Luận văn Khai thác sử dụng hiệu quả động cơ Toyota 1TR FE và thiết kế mô hình hóa hệ thống đánh lửa trên xe Toyota

Nó làm việc dựa trên nguyên lý: dùng các cảm biến để thu thập cácthông số trong quá trình vận hành của xe như cảm biến tốc độ động cơ,cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến oxi trong k

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

KHOA

Đề Tài : Khai thác sử dụng hiệu quả động cơ Toyota 1TR-FE và thiết kế mô hình hóa hệ thống đánh lửa trên xe Toyota Giảng viên hướng dẫn : .

Sinh viên thực hiện : .

Lớp : .

MSSV : .

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền công nghiệp ô tô Thế giới nói chung và nền côngnghiệp ô tô Việt Nam nói riêng ngày càng lớn mạnh Nhiều hãng xe,thương hiệu với nhiều mẫu mã, chủng loại với kỹ thuật tiên tiến lần lượtđược ra đời Bên cạnh đó, khoa học kỹ thuật và kinh tế không ngừng pháttriển, làm cho mức sống của người dân được nâng lên rõ rệt, thể hiện ở chỗnhu cầu ngày một tăng cao Đặc biệt, về nhu cầu đi lại, nhu cầu vận chuyểnhàng hóa, cũng gia tăng chóng mặt Điều đó buộc các nhà sản xuất và cungcấp các phương tiện giao thông phải cho ra đời nhiều sản phẩm hơn, vớinhững chủng loại mẫu mã đa dạng và hoàn thiện hơn

Cùng với những nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của con người, thìtính tiện nghi của ô tô ngày càng phải được hoàn thiện hơn Trong đó phảikể đến tính năng êm dịu và thoải mái của con người khi ngồi trên một chiếc

ô tô Đối với những xe có khả năng chuyên chở được nhiều người thì tínhêm dịu và thoải mái càng được chú ý đến

Để có được sự êm dịu và thoải mái khi phương tiện vận hành, thìngoài những yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt không thể thiếu trong quá trìnhchế tạo lắp ráp, làm thế nào để sử dụng chúng một cách hiệu quả nhất cũnglà một vấn đề quan trọng không kém Một trong những yêu cầu được đặt ra

2

là làm thế nào để khai thác một cách hiệu quả nhất động cơ hiện đại củamột chiếc ô tô thế hệ mới

Ngày nay thì nền công nghệ ô tô thế giới đã tiến rất xa trong việcphát triển chế tạo động cơ Dựa trên sự kết hợp giữa khoa học, công nghệ

cơ bản với sự ứng dụng các thành tựu về điện tử, tin học và kỹ thuật vi điềukhiển mà một động cơ ô tô hiện nay ngày càng hoàn thiện về độ chính xáccũng như khả năng tiết kiệm nhiên liệu, tính êm dịu

Động cơ với hệ thống điều khiển nhiêu liệu điện tử và đánh lửa bándẫn chính là xu hướng phát triển của động cơ ô tô hiện nay và trong tươnglai Nó làm việc dựa trên nguyên lý: dùng các cảm biến để thu thập cácthông số trong quá trình vận hành của xe (như cảm biến tốc độ động cơ,cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến oxi trong khí thải…) sau đó đượcmã hóa và đưa về bộ xử lí trung tâm (ECU), từ đó ECU đưa ra các tín hiệuđiều khiển các hệ thống trong động cơ Do đó, việc tìm hiểu, khai thác, sửdụng các động cơ hiện đại này là một yêu cầu tất yếu cho các nước tiêu thụ

ô tô như Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam có rất nhiều các loại xe sử dụng động cơtrang bị hệ thống điều khiển nhiêu liệu điện tử và đánh lửa bán dẫn Trongđó Toyota Innova 2.0 với động cơ 1TR-FE là một trong những chiếc xe sửdụng công nghệ này Điều này không chỉ đáp ứng được nhu cầu của người

3

sử dụng mà còn đáp ứng được các quy định ngày càng gắt gao về nồng độkhí thải và ô nhiễm môi trường

Do đó, việc nghiên cứu tìm hiểu để tiến tới khai thác hiệu quả động

cơ 1TR-FE nói riêng và động cơ Toyota nói chung là hoàn toàn cần thiết.Đó cũng là lý do em chọn đề tài tốt nghiệp của mình là:

“Khai thác sử dụng hiệu quả động cơ ô tô Toyota 1TR-FE” và

“Thiết kế mô hình hóa hệ thống đánh lửa trên xe Toyota”

Đề tài nghiên cứu khai thác động cơ xe Toyota Innova 2.0 sử dụngđộng cơ 1TR-FE của em bao gồm các phần sau:

Phần I : Giới thiệu chung về đề tài nghiên cứu

Phần II : Giới thiệu về về động cơ 1TR-FE, các thông số kết cấu và

sơ đồ nguyên lý

Phần III : Bảo dưỡng và kiểm tra chung định kỳ và bảo dưỡng kiểm tra các hệ thống trong động cơ Toyota 1TR-FE.

