KHẢO sát hệ THỐNG nạp THẢI TRÊN ĐỘNG cơ 1NZ FE TRÊN XE TOYOTA VIOS
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.34 MB, 73 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
CHUN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT HỆ THỐNG NẠP - THẢI TRÊN
ĐỘNG CƠ 1NZ-FE TRÊN XE TOYOTA VIOS
Người hướng dẫn: GS. TS. TRẦN VĂN NAM
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN LÊ CHÍNH
Số thẻ sinh viên: 103140009
Lớp: 14C4A
Đà Nẵng, 12/2019
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Thông tin chung:
1. Họ và tên sinh viên: Nguyễn Lê Chính
2. Lớp: 14C4A
Số thẻ SV: 103140009
3. Tên đề tài: Khảo sát hệ thống nạp - thải trên động cơ 1NZ-FE trên xe TOYOTA
VIOS
4. Người hướng dẫn: Trần Văn Nam
Học hàm/ học vị: Giáo sư
II. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
1.
Về tính cấp thiết, tính mới, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là 2đ)
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là 4đ)
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm đánh giá tối đa là 2đ)
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Đề tài có giá trị khoa học/ có bài báo/ giải quyết vấn đề đặt ra của doanh nghiệp
hoặc nhà trường: (điểm tối đa là 1đ)
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm đánh giá tối đa 1đ)
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
III. Đánh giá:
1. Điểm đánh giá:……/10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)
2. Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ
☐ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày… tháng…năm 2019
Người hướng dẫn
GS.TS. Trần Văn Nam
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Thông tin chung:
1. Họ và tên sinh viên: Nguyễn Lê Chính
2. Lớp: 14C4A
Số thẻ SV: 103140009
3. Tên đề tài: Khảo sát hệ thống nạp - thải động cơ 1NZ-FE trên xe Toyota Vios
4. Người phản biện: Bùi Văn Ga
Học hàm/ học vị: Giáo sư
II. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
Điểm
tối đa
TT Các tiêu chí đánh giá
1
1a
-
1b
-
1c 2
2a -
Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải
quyết đủ nhiệm vụ đồ án được giao
- Tính mới (nội dung chính của ĐATN có những phần mới
so với các ĐATN trước đây).
- Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; có thể ứng dụng
thực tiễn.
- Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến thức
cơ bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên cứu.
- Chất lượng nội dung ĐATN (thuyết minh, bản vẽ, chương
trình, mơ hình,…).
- Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm ứng dụng
trong vấn đề nghiên cứu;
- Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài ứng
dụng trong vấn đề nghiên cứu;
- Có kỹ năng làm việc nhóm;
Kỹ năng viết:
- Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích
Điểm
Đánh giá
80
15
50
15
20
15
2b - - Thuyết minh đồ án khơng có lỗi chính tả, in ấn, định dạng
5
3 Tổng điểm đánh giá theo thang 100:
Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)
- Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
………………………………………………………………………………………
3. Câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời trong buổi bảo vệ:
………………………………………………………………………………………
4. Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày… tháng… năm 2019
Người phản biện
GS.TSKH Bùi Văn Ga
TÓM TẮT
Tên đề tài: Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE trên xe Toyota vios
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Lê Chính
Số thẻ sinh viên: 103140009
Lớp: 14C4A
Đề tài đồ án tốt nghiệp được chia làm 4 phần với nội dung được trình bày như sau:
Phần 1: Tổng quan về hệ thống nạp thải trên động cơ 1NZ-FE. Nội dung của phần
này chủ yếu khái quát về công dụng, yêu cầu của hệ thống nạp thải, hệ thống nạp
thải cổ điển và hiện đại. Bên cạnh đó nêu rõ lên kết cấu của các cơ cấu phân phối
khí.
Phần 2: Giới thiệu tổng thể về động cơ 1nz-fe. Nội dung phần này đi vào tìm hiểu
về xe được khảo sát. Sử dụng các tài liệu tham khảo với mục đích tìm ra được các
thông số kỹ thuật của xe Toyota vios. Làm cơ sở cho công việc kiểm nghiệm ở các
phần sau. Ngoài ra giới thiệu một số các hệ thống khác trên xe để trang bị tổng quan
hơn, đầy đủ hơn về loại xe này. Nội dung tìm hiểu sâu hơn đối với xe khảo sát.
Trong phần này phân tích kĩ kết cấu các thành phần chính của hệ thống. Tính tốn
các chu trình cơng tác của động cơ 1NZ-FE.
Phần 3: Khảo sát hệ thống nạp thải của động cơ 1NZ-FE. Phần này em đi sâu vào
tìm hiểu sơ đồ bố trí của hệ thống, các đường ống nạp thải, kết cấu nguyên lí làm
việc của các van, các cảm biến.
Phần 4: Kiểm tra, chẩn đoán và sửa chữa hư hỏng hệ thống nạp thải ô tô Toyota
vios. Nội dung phần này tập trung tìm hiều chẩn đốn các hư hỏng thường xảy ra
trên xe khảo sát. Để từ đó tiến hành công tác bão dưỡng cần thiết đối với xe khảo
sát, cũng như các dòng xe khác. Áp dụng các trang thiết bị để phục vụ cơng tác
chẩn đốn nhanh chóng. Kiểm tra các bộ phận của hệ thống nạp thải trên xe.
Nội dung đề tài không chỉ giới hạn đối với xe Toyota vios nói riêng mà cịn có thể
áp dụng trên các dịng xe khác và làm rõ vai trị của cơng tác kiểm nghiệm xe ơ tô.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Lê Chính
Số thẻ sinh viên: 103140009
Lớp: 14C4A
Khoa: Cơ Khí Giao Thơng Ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
1. Tên đề tài đồ án: KHẢO SÁT HỆ THỐNG NẠP-THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ
1NZ-FE TRÊN XE VIOS.
2. Đề tài thuộc diện: ☐Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thựchiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Các thông số xe Kia Optima
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
-Chương 1: Tổng quan về hệ thống nạp thải
-Chương 2: Giới thiệu tổng thể về động cơ 1NZ-FE và tính tốn các chu trình
cơng tác.
-Chương 3: Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ 1NZ-FE
-Chương 4: Kiểm tra bảo dưỡng các cụm chi tiết trong hệ thống nạp thải động cơ
1Nz-FE.
