Đồ án động cơ xe LEXUS v6

Pít tông Vai trò: vai trò chủ yếu của pít tông là cùng với các chi tiết khác như xylanh, nắp xy lanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực khíthể cho thanh truyền cũng như

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta đã đạt nhữngthành tựu to lớn, diện mạo đất nước đã có nhiều thay đổi Hiện nay, rấtnhiều loại xe hiện đại đã và đang được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam,với các thông số kỹ thuật phù hợp với điều kiện khí hậu, địa hình ViệtNam Chính vì vậy việc tìm hiểu, đánh giá, kiểm nghiệm các hệ thống,cụm, cơ cấu cho xe là hết sức cần thiết nhằm đưa ra phương thức khai thác

và sử dụng xe tối ưu

Đồ án tốt nghiệp là một nội dung quan trọng cho việc củng cố, hoànthiện những kiến thức đã được trang bị trong suốt quá trình học, từ đó nângcao khả năng áp dụng lý thuyết vào thực tế công việc, khả năng tư duykhoa học, khả năng làm việc đòi hỏi cường độ cao, có kế hoạch Qua đógiúp sinh viên hệ thống lại các kiến thức chuyên ngành đã học, đồng thời

bổ sung những kiến thức mà bản thân còn thiếu sót trong quá trình học.Sau 5 năm học tập tại Học viện kỹ thuật quân sự , em đã được giao đồ

án tốt nghiệp đại học với đề tài :

“ Khai thác động cơ 1MZ-FE V6 trên xe Lexus RX-300 ”.

Với điều kiện thời gian có hạn và cả những khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu nên bản đồ án của em chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu sót

Qua đây em xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy giáo trong

Khoa Động lực và đặc biệt là thầy giáo TS Nguyễn Trung Kiên đã tận

tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án Em rất mong nhận được nhữngđóng góp và chỉ bảo của các thầy giáo cùng toàn thể các bạn sinh viên để

đồ án của em hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Hà nội ngày …./…./2011

Sinh viên

Đỗ Đắc Huyến

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thệu chung về xe và động cơ

1.1.1 Giới thiệu xe Lexus RX-300

Lexus RX-300 thuộc phân khúc crossover SUV cỡ trung hạng sang, 4cửa, dẫn động 2 cầu RX-300 chính là phiên bản đầu tiên của Lexus RX( sau đó là RX-330, RX-350, RX-400h, RX-450h ) Được ra mắt lần đầunăm 1998, Lexus RX-300 đã trở thành một trong những chiếc xe crossover SUV đầu tiên trên thị trường

Hình 1.1 Hình ảnh bên ngoài Lexus RX -300

Thương hiệu Lexus đã không ngừng nổi tiếng về chất lượng và độ tincậy trong những đợt khảo sát, Lexus RX-300 dành được danh tiếng xứngđáng với một dòng xe sang trọng và tao nhã Với những tính năng êm nhẹ,cabin thiết kế tốt, ghế bọc nhung lông và kiểu dáng trang nhã kết hợp vớiđộng cơ khỏe và tĩnh Nó luôn mang lại sự hào hứng và cảm giác rất dễchịu cho người điều khiển

Lexus RX-300 là một chiếc xe sang trọng, đạt tới các tiêu chuẩn về tiện nghi

và trang thiết bị kèm theo mà khách hàng mong chờ ở một nhãn hiệu hàng đầu

Xe lắp động cơ V6 3 lít với cơ cấu phối khí thông minh VVT-i (variable valvetiming intelligent) và hộp số tự động 4 cấp

Hình 1.2 Nội thất bên trong Lexus RX-300

Nội thất bên trong cũng được thiết kế ấn tượng và tương xứng với têntuổi của một dòng xe hạng sang: điều hòa, túi khí airbag, bộ phận giới hạntốc độ, máy đổi CD, khóa tự động, ghế điện, đèn sương mù, ghế có sưởi

ấm, nội thất bọc da, ghế da, có kèm theo lốp mùa đông trên xe, gương điện,cửa sổ điện, ổ đĩa CD và DVD, bánh xe dự phòng, và nhiều trang thiết bịtiện nghi khác

Bảng 1.1 thông số cơ bản của xe RX-300

Thông số cơ bản

Tiêu thụ nhiên liệu 13.1lít / 100km

Bảng 1.2 các thông số chi tiết

Thông số chi tiết

Trọng lượng không tải (kg) 2000

Trọng lượng toàn tải (kg) 2505

Bán kính quay vòng tối thiểu (m) 5.4

Dung tích bình nhiên liệu (lít) 72

Tốc độ tối đa (km/h) 225

Thời gian tăng tốc (0->100km) 8.7 giây

1.1.2 Giới thiệu về động cơ 1MZ-FE

Lexus RX-300 là dòng xe đa dụng thể thao nên yêu cầu về công suất vàkhả năng tăng tốc lớn Động cơ được dùng trên xe là động cơ 1MZ-FE.1MZ-FE là loại động cơ V6, 6 xy lanh xếp thành hình chữ V, lệch nhau 60

