Tiểu luận kết cấu động cơ đốt trong động cơ 1 TR FE

Các thông số kỹ thuật của động cơ 1TR-FE TT Các thông số kỹ thuật chính của động cơ Giá trị 3 Số xilanh , bố trí xilanh 4 xilanh xếp thành 1 hàng thẳng đứng 4 Đường kính xilanh D 86 mm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

KHOA CƠ KHÍ – TỰ ĐỘNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

ĐỘNG CƠ 1TR-FE

Tp Hồ chí Minh, tháng 8/2015

GIỚI THIỆU CHUNG

PHẦN 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 1TR-FE TRÊN XE TOYOTA INOVA

Động cơ 1 TR-FE : là loại động cơ xăng thế hệ mới 4 xi lanh thẳng hàng, dungtích xy lanh 2.0 liter, trục cam kép DOHC 16 xu páp dẫn động bằng xích với hệ thốngvan nạp biến thiên thông minh VVT-i

Mô hình của động cơ 1 TR-FE được thể hiện trên hình 1.4

Hình

1.4 Mô hình động cơ 1TR-Fe

Thông số kỹ thuật của động cơ 1TR-FE được thể hiện dưới bảng 1.2

Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật của động cơ 1TR-FE

TT Các thông số kỹ thuật chính

của động cơ

Giá trị

3 Số xilanh , bố trí xilanh 4 xilanh xếp thành 1 hàng thẳng đứng

4 Đường kính xilanh (D ) 86 mm

5 Hành trình piston ( S ) 86 mm

7 Thể tích công tác 1834 mm3

9 Công suất cực đại / số vòng

Đóng muộn 8 độ

15 Hệ thống bôi trơn Bôi trơn cưỡng bức toàn dòng

17 Hệ thống làm mát Tuần hoàn cưỡng bức

19 Van hồi lưu khí thải Van một chiều

20 Hệ thống đánh lửa Kiểu điện tử

21 Đường kính bướm ga 50mm

22 Hệ thống nhiên liệu Phun xăng đa điểm điều khiển bằng điện tửĐộng cơ innova 1TR-FE có 2 cơ cấu chính là cơ cấu phối khí và cơ cấu khuỷutrục thanh truyền Các hệ thống được bố trí trên động cơ bao gồm :

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu.

- Hệ thống điều khiển tốc độ không tải

- Hệ thống bôi trơn

- Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức

- Hệ thống đánh lửa

- Hệ thống kiểm soát không khí

- Hệ thống kiểm soát khí thải

Đặc điểm chính của động cơ : hệ thống cung cấp nhiên liệu , hệ thống đánh lửa ,

hệ thống kiểm soát không khí, hệ thống kiểm soát khí thải kết hợp với nhau thành một

hệ thống lớn

– Hệ thống VVT-i sẽ điều khiển trục cam nạp để có được thời điểm đóng mở xu páptối ưu phù hợp với mọi điều kiện vận hành của động cơ

PHẦN 2 CÁC CƠ CẤU CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ 1TR – FE

TRÊN XE TOYOTA- INNOVA

Động cơ 1TR-FE là loại động cơ xăng thế hệ mới, 4 xi lanh thẳng hàng, dungtích xi lanh 2.0 lít, trục cam kép DOHC 16 xu páp dẫn động bằng xích với hệ thốngvan nạp biến thiên thông minh VVT-i Dưới đây tập trung đi vào một số cơ cấu chínhcủa động cơ

Chương 1 Kết cấu của nhóm piston – trục khuỷu – thanh truyền

1.1 Nhiệm vụ:

Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là cơ cấu chính trong động cơ nó có nhiệm vụ nhận

và biến đổi lực khí thể do đốt cháy nhiên liệu thành momen quay của trục khuỷu, nóbao gồm hai nhóm chi tiết là nhóm chi tiết cố định và nhóm chi tiết chuyển động.Nhóm chi tiết cố định gồm thân máy nắp xy lanh và các te dầu Nhóm chi tiết chuyểnđộng gồm nhóm pít tông, thanh truyền, trục khuỷu, bánh đà

1.1.1 Các chi tiết chính:

a) Thân máy:

Thân máy cùng với nắp xy lanh là nơi lắp đặt và bố trí hầu hết các cụm các chi tiếtcủa động cơ Cụ thể trên thân máy bố trí xy lanh, hệ trục khuỷu, và các bộ phận truyềnđộng để dẫn động các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ như trục cam, bơm nhiênliệu, bơm nước, bơm dầu, quạt gió…

Thân máy động cơ 1 TR-FE được giới thiệu trên hình 2.1

Hình 2.1: Thân máy

Thân máy của động cơ loại thân xy lanh - hộp trục khuỷu Thân máyđược chế tạo bằng thép đúc Các vách ngăn ở các te trên có gia công các gân để tăng độcứng vững cho thân, thân phía trong có các bệ để lắp ổ trục chính, nắp gối đỡ ổ trụcchính được bắt bằng bu lông, trên thân máy có các áo nước để làm mát cho động cơ ,các lỗ ren trên thân máy được dùng để bắt nắp máy và các te với thân máy Xy lanhđược doa thẳng vào thân máy Đường kính xy lanh nằm trong khoảng 86.0 x 86.0 mm.Khe hở giữa pít tông và xy lanh của động cơ 1 TR- FE nằm trong khoảng 0,02 -0,04 mm Để tăng thời gian sử dụng động cơ, thân máy có thể doa để lên cốt sửa chữacho xy lanh ( Lên cốt sửa chữa là tăng đường kính xy lanh lên 0,25 mm ) Chỉ có thểlên 4 cốt sửa chữa, nếu doa rộng quá cốt 4 sẽ làm mất lớp bề mặt xy lanh

Phần dưới của thân máy có 4 ổ đỡ trục khuỷu Nắp ổ đỡ trục khuỷu được bắt vàothân máy bằng bu lông, và được gia công cùng với thân máy Do đó không lắp lẫnđược các lắp ổ đỡ trục khuỷu, vì vậy trong quá trình sửa chữa cần chú ý đến vị trí của

các nắp ổ đỡ Tránh nắp nhầm vị trí của các ổ đỡ gây bó kẹt dẫn tới phá vỡ kết cấu lắpghép.

*Nhận xét:

Có thể nói kết cấu của thân máy kiểu xy lanh được đúc liền với thân máy có ưuđiểm là có độ cứng vững cao kết cấu gọn, bảo đảm độ kín khít giữa xy lanhvà khoanglàm mát Song kết cấu như vậy cũng có nhược điểm là việc chế tạo khó khăn do cácđường nước bố trí bên trong nên trong quá trình đúc thân máy khó Khó khăn cho quátrình sửa chữa cũng như số lần được phép sửa chữa không nhiều (chỉ được tăng cốt 4lần tức là tăng đường kính xy lanh lên 1mm) Vượt quá kích thước này sẽ làm mấtphần vật liệu thuộc lớp bề mặt xy lanh ( Tức là lớp vật liệu chịu nhiệt độ và mài mòncao) Khi lớp bề mặt xi lanh mất đi chỉ có thể khắc phục bằng phương pháp doa rộng

xi lanh và lắp ống lót mới , nếu không thể lắp thêm ống lót thì buộc phải thay cả thânmáy Đây là một nhược điểm của kết cấu kiểu này không phù hợp với điều kiện ViệtNam khi nền kinh tế còn nghèo

b) Nắp xy lanh:

Nắp máy được đúc liền một khối cho cả 4 xi lanh và được đúc bằnghợp kim nhôm Các ống dẫn hướng xupap làm bằng kim loại gốm và được ép vào nắpmáy Trên nắp máy cũng bố trí các áo nước làm mát và được thông với áo nước củathân máy Nắp được đinh vị với thân nhờ bu lông cấy trên thân máy Nắp máy cònđược gia công các lỗ để bắt chặt với thân máy nhờ bu lông và các lỗ ren để bắt vòiphun, bugi

Các đường rãnh dẫn khí nạp được bố trí 1 góc có độ nghiêng thích hợp nhằm tạo

ra chuyển động theo phương tiếp tuyến của dòng khí nạp đối với mặt trụ bên trong của

xi lanh, chuyển động đó tạo thành xoáy lốc, có tác dụng làm tăng chất lượng của quátrình tạo hỗn hợp và đốt cháy nhiên liệu

