ĐỒ ÁN KHAI THÁC ĐỘNG CƠ 1MXFE LẮP TRÊN XE LEXUS RX300

ĐỒ ÁN KHAI THÁC ĐỘNG CƠ 1MXFE LẮP TRÊN XE LEXUS RX300 Lexus RX300 thuộc phân khúc crossover SUV cỡ trung hạng sang, 4 cửa, dẫn động 2 cầu. RX300 chính là phiên bản đầu tiên của Lexus RX ( sau đó là RX330, RX350, RX400h, RX450h ). Được ra mắt lần đầu năm 1998, Lexus RX300 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 RX300 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 RX300 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 VVTi (variable valve timing intelligent) và hộp số tự động 4 cấp. Hình 1.2. Nội thất bên trong Lexus RX300 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 RX300 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 Bảng 1.2 các thông số chi tiết Thông số chi tiết Phanh Giảm xóc Lốp Phanh Giảm xóc Lốp Phanh trước ĐĩaABS Phanh sau ĐĩaABS Giảm sóc trước Độc Lập Giảm sóc sau Độc Lập Lốp xe 23560 R18 Vành mâm xe Đúc hợp kim Kích thướcTrọng lượng Kích thướcTrọng 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 (kmh) 225 Thời gian tăng tốc (0>100km) 8.7 giây Giới thiệu về động cơ 1MZFE Lexus RX300 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 1MZFE. 1MZFE 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 kmh và đạt tới 100 kmh trong vòng 8,7 giây. Các xy lanh được đánh số 1,2,3,4,5,6. Bên phải là các xy lanh 135, bên trái là các xy lanh 246. Thứ tự đánh lửa là 123456. 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 dm3 2.995 7 Tỷ số nén 10.5:1 8 Công suất lớn nhất của động cơ kW(vgph) 213HP5400 vp 1435400 9 Mô men xoắn lớn nhất tại số vòng quay Nm(vgph) 2104400 10 Phun nhiên liệu EFI Các mặt cắt của động cơ được cho trên hình 1.3 và 1.4. Hình 1.3. Mặt cắt dọc động cơ 1MZFE

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 khaithác 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 đónâng cao khả năng áp dụng lý thuyết vào thực tế công việc, khả năng tưduy 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, đồngthời bổ sung những kiến thức mà bản thân còn thiếu sót trong quá trìnhhọc

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 việctìm 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 đượcnhững đóng góp và chỉ bảo của các thầy giáo cùng toàn thể các bạn sinhviên 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 xecrossover

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 hợpvới 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 vềtiện nghi và trang thiết bị kèm theo mà khách hàng mong chờ ở một nhãnhiệu hàng đầu Xe lắp động cơ V6 3 lít với cơ cấu phối khí thông minhVVT-i (variable valve timing 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 giớihạn tốc độ, máy đổi CD, khóa tự động, ghế điện, đèn sương mù, ghế cósưởi 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 nhiềutrang thiết bị tiện nghi khác

Bảng 1.1 thông số cơ bản của xe RX-300

Thông số cơ bản

Bảng 1.2 các thông số chi tiết

Thông số chi tiết

Bán kính quay vòng tối thiểu (m) 5.4

Dung tích bình nhiên liệu (lít) 72

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

và khả năng tăng tốc lớn Động cơ được dùng trên xe là động cơ1MZ-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 100km/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 xylanh và pít tông làm bằng hợp kim nhôm nên có khả năng chịu đượcnhiệt 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

9 Mô men xoắn lớn nhất tại

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 ESAgiúp người sử dụng nhanh chóng phát hiện tình trạng hỏng hóc của độngcơ

- Hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử gián tiếp một điểm trước xupáp nạp EFI, tích hợp với hệ thống đánh lửa điện tử ESA giúp động cơđạt 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 cónhiệm vụ nhận và biến đổi lực khí thể do đốt cháy nhiên liệu thành mômen 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 gồmnhóm pít tông, thanh truyền, trục khuỷu, bánh đà Nhóm chi tiết cố địnhgồm 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 cáccụm, các chi tiết của động cơ Cụ thể trên thân máy bố trí xy lanh, hệ trụckhuỷu, và các bộ phận truyền động để dẫn động các cơ cấu và hệ thốngkhác của động cơ như trục cam, bơm nhiên liệu, bơm nước, bơm dầu,quạt gió…