độ Dung tích xy lanh 3 lít, với 2 trục cam được bố trí trên nắp máy(DOHC), 24 van xả và van nạp ( 2 van xả và 2 van nạp cho mỗi xy lanh ).Công suất 160 mã lực, 3.0V có tốc độ tối đa 225 km/h và đạt tới 100 km/htrong vòng 8,7 giây

Các xy lanh được đánh số 1,2,3,4,5,6 Bên phải là các xy lanh 1-3-5,bên trái là các xy lanh 2-4-6 Thứ tự đánh lửa là 1-2-3-4-5-6 Đỉnh xy lanh

và pít tông làm bằng hợp kim nhôm nên có khả năng chịu được nhiệt độcao, các bugi được bố trí ở trung tâm các buồng đốt

Bảng 1.3 Các thông số cơ bản của động cơ:

Các mặt cắt của động cơ được cho trên hình 1.3 và 1.4

Hình 1.3 Mặt cắt dọc động cơ 1MZ-FE

Hình 1.4 Mặt cắt ngang động cơ 1MZ-FE

1.2 Phân tích đặc điểm kết cấu động cơ

Các cơ cấu chính của động cơ gồm:

- Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

- Cơ cấu phối khí

Các hệ thống trên động cơ bao gồm:

- Hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức một vòng tuần hoàn kín

- Hệ thống đánh lửa điện tử (ESA), tự động điều chỉnh góc đánh lửasớm nhờ tín hiệu ECU của động cơ

- Hệ thống bôi trơn

- Hệ Thống tự động chuẩn đoán ODB được tích hợp với hệ thống cungcấp nhiên liệu EFI và hệ thống tự động điều chỉnh đánh lửa sớm ESA giúpngười sử dụng nhanh chóng phát hiện tình trạng hỏng hóc của động cơ

- Hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử gián tiếp một điểm trước xu pápnạp EFI, tích hợp với hệ thống đánh lửa điện tử ESA giúp động cơ đạt hiệusuất lớn nhất ở mọi chế độ làm việc

1.2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

a Nhiệm vụ:

Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là cơ cấu chính trong động cơ nó cónhiệm vụ nhận và biến đổi lực khí thể do đốt cháy nhiên liệu thành mô menquay của trục khuỷu, nó bao gồm hai nhóm chi tiết là nhóm chi tiết cố định

và nhóm chi tiết chuyển động Nhóm chi tiết chuyển động gồm nhóm píttông, thanh truyền, trục khuỷu, bánh đà Nhóm chi tiết cố định gồm thânmáy, nắp xy lanh, ống lót xy lanh và các te dầu

Thân máy động cơ 1MZ–FE được giới thiệu trên hình 1.5.

Hình 1.5 Thân máy

Thân máy của động cơ là loại thân xy lanh - hộp trục khuỷu Khối thân

xy lanh của động cơ được chế tạo liền với nửa trên hộp trục khuỷu theohình thức vỏ thân xy lanh chịu lực

Thân máy của động cơ được chế tạo bằng gang đúc, có tính dẫn nhiệttốt

+ Nắp xy lanh

Nắp xy lanh của động cơ 1MZ-FE là một dạng nắp chung một khối cho

6 xy lanh Nó được chế tạo bằng hợp kim nhôm, có ưu điểm là nhẹ, tảnnhiệt tốt, giảm được khả năng kích nổ Nắp được lắp với thân máy qua đệmnắp máy bằng các gu giông

Hình 1.6 nắp xy lanh

Nắp xy lanh cùng với pít tông và xy lanh tạo thành buồng cháy, buồngcháy động cơ 1MZ-FE có dạng đỉnh lõm Nhiều bộ phận của động cơ đượcnắp trên nắp xy lanh như bugi, vòi phun, cụm xu páp… Ngoài ra trên nắp

xy lanh còn bố trí các đường nạp, đường thải, đường nước làm mát, đườngdầu bôi trơn… Do đó kết cấu của nắp xy lanh rất phức tạp

Điều kiện làm việc của nắp xy lanh rất khắc nhiệt như nhiệt độ cao, ápsuất khí thể rất lớn và bị ăn mòn hoá học bởỉ các chất ăn mòn trong sảnphẩm cháy

+ Nhóm Pít tông

Các chi tiết của pít tông bao gồm: Pít tông, các xéc măng khí, xéc măngdầu, chốt pít tông và các chi tiết khác

Cấu tạo của pít tông được thể hiện trên hình 1.7

Hình1.7 Nhóm pít tông

1 Pít tông; 2 Chốt pít tông; 3 Vòng hãm; 4 Xéc măng khí;

5 Xéc măng dầu; 6 Thanh truyền; 7 Bạc đầu nhỏ thanh truyền

• Pít tông :