Phần IV : Chẩn đoán hư hỏng theo kinh nghiệm, chẩn đoán bằng hệ thống tự chẩn đoán M-OBD và thông qua máy chẩn đoán

Phần V : Kết luận

Trong quá trình làm đồ án, do trình độ và kiến thức thực tế cònnhiều hạn chế và thời gian có hạn, nên khó có thể tránh khỏi những thiếu

4

sót Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và chỉ bảo của các thầy vàbạn bè

Đồ án được hoàn thành đúng tiến độ nhờ có sự giúp đỡ và chỉ bảotận tình của các thầy trong tổ bộ môn, cùng với sự đóng góp ý kiến của bạnbè Đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của GVHD Ths Nguyễn Thành Sa trongthời gian em thực hiện đồ án Cho phép em được gửi lời cám ơn tới thầyNguyễn Thành Sa, các thầy trong tổ bộ môn cùng các bạn bè Xin cám ơntất cả đã giúp em thực hiện đồ án này

TP Hồ Chí Minh, ngày

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Với một sự phát triển nhanh và mạnh của thị trường ô tô Việt Nam,một yêu cầu được đặt ra, đó là làm thế nào để khai thác được hiệu quả nhấtmột chiếc ô tô, để có thể đánh giá và sử dụng hết được những tính năng củanó, đem lại chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao nhất… Đó là một nhiệm vụ được đặt

ra cho một nước tiêu thụ như Việt Nam

5

Đó cũng là lý do mà em chọn Đề tài tốt nghiệp của mình là “Khai thác sử dụng hiệu quả động cơ xe ô tô Toyota 1TR-FE”, “Thiết kế mô hình hoá hệ thống đánh lửa trên xe ô tô Toyota” Trong phạm vi giới hạn của đề

tài, khó mà có thể nói hết được tất cả các công việc cần phải làm để khaithác hết tính năng của 1 động cơ xe ô tô, tuy nhiên, đây sẽ là nền tảng choviệc lấy cơ sở để khai thác những động cơ tương tự sau này, làm thế nào đểsử dụng một cách hiệu quả nhất, kinh tế nhất trong khoảng thời gian lâunhất

6

Hình 1.1: Xe Toyota Innova sử dụng động cơ 1TR-FE

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Như đã trình bày ở phần trên, mục tiêu của đề tài này là làm thếnào để chúng ta có thể có một cái nhìn khái quát về các công việc có thểtiến hành để khai thác có hiệu quả nhất động cơ Innova của Toyota, cụ thểhơn ở đây là động cơ 1TR-FE

7

Qua tìm hiểu, ta có thể nắm được tổng quan về kết cấu các bộ phận,các hệ thống trong động cơ 1TR-FE Innova của Toyota, nắm được nguyênlý làm việc của từng hệ thống trên động cơ Từ đó ta có thể so sánh, rút racác kết luận và ưu nhược điểm của động cơ 1TR-FE so với các động cơkhác cùng do Toyota sản xuất

Tiếp theo đó ta có thể xác định được các công việc trong từng thờiđiểm phải thực hiện, các thao tác trong các kỳ kiểm tra bảo dưỡng định kỳngắn và dài Các công việc trong các chu trình bảo dưỡng 5000 km, 10.000

km, 15.000 km… của từng hệ thống trong động cơ cũng như kiểm tra, bảodưỡng chung trên động cơ

8

Cuối cùng, nắm vững và khai thác hiệu quả động cơ Toyota Innova1TR-FE, chúng ta sẽ có thể khai thác tốt các loại động cơ mới hơn, được rađời sau này và có các hệ thống bộ phận tiên tiến hơn

Khai thác và sử dụng tốt động cơ 1TR-FE cũng là một cách đểchúng ta bảo vệ môi trường sống của chính chúng ta, bảo vệ sức khỏe cộngđồng

1.3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI:

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài này, bản thân sinh viênnhận thấy đây là một cơ hội rất lớn để có thể củng cố các kiến thức màmình đã được học Ngoài ra, sinh viên còn có thể biết thêm những kiến thứcthực tế mà trong nhà trường khó có thể truyền tải hết được, đó thực sự lànhững kiến thức mà mỗi sinh viên rất cần khi công tác sau này

Ngoài ra, thực hiện luận văn cũng là dịp để sinh viên có thể nângcao các kỹ năng nghề nghiệp, khả năng nghiên cứu độc lập và phương phápgiải quyết các vấn đề Bản thân sinh viên phải không ngừng vận động đểcó thể giải quyết những tình huống phát sinh, điều đó một lần nữa giúp chosinh viên nâng cao các kỹ năng và kiến thức chuyên ngành

9

Cuối cùng, việc hoàn thành luận văn tốt nghiệp sẽ giúp cho sinhviên có thêm tinh thần trách nhiệm, lòng say mê học hỏi, sáng tạo Và đặcbiệt quan trọng là lòng yêu nghề nghiệp

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sự dụng một sốphương pháp nghiên cứu sau:

- Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, đặc biệt là cáccuốn cẩm nang khai thác, bảo dưỡng sửa chữa của chính hãngToyota

- Nghiên cứu, tìm kiếm thông tin trên mạng Internet, các website trongvà ngoài nước So sánh và chắt lọc để sử dụng những thông tin cầnthiết và đáng tin cậy

- Tham khảo ý kiến của các nhà chuyên môn, các Giảng viên trongngành cơ khí ô tô Trong đó phải kể đến các thầy trong tổ bộ môn CơKhí Ô Tô của trường ĐH Giao Thông Vận Tải TP Hồ Chí Minh, cáckỹ sư, chuyên viên kỹ thuật về ô tô tại các Trung tâm bảo hành, cácxưởng sửa chữa và các Garage chuyên dùng, và cả những người cókinh nghiệm lâu năm trong việc sử dụng và bảo quản xe…

- Nghiên cứu trực tiếp trên xe và các hệ thống cụ thể trong thực tế

10

- Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ranhững đánh giá và nhận xét của riêng mình

