HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHA PHỐI KHÍ THÔNG MINH VVT-i.
2.1. Sơ đồ bố trí chung.
Hệ thống VVT-i là thiết kế phun xăng của hãng Toyota theo nguyên lý điện - thủy lực. hệ thống này sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí. Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí xả ôi nhiễm.
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống VVT-i.
Hệ thống VVT-i được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong phạm vi 40° so với 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.
2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 2.2.1.cấu tạo
Các bộ phận của hệ thống gồm:
- Bộ xử lý trung tâm ECU 32 bit - Bơm và đường dẫn dầu
- Bộ điều khiển phối khí (VVT) với các van điện
- Các cảm biến: VVT( vị trí bướm ga, lưu lượng khí nạp, vị trí trục khuỷu, nhiệt độ nước)
- Ngoài ra, VVT-i thường được thiết kế đồng bộ với cơ cấu bướm ga điện tử ETCS-i, đầu phun nhiên liệu 12 lỗ (loại bỏ sự hỗ trợ bằng khí) và bộ chia điện bằng điện tử cùng các bugi đầu iridium.
2.2.2. Nguyên lý hoạt động.
Trong quá trình hoạt động, các cảm biến vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga và lưu lượng khí nạp cung cấp các dữ liệu chính về ECU để tính toán thông số phối khí theo yêu cầu chủ động.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ cung cấp dữ liệu hiệu chỉnh, còn các đầu đo VVT và vị trí trục khuỷu thì cung cấp các thông tin về tình trạng phối khí thực tế. Trên cơ sở các yếu tố chủ động, hiệu chỉnh và thực tế, ECU sẽ tổng hợp được lệnh phối khí tối ưu cho buồng đốt. Lệnh này được tính toán trong vài phần nghìn giây và quyết định đóng (mở) các van điện của hệ thống thủy lực. Áp lực dầu sẽ tác động thay đổi vị trí bộ điều khiển phối khí, mở các xu-páp nạp đúng mức cần thiết vào thời điểm thích hợp. Như vậy, thay cho hệ thống cam kiểu cũ với độ mở xu-páp không đổi, VVT-i đã điều chỉnh vô cấp hoạt động của các van nạp. Độ mở và thời điểm mở biến thiên theo sự phối hợp các thông số về lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga, tốc độ và nhiệt độ động cơ.
Ngoài ra, còn một cảm biến đo nồng độ oxy dư đặt ở cụm góp xả cho biết tỷ lệ % nhiên liệu được đốt. Thông tin từ đây được gửi về ECU và cũng được phối hợp xử lý khi hiệu chỉnh chế độ nạp tối ưu nhằm tiết kiệm xăng và bảo vệ môi trường.
2.2.2.1. Chế độ mở sớm
Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được đặt ở vị trí như trên hình vẽ bằng ECU động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí.
Hình 2.2: Bộ điều khiển VVT-i mở sớm.
2.3.2.2. Chế độ đóng muộn
Khi ECU đặt van điều khiển thời điểm phối khí trục cam ở vị trí như chỉ ra trong hình vẽ, áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí để làm quay trục cam nạp theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí.
Hình 2.3: Bộ điều khiển VVT-i làm muộn thời điểm phối khí.
2.2.2.3. Chế độ giữ áp
ECU động cơ tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành. Sau khi đặt thời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầu đóng như được chỉ ra trên hình vẽ để giữ thời điểm phối khí hiện tại.
Hình 2.4: Chế độ giữ áp duy trì thời điểm phối khí.
2.3. Đặc điểm cấu tạo của các chi tiết trên cơ cấu phân phối khí.
2.3.1. Nhóm xuppap, lò xo, vòng hãm.
Xuppap.
Xu páp là chi tiết trực tiếp đóng mở các cửa nạp và thải để thực hiện quá trình nạp thải và bao kín buồng cháy theo yêu cầu làm việc của từng xy lanh, trên động cơ sử dụng 2 xu páp nạp và 2 xu páp thải cho 1 xy lanh.
Hình 2.5: Kết cấu của xuppap.
1-Đuôi xuppap ; 2- thân xuppap ; 3- nấm xupap
Xu páp là chi tiết làm việc trong điều kiện nặng nề nhất của cơ cấu phối khí. Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy nên các xu páp chịu áp lực rất lớn và nhiệt độ cao nhất là đối với xu páp thải. Khi xupáp đóng mở nấm xupáp va đập với đế nên nấm dễ bị biến dạng cong vênh và mòn rỗ bề mặt nấm.
Xu páp thải của động cơ được chế tạo bằng thép hợp kim chịu nhiệt có các thành phần như: silic, crôm, mănggan. Đối với xu páp nạp cũng sử dụng thép hợp kim crôm, mănggan. Tuy nhiên khả năng chịu nhiệt không cao như đối với xu páp thải.
Lò xo.