Hình 1.8 Pít tông

Vai trò: vai trò chủ yếu của pít tông là cùng với các chi tiết khác như xylanh, nắp xy lanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực khíthể cho thanh truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí

Điều kiện làm việc: Điều kiện làm việc của pít tông rất khắc nhiệt.Trong quá trình làm việc, pít tông phải chịu tải trọng cơ học lớn có chu kỳ,nhiệt độ cao

Pít tông của động cơ được chế tạo bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt

Trên phần đầu pít tông có xẻ 3 rãnh để lắp các xéc măng khí và xécmăng dầu Khe hở giữa phần đầu pít tông và thành xy lanh nằm trongkhoảng 0,4 ÷ 0,6 mm.

Thân pít tông có dạng hình côn tiết diện ngang hình ôvan và có hai

bệ để đỡ chốt pít tông, trên thân có phay rãnh phòng nở để tránh bó kẹtpít tông Thân pít tông có nhiệm vụ dẫn hướng cho pít tông chuyểnđộng trong xy lanh

Để đảm bảo cho pít tông chuyển động dễ dàng trong xy lanh, khe hởgiữa phần thân pít tông và thành xy lanh ở chế độ khi nước làm mát 80 ÷

900C nằm trong khoảng 0,004 ÷ 0,008 mm

• Xéc măng:

Trên pít tông có 2 loại xéc măng là xéc măng khí và xéc măng dầu.

Hình 1.9 Xéc măng 1.Xéc măng dầu, 2.Xéc măng khí

Xéc măng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy của động cơ và dẫnnhiệt từ đỉnh pít tông ra thành xy lanh và tới nước làm mát Mỗi pít tôngđược lắp 2 xéc măng khí vào hai rãnh trên cùng của đầu pít tông Để xécmăng rà khít với thành xy lanh nó được mạ một lớp thiếc Xéc măng khíphía trên được mạ crôm để giảm mài mòn Khi lắp khe hở miệng của xécmăng nằm trong khoảng 0,25 ÷ 0,6 mm để giảm hiện tượng lọt khí xuốngcác te khi lắp đặt miệng xéc măng phải lệch nhau 1800 Vật liệu chế tạo xécmăng khí là thép hợp kim cứng

Xéc măng dầu được làm từ thép chống gỉ Xéc măng dầu có nhiệm vụsan đều lớp dầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu bôi trơn thừa từ thành xylanh về cácte Xéc măng dầu có các lỗ dầu và được lắp vào rãnh dưới cùng

của pít tông Trong rãnh có lỗ nhỏ ăn thông với khoang trống phía trong píttông Khi lắp khe hở miệng xéc măng nằm trong khoảng 0,25 ÷ 0,6 mm.

• Chốt pít tông

Chốt pít tông là chi tiết nối pít tông và đầu nhỏ thanh truyền Tuy có kếtcấu đơn giản nhưng chốt pít tông có vai trò rất quan trọng để đảm bảo điềukiện làm việc bình thường của động cơ Trong quá trình làm việc của mìnhchốt pít tông chịu lực va đập tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bôi trơnkhó khăn

Hình 1.10 Chốt pít tông 1.Vòng hãm, 2.Chốt pít tông

Chốt pít tông được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần hợpkim như crôm, măng gan với thành phần cacbon thấp chốt pít tông được sử

lý tăng cứng và được mài bóng

Chốt pít tông có dạng hình trụ rỗng Các mối ghép giữa chốt pít tông vàpít tông, thanh truyền theo hệ trục để đảm bảo lắp ghép dễ dàng Chốt píttông được lắp tự do ở cả hai mối ghép Khi lắp ráp mối ghép giữa chốt vàbạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, còn mối ghép với bệ chốt làmối ghép trung gian, có độ dôi Phương pháp lắp này làm cho chốt mònđều hơn và chịu mỏi tốt hơn nhưng khó bôi trơn mối ghép phải có kết cấuhạn chế di chuyển dọc trục của chốt

+ Thanh truyền

Hình 1.11 Thanh truyền.

Thanh truyền là chi tiết nối giữa pít tông và trục khuỷu Trong quá trìnhlàm việc thanh truyền chịu lực khí thể, lực quán tính của nhóm pít tông vàlực quán tính của bản thân thanh truyền Các lực trên đều là các lực tuầnhoàn va đập

Trong quá trình làm việc của động cơ, thanh truyền thực hiện haichuyển động phức tạp: Chuyển động tịnh tiến dọc theo thân xy lanh vàchuyển động lắc tương đối so với trục của chốt pít tông Thanh truyền đượcchế tạo bằng thép hợp kim, trong thân thanh truyền có khoan rãnh dẫn dầubôi trơn lên bề mặt bạc đầu nhỏ và chốt pít tông

Đầu to thanh truyền được chia làm hai nửa với mặt phẳng phân chiavuông góc với đường tâm thanh truyền Dấu ở nửa trên đầu to thanh truyền

và nửa dưới đầu to thanh truyền, cùng với dấu ở pít tông khi lắp các dấunày phải cùng phí và quay về phía đầu động cơ

Trên hình 1.12 giới thiệu dấu định vị trên nhóm pít tông thanh truyền.

