

Tiêu chuẩn khí xả
Cơ cấu phối khí
Thời điểm Nạp
phối khí
Xả

Mở
Đóng
Mở
Đóng
Độ nhớt /cấp độ của dầu bôi trơn

1TR-FE
4 xilanh thẳng hàng, 16 van, cam kép
DOHC có VVT-I, dẫn động xích.
1998 cm3
86 mm
86 mm
9,8
134Hp/5600 rpm
182/4000 (N.m/rpm)
L-EFI
Euro Step 2
16 xupap dẫn động bằng xích,có VVT-i
520~00 BTDC
120~640 ABDC
440 BTDC
80 ABDC
5W-30/API SL, SJ, EC or ILSAC

2.2.1. Động cơ.
Động cơ 1TR-FE lắp trên xe Innova của hãng Toyota là loại động cơ xăng thế hệ
mới, 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích xylanh 2,0 [lít] trục cam kép DOHC 16 xupap
dẫn động bằng xích thông qua con đội thuỷ lực với hệ thống van nạp biến thiên
thông minh VVT-i. Hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử và hệ thống
nhiên liệu phun trực tiếp điều khiển bởi ECU.

17


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA

Hình 2 – 1 Cách bố trí xupap, trục cam trên động cơ.
1: Con đội thủy lực; 2: Trục cam; 3:Xupap; 4: Vòi phun.
Do có con đội thủy lực nên luôn duy trì khe hở xupap bằng “0” nhờ áp lực
của dầu và lực của lò xo.
+ Nắp quy lát được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, các trục cam đều được
phân bố trên đầu quy lát.
+ Thân máy cũng giống các động cơ cổ điển nhưng hoàn thiện hơn. Lốc
máy được chế tạo bằng thép đúc có dạng gân tăng cứng nhằm giảm rung động và
tiếng ồn.
+ Piston: Được làm bằng hợp kim nhôm 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.
+ Sécmăng: Có 3 Sécmăng loại có ứng suất thấp secmăng khí số 1 được xử
lý PVD*, secmăng khí số 2 được mạ crôm và Sécmăng dầu.

Hình 2 – 2 Cấu tạo piston, secmăng.
1:Piston; 2:Secmăng khí số 1; 3:Secmăng khí số 2; 4:Secmăng dầu

18


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
Khe hở cho phép của các secmăng cho dưới bảng:
Bảng 2 – 5 Khe hở secmăng
Secmăng
Điều kiện tiêu chuẩn
số 1
0,22 đến 0,34mm
số 2
0,45 đến 0,57mm
dầu
0,1 đến 0,4mm
+ Thanh truyền: Được đúc bằng thép hợp kim có đường kính đầu to: 52,989
đến 53,002mm.

Hình 2 – 3 Kết cấu thanh truyền.
1: Thân thanh truyền; 2: Bu lông thanh truyền; 3: Nắp đầu to.
+ Trục khuỷu: Có kết cấu khá đặc biệt, bên trong có đường dầu đi bôi trơn
các bạc lót và cổ trục. Đường kính cổ trục tiêu chuẩn: 59,981 đến 59,994mm,
đường kính các cổ biên tiêu chuẩn: 52,989 đến 53,002mm.

Hình 2 – 4 Kết cấu trục khuỷu.
1: Rãnh then lắp đĩa xích; 2: Chốt khuỷu; 3: Lỗ dầu; 4: Má khuỷu;
5: Cổ trục chính.
2.2.2. Cơ cấu phối khí.
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.
19


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA

Hình 2 – 5 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 – 6 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 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
20

Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
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.
9
10

7
6

8

12
13

11
14

15

16

5
22

19

18

17

20

21

4

3
1

2

Hình 2 – 7 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.
2.2.4. Hệ thống kiểm soát khí xả.
Hệ thống kiểm soát khí xả giúp hạn chế lượng khí thải có hại cho con người

21


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA

và môi trường.

