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

LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta đã đạt những thành tựu to lớn, diện mạo đất nước đã có nhiều thay đổi. Hiện nay, rất nhiều 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 Việt Nam. 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, hoàn thiện những kiến thức đã được trang bị trong suốt quá trình học, từ đó nâng cao khả năng áp dụng lý thuyết vào thực tế công việc, khả năng tư duy khoa học, khả năng làm việc đòi hỏi cường độ cao, có kế hoạch. Qua đó giúp 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 những đóng 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 1 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, 4 cửa, 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 đầu năm 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 tin cậy trong những đợt khảo sát, Lexus RX-300 dành được danh tiếng xứng đáng 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 với động cơ khỏe và tĩnh. Nó luôn mang lại sự hào hứng và cảm giác rất dễ chịu 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 valve timing intelligent) và hộp số tự động 4 cấp. 2 Hình 1.2. Nội thất bên trong Lexus RX-300 Nội thất bên trong cũng được thiết kế ấn tượng và tương xứng với tên tuổi của một dòng xe hạng sang: điều hòa, túi khí airbag, bộ phận giới hạn tốc 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 bị tiện nghi khác. Bảng 1.1 thông số cơ bản của xe RX-300 Thông số cơ bản Số cửa 4 Hộp số Tự động Dẫn động 4WD Nhiên liệu Xăng Fuel Type Phun xăng điện tử Tiêu thụ nhiên liệu 13.1lít / 100km Số chỗ ngồi 5 3 Bảng 1.2 các thông số chi tiết Thông số chi tiết Phanh - Giảm xóc - Lốp Phanh - Giảm xóc - Lốp Phanh trước Đĩa/ABS Phanh sau Đĩa/ABS Giảm sóc trước Độc Lập Giảm sóc sau Độc Lập Lốp xe 235/60 R18 Vành mâm xe Đúc hợp kim Kích thước/Trọng lượng Kích thước/Trọng lượng Dài x Rộng x Cao (mm) 4770x 1885x 1684 Chiều rộng cơ sở (mm) 1670 Chiều dài cơ sở (mm) 2741 Khoảng sáng gầm xe (mm) 160 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 4 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 và khả 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/h trong 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 độ cao, các bugi được bố trí ở trung tâm các buồng đốt Bảng 1.3 Các thông số cơ bản của động cơ: TT Tên gọi Đơn vị Tính năng kỹ thuật 1 Kiểu động cơ V6 2 Số xy lanh 6 3 Đường kính xy lanh(D) mm 87 4 Hành trình pít tông (S) mm 83 6 Thể tích công tác dm 3 2.995 7 Tỷ số nén 10.5:1 8 Công suất lớn nhất của động cơ kW/(vg/ph) 213HP/5400 v/p 117/5400 9 Mô men xoắn lớn nhất tại số vòng quay Nm/(vg/ph) 210/4400 10 Phun nhiên liệu EFI Các mặt cắt của động cơ được cho trên hình 1.3 và 1.4. 5 Hình 1.3. Mặt cắt dọc động cơ 1MZ-FE Hình 1.4. Mặt cắt ngang động cơ 1MZ-FE 6 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 lửa sớm nhờ tín hiệu ECU của động cơ. - Hệ thống bôi trơn - Hệ Thống tự động chuẩn đoán ODB được tích hợp với hệ thống cung cấp nhiên liệu EFI và hệ thống tự động điều chỉnh đánh lửa sớm ESA giúp người 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 páp nạp EFI, tích hợp với hệ thống đánh lửa điện tử ESA giúp động cơ đạt hiệu suất 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 có nhiệm vụ nhận và biến đổi lực khí thể do đốt cháy nhiên liệu thành mô men quay 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 pít tông, thanh truyền, trục khuỷu, bánh đà. Nhóm chi tiết cố định gồm thân máy, nắp xy lanh, ống lót xy lanh và các te dầu. b. Các chi tiết chính + Thân máy Thân máy cùng với nắp xy lanh là nơi nắp đặt và bố trí hầu hết các cụm, các chi tiết của động cơ. Cụ thể trên thân máy bố trí xy lanh, hệ trục khuỷu, và các bộ phận truyền động để dẫn động các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ như trục cam, bơm nhiên liệu, bơm nước, bơm dầu, quạt gió… 7 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 theo hình thức vỏ thân xy lanh chịu lực. Thân máy của động cơ được chế tạo bằng gang đúc, có tính dẫn nhiệt tốt. + 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, tản nhiệt tốt, giảm được khả năng kích nổ. Nắp được lắp với thân máy qua đệm nắp máy bằng các gu giông. 