Hình 1.12 Vạch dấu định vị trên nhóm pít tông thanh truyền

Bạc đầu nhỏ thanh truyền bằng đồng có dạng hình trụ rỗng, trên bạc có

lỗ dẫn dầu tương ứng với lỗ trên đầu nhỏ thanh truyền

Bạc đầu to là loại thanh mỏng và lắp lẫn được Bạc lót gồm hai nửađược dập ghép từ thép mềm và được phủ một lớp chịu mòn là hợp kimnhôm có hàm lượng thiếc cao, chiều dầy của bạc lót sau khi phủ là 1,6mm,chiều rộng là 25mm, bạc có gờ khớp với rãnh ở nửa trên và nắp dưới củađầu to để chống xoay

Để đảm bảo cân bằng cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền, khối lượng củathanh truyền lựa chọn khi lắp không chênh lệch quá 6-8 gam

+ Trục khuỷu

Vai trò của trục khuỷu: trục khuỷu nhận lực tác dụng từ pít tông tạomômen quay kéo các máy công tác và nhận năng lượng của bánh đà; sau đótruyền cho thanh truyền và pít tông thực hiện quá trình nén cũng như traođổi khí trong xy lanh

Điều kiện làm việc của trục khuỷu hết sức khắc nhiệt nó phải chịu lực

T, Z do lực khí thể và lực quán tính của nhóm pít tông thanh truyền gây ra.Ngoài ra trục khuỷu còn chịu lực quán tính ly tâm của các khối lượng quay

lệch tâm của bản thân trục khuỷu và thanh truyền Những lực này gây uốnxoắn dao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu trên các ổ đỡ Cấu tạo trục khuỷu được thể hiện trên hình 1.13.

Hình 1.13 Cấu tạo trục khuỷu

Trục khuỷu của động cơ được chế tạo bằng thép hợp kim có các thànhphần măng gan, vômphram…

Trên đầu trục có then để lắp puli dẫn động quạt gió, bơm nước cho hệthống làm mát, có bánh răng trục khuỷu để dẫn động trục cam, bơm dầu

Cổ trục khuỷu được gia công và xử lý bề mặt đạt độ cứng và độ bóngcao Các cổ trục đều có chung một đường kính.Cổ khuỷu được làm rỗng đểlàm rãnh dẫn dầu bôi trơn đến các cổ và chốt khác của trục khuỷu

Chốt khuỷu cũng được gia công và xử lý bề mặt để đạt độ cứng và độbóng cao Đường kính chốt nhỏ hơn đường kính cổ Chốt khuỷu cũng đượclàm rỗng để giảm trọng lượng và chứa dầu bôi trơn

Các đối trọng được làm liền với má khuỷu Đuôi trục khuỷu có mặt bích

để lắp bánh đà và được làm rỗng để lắp vòng bi đỡ trục sơ cấp của hộp số

1.2.2 Cơ cấu phối khí

Cơ cấu phối khí được dùng là cơ cấu phối khí dùng xu páp treo Động

cơ 1MZ-FE sử dụng cơ cấu phối khí thông minh VVT-i Hệ thống VVT-i(Variable Valve Timing Intelligent) sử dụng áp suất thủy lực để xoay trụccam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí Điều này có thể làm tăng côngsuất, cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiễm

Hình 1.15 cơ cấu VVT-i

Như trong hình minh họa, hệ thống này được thiết kế để điều khiển thờiđiểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 40 độ so với gócquay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điềukiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến

* Nhiệm vụ - yêu cầu:

Cơ cấu phối khí bao gồm tất cả các cụm, các chi tiết và các kết cấu vớichức năng đảm bảo quá trình trao đổi khí giữa xy lanh động cơ với môitrường bên ngoài trong các quá trình nạp khí vào xy lanh và thải các sảnphẩm cháy từ xy lanh ra môi trường bên ngoài

Yêu cầu đối với cơ cấu phối khí đó là:

-Nạp đầy và thải sạch ở mọi chế độ làm việc của động cơ

-Tiếng ồn thấp, khả năng bao kín tốt

-Độ bền và độ tin cậy làm việc cao

-Dễ dàng lắp ráp thay thế chi tiết và sửa chữa bảo dưỡng điều chỉnh.