Giữa thân máy và nắp máy có đệm làm kín bằng hợp kim nhôm khi xiết các bulông mặt máy 1 lực từ 7 đến 8 KG đệm biến dạng tạo sự kín khít giữa thân máy và nắpmáy Ngoài nắp máy có lắp dàn cò mổ bằng hợp kim nhôm Nắp máy của động cơ 1TR- FE được giới thiệu trên hình 2.2

Hình 2.2: Nắp máy động cơ 1 TR-FE

Điều kiện làm việc của nắp xy lanh rất khắc nhiệt như nhiệt độ cao, áp suất khí thểrất lớn và bị ăn mòn hoá học bởỉ các chất ăn mòn trong sản phẩm cháy

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 :

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

Điều kiện làm việc: Điều kiện làm việc của pít tông rất khắc nhiệt Trong quá trìnhlàm 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

Pít tông có dạng đỉnh lõm, do đó có thể tạo xoáy lốc nhẹ tạo thuận lợi cho quá trìnhhình thành khí hỗn hợp và cháy Trên phần đầu pít tông có xẻ 3 rãnh để lắp các xécmăng khí và xéc măng dầu Khe hở giữa phần đầu pít tông và thành xy lanh nằm trongkhoảng 0,04 ¿ 0,06 mm

Thân pít tông có dạng hình côn tiết diện ngang hình ôvan và có hai bệ để đỡ chốtpít tông Thân pít tông có nhiệm vụ dẫn hướng cho pít tông chuyển động trong xy lanh

Để đảm bảo cho pít tông chuyển động dễ dàng trong xy lanh, khe hở giữa phầnthân pít tông và thành xy lanh ở chế độ khi nước làm mát 80 ¿ 900C nằm trongkhoảng 0,04 ¿ 0,06 mm

 Xéc măng :

Xéc măng của động cơ Toyota- Innova được giới thiệu trên hình 2.4

Trên piston có 2 loại xéc măng là xéc măng khí và xéc măng dầu.

Hình 2.4: Xéc măng

1.Xéc măng dầu; 2.Xéc măng khí

Xéc măng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy của động cơ và dẫn nhiệt từ đỉnhpít tông ra thành xy lanh và tới nước làm mát Mỗi pít tông được lắp 2 xéc măng khívào hai rãnh trên cùng của đầu pít tông Để xéc măng rà khít với thành xy lanh nó được

mạ một lớp thiếc Xéc măng khí phía trên được mạ crôm để giảm mài mòn Khi lắpkhe hở miệng của xéc măng nằm trong khoảng 0,3 ¿ 0,5 mm để giảm hiện tượng lọtkhí xuống các 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 vụ san đều lớpdầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu bôi trơn thừa từ thành xy lanh về các te Xéc măngdầu có các lỗ dầu và được lắp vào rãnh dưới cùng của pít tông Trong rãnh có lỗ nhỏ ănthông với khoang trống phía trong pít tông Khi lắp khe hở miệng xéc măng nằm trongkhoảng 0,1 ¿ 0,5 mm

 Chốt pít tông:

Chốt pít tông là chi tiết nối pít tông và đầu nhỏ thanh truyền Tuy có kết cấu đơngiản nhưng chốt pít tông có vai trò rất quan trọng để đảm bảo điều kiện làm việc bìnhthường của động cơ Trong quá trình làm việc của mình chốt pít tông chịu lắc, va đậptuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bôi trơn khó khăn

Chốt pít tông của động cơ Toyota- Innova được giới thiệu trên hình 2.5

Hình 2.5: Chốt pít tông

1.Vòng hãm; 2.Chốt pít tông Chốt pít tông được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần hợp kim như:crôm, măng gan, thành phần các bon thấp… được xử lý tăng cứng và mài bóng

Chốt pít tông có dạng hình trụ rỗng Các mối ghép giữa chốt pít tông với pít tông vàthanh truyền theo hệ trục để đảm bảo lắp ghép dễ dàng Chốt pít tông được lắp tự do ở

cả hai mối ghép Khi lắp ráp mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mốighép lỏng, còn mối ghép với bệ chốt là mối ghép trung gian, có độ dôi Phương pháplắp này làm cho chốt mòn đều hơn và chịu mỏi tốt hơn nhưng khó bôi trơn mối ghépphải có kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục của chốt

d) Thanh truyền:

Thanh truyền là chi tiết nối giữa pít tông và trục khuỷu Trong quá trình làm việcthanh truyền chịu lực khí thể, lực quán tính của nhóm pít tông và lực quán tính của bảnthân thanh truyền Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập

Trong quá trình làm việc của động cơ, thanh truyền thực hiện 2 chuyển động phứctạp: Chuyển động tịnh tiến dọc theo thân xy lanh và chuyển động lắc tương đố so vớitrục của chốt pít tông Thanh truyền được chế tạo bằng thép hợp kim, trong thân thanhtruyền có khoan rãnh dẫn dầu bôi trơn nên bề mặt bạc đầu nhỏ và chốt pít tông

Trên thanh truyền và có đánh dấu ở nửa trên đầu to thanh truyền và nửa dưới đầu

to thanh truyền, cùng với dấu ở pít tông khi lắp các dấu này phải cùng phía và quay vềphía đầu động cơ

Trên hình 2.6 giới thiệu dấu định vị trên nhóm pít tông- thanh truyền

Hình 2.6: vạch dấu định vị trên nhóm pít tông- thanh truyền

Bạc đầu nhỏ thanh truyền bằng đồng thanh có dạnh hình trục rỗng, trên bạc có lỗdẫn dầu tương ứng với lỗ trên dầu nhỏ thanh truyền

Bạc đầu to là loại thanh mỏng và lắp lẫn được Bạc lót gồm hai nửa được dập ghép

từ thép mềm và được phủ một lớp chịu mòn là hợp kim nhôm có hàm lượng thiếc cao,chiều dày của bạc lót sau khi phủ là 1,6mm, chiều rộng là 25mm, bạc có gờ khớp vớirãnh ở nửa trên và nắp dưới của đầu to để chống xoay

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

e) Trục khuỷu:

Vai trò của trục khuỷu: trục khuỷu nhận lực tác dụng từ pít tông tạo mômen quaykéo các máy công tác và nhận năng lượng của bánh đà; sau đó truyền cho thanh truyền

và pít tông thực hiện quá trình nén cũng như trao đổi khí trong xy lanh

Điều kiện làm việc của trục khuỷu hết sức khắc nhiệt nó phải chịu lực T, Z dolực khí thể và lực quán tính của nhóm pít tông- thanh truyền gây ra.Ngoài ra trục khuỷucòn chịu lực quán tính ly tâm của các khối lượng quay lệch tâm của bản thân trụckhuỷu và thanh truyền Những lực này gây uốn xoắn dao động xoắn và dao động ngangcủa trục khuỷu trên các ổ đỡ

Trục khuỷu của động cơ Toyota 7M- GTE được giới thiệu trên hình 2.7

Hình2.7: Cấu tạo trục khuỷu

Trục khuỷu của động cơ được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phầnmănggan, vômphram… Phôi trục khuỷu chế tạo bằng phương pháp rèn khuôn hoặc rèn

tự do Sau đó phôi được ủ và thường hoá trước khi gia công cơ Tiếp theo gia công cơ

trục khuỷu được nhiệt luyện và xử lý bề mặt rồi gia công chính xác các bề mặt làmviệc, cổ trục chính và cổ khuỷu.

Trên trục khuỷu gồm có đầu trục, các cổ khuỷu, má khuỷu, đối trọng và đuôi trục.Trục khuỷu gồm có 6 chốt khuỷu và 4 cổ trục Trục khuỷu của động cơ toyota 7M-GTE có 8 đối trọng đúc liền

Trên đầu trục có then để lắp puly dẫn động quạt gió, bơm nước cho hệ thống làmmát, 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 bóng cao Các cổtrục đều có chung một đường kính Cổ khuỷu được làm rỗng để làm rãnh dần dầu bôitrơn 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 độ bóng cao.Đường kính chốt nhỏ hơn đường kính cổ Chốt khuỷu cũng được làm rỗng để giảmtrọng lượng và chứa dầu bôi trơn

Các đối trọng được làm liền với má Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà vàđược làm rỗng để lắp vòng bi đỡ trục sơ cấp của hộp số

f) Bánh đà:

Bánh đà của động cơ có kết cấu dạng đĩa như hình 2.8

Hình 2.8: Bánh đà

Bánh đà giữ cho độ chuyển động không đồng đều của trục khuỷu động nằm tronggiới hạn cho phép và dự trữ động năng cho quá trình nén và thải, là nơi lắp các chi tiếtcủa cơ cấu khởi động như vành răng khởi động và là nơi đánh dấu tương ứng với điểmchết và khắc vạch chia độ góc quay trục khuỷu Bánh đà được chế tạo từ gang xám vàđược cân bằng động cùng với trục khuỷu.