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
- Bản vẽ phuơng án bố trí đường nạp và thải động cơ
1 A3
- Bản vẽ mặt cắt ngang động cơ 1NZ-FE
1 A3
- Bản vẽ mặt cắt dọc động cơ 1NZ-FE
1 A3
- Bản vẽ sơ đồ hệ thống nạp thải động cơ 1NZ-FE
1 A3
- Bản vẽ sơ đồ bố trí hệ thống nạp thải động cơ 1NZ-FE
1 A3
- Bản vẽ kết cấu bộ xúc tác ba chức năng
1 A3
- Bản vẽ các cảm biến trong hệ thống nạp thải
1 A3
- Bản vẽ các van trong hệ thống phụ trợ
1 A3
6. Họ tên người hướng dẫn: Trần Văn Nam
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 18/09/2019
8. Ngày hoàn thành đồ án:
18/12/2019
Đà Nẵng, ngày 18 tháng12 năm 2019
Trưởng Bộ môn:
Người hướng dẫn
PGS.TS. Dương Việt Dũng
GS.TS Trần Văn Nam
LỜI NĨI ĐẦU
Trong những năm gần đây ngành cơng nghiệp chế tạo ô tô đang trên đà phát
triển mạnh mẽ, đặc biệt cùng với việc ứng dụng khoa học kỹ thuật công nghệ vào
trong ngành đã đưa ngành công nghiệp chế tạo ơ tơ hồ nhập cùng với tốc độ phát
triển của sự nghiệp cơng nghiệp hố, hiện đại hố đất nước.
Do điều kiện kinh tế ngày càng nâng cao nên xe VIOS là loại xe do hãng
TOYOTA chế tạo được đưa vào nước ta trong những năm gần đây để phục vụ nhu
cầu đi lại của người dân, đặc biệt là người dân sống ở khu vực thành thị. Xe VIOS
là loại xe rất thông dụng và được ưa chuộng ở Việt Nam. Xe Vios là một trong
những xe bán chạy nhất tại thị trường Việt Nam. Vì vậy việc tìm hiểu về tính năng
kỹ thuật của xe, cụ thể là hệ thống nạp - thải là hết sức cần thiết đối với một sinh
viên thuộc chuyên ngành động lực. Do đó em đã chọn đề tài “Khảo sát hệ thống nạp
- thải trên động cơ 1NZ-FE " lắp trên xe VIOS. Đây là một cơ hội vô cùng thuận lợi
để em củng cố những kiến thức cơ bản về hệ thống nạp thải trên động cơ nói chung,
đồng thời trên cơ sở đó tìm hiểu những đặc điểm mới về kết cấu của hệ thống nạp thải trên một động cơ mới được phát triển trong thời gian gần đây.
Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo
cịn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em khơng
tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô 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 GS.TS TRẦN
VĂN NAM các thầy cơ giáo trong khoa Cơ Khí Giao Thông cùng tất cả các bạn
sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Đà nẵng ngày 31 tháng 12 năm 2019
Sinh viên thực hiện
NGUYỄN LÊ CHÍNH
i
CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là phần nghiên cứu và thể hiện đồ án tốt nghiệp của riêng
tôi. Các số liệu sử dụng phân tích trong đồ án có nguồn gốc rõ ràng và được công
bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu do tơi tự tìm hiểu và phân tích một
cách trung thực, khách quan, phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả này
chưa được công bố trong bất cứ nghiên cứu nào khác. Những số liệu trong các bảng
biểu, công thức phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được thu thập từ các
nguồn được trích dẫn rõ ràng trong phần tài liệu tham khảo. Ngồi ra trong đồ án
cịn có trích dẫn các tiêu chuẩn quy định của nước ta đều được nêu và chú thích rõ
ràng về nguồn gốc.
Nếu có phát hiện bất kỳ sự gian lận nào tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm về
nội dung đồ án tốt nghiệp của mình và chịu mọi kỷ luật của khoa và nhà trường đề
ra.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Lê Chính
ii
MỤC LỤC
TÓM TẮT................................................................................................................. i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.......................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................i
CAM ĐOAN............................................................................................................ii
MỤC LỤC............................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ............................................................iv
MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
1.1 Sự phát triển của hệ thống nạp thải..................................................................2
1.1.1 Công dụng của hệ thống nạp thải......................................................................2
1.1.2 Yêu cầu.............................................................................................................2
1.1.2 Hệ thống nạp thải cổ điển.................................................................................2
1.1.3. Hệ thống nạp thải hiện đại...............................................................................6
1.1.4 Sự khác nhau giữa hệ thống phân phối khí cổ điển và hiện đại:.....................11
Ngoài những đặc điểm và cấu tạo giống cơ cấu phối khí cổ điển. Cơ cấu phối khí
hiện đại cịn có những bộ phận đóng vai trị điều khiển thay đổi thời điểm đóng mở
của xupáp theo tốc độ của động cơ. Nhờ đó mà cơ cấu phối khí hiện đại ln ln
làm việc ở điều kiện tối ưu nhất...............................................................................11
2.1 Giới thiệu chung về động cơ 1NZ-FE............................................................17
Bảng 2-2 Thơng số động cơ....................................................................................17
2.1.1.4. Hệ thống bơi trơn........................................................................................21
2.2.Tính tốn các chu trình cơng tác của động cơ 1NZ-FE..................................28
2.2.1 Các số liệu ban đầu.........................................................................................29
2.2.2 Các thơng số chọn...........................................................................................29
2.2.3.Tính tốn các chu trình cơng tác.....................................................................29
Chương 3. KHẢO SÁT HỆ THỐNG NẠP – THẢI ĐỘNG CƠ 1NZ-FE..........37
3.2.2. Cổ họng gió...................................................................................................38
Hình 3-16 Biểu diễn kết cấu cảm biến oxy..........................................................48
............................................................................................................................. 49
Chương 4: KIỂM TRA BẢO DƯỠNG CÁC CỤM CHI TIẾT TRONG HỆ
THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ 1NZ-FE............................................................58
KẾT LUẬN............................................................................................................61
iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ
Hình 1-1 Biểu diễn kết cấu cơ cấu phân phối khí xupáp đặt.
Hình 1-2 Thể hiện kết cấu Cơ cấu phân phối khí xupáp treo
Hình 1-3 Biểu diễn kết cấu xupáp treo dẫn động trực tiếp
Hình 1-4 Đồ thị biểu diễn momen động cơ
Hình 1-5 Biểu diễn Sơ đồ thời điểm phối khí
Hình 1-6 Đồ thị biểu diễn biên dạng cam tác dụng
Hình 1-7 Biểu diễn cấu tạo của hệ thống mivec.