Hình 1.16 Cơ cấu dẫn động phối khí

Với cơ cấu phối khí xu páp treo bảo đảm cho buồng cháy nhỏ gọn,chống cháy kích nổ tốt nên có thể tăng được tỉ số nén và làm cho dạngđường thải, nạp thanh thoát, khiến sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời

do có thể bố trí xu páp hợp lí hơn nên có thể tăng được tiết diện lưu thôngcủa dòng khí khiến hệ số nạp tăng Cấu tạo cơ cấu phối khí gồm các chitiết chính sau : trục cam, xu páp

a, Xu páp

Trên động cơ 1MZ-FE gồm 12 xu páp nạp và 12 xu páp xả Các xu pápđược dẫn động trực tiếp từ trục cam Các xu páp làm việc trong điều kiệnrất xấu; chịu tải động và phụ tải nhiệt rất lớn nhất là đối với xu páp thải

Hình 1.17: Kết cấu các phần của xu páp và lắp ghép xu páp với đế

1.Đuôi xu páp; 2.Thân xu páp; 3.Nấm xu páp

* Xu páp nạp

Xu páp nạp làm bằng thép Giữa thân và tán nấm có bán kính góc lượnlớn để cải thiện tình trạng lưu thông của dòng khí nạp vào xi lanh, đồngthời tăng độ cứng vững cho xu páp, giảm được trọng lượng Phần đuôiđược tôi cứng

* Xu páp thải

Xu páp thải làm bằng thép chịu nhiệt Phần đuôi được tôi cứng để tránhmòn và có rãnh để lắp móng hãm giữa đuôi xu páp và lò xo xu páp Mónghãm hình côn gồm 2 nửa với kiểu lắp này có kết cấu đơn giản, độ an toàncao, và không gây nên ứng suất tập trung trên đuôi xu páp Để dễ sửa vàtránh hao mòn cho nắp xi lanh ở chỗ lắp xu páp người ta lắp ống dẫnhướng.ống dẫn hướng có dạng hình trụ rỗng được đóng ép vào nắp xi lanhđến một khoảng cách nhất định

+ Đế xu páp hình ống, mặt trong được vát góc theo góc vát của tánnấm và được đóng trên nắp máy

+ Lò xo xu páp hình trụ hai đầu được quấn sít với nhau và mài phẳng

b, Trục cam

Trục cam được chế tạo bằng thép hợp kim thành phần các bon thấp.Trên trục cam có 12 cam nạp và 12 cam thải Các cam nạp và các cam thảiđược làm liền trục, trên trục cam còn có bánh lệch tâm để dẫn động bơm xăng.Trục cam được dẫn động từ trục khuỷu bằng bộ truyền đai

Hình 1.18 Cơ cấu dẫn động trục cam

c, Ống dẫn hướng xu páp:

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 ốngdẫn hướng Ống dẫn hướng lắp lỏng với thân xu páp và có chức năng dẫnhướng cho xu páp chuyển động tịnh tiến qua lại khi đóng mở Ống được épcăng vào lỗ gia công trong nắp xy lanh Ống được chế tạo bằng gang hợpkim hoặc gang dẻo nhiệt luyện Ống có kết cấu hình trụ rỗng có vát mặtđầu để dễ lắp ráp

d, Lò xo xu páp:

Xu páp tì chặt lên đế đóng kín đường thông là nhờ lực đẩy của lò xo Trên

mỗi xu páp có lắp một lò xo 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 Lò xo xu páp có kết cấu hình trụ, hai đầu màiphẳng để lắp ráp với đĩa xu páp.

1.2.3 Các hệ thống chính của động cơ

Hệ thống cung cấp nhiên liệu sẽ được trình bày riêng trong chương 3, vìthế trong phần này tác giả ĐATN chỉ mô tả các hệ thống chính còn lại củađộng cơ

1.2.3.1 Hệ thống làm mát

a, Nhiệm vụ hệ thống làm mát

Khi động cơ làm việc, các chi tiết của động cơ nhất là các chi tiết trongbuồng cháy tiếp xúc với khí cháy nên có nhiệt độ rất cao Nhiệt độ đỉnh píttông có thể đến 6000C còn nhiệt độ xu páp thải có thể lên đến 9000C Nhiệt

độ các chi tiết cao có thể dẫn đến các tác hại đối với các động cơ:

- Giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ các chi tiết;

- Bó kẹt giữa các cặp chi tiết chuyển động như pít tông - xy lanh, trụckhuỷu - bạc lót…;

- Giảm hệ số nạp nên giảm công suất động cơ;

- Kích nổ trong động cơ

Hệ thống làm mát có tác dụng tản nhiệt khỏi các chi tiết, giữ cho nhiệt

độ của các chi tiết không vượt quá giới hạn cho phép và do đó bảo đảmđiều kiện làm việc của động cơ Trên động cơ 1MZ-FE sử dụng hệ thốnglàm mát bằng nước, kiểu kín tuần hoàn cưỡng bức nhờ bơm nước

Nguyên lí của hệ thống làm mát được trình bày trên (hình 1.19).