Nhiệm vụ đảm bảo cho xuppap di chuyển đúng quy luật khi động cơ hoạt động.
Lò xo làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, chiệu lực ép thay đổi đột ngột liên tục tuần hoàn trong quá trình mở xuppap.
Lò trên động cơ
Lò xo xu páp được chế tạo bằng thép lò xo (thép crom sillic) sau đó được ram cứng. Giúp cho lò xo xu páp đảm bảo ngay cả ở tốc độ động cơ cao. Trên động cơ 2TR-FE lò xo có chiều dài tự do là 48.53mm ( độ lệch lớn nhất là 1.5mm) 2 đầu cua lò xo được mài phẳng để lắp ráp với đế xuppap.
Ống dẫn hướng.
Để thuận lợi cho việc gia công, đại tu, sửa chữa và kéo dài tuổi thọ lắp xy lanh giữa thân xu páp và nắp xy lanh có một chi tiết trung gian là ống dẫn hướng. Ống dẫn hướng lắp lỏng với thân xu páp và có chức năng dẫn hướng
cho xu páp chuyển động tịnh tiến qua lại khi đóng mở. Ống được ép căng vào lỗ gia công trong nắp xy lanh. Ống được chế tạo bằng gang hợp kim hoặc gang dẻo nhiệt luyện. Ống có kết cấu hình trụ rỗng có vát mặt đầu để dễ lắp ráp.
2.3.2. Trục cam
Trục cam dùng để dẫn động xu páp đóng mở theo quy luật nhất định phù hợp với thứ tự làm việc của động cơ.
Điều kiện làm việc: Về mặt tải trọng trục cam không phải chịu điều kiện làm việc nặng nhọc. Các bề mặt làm việc của cam tiếp xúc thường ở dạng trượt nên dạng hỏng chủ yếu là mài mòn.
Trục cam được chế từ thép hợp kim, các bề mặt làm việc của cam và các cổ trục được thấm than và tôi cứng với độ thấm cứng tôi khoảng 0,7-2 mm đạt độ cứng 52-65 HRC.
2.3.3. Cơ cấu điều chỉnh pha phối khí.
Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i bao gồm bộ điều khiển VVT-i dùng để xoay trục cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i, và van điều khiển dầu phối phí trục cam để điều khiển đường đi của dầu.
2.3.3.1. Nguyên lý làm việc Bộ điều khiển VVT-i
Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được cố định trên trục cam nạp.
Áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i theo hướng chu vi để thay đổi liên lục thời điểm phối khí của trục cam nạp.
Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động. Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển VVT-i ngay lập tức sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ.
Hình 2.7: Cấu tạo bộ điều khiển VVT-i.
2.3.3.2.Van điều khiển dầu phối khí trục cam
Van điều khiển dầu phối khí trục cam chon đường dầu đến bộ điều khiển VVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ. Bộ điều khiển
VVT-I quay trục cam tương ứng với vị trí nơi mà đặt áp suất dầu vào, để làm sớm làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí.
Van điều khiển phối khí trục cam.
ECU tính toán thời điểm đóng mở xuppap tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga, nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van điều khiên dầu phối khí trục cam. Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ vị trí trục cam, trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện phối khí phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn.
2.4. Một số nguyên nhân hư hỏng và biện pháp khắc phục của cơ câu phân phối khí.
2.4.1. Một số nguyên nhân hư hỏng
Xuppap
Xuppap đóng không kín
- Trong khi làm việc xupap đóng không kín và bị rò hơi là do rà xupap không tốt, khe hở xupap quá nhỏ, lò xo xupap quá yếu hoặc bị gãy,…Nếu khe hở quá nhỏ thì cơ cấu phối khí làm việc chịu nhiệt độ cao bị giãn nở, đầu đòn gánh sẽ luôn đội vào thân xupap làm cho xuppap đóng không kín và bị rò hơi.
Xuppap có tiếng gõ
- Khe hở xupap quá lớn: khi chạy với tốc độ thấp thì ở nắp đậy xupap có tiếng kêu lách cách rõ rành liên tục.
- Nếu lò xo bị gãy thì khi làm việc sẽ phát ra tiêng gõ nhẹ.
- Trường hợp khe hở giữa thân xupap và ống dẫn quá lớn ta có thể nghe thấy tiếng gõ nhẹ hơn với âm điệu trung bình.
lò xo hồi vị.
- Lo xo yếu ảnh hưởng đến sự làm việc của động cơ khi oto ở tốc độ cao, xuppap phải đóng mở nhanh dể bị gãy hoặc yếu lò xo không đủ lực hồi vị lại vị trí ban đầu.
- Nguyên nhân: do làm việc trong điều kiện tốc độ cao, làm việc ở thời gian dài dẫn đến hư hỏng.
trục cam.