CHƯƠNG 2

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ TOYOTA 1TR-FE

CÁC HỆ THỐNG TRÊN ĐỘNG CƠ

2.1 TỔNG QUAN

Động cơ 1TR-FE được sử dụng trên xe TOYOTA INNOVA củaToyota Ngoài ra, động cơ này còn được sử dụng trên các xe Toyota Kijang,Toyora Fortuner, Toyota Hilux và Hiace (2003-2004) Động cơ này lần đầutiên xuất hiện trên thị trường thế giới vào năm 2003 Trong đó dòng xe nổibật nhất tại thị trường Châu Á – Thái Bình Dương sử dụng loại động cơ nàylà dòng xe INNOVA

Liên tục từ đó đến nay INNOVA luôn là mẫu xe đa dụng bán chạynhất trên thị trường Việt Nam và một số nước Châu Á khác như Ấn Độ,Malaysia, Philippines, Indonesia…

1TR-FE là loại động cơ sử dụng xăng không chì, chỉ số Octan > =

91, tổng dung tích công tác là 1998 cc (tương đương gần 2,0 lít)

11

Giải thích về ký hiệu động cơ 1TR-FE

Một ký hiệu động cơ của TOYOTA bao gồm 3 thành phần như sau:

- “1” Ký tự đầu tiên cho ta biết về thế hệ của thân động cơ,cũng là kí hiệu thế hệ của động cơ

- “TR” Một hoặc 2 ký tự tiếp cho cho ta biết về về chủng loạicủa động cơ, ở đây có thể là thẳng hàng 4 máy, thẳng hàng 6 máy,động cơ V6, V8 hay V12 Đồng thời ta cũng có thể biết được nămđộng cơ này bắt đầu được cho ra đời Ví dụ ở đây động cơ có ký hiệu1TR, tức thế hệ thứ nhất của động cơ, cam kép trên nắp máy, dungtích 1998 cc, được ra đời vào năm 2003

- “FE” Các ký tự sau nằm dấu gạch ngang (-) cho ta biết vềcác đặc điểm của động cơ Ví dụ FE có nghĩa là:

F: Economy narrow-angle DOHC (kiểm soát chặt chẽ góc mở cam,nâng cao tính kinh tế trong sử dụng nhiên liệu)

E: Electronic Fuel Injection (phun nhiên liệu điện tử)

Thông tin đầy đủ và chi tiết về các ký hiệu được sử dụng trong động

cơ của Toyota được trình bày trong phần Phụ lục (trang 123)

2.2 MỘT VÀI THÔNG SỐ VỀ ĐỘNG CƠ 1TR-FE

12

Tên thông số Đơn vị Giá trị – Kiểu

ĐỘNG CƠ 2.0 lít (1TR-FE) 4 xilanh thẳng hàng, 16 xúpáp, cam kép với VVT-i

Điều khiển cam hút – cam xả Biến thiên thông minh VVT-iTích hợp bộ chẩn đoán Onboard M-OBD

Bảng 2.1: Các thông số động cơ 1TR-FE

2.3 CÁC HỆ THỐNG

TRÊN ĐỘNG CƠ 1TR-FE

Động cơ 1TR-FE là một loại động cơ hiện đại, gồm hàng ngàn chitiết lắp ghép lại với nhau thành nhiều hệ thống, trong đó có thể kể đến như:

2.3.1 Các chi tiết cơ khí:

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có nhiệm vụ tiếp nhận áp lực khí

do quá trình cháy tạo nên trong cylinder và biến chuyển động tịnh tiến của

piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Cơ cấu phối khí có nhiệm

13

vụ cấp khí nạp (hỗn hợp khí cháy) vào trong cylinder và đẩy khí thải ra

ngoài vào những thời điểm tuyệt đối chính xác theo chu kỳ làm việc

2.3.2 Các hệ thống điều khiển:

Hệ thống EFI nhận nhiệm vụ điều khiển cung cấp nhiên liệu cho

buồng đốt, ngoài những chi tiết cơ bản của hệ thống nhiên liệu thôngthường, EFI tích hợp phần điều khiển trong ECU, EFI hoạt động chính xácnhờ nhận được những thông số từ rất nhiều các cảm biến đặt tại những vị tríkhác nhau trên xe

Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS được sử dụng trong động cơ

1TR-FE, có nhiệm vụ phát tia lửa điện trong buồng đốt vào thời điểm chính xáctrong chu trình làm việc của động cơ để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu, DIScũng hoạt động nhờ tín hiệu của rất nhiều các cảm biến

Hệ thống bôi trơn đảm nhận việc cấp dầu bôi trơn đến tất cả các

bề mặt làm việc của động cơ nhằm mục đích giảm ma sát, thoát nhiệt vàgiảm mài mòn cho các chi tiết làm việc

Hệ thống làm mát có nhiệm vụ thoát nhiệt cho các chi tiết bị nóng

trong quá trình làm việc và đảm bảo chế độ nhiệt tối ưu cho động cơ

Bên cạnh đó còn có Hệ thống xả và hệ thống kiểm soát khí xả

14

Hầu hết các hệ thống trên được điều khiển bởi hộp điều khiển trung

tâm ECU (Electronic Control Unit) Ngoài ra, ECU động cơ còn điều

khiển hoạt động của các hệ thống khác như hệ thống chống bó cứng phanhABS, hệ thống an toàn, túi khí…