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 Khốithân xy lanh của động cơ được chế tạo liền với nửa trên hộp trục khuỷutheo hình thức vỏ thân xy lanh chịu lực

Thân máy của động cơ được chế tạo bằng gang đúc, có tính dẫnnhiệt tốt

+ Nắp xy lanh

Nắp xy lanh của động cơ 1MZ-FE là một dạng nắp chung một khốicho 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 máyqua đệm nắp máy bằng các gu giông

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 trongsản 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 :

Hình 1.8 Pít tông

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

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 vàxéc măng 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 chuyển độngtrong xy lanh

Để đảm bảo cho pít tông chuyển động dễ dàng trong xy lanh, khe

hở giữa phần thân pít tông và thành xy lanh ở chế độ khi nước làm mát 80

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

Xéc măng dầu được làm từ thép chống gỉ Xéc măng dầu cónhiệm vụ san đều lớp dầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu bôi trơn thừa từthành xy lanh về cácte Xéc măng dầu có các lỗ dầu và được lắp vào rãnhdưới cùng của pít tông Trong rãnh có lỗ nhỏ ăn thông với khoang trốngphía trong pít tông Khi lắp khe hở miệng xéc măng nằm trong khoảng0,25 0,6 mm

● Chốt pít tông

Chốt pít tông là chi tiết nối pít tông và đầu nhỏ thanh truyền Tuy

có kết cấu đơn giản nhưng chốt pít tông có vai trò rất quan trọng để đảmbảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ Trong quá trình làmviệc của mình chốt pít tông chịu lực va đập tuần hoàn, nhiệt độ cao vàđiều kiện bôi trơn khó 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 phầnhợp kim như crôm, măng gan với thành phần cacbon thấp chốt pít tôngđược sử lý tăng cứng và được mài bóng

Chốt pít tông có dạng hình trụ rỗng Các mối ghép giữa chốt píttông và pít tông, thanh 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 ghépgiữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, còn mối ghépvới bệ chốt là mối ghép trung gian, có độ dôi Phương pháp lắp này làmcho 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

+ Thanh truyền

Hình 1.11 Thanh truyền.

Thanh truyền là chi tiết nối giữa pít tông và trục khuỷu Trong quátrình làm việc thanh truyền chịu lực khí thể, lực quán tính của nhóm píttông và lực quán tính của bản thân thanh truyền Các lực trên đều là cáclực tuần hoàn 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 truyềnđược chế tạo bằng thép hợp kim, trong thân thanh truyền có khoan rãnhdẫn dầu bôi trơn lên bề mặt bạc đầu nhỏ và chốt pít tông

Đầu to thanh truyền được chia làm hai nửa với mặt phẳng phânchia vuông góc với đường tâm thanh truyền Dấu ở nửa trên đầu to thanhtruyền và nửa dưới đầu to thanh truyền, cùng với dấu ở pít tông khi lắpcác dấu này phải cùng phí và quay về phía đầu động cơ

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

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, trênbạc 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 hainửa được dập ghép từ thép mềm và được phủ một lớp chịu mòn là hợpkim nhôm có hàm lượng thiếc cao, chiều dầy của bạc lót sau khi phủ là1,6mm, chiều rộng là 25mm, bạc có gờ khớp với rãnh ở nửa trên và nắpdưới của đầu to để chống xoay

Để đảm bảo cân bằng cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền, khốilượng của thanh 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 tôngtạo mômen quay kéo 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 cũngnhư trao đổi khí trong xy lanh

Điều kiện làm việc của trục khuỷu hết sức khắc nhiệt nó phải chịulực T, Z do lực khí thể và lực quán tính của nhóm pít tông thanh truyềngây ra Ngoài ra trục khuỷu còn chịu lực quán tính ly tâm của các khốilượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷu và thanh truyền Những lựcnày gây uốn xoắn dao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu trêncác 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 cácthành 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, bơmdầu

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

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 cũngđược làm rỗng để giảm trọng lượng và chứa dầu bôi trơn

Các đối trọng được làm liền với má khuỷu Đuôi trục khuỷu có mặtbích để lắp bánh đà và được làm rỗng để lắp vòng bi đỡ trục sơ cấp củahộp số

góc quay trục khuỷu Bánh đà được chế tạo từ gang xám và được cânbằng động cùng với trục khuỷu.