- Trục cam nứt ngầm,bị cong, gãy do làm việc lâu dài trong điều kiện nhiệt độ cao, không đảm bảo bảo dưỡng định kỳ, dầu bôi trơn bẩn làm nghẹt hoặc là không được bôi trơn dầu trong quá trình làm việc.
Chốt hảm
Do chuyển động trong cò mổ nên xảy ra hiện tượng ma sát làm mòn chi tiết gay ra sai góc lệch phun sớm.
Các cảm biến
Cảm biến vị trí bướm ga:
Được lắp trên cổ họng gió, cảm biến này biến đổi góc mở bướm ga thành điện áp, được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga VAT. Ngoài ra một số thiết bị truyền một tín hiệu IDL riêng biệt. các bộ phận khác xác định nó lúc tại thời điểm chạy không tải khi điện áp VAT này dưới giá trị chuẩn.
Cảm biến vị trí trục khuỷu.
Tín hiệu NE được ECU sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu và của tốc độ của động cơ. ECU của động cơ dùng tín hiệu NE để tính toán thời gian phun cơ bản.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí nạp:
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được gắn các nhiệt điện trở bên trong, nhiệt độ càng thấp - trị số điện trở càng cao, ngược lại nhiệt độ càng cao - trị số điện trở càng thấp và thay đổi về giá trị điện trở cửa nhiệt điện trở này được sử dụng để các thay đổi nhiệt độ nước làm mát và không khí nạp.
Cảm biến lưu lượng khí nạp:
Là một trong những cảm biến quan trọng nhất nó được sử dụng trong hệ thống L- EFI để phát hiện khối lượng hoặc thể tích không khí nạp.
Cảm biến tốc độ:
Cảm biến tốc độ được gắn ở hộp số và được dẫn động ở bánh răng chủ động công tơ mét. Cảm biến tốc độ bao gồm một mạch tích hợp hoạt động nhờ từ trở và cảm biến Hall gắn bên trong một nam châm bốn cực.
2.4.2. Biện kiểm tra, khắc phục hư hỏng.
Lò xo hồi vị.
Dùng dụng cụ để đo ép với lực, nến lò xo lại. đối chiếu khoảng địch chuyển đén khi lò xo nén lại với lực ép trên, so với khoảng cách tiêu chuẩn.
Nếu lớn hơn lò xo yếu phải thay.
Kiểm tra độ vuông góc của lò xo: dùng eke thép để kiểm tra. Đặt thước trên một tấm phẳng. dựng đứng lò xo trên một đầu của nó trên tấm phẳng và dịch chuyển lò xo lên trên theo thước. xoay lò xo và chú ý khoảng cách giữa vòng dây lò xo lên trên theo thước. nếu độ vuông góc vượt quá cho phép phải thay mới.
Trục cam
Đặt cam lên khối V sử dụng đồng hồ so kế đo độ đảo giữa tại các cổ trục giữa.
Xay trục cam một vòng, độ xê dịch của kim đồng hồ so kế biểu thị độ cong của trục.
Độ cong lớn nhất 0.06mm nếu có độ cong lớn hơn giá trị lớn nhất thay trục cam hoặc nắn lại trục cam.
Kiểm tra độ xoắn: trong quá trình làm việc trục cam có thể bị xoắn, khi bị xoắn thì phải thay mới trục cam.
Kiểm tra khe hở dọc trục trị số khe hở trục cam rất bé nó phải đảm bảo cho trục cam chuyển động trong quá trình dịch chuyển.
2.4.2.3. Cảm biến
Cảm biến trục khuỷu:
Kiểm tra khe hở không khí, dùng thước lá đo khe hở giữa roto tín hiệu và vấu lồi trên cuộn dây tín hiệu.
Khe hở không khí: 0.2-0.4 mm. Nếu khe hở này không đúng thì thay bộ chia điện.
Kiểm tra điện trở cuộn dây tín hiệu, dùng ôm kế đô điện trở giữa cực NE+
và NE, điện trở cuộn dây tín hiệu là 140-180, nếu điện trở không đúng tiêu chuẩn thì thay cuộn dây cảm biên.
Cảm biến bướm ga.
Bước1: ngắt giây cắm của cảm biến
Bước 2: đặt thước lá vào giữa vít chận bướm ga và cần hạn chế.
Bước 3: dùng ôm kế đo điện trở giữa các cực.
Điều chỉnh cảm biến bướm ga Bước1: .nới lỏng 2 đai ốc cảm biến
Bước2: đặt thước lá vào giữa vít chặn bướm ga và cần hạn chế bướm ga.
Bước 3: nối dầu dò của ôm kế vào cực IDL và E của cảm biến bướm ga.
Bước 4: xoay từ từ cảm biến buoms ga theo chiều kim đồng hồ cho đến khi kim của ôm kế bắt đầu dịch chuyển và giữ chặt bướm ga bằng vít.
Bước 5: kiểm tra tính thông mach giữa IDL và E2.