Hình 1-8 Thể hiện hoạt động của các cam ở tốc độ thấp
Hình 1-9 Thể hiện hoạt động của các cam ở tốc độ cao.
Hình 1-10. Đồ thị cơng của q trình trao đổi khí trong động cơ 4 kỳ
Hình 1-11 Biểu diễn diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ
Hình 2-1 Biểu diễn kết cấu trục khuỷu.
Hình 2-2 Biểu diễn kết cấu Thanh truyền
Hình 2-3 Biểu diễn kết cấu Pittơng.
Hình 2-4 Biểu diễn Nắp máy
Hình 2-5 Biểu diễn Thân máy
Hình 2-6 Sơ đồ biểu diễn bố trí cơ cấu phân phối khí
Hình 2-7 Thể hiện Sơ đồ dẫn động xúpap
Hình 2-8 Thể hiện Sơ đồ hệ thống bơi trơn
Hình 2-9 Biểu diễn Sơ đồ hệ thống làm mát
Hình 2-10 Biểu diễn Sơ đồ hệ thống đánh lửa
Hình 2-11 Thể hiện Sơ đồ hệ thống nhiên liệu
Hình 2-12 Biểu diễn Sơ đồ điều khiển máy khởi động
Hình 2-13 Biểu diễn một số phương án quét thải trên động cơ hai kỳ
Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống nạp - thải
Hình 3-2 Biểu diễn kết cấu cổ họng gió.
Hình 3-3 Quan hệ tỷ lệ giữa góc nhấn bàn đạp ga và góc mở bướm ga
Hình 3-4 Quan hệ giữa góc nhấn bàn đạp ga, góc mở bướm ga và gia tốc xe
Hình 3-5 Biểu diễn bộ góp nạp
Hình 3-6 Thể hiện Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy.
Hình 3-7 Sơ đồ mạch điện điều khiển của cảm biến đo lưu lượng khơng khí.
Hình 3-8 Biểu diễn cảm biến nhiệt độ khí nạp kiểu dây sấy.
Hình 3-9 Thể hiện Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp
iv
Hình 3-10 Biểu diễn Cảm biến vị trí bướm ga.
Hình 3-11 Thể hiện Sơ đồ điện cảm biến vị trí bướm ga
Hình 3-12 Biểu diễn bộ góp thải
Hình 3-13 Thể hiện Vùng làm việc của bộ xúc tác 3 chức năng
Hình 3-14 Biểu diễn kết cấu bộ xúc tác ba chức năng
Hình 3-15 Thể hiện Đường đặc tính làm việc của bộ xúc tác
Hình 3-16 Biểu diễn kết cấu cảm biến oxy
Hình 3-17 Thể hiện Quan hệ giữa tỷ lệ khơng khí – nhiên liệu với điện áp cảm biến
oxi và lượng phun
Hình 3-18 Biểu diễn kết cấu bộ giảm âm chính
Hình 3-19 Biểu diễn kết cấu nắp máy
Hình 3-20 Thể hiện Sơ đồ hệ thống thơng hơi cacte
Hình 3-21 Biểu diễn Các chế độ làm việc của van PCV
Hình 3-22 Biểu diễn đường đặc tính lưu lượng van PCV
Hình 3-23 Sơ đồ hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải
Hình 3-24 Biểu diễn kết cấu van EGR
Hình 3-25 Thể hiện Sơ đồ hệ thống kiểm soát sự bay hơi xăng
Hình 3-26 Biểu diễn Van điện từ điều khiển thốt hơi nhiên liệu
Bảng 2-1 Trọng lượng và kích thước xe
Bảng 2-2 Thông số động cơ
Bảng 2-3 Thông số kỹ thuật
Bảng 2-4 Thông số ban đầu
Bảng 2-5 Thông số chọn
Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật
v
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài.
Ngành cơng nghiệp ơ tơ là một trong những ngành quan trọng trên thế giới. Các
nhà nghiên cứu chế tạo ln mong muốn có được động cơ đốt trong đảm bảo được
tính kinh tế và tính hiệu quả cao.Trong khi đó hệ thống nạp thải cổ điển còn nhiều
hạn chế. Để khắc phục những hạn chế đó, đã có những ý tưởng cải thiện hệ thống
nạp thải để tạo hiệu suất tối ưu cho động cơ, giải quyết được vấn đề nhiên liệu. Để
hiểu rõ hơn những vấn đề đó em đề tài “ khảo sát hệ thống nạp thải trên động cơ
1nz-fe ” được lắp trên xe Toyota Vios.
2. Mục tiêu đề tài.
Tìm hiểu hệ thống nạp thải của động cơ sẽ giúp em thấy rõ sự quan trọng của hệ
thống này. Đồng thời củng cố và bổ sung kiến thức về chuyên ngành. Tìm hiểu, nắm
vững cấu tạo, nguyên lý làm việc, kết cấu… của chi tiết, cụm chi tiết để từ đó rút ra
ưu nhược điểm và có kiến thức cơ bản về chẩn đốn, phát hiện những hư hỏng
thường gặp, tìm cách khắc phục và phát triển chúng ngày càng tốt hơn.
3. Phương pháp nghiên cứu.
Dựa vào kiến thức qua các môn đã được học kết hợp với giáo trình, báo, tạp chí ơ
tơ, internet. Từ đó em xây dựng nên đồ án tốt nghiệp.
4. Kết cấu đồ án.
Đồ án tốt nghiệp về đề tài “ khảo sát hệ thống nạp thải trên động cơ 1nz-fe” gồm có
4 chương:
Chương 1: Trình bày tổng quan về hệ thống nạp thải đồng thời giới thiệu hệ thống
nạp thải cổ điển và một số hệ thống nạp thải hiện đại.
Chương 2: Em giới thiệu động cơ 1nz-fe, kết cấu, nguyên lí làm việc của một số
cụm chi tiết chính và các hệ thống của động cơ.
Chương 3: Trọng tâm của đồ án em đi sâu vào phân tích kết, nguyên lí làm việc của
các chi tiết trong hệ thống và phương án bố trí hệ thống nạp thải trên động cơ 1nzfe.