Hình 2 – 8 Đồ thị biến thiên nồng độ các chất ô nhiễm
theo hệ số dư lượng không khí.
Để giảm các chất khí có hại từ khí xả: Trước hết ta dùng bộ trung hòa khí xả
(TWC) làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx
(Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H 2O, CO2, N2) khi luồng khí xả đi qua, với
các chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi. Để khí xả ra ngoài môi trường không độc
hại đối với sức khỏe con người.
TWC hoạt động tốt nhất với tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu gần lý
thuyết. Vì vậy cần có hệ thống thông tin phản hồi về tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên
liệu để giữ cho tỷ lệ này gần như tỷ lệ lý thuyết. Hệ thống thông tin phản hồi về hỗn
hợp không khí nhiên liệu theo dõi lượng ôxy trong khí xả bằng cách sử dụng cảm
biến ôxy gắn trong đường ống xả. Khi đó lượng nhiên liệu được ECU của động cơ
điều chỉnh để kiểm soát tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu, giúp cho TWC làm việc
có hiệu quả.
Đối với nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu: Nhiên liệu này được hấp thụ
bởi bộ lọc than hoạt tính. Sau đó khi động cơ hoạt động, nhiên liệu trong bộ lọc than
hoạt tính và không khí được dẫn vào đường ống nạp để đốt cháy.
2.2.5. Hệ thống xả.
Khí xả được thải ra ngoài môi trường qua ống xả.
Hệ thống xả gồm: Ống góp xả và ống xả nối với nhau bằng khớp cầu. Trên
ống xả có các bộ trung hòa khí xả để làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit),
HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H2O, CO2, N2)
khi luồng khí xả đi qua, với các chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi. Để khí xả ra
ngoài môi trường không độc hại đối với sức khỏe con người.

22

Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA

Hình 2 – 9 Sơ đồ hệ thống xả động cơ 1TR-FE.
1: Bộ trung hòa khí xả; 2: Bộ tiêu âm.
2.2.6. Hệ thống làm mát.
Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức, nhiệt độ van hằng nhiệt mở là 800C,
dung tích bình chứa 7,8lít.
Quạt của hệ thống làm mát được điều khiển bằng khớp chất lỏng ba giai
đoạn.
Van hằng nhiệt có van đi tắt được đặt ở phía đầu ra của két nước.

Hình 2 – 10 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
2.2.7. 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: 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.

23


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
2.2.8. Hệ thống đánh lửa.
Hệ thống đánh lửa 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 2 – 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:
24


Thiết kế hệ thống cung cấp khí CNG cho động cơ 1TR-FE lắp trên ô tô INNOVA
+ 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.
2.2.9. Hệ thống khởi động.
Hệ thống khởi động bằng điện với phương pháp điều khiển gián tiếp bằng
rơle điện từ .
Để tránh khả năng không kịp tách bánh răng ra khi động cơ đã nổ, người ta
làm kiểu truyền động một chiều bằng khớp truyền động hành trình tự do loại cơ cấu
cóc.

Hình 2 – 12 Kết cấu máy khởi động.
1: Bánh răng máy khởi động; 2: Cuộn giữ; 3: Cuộn đẩy; 4: Vành tiếp điểm;
5: Ắc quy
Khi người lái đóng khóa điện, dòng điện sẽ đi vào cuộn đẩy mà lõi thép của
nó được nối với cần gạt. Cuộn dây có điện trở thành nam châm hút lõi thép sang
phải, đồng thời làm quay cần gạt dịch chuyển bánh răng truyền động vào ăn khớp
với bánh đà. Khi bánh răng của khớp truyền động đã vào ăn khớp với bánh đà, thì
vành tiếp điểm cũng nối các tiếp điểm, đưa dòng điện vào các cuộn dây của máy
khởi động. Máy khởi động quay, kéo trục khuỷu của động cơ quay theo. Khi động
cơ đã nổ thì người lái nhả khóa điện, các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tác
dụng của lò xo hồi vị.
2.2.10. Hệ thống nạp.
Hệ thống nạp dùng một bộ điều áp để điều chỉnh điện mà nó tạo ra bỡi sự
quay của cuộn dây rôto và nạp điện vào ắc quy.

25