2.4 BỐ TRÍ ĐỘNG CƠ TRÊN XE INNOVA

Động cơ 1TR-FE được bố trí phía trước và nằm dọc trên xe Toyota Innova Động cơ cùng với hệ thống truyền lực tạo ra moment chuyển động tại cầu sau của xe Innova là loại xe có cầu sau chủ động

2.5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 1TR-FE

15

Hình 2.1 - ECU của động cơ 1TR-FE

ECU (Electronic Control Unit) Bộ điều khiển động cơ hay còn có tên gọi khác là ECM (Engine Control Module), đây là một bộ tích hợp các hệ thống điều khiển, dùng để điểu khiển các hệ thống và các thông số khác nhautrên động cơ cũng như các bộ phận khác trên xe ô tô

Nhiệm vụ của ECU là làm sao cho chiếc xe hoạt động một cáchhiệu nhất, mạnh mẽ nhất, với chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao nhất Để tối ưuhóa khả năng làm việc của động cơ, ECU phải theo dõi và xử lí rất nhiềuthông tin từ các cảm biến và các thông số khác nhau

 Dưới đây là một vài cảm biến và thông số quan trọng:

- ECT (Engine Coolant Temperature) Cảm biến nhiệt độ chất làmmát động cơ cho ECU biết nhiệt độ làm việc của động cơ

- NE (Engine Rotational Speed) Cảm biến tốc độ động cơ dùnggiám sát tốc độ, một trong các nhân tố để tính toán xung đột

- CKP (Crankshaft Position) Vị trí trục khuỷu

- CMP (Camshaft Position) Vị trí trục cam

- A/F (Air/Fuel Ratio) Tì lệ hòa khí

16

- HO2S (Heated Oxygen Sensor) Cảm biến oxy sấy nóng Cảm biếnôxy đo lượng ôxy trong khí thải nhằm xác định nhiên liệu hòa trộn thừa haythiếu xăng để ECU hiệu chỉnh khi cần thiết

- IAC (Idle Air Control) Điều khiển không khí cầm chừng

- IAT (Intake Air Temperature) Nhiệt độ khí nạp

- MAF (Mass Air Flow) Khối lượng khí nạp - Cảm biến lượng khínạp để đo lượng không khí Cylinder hút vào

- TP (Throttle Position) Vị trí bướm ga

- VSS (Vehicle Speed Sensor) Cảm biến tốc độ xe

- Cảm biến vị trí van tiết liệu để ECU điều chỉnh lượng xăng phunvào phù hợp khi đạp ga

- Cảm biến hiệu điện thế để ECU bù ga khi mở các thiết bị điệntrong xe

- Cảm biến áp suất ống tiết liệu: lượng không khí hút vào máy làchỉ số quan trọng để ECU đo công suất động cơ Càng nhiều không khí đivào Cylinder áp suất càng giảm Vì vậy, dựa vào số đo áp suất, ECU sẽ xácđịnh được công suất động cơ

 Bộ điều khiển ECU dựa trên những dữ liệu đó tính toán tỷ lệ khôngkhí/nhiên liệu tối ưu hàng trăm lần trong một giây nhằm xác định khoảng

17

thời gian và khi nào mở kim phun đưa nhiên liệu vào xi-lanh ECU cũngtính toán thời điểm để đánh lửa đốt cháy nhiên liệu, và kết hợp giữa 2 hệthống đánh lửa và phun nhiện liệu một cách nhịp nhàng để tối ưu hóa hoạtđộng của động cơ

Khi có hỏng hóc xảy ra, các kỹ thuật viên có thể kết nối với bộECU và kiểm tra các thông số vận hành xe để tìm ra nguyên nhân Thậmchí, một vài hệ ECU còn có thể truy vấn bằng điện thoại đi động

ECU của động cơ 1TR-FE bao gồm các hệ vi mạch thành phần như sau:

 OBD (On-board Diagnostic) Hệ thống chẩn đoán tích hợp trongECU

 VVT-i (Variable Valve Timing-Intelligent) Thay đổi thời điểmđóng mở xupáp thông minh

 EFI (Electronic Fuel Injection) Hệ thống phun nhiên liệu điện tử

 ESA (Electronic Spark Advance) Hệ thống đánh lửa điện tử

 ISC (Idle Speed Control) Điều khiển tốc độ cầm chừng

 Và nhiều hệ thống điều khiển khác

CHỨC NĂNG CHẨN ĐOÁN TRONG ECU

18

Hộp ECU có thể phát hiện các hỏng hóc bởi các tín hiệu bất thườngtừ các đầu cảm ứng bằng cách tự động bật sáng đèn báo sự cố CheckEngine (kiểm tra động cơ) trên bảng đồng hồ lái xe Khi đấu tắt 2 đầu cắm

TC và CG trên giắc DLC-3 trên hộp giắc chẩn đoán (ở một số xe là các cực

TE và E trên giắc DLC-1), đèn báo sự cố sẽ nhấp nháy, tùy theo tần suấtnhấp nháy của đèn báo sự cố, theo bảng mã chẩn đoán có thể xác địnhhỏng hóc ở bộ phận nào Tất cả có 14 mã chẩn đoán khác nhau trong đó có

1 mã báo động cơ hoạt động bình thường Sau khi chẩn đoán các thông tinvề về hỏng hóc sẽ được lưu lại trong phần chẩn đoán của hộp ECU

Mạch dự phòng: trong trường hợp hỏng hóc trong mạch của hệ thốngphun xăng điện tử EFI, hệ thống đánh lửa, kiểm soát khí xả hộp ECU cómạch dự phòng được tự động đấu vào để đảm bảo khả năng tối thiểu cho xecó thể tự đi đến xướng sửa chữa, lúc đó đèn báo sự cố vẫn luôn sáng

2.6 THÂN MÁY – NẮP CYLINDER – CYLINDER

2.6.1 Thân động cơ và Cácte

Thân động cơ (hay còn gọi là thân máy) là nơi chứa và lắp đặt các

cơ cấu và hệ thống của động cơ Thân động cơ có kết cấu rất phức tạp, nó

được đúc bằng gang hợp kim nhẹ Thân động cơ bao gồm thành 2 phần:

19

phần trên dùng để chứa các cylinder nên có tên gọi là blốc cylinder vàphần dưới gọi là cácte.