Chương 4: Em nêu ra những hư hỏng và kiểm tra bảo dưỡng các cụm chi tiết trong
hệ thống nạp thải động cơ 1nz-fe
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
1
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NẠP THẢI
1.1 Sự phát triển của hệ thống nạp thải.
Như chúng ta đã biết, ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của nền khoa
học công nghệ. Các hãng sản xuất ôtô như Honda, Toyota, Ford…đã lần lượt đưa ra
nhiều sản phẩm với nhiều động cơ có những tính năng hiện đại. Một trong những
tính năng đó là việc áp dụng sự điều khiển tự động vào hệ thống phân phối khí
trong động cơ. Với sự điều khiển này sẽ làm thay đổi được góc phân phối khí phù
hợp với từng dãi tốc độ của động cơ, đảm bảo được yêu cầu của cuộc sống đặt ra
như việc sử dụng động cơ có tính kinh tế cao, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tối
thiểu khi sử dụng. Động cơ phải phát huy được hết cơng suất ở những dải tốc độ
khác nhau. Ngồi ra động cơ khi làm việc cũng đảm bảo nhiều qui định về mức độ
ô nhiễm môi trường của các quốc gia cũng như yêu cầu về kinh tế của người tiêu
dùng. Tuy các biện pháp tiến hành cải tiến của các hãng sản xuất khác nhau nhưng
đều tìm cách điều khiển và chế tạo các cơ cấu để dẫn động cơ cấu phối khí gần với
giá trị tính tốn lý thuyết lý tưởng.
1.1.1 Công dụng của hệ thống nạp thải.
Hệ thống nạp thải có nhiệm vụ đưa hỗn hợp khơng khí- nhiên liệu vào buồng
cháy để thực hiện q trình cháy của động cơ, đồng thời đưa sản phẩm cháy từ
buồng cháy thốt ra ngồi. Hệ thống nạp thải phải đảm bảo cung cấp đủ lượng hỗn
hợp có thành phần hồ khí thích hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ, thải
sạch sản phẩm cháy ra ngoài trong quá trình thải, sao cho hiệu suất động cơ là lớn
nhất và giảm ô nhiễm môi trường, giảm tiếng ồn.
1.1.2 u cầu.
Phải đảm bảo q trình thay đổi khí như nạp đầy thải sạch. Đóng mở xupap
đúng quy luật và đúng thời gian quy định. Độ mở lớn để dòng khí dễ dàng lưu
thơng. Đóng xupáp phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, khơng bị cháy do lọt khí.
Xupáp thải khơng tự mở trong q trình nạp. Ít va đập, tránh gây mòn. Dễ dàng điều
chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp
1.1.2 Hệ thống nạp thải cổ điển.
1.1.2.1 Cơ cấu xupap đặt.
- Nguyên lí làm việc: Khi động cơ làm việc thông qua dẫn động từ bánh răng
trục khuỷu 10 làm cho trục cam 8 quay, khi trục cam quay vấu cam sẽ tác động
lên con đội 7 làm cho con đội chuyển động đi lên và tác dụng vào đi xupáp
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
2
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
1 làm cho xupáp chuyển động đi lên lúc này lò
xo 3 bị nén lại. Khi xupáp chuyển động đi lên
sẽ mở thông cửa nạp với bên trong xilanh (nếu
ở xupáp hút) ở bên trong xilanh với cửa xả
(nếu ở xupáp xả). Khi vấu cam 8 không tác
động vào con đội nữa lúc này lò xo 3 dãn ra và
làm cho xupáp đóng lại, kết thúc q trình hút
hoặc q trình thải của động cơ.
1-Xuppáp; 2-Ống dẫn hướng; 3-Lò xo;
4-Đĩa lò xo; 5-Ốc điều chỉnh; 6-Đai ốc
điều chỉnh; 7-Con đội; 8-Cam; 9-Bánh
răng trục cam; 10-bánh răng trục cơ
Hình 1-1 Biểu diễn kết cấu cơ cấu phân
phối khí
xupáp đặt.
+ Ưu điểm: Chiều cao động cơ giảm, kết cấu nắp xilanh đơn giản, dẫn động
xupáp dễ dàng thuận tiện. Số chi tiết của cơ cấu ít nên lực quán tính của cơ cấu
nhỏ, bề mặt cam và con đội ít bi mịn
+ Nhược điểm: Buồng cháy không gọn (Vc tăng) làm cho tỉ số nén giảm dẫn đến
động cơ có tỉ số nén thấp. Diện tích làm mát lớn dẫn tới tổn thất nhiệt nhiều, dẫn
đến ηt giảm. Tăng tổn thất khí động. Do có nhiều hạn chế nên người ta chỉ sử
dung phương án này cho các loại động cơ xăng có tỉ số nén thấp (<7,5) và số
vịng quay khơng cao lắm.
1.1.2.2 Cơ cấu phân phối khí xupap treo.
- Nguyên lí làm việc:
Khi động cơ làm việc nhờ sự dẫn động từ trục cơ làm cho trục cam quay. Khi bề
mặt làm việc của vấu cam 11 tác động vào con đội 10 làm cho con đội chuyển động
đi lên, dẫn đến đũa đẩy 9 cũng chuyển động đi lên, khi đũa đẩy 9 chuyển động đi
lên thì sẽ tác động vào đi địn bẩy 6 làm cho đi địn bẩy 6 chuyển động đi lên
và xoay xung quanh trục của nó dẫn đến đầu đòn bẩy 6 chuyển động đi xuống tác
động vào đuôi xupáp 5 làm cho xupáp chuyển động đi xuống lúc này lò xo 2 bị nén
lại. Khi xupáp chuyển động đi xuống sẽ mở thông cửa nạp với bên trong xi lanh
(nếu ở xupáp hút) ở bên trong xi lanh với cửa xả (nếu ở xupáp xả). Khi vấu cam 11
không tác động vào con đội nữa lúc này lò xo 2 dãn ra và làm cho xupáp 5 đóng lại,
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
3
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
kết thúc quá trình hút hoặc quá trình thải của động cơ. Quá trình này diễn ra liên tục
trong suốt quá trình làm việc của động cơ.