8 Hình 1.6 nắp xy lanh Nắp xy lanh cùng với pít tông và xy lanh tạo thành buồng cháy, buồng cháy động cơ 1MZ-FE có dạng đỉnh lõm. Nhiều bộ phận của động cơ được nắp 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, đường dầu 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, áp suất khí thể rất lớn và bị ăn mòn hoá học bởỉ các chất ăn mòn trong sản phẩm cháy. + Nhóm Pít tông Các chi tiết của pít tông bao gồm: Pít tông, các xéc măng khí, xéc măng dầu, chốt pít tông và các chi tiết khác. 9 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 xy lanh, nắp xy lanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực khí thể 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. 10 [...]... nạp Khi động cơ hoạt động ở chế độ tải thấp hay hoạt động ở chế độ cầm chừng, lượng khí đi qua van PVC được hạn chế để duy trì sự hoạt động ổn định của động cơ Khi động cơ hoạt động ở tải lớn hay toàn tải, lượng không khí đi qua van PVC tăng lên đảm bảo cho quá trình thông hơi trong các te động cơ 27 Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thoát từ các te trục khuỷu của động cơ 1MZFE được giới thiệu trên hình... vào bình nhiên liệu khi trong thùng có áp suất chân không (do nhiệt 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 thiệu trên hình 1.25 29 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... mát trên bảng đồng hồ có lắp đồng hồ báo nhiệt độ nước Ngoài ra còn lắp một bộ cảm biến báo lên đèn nguy hiểm 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 có nhiệm vụ cung cấp nước tuần hoàn cưỡng bức trong hệ thống làm mát của động cơ Được dẫn động bằng đai từ trục khuỷ động cơ Quạt... vạy sức cản trên đường ống nạp tăng làm giảm hệ số nạp động cơ, chọn ηv = 0,75 12- Áp suất khí thể cuối quá trình thải cưỡng bức pr: Động cơ xăng: pr = 0,11÷ 0,12 [Mpa], chọn pr = 0,11 [Mpa] 13- Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr: Động cơ xăng: : Tr = 900÷1100 0K chọn Tr = 1000oK 14- Độ sấy nóng khí nạp ∆T: Động cơ xăng: ∆T = 10÷30 0K chọn ∆T =15 0K 15- Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Động cơ xăng: n1... cả ở tốc độ động cơ cao Lò xo xu páp có kết cấu hình trụ, hai đầu mài phẳng 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, vì thế trong phần này tác giả ĐATN chỉ mô tả các hệ thống chính còn lại của động 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... 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, trục khuỷu - 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 đảm điều kiện làm việc của động cơ Trên. .. chuyển động không đồng đều của trục khuỷu động nằm trong giới hạn cho phép và dự trữ động năng cho quá trình nén và thải, là nơi nắp các chi tiết của cơ cấu khởi động như vành răng khởi động và là nơi đánh dấu tương ứng với điểm chết và khắc vạch chia độ góc quay trục khuỷu Bánh đà được chế tạo từ gang xám và được cân bằng động cùng với trục khuỷu 1.2.2 Cơ cấu phối khí Cơ cấu phối khí được dùng là cơ cấu... vào đường dầu chính của động cơ và đến két làm mát Hệ thống bôi trơn của động cơ sử dụng kiểu bơm bánh răng ăn khớp ngoài Hình 1.22 Bơm bánh răng ăn khớp ngoài +Bầu lọc dầu 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 vật cháy có chứa trong dầu Kiểu bầu lọc được dùng là kiểu bầu lọc cơ khí loại bầu lọc thấm... 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 * Nguyên lí làm việc: - Bật khoá điện, khi trục khuỷu động cơ chưa quay, ECU chưa nhận được xung G Dòng sơ cấp đi qua cuộn dây sơ cấp về cực (-) ắc qui - Khi trục khuỷu động cơ quay, cảm biến đánh lửa gửi xung G đến ECU cùng các thông tin khác... Những lực này gây uốn xoắn 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 thành phần măng gan, vômphram… Trên đầu trục có then để lắp puli dẫn động quạt gió, bơm nước cho hệ thống làm mát, có bánh răng trục khuỷu để dẫn động trục cam, bơm dầu Cổ trục