Đối với động cơ 2TR-FE sử dụng kết hợp cả hai phương pháp bơi trơn là bơi trơn vung tóe và bơi trơn cưỡng bức.
Những chi tiết được bôi trơn cưỡng bức: các ổ đỡ (ổ bi) của trục khuỷu, các ổ ở đầu to thanh truyền, cơ cấu phân phối khí, các ổ đỡ của bộ phận tăng áp. Các chi tiết bơi trơn vung tóe: thành Xylanh, Piston, cò mổ, các vấu cam của trục phân phối, các bánh
20
răng. Hệ thống bôi trơn bao gồm bơm dầu, lọc dầu, các thiết bị đo và báo nhiệt độ và áp suất dầu, đường dẫn dầu, lỗ hồi dầu,…
Đáy Cacte động cơ là nơi chứa dầu bôi trơn, lượng dầu phải đảm bảo đúng với quy định của nhà sản xuất. khi động cơ hoạt động, dầu từ đáy được bơm dầu hút lên qua lưới lọc thô rồi đẩy vào bầu lọc. Sau khi ra khỏi bầu lọc, dầu đi vào đường dầu chính rồi được phân chia tới các lỗ dầu trên thân máy. Từ các cổ trục dầu theo các lỗ khoan trong trục tới các cổ biên và và theo lỗ ở thanh truyền tới bôi trơn cho các bạc đầu nhỏ thanh truyền. Khi ra khỏi bạc lót cần bơi trơn, dầu được rơi tự do xuống phía dưới, một phần rơi xuống Cacte, một phần vướng lại các chi tiết đang quay và bị văng đi do lực ly tâm. Do lực ly tâm làm văng dầu lên các chi tiết khác của động cơ được bôi trơn (kiểu bơi trơn vung tóe).
Hình 2.18. Đường mạch dầu bơi trơn. [3, trang 241]
Từ đường dầu chính có nhánh dẫn tới bôi trơn cho các bạc đỡ trục cam, và nhánh khác dẫn dầu bôi trơn tới cho trục giàn cò mổ. Lượng dầu còn lại đi qua bầu lọc rồi quay trở về đáy Cacte. Toàn bộ dầu được cung cấp từ bơm dầu đều đi qua lọc dầu. Quá trình lọc dầu để loại bỏ các mạt kim loại và muội than ra khỏi dầu trơn bôi trơn.
Bầu lọc dầu kiểu toàn phần, lỏi lọc giấy. Lọc gồm có một vỏ bằng kim loại mỏng bao bọc phần tử lọc, có cấu tạo từ giấy lọc hình trụ rỗng. Đầu vào của lọc có 2 cửa, một
21
cửa dòng dàu vào và cửa còn lại là dịng dầu đã được lọc, sau đó dầu đi vào phần trung tâm của phần tử lọc và ra ngồi.
Hình 2.19. Cấu tạo của bầu lọc dầu. [8, trang 194]
1.Van một chiều. 2.Phần tử lọc.
3.Vỏ.
4.Van an tồn.
Van một chiều có tác dụng khơng cho các chất bẩn tích tụ ở phần ngoại vi cửa phần tử lọc quay về động cơ khi dừng hoạt động.
Nếu phần tử lọc bị dính bẩn, chênh lệch áp suất bên trong và bên ngoài phần tử lọc tăng lên. Khi sự chênh lệch áp suất đạt đến một mức xác định, van an toàn sẽ mở ra, dầu không đi qua phần tử lọc mà đi bôi trơn đến các bộ phận của động cơ.
Bơm dầu bôi trơn là bơm roto, gồm 2 roto tiếp xúc trong: Roto trong và Roto ngồi, có trang bị van an toàn để tránh quá tải cho hệ thống khi áp suất tăng vượt quá định mức. Khi áp suất quá cao làm thắng lực lò xo van, mở cửa van, xả bớt dầu về Cacte. Áp suất dầu tiêu chuẩn tại n = 3000 v/ph là 2.5 ÷ 5.0 KG/cm2. Roto trong được dẫn động bởi trục cam quay làm xoay Roto ngoài trong vỏ bơm.
22
Hình 2.20. Cấu tạo của bơm dầu.
Để thường xuyên kiểm tra nhiệt độ và áp suất dầu bơi trơn, người ta bố trí các đồng hồ đo nhiệt độ và áp suất. Để khơng làm đen dầu bởi khí cháy và khói lọt từ Xylanh xuống Cacte, để khơng cho các chất độc ơ nhiễm lọt ra ngồi, trên động cơ có lắp đường ống hút khí cháy vào cụm ống nạp (hệ thống tuần hồn khí xả EGR).
2.7 Cơ cấu phân phối khí.
Đối với động cơ xe Toyota Fortuner 2.7V TRD với động cơ 2TR-FE sử dụng cơ cấu phân phối khí đóng mở xu páp thơng minh VVT-i, động cơ có 2 trục cam phía trên có kí hiệu DOHC (Double Overhead Camshaft).
Hệ thống VVT-I bao gồm bộ điều khiển VVT-I dùng để xoay trục cam nạp, áp suất dầu dùng lực xoay cho bộ điều khiển VVT-I, và van điều khiển dầu phối khí trục cam để điều khiển đường đi của dầu.
Thơng thường, thời điểm phối khí được cố định, những hệ thống VVT-i 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 cơng suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí xả ơ nhiễm.
23
Hình 2.21. Cơ cấu phân phối khí trên động cơ. [8, trang 229]
Hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 40o so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều khiển hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến.
2.7.1 Trục cam.
Trục cam trên động cơ ơ tơ được làm liền với trục, hình dạng và vị trí đặt cam quyết định thứ tự làm việc và góc phân phối khí cũng như số kỳ của động cơ. Trục cam có nhiệm vụ thực hiện chuyển động nâng của xu páp vào đúng thời điểm, đúng thứ tự và tạo điều kiện đóng xu páp qua lị xo xu páp.
Trục cam được đúc bằng gang, bề mặt làm việc của các cam và cổ trục cam đều được tơi cao tần. Trục cam có 5 cố lắp thẳng và ổ đỡ trên nắp máy. Đầu trục cam có lắp bánh xích dẫn động trục cam. Dầu bôi trơn được dẫn động từ nắp máy vào ổ đỡ thứ nhất vào trục cam rồi tới các ổ đỡ tiếp theo.
24
Hình 2.22. Trục cam của động cơ.
1.Trục cam số 1 2. Trục cam số 2 3. Xích cam
Trục cam được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ nhờ bộ truyền động xích. Trên trục cam có các vấu cam có biên dạng được thiết kế để đảm bảo đúng chu trình phối khí, mỗi vấu cam điều khiển một xu páp.
Khi trục cam quay, nếu cị mổ tiếp xúc với phần thấp của cam, thì xu páp đang ở vị trí cao nhất, lúc này xu páp đóng chặt nhờ lực các lò xo. Khi đỉnh vấu cam tiếp xúc với cị mổ thì xu páp bị đẩy xuống. Lò xo bị ép lại và xu páp mở ra.
Khi đỉnh vấu cam đi khỏi cị mổ thì lực đàn hồi của lò xo, xu páp và đòn mở bắt đầu đi lên và xu páp đóng lại.
2.7.2 Cị mổ.
Là chi tiết truyền lực trung gian, một đầu tiếp xúc với con đội thủy lực, một đầu tiếp xúc với đi xu páp. Cị mổ được làm bằng thép dập (hoặc thép rèn). Cị mổ có một vịng bi đũa bên trong để giảm hệ số ma sát nên cải thiện tính kinh tế nhiên liệu.
25
Hình 2.23. Cị mổ
1.Cị mổ loại con lăn 2.Vòng bi đũa
2.7.3 Bộ điều chỉnh khe hở thủy lực (con đội thủy lực).
Ở những động cơ được trang bị bộ điều chỉnh thủy lực, việc chỉnh khe hở xu páp khơng cịn cần thiết nữa. Điều chỉnh khe hở xu páp là cân bằng thay đổi chiều dài của những bộ phận thông qua những chi tiết truyền động được vận hành bằng thủy lực. Bộ điều chỉnh khe hở thủy lực để duy trì khe hở xu páp ln bằng không, bằng áp suất dầu và lực lị xo.
26
2.7.4 Xích cam.
Bộ dẫn động xích cam truyền chuyển động từ trục khuỷu đến trục cam. Dẫn động xích cam được sử dụng khi phải truyền lực lớn hơn và thời gian điều khiển cần phải chính xác. Bộ dẫn động xích có đường ray tự động căng xích, để hãm tiếng ồn của xích, xích được trong ray trượt bằng nhựa. Trên đầu trục khuỷu có lắp vịi phun dầu bơi trơn.
Hình 2.25. Bộ dẫn động trục cam (xính cam).
Khi lắp xích cam phải lưu ý sao cho dấu trên mặt bích xích cam nằm giữa 2 đường ray căng và trượt, cịn rãnh dấu trên bánh xích đầu trục khuỷu phải trùng với một mắt xích khác có mạ sáng.
2.7.5 Xu páp và lị xo.
Trong q trình làm việc xu páp có nhiệm vụ đóng và mở các lỗ nạp và lỗ thải theo đúng thời điểm quy định.
Xu páp thải thường có đường kính nhỏ hơn xu páp nạp vì áp suất của khí thải mở bảo đảm việc thốt hết khí nhanh khỏi buồng cháy. Xu páp nạp thường là xu páp kim loại đơn, để giảm hao mịn, đế xu páp, thân xu páp, mấu cho móng hãm và mặt phẳng ở đi xu páp có thể được tơi luyện.
Xu páp thải chịu ứng lực nhiệt do khí cháy nóng ( đầu xu páp đến 900oC) và do ăn mịn hóa học. Vì vậy xu páp thải thường được sản xuất dưới dạng xu páp lưỡng kim. Thép chịu nhiệt, chống ăn mòn và chống rỉ sét ở nhiệt độ cao thường được sử dụng cho đầu xu páp và phần dưới thân xu páp, là những nơi chịu tác động chủ yếu
27
của khí cháy nóng. Loại thép này khơng tơi luyện được, tính trượt xấu, có khuynh hướng bó kẹt trong ống dẫn hướng xu páp và dẫn nhiệt kém.
Hình 2.26. Xu páp.
Lị xo xu páp có nhiệm vụ đóng xu páp và cuối kỳ nạp hoặc kỳ thải. Lò xo xoắn được sử dụng làm lò xo xu páp. Để tránh việc lò xo bị gãy do tự rung khi tốc độ quay của động cơ coa, có thể sử dụng lị xo xu páp với bước xoắn thay đổi. Lò xo xu páp được làm bằng thép, có tri trọng tần suất cao. Số vịng thường từ 4 đến 10 vịng. Lị xo thường được chế tạo có đường kính 3÷5 mm.
28
2.8 Hệ thống làm mát.
Hệ thống làm mát động cơ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ các chi tiết máy đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ các chi tiết khơng q nóng, khơng quá nguội. Khi động cơ làm việc, các chi tiết động cơ tiếp xúc với khí cháy như: Piston, Xylanh, xéc măng, xu páp, nắp xylanh, thành xylanh,…Nhiệt truyền đến các chi tiết chiếm đến 25 ÷ 35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy tỏa ra. Vì thế các chi tiết này thường có nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ đỉnh Piston có thể đến 6000C, nhiệt độ xu páp thải có thể đến 9000C.
Nhiệt độ cao của các chi tiết ảnh hưởng rất nhiều đến động cơ:
− Làm giảm độ bền, độ cứng của các chi tiết dẫn đến giảm tuổi thọ động cơ.
− Giảm độ nhớt của dầu bơi trơn dẫn tới tăng ma sát mài mịn ổ trục.
− Có thể bó hay kẹt Piston trong Xylanh.
− Giảm hệ số nạp và cháy kích nổ.
Để khắc phục được các tác hại cần phải làm mát động cơ. Động cơ 2TR-FE trên Fortuner 2.7V TRD sử dụng hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vịng kín.
Hình 2.28. Hệ thống làm mát động cơ.
Đối với động cơ xe hệ thống làm mát phải đảm bảo được các yêu cầu sau:
− Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát thấp.
− Bảo đảm nhiệt độ của môi chất làm mát tại cửa ra van hằng nhiệt ln ở khoảng 83 ÷ 950C.
29
Hình 2.29. Sơ đồ hệ thống làm mát. [1, trang 91]
1. Bánh đà.
2. Đường ống phân phối nước. 3. Thân máy. 4. Nắp máy. 5. Ống dẫn nước nóng về két. 6. Ống dẫn bọt khí. 7. Ống chuyển. 8. Ống dẫn về két nước. 9. Nắp két nước. 10. Két nước. 11. Quạt gió. 12. Puly quạt. 13. Khớp chất lỏng. 14. Puly trục khuỷu. 15. Ống nhánh từ bộ tản nhiệt. 16. Van hằng nhiệt.
17. Ống nhánh nối với bơm. 18. Bớm nước.
19. Cacte.
Khi động cơ hoạt động, nước làm mát của động cơ có trong két làm mát được lưu thông nhờ bơm nước (bơm ly tâm). Bơm được dẫn động bằng dây đai từ puly đầu trục khuỷu. Bơm nước hút nước làm mát rồi đẩy vào khoang nước trong thân máy của động cơ và các khoang làm mát trên nắp máy. Nước được phân chia để làm mát đều cả bốn Xylanh, làm mát dầu bơi trơn sau đó lên mát thân máy, từ thân máy nước được dẫn ra van hằng nhiệt rồi trở lại bơm nước tạo thành một vịng tuần hồn lớn hoặc nhỏ tùy theo nhiệt độ động cơ.