Hình 1.19 Hệ thống làm mát 1.Van xả nước; 2 đường nước từ két mát ra bơm nước;3 trục bơm nước; 4.Buli nước; 5 Van hằng nhiệt; 6 Két mát; 7.quạt gió; 8 đường dẫn

nước ra két làm mát; 12.thân máy; 13 van tháo nước.

* Nguyên lí làm việc của hệ thống:

Khi động cơ làm việc thông qua cơ cấu dẫn động làm cho bơm nướclàm việc Nước lạnh từ két mát được bơm nước đẩy vào các đường dẫnvào các khoang trong nắp máy rồi theo các đường dẫn trên nắp máy trở vềkét mát và bơm nước

Để duy trì nhiệt độ nước làm mát trong hệ thống được ổn định trên hệthống làm mát có bố trí van hằng nhiệt 5

Khi nhiệt độ nước trong hệ thống nhỏ hơn 700C van hằng nhiệt 5 đóngđường nước ra két mát Nước được tuần hoàn cưỡng bức từ bơm nước đếncác khoang trên nắp máy để làm mát cho hệ thống

Khi nhiệt độ nước làm mát lớn hơn 800C, dưới tác dụng của nhiệt độvan hằng nhiệt mở hoàn toàn Nước từ bơm nước vào các khoang trên lắp

máy.Khi ra khỏi nắp máy nước có nhiệt độ cao được dẫn vào trong kétmát nhờ van hằng nhiệt 5 mở Sau khi qua két nước Nước được làm mátquay trở về bơm nước thực hiện chu trình tiếp theo

Để kiểm tra nhiệt độ của nước làm mát trên bảng đồng hồ có lắp đồng

hồ báo nhiệt độ nước Ngoài ra còn lắp một bộ cảm biến báo lên đèn nguyhiểm trên ca bin buồng lái, khi đèn sáng là báo hiệu động cơ quá nóng

b, Các chi tiết chính

+Bơm nước và quạt gió

Bơm nước trên hệ thống làm mát của động cơ là bơm ly tâm cónhiệm vụ cung cấp nước tuần hoàn cưỡng bức trong hệ thống làm mát củađộng cơ Được dẫn động bằng đai từ trục khuỷ động cơ

Quạt gió có nhiệm vụ tạo ra dòng khí hút đi qua két nước để tăng hiệuquả làm nguội nước nóng sau khi đã làm mát cho động cơ Quạt gió đượclắp trên đầu phía trước của trục bơm nước Các cánh quạt được chế tạobằng thép lá Để nâng cao năng suất và tạo hướng cho dòng khí vành quạtgió có hom khí

Két nước làm mát bao gồm các ống dẫn bằng đồng đỏ Các ống nàyđược hàn với các cánh tản nhiệt hình gợn sóng nhằm tăng tiết diện tiếp xúcvới không khí để tăng khả năng toả nhiệt của két làm mát Ngăn trên cómiệng đổ nước và được đậy bằng nắp.

Nắp két nước có hai van, van xả có tác dụng giảm áp khi áp suất trong

hệ thống cao (khoảng 1,15 ÷ 1.25 kG/cm2) do bọt hơi sinh ra trong hệthống, nhất là khi động cơ quá nóng Còn van hút sẽ mở để bổ sung khôngkhí khi áp suất chân không trong hệ thống lớn hơn giá trị cho phép (khoảng0,05 ÷ 0,1 kG/cm2)

+Van hằng nhiệt

Van hằng nhiệt có nhiệm vụ rút ngắn thời gian sấy nóng khi động cơ

bắt đầu khởi động và tự động duy trì chế độ nhiệt của động cơ trong giớihạn cho phép

Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn 750C, hỗn hợp chất lỏng trong hộp(1) chưa bị giãn nở, van đóng (5) và nước sẽ đi qua đường dẫn (2) trở vềbơm mà không qua két làm mát

Khi nhiệt độ nước tăng cao hơn 750C, hỗn hợp chất lỏng trong hộp giãn

nở, áp suất tăng nên đẩy cán lên làm mở van (5) và nước theo đường ốngđến két làm mát

Khi nhiệt độ nước băng 900c thì van được mở hoàn toàn

1.2.3.2 Hệ thống bôi trơn

a, Nhiệm vụ hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt làm việccủa các chi tiết để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơcũng như tăng tuổi thọ của các chi tiết

Dầu bôi trơn có nhiều công dụng trong đó một số công dụng quan trọngnhất của dầu bôi trơn là:

- Bôi trơn các bề mặt có chuyển động trượt giữa các chi tiết nhằm giảm

ma sát do đó giảm mài mòn tăng tuổi thọ các chi tiết

- Rửa sạch bề mặt ma sát của các chi tiết Trên bề mặt ma sát trong quátrình làm việc thường có các vẩy rắn tróc ra khỏi bề mặt Dầu bôi trơn sẽcuốn trôi các vảy tróc, sau đó được giữ lại trong các phần tử lọc của hệthống bôi trơn, tránh cho bề mặt ma sát bị cào xước.