Cylinder được bố trí thành dãy dọc ở phần trên của thân động cơ(blốc cylinder) Để tăng độ cứng vững, mép dưới thân máy được bố trí thấphơn so với tâm trục khuỷu 50mm, tại các vách ngang ở các ổ đỡ trục khuỷucó các gân tăng cường

Để tăng thời gian sử dụng cho động cơ, thân máy được doa lên cốtsửa chữa (tăng đường kính lên 0,5mm) Chỉ có thể lên một cốt sửa chữa,nếu doa rộng quá cốt 0,5mm này sẽ làm mất bề mặt Cylinder

20

5 Cácte dầu (phần trên)

6 Cácte dầu (phần dưới)

Trong thân máy có các lỗ, các đường dẫn dầu bôi trơn và nước làmmát Bao quanh các cylinder là các khoang chứa nước để làm mát Nướclàm mát không tiếp xúc trực tiếp với thân cylinder nên người ta gọi làcylinder khô

Cácte là nơi lắp trục khuỷu của động cơ và nhiều bộ phận khác.

Trục khuỷu được lắp trên 05 ổ đỡ bằng bi (bạc) Nắp ổ đỡ trục khuỷu đượcbắt vào thân máy nhờ bulông, và được gia công cùng với thân máy Do đókhông được đổi chỗ các nắp ổ đỡ trục khủyu

Phía bên phải động cơ trên thân máy có khoan các đường dầu chínhđưa dầu bôi trơn tới 5 ổ đỡ trục khuỷu lên trục cam, ngoài ra còn có các đườngdầu đưa từ bơm dầu lên bầu lọc

Phía dưới cácte được đậy kín bởi đáy cácte, tạo thành hộp kín, có cácgioăng, phớt chắn dầu Đáy cácte được dùng làm nơi chứa dầu bôi trơn củađộng cơ Do vậy phía trong đáy cácte có bố trí các tấm ngăn cách để dầukhông bị sóng sánh mạnh khi xe chạy qua đường xấu Ở phía ngoài đáy cáctecó những gân tản nhiệt để làm mát dầu bôi trơn Lỗ xả dầu được bố trí ở vị tríthấp nhất của đáy cácte

22

Khoang trong của cácte được thông với bên ngoài bằng một ống thôngđặc biệt có bộ phận lọc để tránh bụi lọt vào trong cácte theo không khí Ốngnày được bố trí ở phía trên của thân động cơ để tránh dầu vung theo nó rangoài

Kích thước O/S(lên cốt sửa chữa)

0.5mm

Bảng 2.2 - Thông số kết cấu Cylinder

Cylinder của động cơ 1TR-FE được chế tạo liền cùng với thân động

cơ, nhờ đó làm tăng độ cứng vững, gọn kết cấu, giảm trọng lượng động cơ.Động cơ làm mát bằng nước

23

Hình 2.3 - Các Cylinder được bố trí thành dãy thẳng hàng

Cylinder được đúc bằng gang, bề mặt làm việc của cylinder đượcgia công với độ chính xác và độ bóng rất cao nên còn hay được gọi là "mặtgương" và được nhiệt luyện để đảm bảo độ cứng cần thiết

2.6.3 Nắp máy

Nắp máy là phần đậy phía trên cylinder, nó có cấu tạo tương đốiphức tạp bởi vì trong nó có rất nhiều các đường ống dẫn khí, dẫn nước, dẫndầu và là chỗ chứa nhiều các bộ phận khác của động cơ

24

Nắp máy được đúc thành khối liền chung cho cả dãy cylinder Nóđược đúc bằng nhôm, có cấu tạo phức tạp do phải lắp rất nhiều các bộ phậntrong nó như: giàn xu páp, các đường nạp, xả cho các cylinder, các đườngdầu, đường nước làm mát, lỗ để lắp vòi phun nhiên liệu, bugi

Hình 2.4 - Nắp Quy lát và gioăng

1 – Nắp quy lát; 2 – Gioăng quy lát

Nắp máy được bắt chặt với thân máy bằng các bu dông cấy và các

bu lông Giữa nắp và thân máy có tấm đệm đặc biệt, gọi là đệm nắp máy(hay gioong quy lát), có nhiệm vụ làm kín buồng đốt và các đường nước,đường dầu Đệm này, ngoài khả năng làm kín còn phải có khả năng chịunhiệt cao do tiếp xúc trực tiếp với buồng đốt Đệm nắp máy được làm từ

25

amiăng có viền mép bằng đồng Bề mặt bôi bột chì chống dính Độ vênhcủa nắp quy lát tối đa là 0.05mm

Chỉ gia công lỗ lắp xupáp (đường kính trong ống dẫn hướng) sau khiđóng ống dẫn vào nắp máy Trên ống dẫn có phớt cao su chịu dầu để ngăndầu lọt theo thân xupáp vào Cylinder Ống dẫn hướng xupáp được làm bằnggang, lắp có độ dôi vào nắp máy Các thông số về kết cấu của ống dẫnhướng xupáp được trình bày trong bảng 2.3