Hình 1-2 Thể hiện kết cấu Cơ cấu phân phối khí xupáp treo;
1-Ống dẫn hướng; 2-Lị xo xupáp; 3-Đĩa lị xo; 4-Móng hãm; 5-Xupáp; 6-Địn
bẩy; 7-Vít chỉnh xupáp; 8-Đế xupáp; 9-Đũa đẩy; 10-Con đội; 11- Cam
-Ưu điểm:
+ Buồng cháy nhỏ gọn, diện tích truyền nhiệt nhỏ, giảm được tổn thất nhiệt
+ Dễ tăng tỷ số nén, đường nạp đường thải thơng thống, tăng hệ số nạp, giảm
hệ số khí sót. đảm bảo góc phối khí chính xác hơn. Đối với động cơ xăng có thể
tăng tỉ số nén mà khơng kích nổ
-Nhược điểm:
+ Dẫn động xupáp phức tạp
+ Tăng chiều cao động cơ
+ Kết cấu nắp xilanh phức tạp, khó chế tao
+ Độ tin cậy thấp hơn phương án bố trí xupáp đặt
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
4
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
1.1.2.3. Cơ cấu phân phối khí xupáp treo dẫn động xupáp trực tiếp nhờ trục
cam.
6
7
5
4
3
8
2
1
Hình 1-3 Biểu diễn kết cấu xupáp treo dẫn động trực tiếp;
1-Xupáp; 2-Ống dẫn hướng; 3-lò xo xupáp; 4-Đĩa lị xo; 5-Con đội; 6-Cam;
7-Móng hãm; 8-Đế xupáp
-Ngun lí làm việc:
Khi động cơ làm việc thông qua cơ cấu truyền động đến trục cam 6 làm cho trục
cam 6 quay. Khi bề mặt làm việc của cam 6 tác động vào con đội 5 làm cho nó
chuyển động đi xuống, tác động vào đuôi xupáp 1 làm cho xupáp 1 chuyển động
đi xuống dẫn đến mở thông cửa nạp với bên trong xi lanh nếu như ở xupáp nạp
và bên trong xi lanh với bên ngoài cửa xả nếu như ở xupáp xả, lúc này lò xo 3
bị nén lại. Khi bề mặt làm việc của cam 6 không tác động vào con đội 5 lúc này
nhờ lực đẩy lò xo 3 làm cho xupáp 1 chuyển động đi lên và đóng kín khơng cho
thơng giữa bên trong xilanh với bên ngoài cửa nạp hoặc cửa xả.
-Ưu điểm:
+ Kết cấu gọn
+ Làm việc ít tiếng ồn, có độ chính xác cao.
- Nhược điểm:
+ Cơ cấu dẫn động trục cam phức tạp, yêu cầu độ chính xác chế tạo và lắp ghép
1.1.2.4. Nhược điểm của cơ cấu phân phối khí cổ điển:
Do tính chất của hịa khí và sau khi cháy mà 3 thông số thời điểm, độ nâng và
thời gian mở của các xupáp ở tốc độ thấp và tốc độ cao rất khác nhau. Đối với động
cơ cổ điển thì cơng suất và mơ-men xoắn cực đại ở tốc độ nào của xe thì phụ thuộc
vào điều kiện sử dụng của xe đó. Nếu đặt điều kiện hoạt động tối ưu của các xupáp
ở tốc độ thấp thì q trình đốt nhiên liệu lại khơng hiệu quả khi động cơ ở trạng thái
tốc độ cao, khiến công suất chung của động cơ bị giới hạn. Ngược lại, nếu đặt điều
kiện tối ưu ở số tốc độ cao thì động cơ lại hoạt động không tốt ở tốc độ thấp. Từ
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
5
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
những hạn chế đó, thì cơ cấu phối khí hiện đại ra đời với ý tưởng là tìm cách tác
động để thời điểm mở van, độ mở và khoảng thời gian mở biến thiên theo từng
vòng tua khác nhau sao cho chúng mở đúng lúc, khoảng mở và thời gian mở đủ để
lấy đầy hịa khí vào buồng đốt. Từ nhưng nhược điểm đó, người ta đã phát triển
thành hệ thống phối khí hiện đại để cải thiện tính tối ưu của động cơ. Em xin giới
thiệu một số hệ thống phân phối khí hiện đại dưới đây.
1.1.3. Hệ thống nạp thải hiện đại
Trên các động cơ hiện đại có trang bị hệ thống phân phối khí thơng minh thì
pha phân phối khí có thể điều chỉnh trong phạm vi nhất định sao cho động cơ hoạt
động hiệu quả ở mọi chế độ.
Đường mơmen
động cơ
4
5
Tải
động cơ
3
1 và 2
Tốc độ động cơ
Hình 1-4 Đồ thị biểu diễn momen động cơ.
- Ở chế độ cầm chừng (phạm vi số 1 trên biểu đồ) công sinh ra chỉ cần để thắng các
lực ma sát nên tốc độ động cơ thấp và khi có sự tăng tải bất ngờ thì động cơ dễ bị
chết máy. Chế độ này u cầu tỉ lệ hịa khí nạp vào xylanh động cơ đậm hơn và việc
thải sạch khí thải để hệ số khí sót thấp dẫn tới mơi chất công tác được tốt hơn. Lúc
này cần pha phân phối khí trễ hơn tức điều chỉnh góc trùng điệp ( ϕ1 + ϕ4 ) nhỏ lại để
khí cháy được thải sạch ra ngồi, giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp. Điều này
làm ổn định chế độ không tải.
- Khi ở chế độ tải nhẹ (phạm vi số 2 trên biểu đồ) nghĩa là áp suất trên ống góp hút
rất thấp nên có xu hướng hút khí xả trên ống góp xả lại nên thời điểm phối khí của
trục cam nạp cũng cần được làm trễ lại và độ trùng điệp xupap ( ϕ1 + ϕ4 ) giảm đi.
Điều này làm ổn định tốc độ động cơ.
- Chế độ tải trung bình (phạm vi số 3 trên biểu đồ) pha phân phối khí của động cơ
được điều chỉnh sớm và độ trùng lặp xupap tăng lên để tăng tuần hoàn khí thải
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
6
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
(EGR). Điều này cải thiện ơ nhiễm khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu, hiệu suất làm
việc của động cơ tăng lên.
- Trong phạm vi tốc độ thấp tới trung bình với tải nặng (phạm vi số 4 trên biểu đồ)
do lúc này tốc độ động cơ thấp và tải nặng nên áp suất trên đường ống nạp lớn hơn
xupap nạp cần được đóng sớm lại để hịa khí nạp vào đảm bảo vừa đủ cải thiện hiệu
suất thể tích nạp. Điều này làm cải thiện mômen xoắn ở tốc độ thấp tới trung bình.