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 tăngcông suất, 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 khiểnthời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 40 độ so

với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu chocác điều kiện 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 cấuvới chức năng đảm bảo quá trình trao đổi khí giữa xy lanh động cơ vớimôi trường bên ngoài trong các quá trình nạp khí vào xy lanh và thải cácsản phẩm 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 lưuthông của dòng khí khiến hệ số nạp tăng Cấu tạo cơ cấu phối khí gồmcác chi tiết 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 xupáp được dẫn động trực tiếp từ trục cam Các xu páp làm việc trong điềukiện rất xấu; chịu tải động và phụ tải nhiệt rất lớn nhất là đối với xu pápthải.

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 góclượn lớn để cải thiện tình trạng lưu thông của dòng khí nạp vào xi lanh,đồng thời tăng độ cứng vững cho xu páp, giảm được trọng lượng Phầnđuôi được tôi cứng

* Xu páp thải

Xu páp thải làm bằng thép chịu nhiệt Phần đuôi được tôi cứng đểtránh mòn và có rãnh để lắp móng hãm giữa đuôi xu páp và lò xo xupáp Móng hãm hình côn gồm 2 nửa với kiểu lắp này có kết cấu đơngiản, độ an toàn cao, và không gây nên ứng suất tập trung trên đuôi xupáp Để dễ sửa và tránh hao mòn cho nắp xi lanh ở chỗ lắp xu pápngười ta lắp ống dẫn hướng.ống dẫn hướng có dạng hình trụ rỗng đượcđóng ép vào nắp xi lanh đến 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 màiphẳng

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 camthải được làm liền trục, trên trục cam còn có bánh lệch tâm để dẫn độngbơm 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 thọlắp xy lanh giữa thân xu páp và nắp xy lanh có một chi tiết trung gian làống dẫn hướng Ống dẫn hướng lắp lỏng với thân xu páp và có chức năngdẫn hướng cho xu páp chuyển động tịnh tiến qua lại khi đóng mở Ốngđược ép căng vào lỗ gia công trong nắp xy lanh Ống được chế tạo bằnggang hợp kim hoặc gang dẻo nhiệt luyện Ống có kết cấu hình trụ rỗng cóvát mặt đầu để dễ lắp ráp

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 lạicủa 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 chi tiếttrong buồng cháy tiếp xúc với khí cháy nên có nhiệt độ rất cao Nhiệt độđỉnh pít tông 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 cácđộng 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

về két mát và bơm nước

Để duy trì nhiệt độ nước làm mát trong hệ thống được ổn định trên

hệ thống làm mát có bố trí van hằng nhiệt 5

Khi nhiệt độ nước trong hệ thống nhỏ hơn 70 C van hằng nhiệt 5đóng đường nước ra két mát Nước được tuần hoàn cưỡng bức từ bơmnước đến các 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 trênlắp máy.Khi ra khỏi nắp máy nước có nhiệt độ cao được dẫn vào trongkét mát nhờ van hằng nhiệt 5 mở Sau khi qua két nước Nước được làmmát quay trở về bơm nước thực hiện chu trình tiếp theo

Để kiểm tra nhiệt độ của nước làm mát trên bảng đồng hồ có lắpđồng hồ báo nhiệt độ nước Ngoài ra còn lắp một bộ cảm biến báo lênđèn nguy hiểm trên ca bin buồng lái, khi đèn sáng là báo hiệu động cơquá 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 mátcủa động 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 tănghiệu quả làm nguội nước nóng sau khi đã làm mát cho động cơ Quạt gióđược lắp trên đầu phía trước của trục bơm nước Các cánh quạt được chếtạo bằng thép lá Để nâng cao năng suất và tạo hướng cho dòng khí vànhquạt gió có hom khí

+Két nước làm mát

Két nước là thiết bị trao đổi nhiệt dùng để truyền nhiệt từnước làm mát cho dòng không khí chuyển động qua