Bạc

dẫn

hướng

Xupáp

26

Bảng 2.3 - Thơng số bạc dẫn hướng Xupáp

2.7 CƠ CẤU PISTON –TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN – BÁNH ĐÀ

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền bao gồm Piston cùng với cácsegment, chốt Piston, thanh truyền và trục khuỷu Nó có nhiệm vụ tiếpnhận năng lượng của khí cháy và biến nó thành cơ năng làm quay trụckhuỷu

2.7.1 Piston - Segment

Piston là một trong những chi tiết quan trọng nhất của động cơ đốttrong Nó phải chịu điều kiện làm việc rất nặng nhọc: áp lực rất lớn của khícháy, nhiệt độ cao của buồng đốt và ma sát liên tục với thành cylinder

Thơng số Nh nh t ỏ nhất ất L n nh t ớn nhất ất Đường kính Piston Tiêu chuẩn

(mm)

85.951 85.986 Đường kính Piston: O/S 0.50

(mm)

86.431 86.486

Bảng 2.4 - Thơng số đường kính Piston

27

10 Bulông thanh truyền 11 Piston

Hình 2.5 - Cơ cấu Piston - Thanh truyền.

Piston đảm nhận các nhiệm vụ sau: tạo hình dạng cần thiết cho buồng đốt,đảm bảo độ kín cho khoang công tác của cylinder, biến áp lực của khí cháy thànhlực đẩy lên thanh truyền để quay trục khuỷu và sinh công hữu ích

Piston gồm những phần chính như sau: đỉnh Piston, phần làm kín và phầndẫn hướng Trên phần làm kín có các rãnh để lắp các segment (còn gọi làSegment) khí và các segment dầu Trong rãnh lắp segment dầu có các lỗ để thoátdầu vào phía bên trong Piston Trên thân Piston còn có các lỗ để lắp ắc Piston

Đỉnh Piston là nơi tạo thành hình dạng kết cấu của buồng đốt, do vậy nóphải có cấu tạo thích hợp với kiểu buồng đốt Piston đúc bằng hợp kim nhôm cùngtính (hyper-eutelic) chịu tải trong nhiệt, cơ cao Trên đỉnh Piston có vùng lõm đểtránh va đập với xupáp

Để khỏi bị kẹt do biến dạng nhiệt không đều theo chu vi, váy Piston códạng ô van, trong động cơ 1TR-FE thì độ ô van là 0,2 mm, trục lớn nằm vuônggóc với trục của Piston Theo chiều cao, váy Piston có độ côn – phần trên cóđường kích nhỏ hơn phần dưới là 0,035 mm

Mỗi khi tháo lắp chốt phải ngâm quả nén (Piston) trong nước nóng 80oC,dùng tay hoặc chuôi gỗ ấn vào chốt Piston

29

Segment, hay còn gọi là vòng găng, được chế tạo bằng gang có độ đàn hồi

cao, có dạng vòng tròn không khép kín, với đoạn hở gọi là miệng Segment

Segment có 2 tác dụng để làm kín Cylinder và truyền nhiệt ra thân máy.Piston có 2 loại Segment: Segment dầu và Segment khí

Segment khí (hay Segment hơi) được lắp ở phần làm kín của Piston, nó cónhiệm vụ làm kín khoang làm việc của cylinder, không cho khí lọt xuống cácte vàdẫn nhiệt từ Piston sang thành cylinder Segment khí có tiết diện hình chữ nhật.Khi lắp Segment lên Piston, cần lưu ý không được để trùng miệng các Segmentmà phải bố trí sao cho miệng các segment nằm lệch nhau khoảng 90o - 120o Cũngcần phải tránh để miệng của segment không tỳ vào mặt chịu lực của cylinder

Ở Piston của động cơ 1TR-FE có 2 segment hơi, vòng thứ nhất làm bằngthép, vòng thứ 2 bằng gang

Khe hở segment khí tiêu chuẩn:

Khe hở miệng Segment No.1 tiêu chuẩn 0.220 đến 0.340 0.220 0.340 Khe hở miệng Segment No.2 tiêu chuẩn 0.450 đến 0.570 0.450 0.570

Bảng 2.5 - Khe hở segment khí tiêu chuẩn

30

Segment dầu có nhiệm vụ ngăn không cho dầu bôi trơn đi lên buồng đốt.Trong quá trình làm việc, do vung toé và phun cưỡng bức, dầu bôi trơn động cơbám lên thành cylinder, nó làm giảm ma sát giữa các chi tiết làm việc (cylinder,Piston, segment) đồng thời làm mát cho các chi tiết này Tuy nhiên, cần tránhkhông để cho dầu lọt lên buồng đốt làm ảnh hưởng đến quá trình cháy Đó chínhlà nhiệm vụ của các Segment dầu: gạt dầu bám trên thành cylinder và đưa quacác lỗ trên thân Piston chảy về đáy cácte

Segment dầu có 1 chiếc loại kép, có 2 vòng thép mỏng và vòng lò xo ởgiữa

Chú thích:

1 – Segment khí số 1

2 – Segment khí số 2

3 – Vòng gạt dầu trên

4 – Vòng căng Segment dầu

5 – Vòng gạt phía dưới

Hình 2.6 - Segment động cơ 1TR-FE

Khe hở segment dầu tiêu chuẩn:

Khe hở rãnh Segment dầu

Khe hở miệng Segment dầu lớn nhất

Bảng 2.6 - Khe hở segment dầu tiêu chuẩn

Segment dầu có cấu tạo phức tạp hơn Segment khí, nó có gờ để gạt dầu,có rãnh dẫn dầu và có lỗ để thoát dầu về cácte Segment dầu được lắp ngay dướiSegment khí và ở phần váy Piston

Chốt piston có dạng hình trụ rỗng, chế tạo bằng thép Bề mặt ngoài của

chốt được gia công chính xác và tôi thấm để có độ bền và khả năng chịu mài mòncao

Đường kính tiêu chuẩn của chốt là:

Đường kính chốt Piston A

Đường kính chốt Piston B

(mm)

22.001 22.003 mmĐường kính chốt Piston C

(mm)

22.003 22.006 mm

Bảng 2.7 - Đường kính chốt Piston

Trong động cơ 1TR-FE, chốt Piston được gắn theo kiểu bơi Cách lắp "bơi"đảm bảo một khe hở nhỏ giữa ắc và các lỗ trên Piston, nhờ đó mà khi làm việc ắccó thể lựa (xoay) trong các lỗ trên Piston, phần còn lại của chốt được lắp trong

32

bạc của đầu nhỏ thanh truyền Sau khi lắp vào Piston, ắc được cố định ở 2 đầubằng các vòng chặn Ắc chỉ được "bơi" ở chế độ nhiệt bình thường, còn khi Pistonnguội thì ắc nằm tương đối chặt trong các lỗ của nó

2.7.2 Thanh Truyền

Thanh truyền có nhiệm vụ truyền lực từ Piston cho trục khuỷu và nối liên

động giữa Piston với trục khuỷu Thanh truyền được chế tạo bằng thép rèn (dập),có cấu tạo dạng thanh, tiết diện chữ I với 2 đầu: đầu nhỏ và đầu to Đầu nhỏ thanhtruyền có lỗ để lắp với ắc Piston Trong động cơ 1TR-FE, chốt Piston được gắntheo kiểu bơi nên trong đầu nhỏ thanh truyền có bạc đỡ bằng đồng

Trên đỉnh thanh truyền có lỗ nhỏ hình phễu, có nhiệm vụ hứng dầu nhờn

bị vung lên đáy Piston và rơi xuống để dẫn vào bôi trơn cho ắc Piston Ắc Pistonđược bôi trơn bằng dầu dẫn từ cổ trục khuỷu đi qua lỗ khoan trong thân của thanhtruyền

Đầu to của thanh truyền có lắp bạc nối với cổ trục khuỷu (gọi là bạc biên),có lỗ phun dầu bôi trơn lên thành Cylinder Để có thể tháo lắp được, đầu to thanhtruyền được chế tạo thành 2 nửa, nửa trên liền với thanh, còn nửa dưới rời, đượcbắt với nửa trên bằng 2 bu lông Đầu của bu lông có cấu tạo chống xoay, còn êcuthì phải được hãm chống tự nới lỏng (bằng long đen hãm) Kích thước của đầu to

33

thanh truyền có thể đảm bảo sao cho khi tháo có thể rút được cả cụm thanh truyền qua cylinder ra ngoài

Piston-2.7.3 Trục Khuỷu

Trục khuỷu của động cơ có cấu tạo như mô tả trên hình 2.6 Trục được chếtạo liền bằng công nghệ dập, liền với 08 đối trọng để cân bằng động cơ Để giảmbiến dạng, trục khuỷu có 05 ổ đỡ và có cá cổ khuỷu và cổ biên được bố trí có độtrùng hợp lớn Năm ổ đỡ trục được lắp bạc lót hợp kim nhôm có cốt thép

Cho phép mài trục khuỷu lên cốt sửa chữa 0,25 mm

Bảng 2.8 - Thông số của Trục khuỷu

Khe hở dầu tiêu chuẩn: cổ trục No.3 (mm) 0.030 0.055

Khe hở dầu tiêu chuẩn: cổ trục khác (mm) 0.024 0.049

Độ côn và độ đảo lớn nhất (cổ khuỷu) (mm) 0.005 0.005

Đường kính chốt khuỷu (cổ biên) (mm) 52.989 53.002

Độ côn và độ đảo lớn nhất (cổ biên) (mm) 0.003 0.003

Hình 2.6 - Cơ cấu trục khuỷu

34

Chú thích:

1 Trục khuỷu

2 Bulông

3 Lỗ dầu

4 Bạc phía trên trục khuỷu

5 Đệm chặn phía trên trục khuỷu

6 Bạc phía dưới

7 Nắp bạc

8 Đệm phía dưới

Bên trong các má khuỷu và các cổ trục có khoan các lỗ để dẫn dầu tới bôitrơn cho các ổ chính và ổ biên Trong cổ biên có lỗ khoan dọc trục với kích thướcđủ lớn để gom cặn trong dầu bôi trơn theo nguyên tắc lọc ly tâm (còn gọi là hốclắng cặn) Các lỗ này được bịt kín bằng nút có ren Má của trục khuỷu đảm nhậnluôn vai trò của bộ phận cân bằng trục (đối trọng)

Hai đầu trục khuỷu có phớt làm kín bằng cao su Phớt trước được lắp trênnắp giữ bơm dầu, còn phớt sau được lắp trên nắp giữ phớt sau

Phần đầu trục khuỷu là nơi lắp bánh răng dẫn động cơ cấu phối khí, bơmdầu, puli dẫn động bơm nước, quạt gió, máy phát điện, Phần cuối của trụckhuỷu là nơi để lắp bánh đà, phía trong đuôi trục có lỗ để lắp ổ bi đỡ đầu trục lyhợp Trục khuỷu được chế tạo bằng gang đặc biệt Các cổ trục được tôi cao tần,sau đó gia công chính xác và mài bóng

Các ổ đỡ trục và ổ biên của trục khuỷu là các ổ trượt hay còn gọi là bạc.Mỗi bạc bao gồm 2 nửa hình trụ được chế tạo từ thép lá, mặt trong có phủ lớp vậtliệu chống ma sát Vật liệu chống ma sát là hợp kim nhôm, cốt trong bằng thép

35

Các bạc đỡ trục được lắp một nửa lên trên các gối đỡ trục nằm ở thân máy bêntrong cacte, nửa còn lại lắp lên các ốp dưới Đối với bạc biên cũng tương tự nhưvậy, một nửa bạc được lắp lên phần tay biên, nửa còn lại lắp lên ốp dưới Để chocác bạc này không bị quay trong khi làm việc cũng như không bị dịch dọc, trênphần xương của bạc có tạo các vấu mà khi lắp, nó ăn vào rãnh trên tay biên, trêncác ốp hay trên gối đỡ trục Trong các bạc cổ chính có tạo rãnh để dẫn dầu qua lỗtrên trục đi sang bôi trơn cho cổ biên.

Bạc chiều trục (bạc chặn) gồm 2 nửa trên dưới gồm 4 miếng (cả 2 chiềutiến lùi) được lắp tại ổ đỡ chính số 3 Bạc chiều trục cũng làm bằng hợp kim nhômcốt thép Trên một số động cơ, người ta sử dụng ổ bi thay cho bạc để đỡ trục, dùng

ổ bi đũa, còn ở đầu to thanh truyền thì sử dụng ổ bi kim Đặc biệt, đối với động cơxăng 2 kỳ hay được sử dụng làm động cơ khởi động trên các xe máy thi công thìtrục khuỷu được tạo từ những chi tiết rời lắp ráp lại với nhau, ổ đỡ ở 2 đầu trục làcác ổ bi, còn đầu dưới thanh truyền được lắp ổ bi đũa Ta có thể gặp dạng kết cấutương tự như vậy trên các loại động cơ mô tô Trong một số trường hợp, người tatráng trực tiếp lớp vật liệu chịu ma sát lên lỗ ở đầu to thanh truyền

2.7.4 Bánh Đà

Có hình dạng của một đĩa đặc đúc bằng gang, được lắp ở đuôi của trụckhuỷu Nó có nhiệm vụ giữ cho trục quay ổn định Ở phía ngoài của bánh đà cólắp vành răng để khởi động động cơ Trên bề mặt ngoài của bánh đà có khoan lỗ

36

hay đánh dấu đặc biệt để làm chuẩn khi cần đặt Piston số 1 vào điểm chết trên.Ngoài ra, có các dấu khác như thời điểm phun nhiên liệu, vị trí điều chỉnh xu pápcủa cơ cấu phối khí Bánh đà cũng là nơi để lắp ly hợp.

Bánh đà được lắp vào đuôi trục khuỷu bằng 10 bulông tự hãm theo vòngđệm Đối với xe INNOVA có lắp hộp số tự động, thay vì bánh đà, đuôi trục khuỷuđược lắp vành dẫn động của hộp số tự động

Hình 2.7 - Bánh đà và

ly hợp

Chú thích:

1 Bánh đà

2 Đĩa ly hợp

3 Nắp ly hợp

4 Tấm bắt phía sau

5 Phớt chắn bụi bánh đà

37

2.8 CƠ CẤU PHỐI KHÍ – HỆ THỐNG VVT-i

2.8.1 Phân loại

Động cơ ôtô 1TR-FE sử dụng cơ cấu phối khí đóng mở xupáp thông minhVVT-i kiểu xu páp bố trí bên trên, ngay trong nắp máy, gọi là xu páp treo Động cơcó 2 trục Cam nằm phía trên có ký hiệu DOHC (Double overhead Camshaft)

2.8.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cơ cấu phối khí - Hệ thống VVT-i

Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, trên động cơ 1TR-FE hệthống VVT-i sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thờiđiểm phối khí Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệuvà giảm khí xả ô nhiễm

Hình 2.8 - Hệ thống VVT-I của Toyota Innova

Hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoaytrục cam trong một phạm vi 40O so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thờiđiểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từcác cảm biến Thời điểm phối khí được điều khiển như sau

Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ, thời điểm phốikhí của trục cam nạp được làm trễ lại và độ trùng lặp xupáp giảm đi để giảm khí xảchạy ngược lại phía nạp Điều này làm ổn định chế độ không tải và cải thiện tínhkinh tế nhiên liệu và tính khởi động

Khi tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng, thời điểmphối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR nội bộ và

giảm mất mát do bơm Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính kinh tế nhiên liệu.Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xupáp nạp được đẩy sớm lên để giảm hiệntượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp.

Khi tốc độ cao và tải nặng, thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùnglặp xupáp tăng lên để tăng EGR nội bộ và giảm mất mát do bơm Điều này cảithiện ô nhiễm khí xả và tính kinh tế nhiên liệu Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểmđóng xupáp nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lạiđường nạp và cải thiện hiệu quả nạp

Ngoài ra, điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểm phối khí xupápnạp thực tế ở đúng thời điểm tính toán bằng cảm biến vị trí trục cam