- Trong phạm vi tốc độ cao với tải cao (phạm vi số 5 trên biểu đồ) thì cần làm chậm
thời điểm đóng xupap nạp để lợi dụng qn tính của dịng khí nạp tốc độ cao làm
cải thiện hiệu suất thể tích nạp. Điều này cải thiện công suất đầu ra.
* Nguyên lý điều chỉnh trên các hệ thống phân phối khí thơng minh:
Do động cơ trên ô tô hoạt động luôn thay đổi tốc độ mà mỗi tốc độ lại tương ứng
với các thông số thời điểm, độ nâng và thời gian mở của các xupap rất khác nhau.
Nếu đặt điều kiện hoạt động tối ưu của các xupap ở tốc độ thấp thì quá trình đốt
nhiên liệu lại khơng hiệu quả khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao, khiến công suất
chung của động cơ bị giới hạn. Ngược lại, nếu đặt điều kiện tối ưu ở tốc độ cao thì
động cơ lại hoạt động không tốt ở tốc độ thấp.
-Sau đây em xin giới thiệu một số hệ thống phân phối khí hiện đại.
1.1.3.1. Hệ thống VVT-i của Toyota.
* Nguyên lý hoạt động:
Hệ thống được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục
cam tính theo góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các
điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến.
VVT-i là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ làm việc của
động cơ. VVT-i là cụm từ viết tắt từ tiếng anh: Varaible Valve Timing –intelligent
(Thay đổi thời điểm phối khí thơng minh).
Đối với các động cơ thơng thường thì có thời điểm phối khí là cố định và thường
đựơc tính theo điều kiện sử dụng của động cơ. Vì nó được dẫn động trực tiếp từ trục
khuỷu đến cam thơng qua cặp bánh răng hoặc xích. Ngược lại, với các động cơ có
hệ thống VVT-i thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của động
cơ. Hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoay
trục cam nạp, thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu . Hệ
thống này có thể xoay trục cam một góc 40 0 tính theo góc quay trục khuỷu để đạt
thời điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu
từ cảm biến và điều khiển bằng ECU động cơ.
Do đó hệ thống này được đánh giá rất cao vì nó cải thiện q trình nạp và thải,
tăng cơng suất động cơ, tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường.
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
7
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
Việc sử dụng các bộ phận thay đổi thời điểm và qui luật nâng của xupáp, làm
cho cơ cấu phối khí hiện đại luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu. Điều đó đã làm cho
động cơ sử dụng cơ cấu phối khí hiện đại có suất tiêu hao nhiên liệu thấp, việc gia
tốc thay đổi từ tốc độ thấp sang tốc độ cao xảy ra nhanh chóng, ít gây ơ nhiễm và
đạt cơng suất cao. Xe có sử dụng cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ chạy êm dịu
trong thành phố cũng như trên quốc lộ, dễ dàng chuyển từ tốc độ thấp sang tốc độ
cao. Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm đó thì cơ cấu phối khí hiện đại có nhược
điểm là: Có nhiều chi tiết, cụm chi tiết, cần chế tạo với độ chính xác cao. Hệ thống
điều khiển phức tạp. Việc bảo quản, sữa chữa khó khăn, giá thành cao.
Hình 1-5 Biểu diễn Sơ đồ thời điểm phối khí.
Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ.Thời điểm phối khí
của trục cam nạp được làm trể lại và độ trùng lặp xupáp giảm đi để giảm khí xả
chạy ngược lại phía nạp. Điều này làm ổn định chế độ khơng tải và cả thiện tính tiết
kiệm nhiên liệu và tính khởi động. Khi tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung
bình ở tải nặng hoặc khi tốc độ cao và tải nặng. Thời diểm phối khí được làm sớm
lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR (tuần hồn khí thải) nội bộ và giảm
mất mát do bơm. Điều này cải thiện ơ nhiểm khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu.
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
8
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
1.1.3.2 Hệ thống VTEC của hãng HONDA.
Cụm từ VTEC (Variable Valve Timing and lift Electronic Control System) có nghĩa
là: Hệ thống điều chỉnh góc độ phối khí kết hợp với sự thay đổi qui luật nâng của
xupáp bằng điện tử.
* Nguyên lí hoạt động: Đây là hệ thống đầu tiên trên thế giới sử dụng kết hợp giữa
việc điều chỉnh góc độ phối khí với sự thay đổi qui luật nâng của xupáp phù hợp với
chế độ, tốc độ của động cơ. Nhờ đó nâng cao tính năng của động cơ.
Với cách sử dụng cơ cấu cam đặc biệt đó cho phép động cơ mở rộng vùng làm
việc ở tốc độ thấp và cũng nhờ vậy phát huy tối đa công suất của động cơ. Cơ cấu
phối khí VTEC có hai kiểu sau:
DOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm góc độ nâng của xupáp nạp
và thải bằng điện tử có hai trục cam dẫn động phía trên.
SOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm góc độ nâng của xupáp nạp
bằng điện tử có một trục cam dẫn động phía trên.
Các chế độ cơ bản của hệ thống I-VTEC được thể hiện trên hình (1-6) dưới đây:
Độ nâng xupap
Cam cơ bản và cam thứ cấp
Xả
Hút
Cam giữa
Thời gian
Hình 1-6 Đồ thị biểu diễn biên dạng cam tác dụng
Đồ thị khai triển biên dạng cam tác dụng cho ta thấy cả thời điểm và độ nâng
xupap đều được thay đổi để đáp ứng lượng khơng khí và pha phân phối khí phù hợp
khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Từ đó giúp động cơ hoạt động với hiệu suất cao
và mơmen xoắn lớn.
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
9
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
1.1.3.3 Hệ thống MIVEC của hãng MITSUBISHI.
MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system) là tên
viết tắt của công nghệ động cơ với xupáp nạp biến thiên được phát triển bởi hãng
Mitsubishi.
* Cấu tạo của hệ thống mivec được thể hiện ở hình 1-7 dưới đây:
Hình 1-7 Biểu diễn cấu tạo của hệ thống mivec.