Hình 1.20 Két nước làm mát

1 Nắp két nước, 2 Ống nước hồi, 3 Ống nước đi.

Két nước làm mát bao gồm các ống dẫn bằng đồng đỏ Các ốngnày được hàn với các cánh tản nhiệt hình gợn sóng nhằm tăng tiết diệntiếp xúc với không khí để tăng khả năng toả nhiệt của két làm mát Ngăntrên có miệng đổ nước và được đậy bằng nắp

Nắp két nước có hai van, van xả có tác dụng giảm áp khi áp suấttrong hệ thống cao (khoảng 1,15 1.25 kG/cm2) do bọt hơi sinh ra trong

hệ thống, nhất là khi động cơ quá nóng Còn van hút sẽ mở để bổ sungkhông khí khi áp suất chân không trong hệ thống lớn hơn giá trị cho phép(khoảng 0,05 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 tronggiới hạn cho phép

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

về bơm mà không qua két làm mát

Khi nhiệt độ nước tăng cao hơn 750C, hỗn hợp chất lỏng trong hộpgiãn nở, áp suất tăng nên đẩy cán lên làm mở van (5) và nước theo đườngống đến 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 mặtlàm việc của các chi tiết để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường củađộng cơ cũng như tăng tuổi thọ của các chi tiết

Dầu bôi trơn có nhiều công dụng trong đó một số công dụng quantrọng nhất của dầu bôi trơn là:

- Bôi trơn các bề mặt có chuyển động trượt giữa các chi tiết nhằmgiảm 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 trongquá trình làm việc thường có các vẩy rắn tróc ra khỏi bề mặt Dầu bôitrơn sẽ cuốn trôi các vảy tróc, sau đó được giữ lại trong các phần tử lọccủa hệ thống bôi trơn, tránh cho bề mặt ma sát bị cào xước

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 Phaohút dầu có lưới chắn để lọc sơ bộ những tạp chất có kích thước lớn Dầuđược bơm đẩy qua bộ làm mát dầu 2, tại đây dầu được làm mát rồi tiếptục đến đường dầu chính, rồi đến cốc lọc, dầu theo các nhánh đi bôi trơntrục khuỷu sau đó lên bôi trơn đầu to thanh truyền, chốt pít tông, và đi bôitrơn trục cam…

c, Các chi tiết chính

+Bơm dầu

Bơm dầu có nhiệm vụ cung cấp dầu dưới áp suất cao vào đường dầuchính của động cơ và đến két làm mát.

Hệ thống bôi trơn của động cơ sử dụng kiểu bơm bánh răng ănkhớp 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 sảnvật cháy có chứa trong dầu Kiểu bầu lọc được dùng là kiểu bầu lọc cơkhí loại bầu 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 bôitrơn cần nằm trong giới hạn 80 ÷ 900C Nhưng trong sử dụng do nhiệt độcủa môi trường tương đối cao, do động cơ thường phải làm việc ở nhữngchế độ phụ tải cao trong thời gian dài , nhiệt độ của dầu bôi trơn sẽ vượtquá giới hạn cho phép và do đó cần được làm mát trong két làm mát dầu.Trên hệ thống bôi trơn của động cơ sử dụng két làm mát dầu kiểu ốngđược làm mát 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 hìnhhoạt động 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 kiểmsoát khí thoát ra từ các te, hệ thống điều khiển sự bốc hơi nhiên liệu, hệthống hồi lưu khí xả và bộ xử lý khí thải Nhiệm vụ chung của toàn bộ hệthống là giảm đến mức tối đa lượng khí độc hại gây ô nhiễm môi trườngnhư: 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 teđộng cơ thoát ra bầu khí quyển Khi động cơ hoạt động, không khí sạchđược đưa từ bộ lọc gió vào trong các te trục khuỷu qua ống thông hơi đểđược hoà trộn với các khí lọt ở bên trong các te trục khuỷu Các khí lọtxuống ở bên trong các te trục khuỷu được rút vào cửa họng nạp qua vanthông hơi (PCV)

Van PCV được thiết kế để điều hòa lượng khí thông hơi thích hợp,pít tông của van PVC có thể dịch chuyển tương ứng với độ chân khôngcủa họng nạp Khi động cơ hoạt động ở chế độ tải thấp hay hoạt động ởchế độ cầm chừng, lượng khí đi qua van PVC được hạn chế để duy trì sựhoạt động ổn định của động cơ