Khi động cơ nguội, nhiệt độ động cơ thấp hơn (70 ÷ 800C) thì van hằng nhiệt sẽ đóng lại, nước sẽ đi theo vịng tuần hồn nhỏ, khơng đi qua két làm mát do đó động cơ
30
sẽ nóng nhanh . Vì thế để giữ trạng thái nhiệt độ của động cơ không đổi, không bị mất cơng suất.
Khi động cơ đã nóng, nhiệt độ nước hơn 800C thì van hằng nhiệt tự động mở ra và nước làm mát đi theo vịng tuần hồn lớn. Lúc này nước làm mát đi qua két làm mát và được làm mát tại két nhờ có khơng khí thổi vào két tự quạt.
Van hằng nhiệt có nhiệm vụ đóng mở, tự động điêu chỉnh nhiệt độ nước làm mát tùy theo nhiệt độ động cơ. Đảm bảo cho nhiệt độ nước làm mát trong giới hạn từ 85 ÷ 900C. Khi động cơ cịn lạnh thì van hằng nhiệt sẽ đóng lại, khơng cho nước làm mát tới két làm mát, lức này nước được dẫn tới bơm để tiếp tục đẩy nước làm mát đi làm mát động cơ. Khi động cơ nóng lên, van hằng nhiệt mở ra, lúc này một phần nước được dẫn qua két làm mát. Mức độ mở của van hằng nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ động cơ, nhiệt độ động cơ càng cao thì van mở nhiều. Van hằng nhiệt sẽ mở khi nhiệt độ hơn 820C, nếu nhiệt độ lớn hơn 950C thì van hằng nhiệt sẽ mở hồn tồn.
Hình 2.30. Van hằng nhiệt. [8, trang 198]
Khi van hằng nhiệt mở hoàn toàn, toàn bộ nước làm mát sẽ đi qua két làm mát. Ở đây nước sẽ được làm mát trước khi trở về van hằng nhiệt và về lại bơm nước. Bằng cách này nhiệt độ động cơ ln được duy trì.
Két nước làm mát có nhiệm vụ làm mát nước từ động cơ ra bằng cách tản nhiệt ra ngồi khơng khí qua thành ống nước và cánh tản nhiệt rồi lại được đưa trở lại làm mát động cơ.
31
Hình 2.31. Két nước làm mát.
Nắp két nước là bộ phận có nhiệm vụ duy trì áp suất trong hệ thống làm mát, nhằm nâng nhiệt độ sơi của nước cao hơn bình thường. Điều này cho phép động cơ làm việc với nhiệt độ cao mà không bị sơi trào gây hao hụt nước làm mát.
Hình 2.32. Nắp két nước làm mát.
1. Nắp
2. Vòng đàn hồi
3. Lò xo van xả hơi nước 4. Thân của van xả hơi nước 5. Lỗ thoát hơi
6. Đĩa cao su của van xả
7. Đệm cao xu của van xả 8. Mũ van khơng khí 9. Đệm van khơng khí 10. Thân van hút khơng khí 11. Lị xo van hút khơng khí 12. Thân nắp két
32
Trên nắp két nước có một van xả hơi và một van hút khơng khí. Van xả hơi nước duy trì áp suất ổn định trên hệ thống làm mát.Van hút khơng khí để đảm bảo áp suất trong hệ thống không thấp hơn so với áp suất bên ngoài khi động cơ nguội. Khi áp suất vượt giới hạn thì một trong hai van sẽ được mở để thốt hơi nước hoặc hút khơng khí.
2.9 Hệ thống cung cấp nhiên liệu.
Động cơ 2TR-FE sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu EFI (Electronic Fuel Injection) được điều khiển bởi ECU (Electronic Unit). Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp nhiên liệu EFI là duy trì tỷ lệ nhiên liệu sử dụng cho quá trính cháy trong buồng đốt ở mức tối ưu. Hệ thống này hoạt động dễ dàng chính xác, hiệu quả hơn nhiều so với bộ chế hịa khí. Hệ thống nhiên liệu EFI cung cấp nhiên liệu tối ưu cho động cơ, ngoài ra cịn tăng cơng suất động cơ, giảm lượng khí độc hại, thân thiện mơi trường, và tính kinh tế cao.
Hình 2.33. Sơ đồ hệ thống làm mát. 2.9.1 Bơm xăng (Bơm nhiên liệu).
Bơm nhiên liệu là bơm điện được lắp trong thùng chứa nhiên liệu. Nhiên liệu sau khi đi qua bộ lọc thô được bơm hút và đẩy qua van một chiều, nhiên liệu được dẫn qua ống dẫn nhiên liệu vào ống phân phối nhiên liệu. Lúc này nhiên liệu đi vào