* Ngun lí hoạt động:
Hai cam có hai biên dạng khác nhau được sử dụng ở hai chế độ khác nhau của
động cơ: một cam có biên dạng nhỏ, dùng ở dải tốc độ thấp mà ta gọi tắt là cam tốc
độ thấp và vấu cam còn lại có biên dạng lớn hơn, dùng ở dải tốc độ cao gọi tắt là
cam tốc độ cao. Các vấu cam tốc độ thấp và các trục cò mổ, dẫn động các xupáp
nạp, đặt đối xứng nhau qua cam tốc độ cao ở giữa. Mỗi xupáp nạp được dẫn động
bởi một cam tốc độ thấp và trục cò mổ. Để chuyển sang cam tốc độ cao, một tay
đòn chữ T được ép vào các khe ở đỉnh trục cò mổ của cam tốc độ thấp. Điều này
cho phép các cam tốc độ cao dịch chuyển cùng với cam tốc độ thấp. Lúc này các
xupáp thay đổi hành trình khi được dẫn động bởi cam tốc độ cao. Ở dải tốc độ thấp,
tay đòn chữ T trượt ra khỏi khe một cách tự do, cho phép các cam tốc độ thấp dẫn
động các xupáp. Ở dải tốc độ cao, áp suất thủy lực đẩy piston thủy lực lên, bởi vậy
tay đòn chữ T lại trượt vào các khe cò mổ để chuyển sang vận hành với các cam tốc
độ cao.
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
10
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
Hoạt động của các cam được thể hiện ở hình 1-8, 1-9 dưới đây:
Hình 1-8 Thể hiện hoạt động của các cam ở tốc độ thấp.
Hình 1-9 Thể hiện hoạt động của các cam ở tốc độ cao.
1.1.4 Sự khác nhau giữa hệ thống phân phối khí cổ điển và hiện đại:
Ngồi những đặc điểm và cấu tạo giống cơ cấu phối khí cổ điển. Cơ cấu phối khí
hiện đại cịn có những bộ phận đóng vai trị điều khiển thay đổi thời điểm
đóng mở của xupáp theo tốc độ của động cơ. Nhờ đó mà cơ cấu phối khí
hiện đại ln luôn làm việc ở điều kiện tối ưu nhất.
Đối với một cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ khác cơ cấu phối khí cổ điển ở
những bộ phận sau: Bộ cảm ứng tốc độ quay, cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểm
đóng mở xupáp, hệ thống điều khiển điện tử.
Bộ cảm ứng có nhiệm vụ giám sát sự thay đổi tốc độ quay của động cơ và truyền
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
11
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
tín hiệu về bộ điều khiển điện tử.
Cơ cấu thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ
điều khiển điện tử và thực hiện theo những tín hiệu nhận được.
Bộ điều khiển điện tử có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ cảm ứng, xử lí tín hiệu và
truyền tín hiệu đến cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp.
1.2. Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải của động cơ đốt trong
Để hạn chế các chất ô nhiễm trong khí thải và tối ưu hố q trình làm việc
của động cơ. Trong động cơ đốt trong cịn có các hệ thống phụ trợ sau:
+ Hệ thống thông hơi cạc te
Khe hở giữa pittơng và xylanh được bít kín nhờ xéc măng nhưng bản thân xec
măng cũng không làm kín được hồn tồn, hơi xăng và khí cháy sẽ len lỏi qua khe
hở này trong các trường hợp: xì qua khe hở có sẵn; xì qua khi áp suất trong xylanh
tăng cao vào kỳ nén và kỳ nỗ; hoặc xì ngược lại khi áp suất trong xylanh giảm
xuống hay áp suất trong cạc te tăng cao.
Khí lọt xuống hộp trục khuỷu gồm có HC, CO, bồ hóng, muội than, hơi nước,
lưu huỳnh và axit. Các chất này nếu không đưa ra khỏi cạc te sẽ làm cho chi tiết
máy bị ăn mịn bởi lưu huỳnh và axít, nhớt bị phân hủy tạo thành sình bùn đọng
dưới đáy cạc te gây tắc nghẽn mạch nhớt. Để tránh ô nhiễm môi trường và giữ sạch
cacte nên trên các động cơ có bố trí hệ thống thơng hơi cạc te kín.
+ Hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải
Hệ thống hồi lưu khí thải ( EGR ) là một hệ thống dùng để đưa một phần khí
thải vào tái tuần hồn trong hệ thống nạp khí, khí thải được trộn lẫn với hỗn hợp
khơng khí-nhiên liệu thì sự lan truyền ngọn lửa trong buồng đốt bị chậm lại, bởi vì
phần lớn khí thải là trơ (không cháy được) nhiệt độ cháy cũng giảm xuống (vì khí
trơ hấp thụ nhiệt tỏa ra) từ đó làm giảm lượng khí độc hại NOx sinh ra.
+ Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng
Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng là một hệ thống tạm thời hấp thụ hơi nhiên
liệu vào bộ lọc than hoạt tính và dẫn nó vào động cơ để đốt cháy, nhờ vậy mà không
cho nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu lọt ra ngồi khí quyển gây ơ nhiễm mơi
trường.
Các hệ thống phụ trợ này sẽ được tìm hiểu kỹ hơn ở phần khảo sát động cơ 1NZ-FE
1.3. Đặc điểm quá trình nạp-thải trong động cơ đốt trong.
Hai quá trình nạp và thải liên quan mật thiết với nhau, tuỳ theo số kỳ của động
cơ và phương pháp thải nạp, có những thời điểm chúng xảy ra cùng một lúc. Vì vậy
khi phân tích q trình nạp cần lưu ý đến những thơng số đặc trưng của q trình
thải, tức là phải xét chung các hiện tượng của quá trình thay đổi mơi chất.
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
12
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
1.3.1. Quá trình nạp.
Q trình nạp mơi chất mới vào xi lanh được thực hiện khi piston đi từ ĐCT
xuống ĐCD. Lúc đầu ( tại điểm r ), do p r > pk (pk – áp suất môi chất mới trước xu
páp nạp ) và do p r> pth nên một phần sản vật cháy trong thể tích Vc vẫn tiếp tục
chạy ra ống thải, bên trong xi lanh khí sót giãn nở đến điểm r o rồi từ đó trở đi, mơi
chất mới có thể bắt đầu nạp vào xi lanh.
Q trình nạp lệ thuộc vào rất nhiều yếu tố, khiến cho môi chất mới nạp vào xi
lanh trong mỗi chu trình nhỏ hơn lượng nạp lý thuyết, được tính bằng số mơi chất
mới chứa đầy thể tích cơng tác Vh có nhiệt độ Tk và áp suất pk của mơi chất mới ở
phía trước xu pap nạp (đối với động cơ điêden) hoặc của mơi chất mới ở phía trước
bộ chế hồ khí (đối với động cơ xăng).