- Làm mát một số chi tiết

- Bao kín khe hở giữa các chi tiết như cặp pít tông - xy lanh - xec măng

để giảm lọt khí

Động cơ 1MZ-FE sử dụng phương pháp bôi trơn cưỡng bức Dầu trong

hệ thống bôi trơn được bơm đẩy đến các bề mặt ma sát với áp suất nhất định, do

đó hoàn toàn có thể đủ lưu lượng để bảo đảm bôi trơn làm mát và tẩy rửa các bềmặt ma sát

Sơ đồ hệ thống bôi trơn được thể hiện trên hình 1.21

Hình 1.21 Sơ đồ hệ thống bôi trơn

1 Bơm dầu; 2 Nút xả dầu; 3 Phao hút dầu; 4 Van an toàn; 5 Két mát dầu; 6 khoá két mát; 7 Bộ cảm biến áp suất dầu; 8 Bộ cảm biến báo hỏng; 9 Bầu

lọc dầu; 10 Lỗ dầu bôi trơn cho cặp bánh răng phân phối khí.

b, Nguyên lý làm việc

Dầu trong các te dầu được hút vào bơm qua phao hút dầu Phao hútdầu có lưới chắn để lọc sơ bộ những tạp chất có kích thước lớn Dầu đượcbơm đẩy qua bộ làm mát dầu 2, tại đây dầu được làm mát rồi tiếp tục đếnđường dầu chính, rồi đến cốc lọc, dầu theo các nhánh đi bôi trơn trục khuỷusau đó lên bôi trơn đầu to thanh truyền, chốt pít tông, và đi bôi trơn trụccam…

Bầu lọc dầu có nhiệm vụ lọc sạch các tạp chất cơ học do sự mài mòn cơ

học các chi tiết của động cơ, các loại bụi từ không khí lẫn vào các sản vậtcháy có chứa trong dầu Kiểu bầu lọc được dùng là kiểu bầu lọc cơ khí loạibầu lọc thấm dùng tấm kim loại

+ Két làm mát dầu

Ở chế độ nhiệt làm việc ổn định của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn

cần nằm trong giới hạn 80 ÷ 900C Nhưng trong sử dụng do nhiệt độ củamôi trường tương đối cao, do động cơ thường phải làm việc ở những chế

độ phụ tải cao trong thời gian dài , nhiệt độ của dầu bôi trơn sẽ vượt quá

hệ thống bôi trơn của động cơ sử dụng két làm mát dầu kiểu ống được làmmát bằng không khí, bố trí trước két nước của động cơ.

+ Đồng hồ đo áp suất dầu

Đồng hồ áp suất dầu nối với đường dầu chính để kiểm tra tình hình hoạtđộng của hệ thống

1.2.3.3 Hệ thống kiểm soát khí thải

a, Nhiệm vụ của hệ thống kiểm soát khi thải

Hệ thống kiểm soát khí thải của động cơ bao gồm hệ thống kiểm soát khíthoát ra từ các te, hệ thống điều khiển sự bốc hơi nhiên liệu, hệ thống hồi lưukhí xả và bộ xử lý khí thải Nhiệm vụ chung của toàn bộ hệ thống là giảm đếnmức tối đa lượng khí độc hại gây ô nhiễm môi trường như: oxit cacbon ,Hidrocacbon, oxit nitơ, và các chất khí khác

b, Các chi tiết chính

* Hệ thống kiểm soát hơi khí thoát từ các te trục khuỷu

Là hệ thống có nhiệm vụ giảm tối đa lượng hỗn hợp khí từ các te động

cơ thoát ra bầu khí quyển Khi động cơ hoạt động, không khí sạch đượcđưa từ bộ lọc gió vào trong các te trục khuỷu qua ống thông hơi để đượchoà trộn với các khí lọt ở bên trong các te trục khuỷu Các khí lọt xuống ởbên trong các te trục khuỷu được rút vào cửa họng nạp qua van thông hơi(PCV)

Van PCV được thiết kế để điều hòa lượng khí thông hơi thích hợp, píttông của van PVC có thể dịch chuyển tương ứng với độ chân không củahọng nạp Khi động cơ hoạt động ở chế độ tải thấp hay hoạt động ở chế độcầm chừng, lượng khí đi qua van PVC được hạn chế để duy trì sự hoạtđộng ổn định của động cơ

Khi động cơ hoạt động ở tải lớn hay toàn tải, lượng không khí đi quavan PVC tăng lên đảm bảo cho quá trình thông hơi trong các te động cơ

Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thoát từ các te trục khuỷu của động cơ

1MZ-FE được giới thiệu trên hình 1.23

Hình 1.23 Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thoát từ các te trục khuỷu.

* Hệ thống hồi lưu khí xả (EGR)

Hệ thống hồi lưu khí xả có nhiệm vụ giảm lượng ôxit nitơ (NOx) sinh ratrong quá trình cháy thoát ra ngoài môi trường Khi nhiệt độ cháy của hỗnhợp cháy cao, một lượng lớn khí oxit nitơ sẽ được tạo ra ở trong buồngcháy Vì vậy hệ thống ERG hồi lại một phần khí xả từ đường ống xả đoạnlắp trên nắp máy vào trong buồng đốt thông qua họng nạp Khi khí xả đượctrộn lẫn với hỗn hợp cháy thì sự lan truyền ngọn lửa trong buồng đốt bị chậmlại, bởi vì phần lớn khí xả là trơ không cháy được Nhiệt độ cháy do đó giảmxuống và làm giảm lượng NOx sinh ra vì khí trơ hấp thụ nhiệt toả ra

Hệ thống hồi lưu khí xả của động cơ Toyota 1MZ-FE được giớithiệu trên hình 1.24.

Hình 1.24 Sơ đồ hệ thống hồi lưu khí xả.

* Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu

Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu(EVAP) tạm thời hấp thụ hơi nhiênliệu vào bộ lọc than hoạt tính và dẫn nó vào động cơ để đốt cháy, nhờ thế

mà ngăn không cho nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu lọt ra ngoài khíquyển

Hoạt động theo nguyên lý: hơi nhiên liệu bốc lên từ bình nhiên liệu(4),

đi qua van một chiều (1) và đi vào bộ lọc than hoạt tính, than sẽ hấp thụ hơinhiên liệu lượng hơi được hấp thụ này sẽ được hút vào cửa lọc của họnggió vào xy lanh để đốt cháy khi động cơ đang chạy Van một chiều (2) vàvan chân không(3) của nắp bình nhiên liệu được mở ra để hút không khí từbên ngoài vào bình nhiên liệu khi trong thùng có áp suất chân không (donhiệt độ bên ngoài thấp)

Trên động cơ 1MZ-FE , ECU điều khiển dòng khí bằng cách điều chỉnh

độ mở của van VSV

Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu trên động cơ 1MZ-FE được giới thiệutrên hình 1.25

Hình 1.25 Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu trên động cơ 1MZ-FE

1,5 Van một chiều, 2 Thùng chứa than hoạt tính, 3.Van chân không của thùng nhiên liệu, 4.Thùng nhiên liệu.

1.2.3.4 Hệ thống đánh lửa

a, Nhiệm vụ hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ tạo tia lửa điện cao áp từ 12 ÷ 14 kV đểđốt cháy hoà khí trong động cơ vào cuối kỳ nén Để giúp cho sự cháy đạthiệu quả cao, hệ thống đánh lửa phải đốt cháy hỗn hợp không khí nhiênliệu ngay tức thì Thời điểm đánh lửa chính xác được tạo ra vào đúng ngaythời điểm liên quan đến vị trí của pít tông Bộ ECU động cơ nhận các tínhiệu từ các cảm biến liên quan và điều chỉnh thời điểm đánh lửa

b, Sơ đồ hệ thống và nguyên lí làm việc

Sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ 1MZ-FE được thể hiện trên hình 1.26

Hình 1.26 Sơ đồ hệ thống đánh lửa của động cơ 1MZ-FE

Bộ phát xung IGF dẫn ngược lại về ECU Xung này gửi tới ECU để báorằng HTĐL đang hoạt động

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ

Ở CHẾ ĐỘ Nemax

*Mục đích

Mục đích việc tính toán nhiệt chu trình công tác là xác định các chỉtiêu kinh tế và hiệu quả của chu trình công tác, sự làm việc của động cơ ởđiều kiện Việt Nam

*Chế độ tính toán

Chế độ làm việc của động cơ được đắc trưng bằng các thông số cơ bảnnhư công suất có ích, mô mem xoắn có ích, tốc độ quay và nhiều thông sốkhác Các thông số ấy có thể ổn định hoắc thay đổi trong một phạm vi rộngtùy theo chế độ làm việc của động cơ Ta chọn chế độ công suất có ích lớnnhất ứng với số vòng quay của trục khuỷu là 5400v/ph

2.1 Chọn các thông số ban đầu

1- Công suất có ích lớn nhất: N emax= 117 [Kw]

2- Số vòng quay trong một phút của trục khuỷu ứng với chế độ công suất lớn nhất: n = 5400 v/ ph

3- tốc độ trung bình của pít tông: C TB

Giá trị của C TB được xác định thông qua hai thông số đã biết theo biểu

trong đó: - S: Hành trình của bít tông, S =83mm = 0,083 m

- n: Số vòng quay của trục khuỷu động cơ, n = 5400v/ph

4- Số xy lanh của động cơ: i = 6

5- Tỷ số giữa hành trình của pít tông và đường kính xy lanh:

83

0,954 87

λ = =