Chương 2 Hệ thống phân phối khí

2.1 Nhiệm vụ - yêu cầu:

Cơ cấu phối khí bao gồm tất cả các cụm, các chi tiết và các kết cấu với chứcnăng đảm bảo quá trình trao đổi khí giữa xy lanh động cơ với môi trường bên ngoàitrong các quá trình nạp khí vào xy lanh và thải các sản phẩm cháy từ xy lanh ra môitrường bên ngoài Cơ cấu phối khí động cơ xăng 1 TR- FE là loại bao gồm 2 trục cam,

và mỗi trục cam dẫn động trực tiếp các xu páp, đảm bảo chuyển động chính xác củacác xu páp

Cơ cấu phối khí của động cơ Toyota- Innova được giới thiệu trên hình 2.9

Hình 2.9: Cơ cấu phối khí

1 Bộ điều khiển VVT-I , 2 Cảm biến vị trí trục cam, 3 Cảm biến nhiệt độ nướclàm mát, 4 Van điều khiển phối khí trục cam, 5 Cảm biến vị trí trục khuỷu

Cơ cấu được điều khiển bằng hệ thống VVT-I, hệ thống điều khiển thời điểmphối khí thông minh, hệ thống này sử dụng áp suất thủy lực để thay đổi thời điểm đóng

và mở của xupap nạp, kết quả là nâng cao hiệu quả nap, mô men, công suất phát ra,tính kinh tế nhiên liệu và làm sạch khí xả

Yêu cầu đối với cơ cấu phối khí đó là: Nạp đầy và thải sạch ở mọi chế độ làm việccủa 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

2.2 Các chi tiết chính:

a) Trục cam:

Trục cam dùng để dẫn động xu páp đóng mở theo quy luật nhất định phù hợp vớithứ tự làm việc của động cơ

Điều kiện làm việc: Về mặt tải trọng trục cam không phải chịu điều kiện làm việcnặng nhọc Các bề mặt làm việc của cam tiếp xúc thường ở dạng trượt nên dạng hỏngchủ yếu là mài mòn.

Trục cam được chế từ thép hợp kim, các bề mặt làm việc của cam và các cổ trụcđược thấm than và tôi cứng với độ thấm cứng tôi khoảng 0,7 ¿ 2 mm đạt độ cứng 52

¿ 65 HRC Trong động cơ Toyota- Innova có hai trục cam được lắp ở trên nắp xylanh, các vấu cam được làm liền với trục Trên mỗi trục có 12 cam có dạng cam lồi.Trục cam được dẫn động từ trục khuỷu, thông qua truyền động đai răng các bánhrăng đai đẫn động cần phải ăn khớp với puly ở vị trí xác định đã được đánh dấu để đảmbảo pha phối khí và thứ tự làm việc của động cơ

Cổ trục và cam được bôi trơn bằng dầu bôi trơn được dẫn từ ống dầu bên trong trụccam qua cửa dầu

b) Xu páp:

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 sửdụng 2 xu páp nạp và 2 xu páp thải cho 1 xy lanh

Xu páp là chi tiết làm việc trong điều kiện nặng nề nhất của cơ cấu phối khí Dotiếp xúc trực tiếp với khí cháy nên các xu páp chịu áp lực rất lớn và nhiệt độ cao nhất làđối với xu páp thải Khi xu páp đóng mở nấm xu páp va đập với đế nên nấm dễ bị biếndạng cong vênh và mòn rỗ bề mặt nấm Do vận tốc lưu động của môi chất qua xu páprất lớn Đối với xu páp thải vận tốc này có thể đạt 400 ¿ 600 m/s gây ăn mòn cơ học

bề mặt nấm và đế

Xu páp thải của động cơ được chế tạo bằng thép hợp kim chịu nhiệt có các thànhphần 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

Theo kết cấu xu páp được chia làm 3 phần: nấm, thân và đuôi

Xuppa động cơ Toyota - Innova được gới thiệu trên hình 2.10