- Các biện pháp chính làm tăng hệ số nạp và giảm cản cho đường nạp :
Hệ thống đường nạp của động cơ gồm: bình lọc khí, bộ chế hồ khí, đường
nạp chung, các nhánh nạp của các xi lanh và xupap đều gây cản đối với dịng khí
nạp. Làm thế nào để giảm cản cho hệ thống này là vấn đề đáng lưu ý. Muốn giảm
trở lực của hệ thống cần có tiết diện lớn của đường thơng qua đó giảm tốc độ của
dòng chảy, cần chú ý đặc biệt đến lực cản cục bộ do chuyển hướng dòng hoặc do
tăng giảm đột ngột tiết diện lưu thơng của dịng tạo ra. Khi tìm biện pháp giảm cản
cho đường nạp cần phải lưu ý tới nhiều yếu tố khác nhau.
+ Đường ống nạp :
Hình dạng, kích thước của ống nạp gây ảnh hưởng lớn tới hệ số nạp, tới mức
độ phun tơi và bay hơi của nhiên liệu và sự phân phối về số lượng và thành phần
hồ khí vào các xi lanh, đây là vấn đề tương đối phức tạp. Nếu làm tiết diện ống nạp
lớn để giảm cản thì sẽ làm tăng tiêu hao nhiên liệu và thành phần hoà khí vào các xi
lanh khơng đều nhau. Vì vậy một số động cơ xăng, muốn đạt yêu cầu ít tiêu hao
nhiên liệu ở tải nhỏ, phải chấp nhận mất mát 1 ít cơng suất bằng cách dùng ống nạp
có tiết diện nhỏ một chút. Và để hồ khí có thành phần và khối lượng đều nhau
người ta còn cố ý gây ngoằn ngoèo ở một vài đoạn ống.
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
13
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
P
b'
b
r
Pr
Pk
ro
a
Pth
Vc
Vh
Pa
Pa Pk
Va
V
Hình 1-10. Đồ thị cơng của q trình trao đổi khí trong động cơ 4 kỳ
+ Các nhánh ống nạp tới các xi lanh và xupáp nạp:
Trong hệ thống nạp của động cơ, xupáp nạp là nơi có tiết diện lưu thông nhỏ
nhất nên trở thành bộ phận quan trọng nhất của lực cản đường nạp. Người ta thường
giảm đường kính xupáp thải để tăng đường kính xupáp nạp, tăng hành trình cực đại,
tăng tốc độ đóng mở các xupáp, tăng thời gian giữ xupáp ở vị trí mở lớn nhất để
tăng khả năng lưu thông qua xupáp.
Cấu tạo của nhánh ống nạp, nhất là phần sát với xupáp gây ảnh hưởng lớn tới
lực cản của đường nạp. Muốn có hình dạng đường nạp tốt nhất phải thử nghiệm trên
mơ hình làm bằng vật liệu dẻo cho tới khi đạt hiệu quả cao nhất.
Các thử nghiệm đã đem lại những kết quả có giá trị. Phía trước xupáp nạp,
thêm một vấu nhơ trơn trịn tạo họng thắt hợp lý có thể làm giảm cản cho đường
nạp. Nếu lắp ống Laval trên miệng đi vào xupáp nạp sẽ làm tăng lưu lượng hồ khí
một cách rõ rệt khi chạy ở tốc độ cao. Mở rộng đường nạp và tránh những đường
ngoặt gấp sẽ có thể giảm bớt lực cản .v.v…
Dạng cửa vào phải được thiết kế để cho khơng khí vào sẽ quay hoặc xoáy
quanh trục của xi lanh. Độ xoáy được thay đổi với mỗi kiểu và kích cỡ buồng cháy
được sử dụng.
1.3.2. Quá trình thải
Nhiều vấn đề của quá trình thải đã được trình bày khi nghiên cứu về quá trình
nạp, ở đây chỉ giới thiệu bổ sung một số vấn đề.
a- Thải sạch và công tiêu hao cho quá trình thay đổi mơi chất :
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
14
Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
Hình 1-11 Biểu diễn diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ
a) Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ, khơng tăng áp
b) Diễn biến q trình thải trong động cơ 4 kỳ, tăng áp
Để thải sạch khí sót và nạp đầy mơi chất mới vào xi lanh, hầu hết các động cơ
hiện đại đều sử dụng hiệu ứng động của dao động áp suất trong hệ thống nạp thải
nhằm tạo nên sóng áp dương ở khu vực xupáp nạp trước khi kết thúc quá trình nạp
và tạo nên sóng áp âm ở khu vực xupáp xả trước khi kết thúc quá trình thải. Ở động
cơ tăng áp người ta lợi dụng chênh áp từ đường nạp– xi lanh - đường thải để mở
rộng, kéo dài thời kì trùng điệp của các xu páp để quét buồng cháy, thải sạch khí sót
và nạp đầy mơi chất mới vào xi lanh.
Cơng tiêu hao cho q trình thay đổi mơi chất được thể hiện bằng diện tích đồ
thị p – V giữa đường nạp và đường thải. Nếu đường thải nằm cao hơn đường nạp
(động cơ khơng tăng áp hình 1.11a ) thì cơng tiêu hao cho thời kì thay đổi môi chất
là công âm. Nếu đường thải thấp hơn đường nạp (động cơ tăng áp hình 1.11b ) thì
đó là cơng dương.
b- Vấn đề khử độc hại của khí thải động cơ :
Khí thải từ xi lanh động cơ đi ra mơi trường, ngồi các sản vật cháy hồn tồn
CO2, H2O, N2, cịn chứa các sản vật chưa được cháy hoàn toàn, các sản vật được
phân giải từ sản vật cháy hoặc từ nhiên liệu. Nhiều chất trong khí thải rất độc đối
với sức khoẻ con người như : CO, NOX, khí SO2 và H2S, các alđêhit, các hiđro các
bon thơm, các hợp chất của chì.Vì vậy vấn đề đặt ra là làm sao để giảm thiểu ô
nhiễm môi trường do khí thải từ động cơ.Vấn đề đó được giải quyết theo 2 hướng
sau: hồn thiện chu trình làm việc của động cơ và lắp thiết bị trung hoà trên hệ
thống thải.
Để hồn thiện chu trình làm việc của động cơ có thể thực hiện bằng các giải pháp
sau:
- Tối ưu hoá cấu tạo của buồng cháy để hạn chế sự hình thành HC.
SVTH: Nguyễn Lê Chính
GVHD: GS.TS Trần Văn Nam
15