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

Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thoát từ các te trục khuỷu của động cơ1MZ-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 ra trong quá trình cháy thoát ra ngoài môi trường Khi nhiệt độ cháycủa hỗn hợp cháy cao, một lượng lớn khí oxit nitơ sẽ được tạo ra ở trongbuồng cháy Vì vậy hệ thống ERG hồi lại một phần khí xả từ đường ống

xả đoạn lắp trên nắp máy vào trong buồng đốt thông qua họng nạp Khikhí xả được trộn lẫn với hỗn hợp cháy thì sự lan truyền ngọn lửa trongbuồng đốt bị chậm lại, bởi vì phần lớn khí xả là trơ không cháy được.Nhiệt độ cháy do đó giảm xuống và làm giảm lượng NOx sinh ra vì khítrơ 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 hơinhiên liệu 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 rangoài khí quyển

Hoạt động theo nguyên lý: hơi nhiên liệu bốc lên từ bình nhiênliệu(4), đi qua van một chiều (1) và đi vào bộ lọc than hoạt tính, than sẽhấp thụ hơi nhiên liệu lượng hơi được hấp thụ này sẽ được hút vào cửalọc của họng gió vào xy lanh để đốt cháy khi động cơ đang chạy Van mộtchiều (2) và van chân không(3) của nắp bình nhiên liệu được mở ra để hútkhông khí từ bên ngoài vào bình nhiên liệu khi trong thùng có áp suấtchân không (do nhiệt độ bên ngoài thấp)

Trên động cơ 1MZ-FE , ECU điều khiển dòng khí bằng cách điềuchỉnh độ mở của van VSV.

Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu trên động cơ 1MZ-FE được giớithiệu trên 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

để đốt cháy hoà khí trong động cơ vào cuối kỳ nén Để giúp cho sự cháyđạt hiệu quả cao, hệ thống đánh lửa phải đốt cháy hỗn hợp không khínhiên liệu ngay tức thì Thời điểm đánh lửa chính xác được tạo ra vàođúng ngay thời điểm liên quan đến vị trí của pít tông Bộ ECU động cơnhận các tín hiệu từ các cảm biến liên quan và điều chỉnh thời điểm đánhlửa

b, Sơ đồ hệ thống và nguyên lí làm việc

Sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ 1MZ-FE được thể hiện trên hình1.26

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

bu gi Bộ phát xung IGF dẫn ngược lại về ECU Xung này gửi tới ECU

để báo rằng 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 cơbản như công suất có ích, mô mem xoắn có ích, tốc độ quay và nhiềuthông số khác Các thông số ấy có thể ổn định hoắc thay đổi trong mộtphạm vi rộng tùy theo chế độ làm việc của động cơ Ta chọn chế độ côngsuất có ích lớn nhất 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: = 117 [Kw]

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

3- tốc độ trung bình của pít tông:

Giá trị của 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

4- Số xy lanh của động cơ: i = 6

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

8- Hệ số dư lượng không khí phụ thuộc kiểu động cơ, phương

pháp tạo hỗn hợp và chế độ sử dụng của động cơ: chọn = 0,9.9- Nhiệt độ môi trường T0: Giá trị trung bình của T0 ở nước ta theothống kê của nhà khí tượng là 240C, tức là 2970K

10- Áp suất của môi trường p0:

Để tiện sử dụng trong tính toán, người ta thường lấy giá trị của p0 ở độcao của mức nước biển là: po= 0,103 [MN/m2] = 0,103 [MPa]

11- Hệ số nạp ηv:

Ở chế độ số vòng quay trục khuỷu lớn, do vạy sức cản trênđường 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:

2.2 Tính toán chu trình công tác

2.2.1 Tính toán chu trình trao đổi khí

a) Mục đích của việc tính toán quá trình trao đổi khí là xác định cácthông số chủ yếu của cuối quá trình nạp chính ( ở điểm a) như áp suất

và nhiệt độ

b) Thứ tự tính toán:

0,0445

- Nhiệt độ cuối quá trình nạp :

Giá trị của được xác định theo biểu thức: