Giới thiệu chung về động cơ 1ur fe xe lx 570 hay còn được gọi là land cruiser j200

Các hệ thống được sử dụng trong động cơ như hệthống điều khiển van biến thiên thông minh kép Dual VVT-i, hệ thống phunnhiên liệu trực tiếp Direct Ignition System – DIS, hệ thống điều khi

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 1UR-FE 3

I.1 Giới thiệu về động cơ 1UR-FE 5

I.2 Phân tích kết cấu động cơ 1UR-FE 6

I.2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền 7

I.2.2 Cơ cấu phối khí 15

I.2.3 Hệ thống bôi trơn 18

I.2.4 Hệ thống làm mát 21

I.2.5 Hệ thống nạp và thải 24

I.2.6 Hệ thống cung cấp nhiên liệu 29

I.2.7 Hệ thống đánh lửa 30

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ Nemax 33

II.1 Tính toán chu trình công tác của động cơ 33

II.1.1 Chọn các số liệu ban đầu 33

II.1.2 Quá trình tính toán nhiệt 35

II.1.3 Các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ 41

II.1.4 Dựng đường công chỉ thị của chu trình công tác 44

II.1.5 Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ 46

II.2 Tính toán động lực học 49

II.2.1 Triển khai đồ thị công chỉ thị p -v thành đồ thị công lực khí thể P k tác dụng lên piston, theo góc quay  49

II.2.2 Quy dẫn khối lượng chuyển động 52

II.2.3 Lực quán tính và tổng lực, lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến 53

II.2.4 Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu 58

II.2.5 Đồ thị mài mòn cổ khuỷu 59

II.2.6 Đồ thị tổng lực tiếp tuyến và mômen tổng 61

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ Memax 63

III.1 Tính toán chu trình công tác 63

III.1.1 Chọn các số liệu ban đầu 63

III.1.2 Quá trình tính toán nhiệt 64

III.1.3 Các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ 69

III.1.4 Dựng đường công chỉ thị của chu trình công tác 72

III.1.5 Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ 74

III.2 Tính toán động lực học 78

III.2.1 Triển khai đồ thị công chỉ thị p – V thành đồ thị lực khí thể P k tác dụng lên Piston, theo góc quay  78

III.2.2 Quy dẫn khối lượng chuyển động 79

III.2.3 Lực quán tính và tổng lực, lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến 80

III.2.4 Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu 85

III.2.5 Đồ thị mài mòn cổ khuỷu 87

III.2.6 Đồ thị tổng lực tiếp tuyến và momen tổng 93

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 1UR-FE

Xe LX 570 hay còn được gọi là Land Cruiser J200 được ra mắt vào ngày4/4/2007 ở triển lãm ô tô quốc tế tại New York LX570 là một thiết kế lại hoànchỉnh của dòng xe LX, và là phiên bản đầu tiên của chiếc SUV lớn nhất củaLexus ra mắt, mẫu xe LX570 được thiết kế bởi Shinichi Hiranaka LX570 là thế

hệ thứ ba của dòng xe LX, được tăng đáng kể về hiệu suất và tính năng an toàn

so với phiên bản LX 470 nó thay thế Điểm đặc biệt của LX570 là chứng nhậnULEV II cho động cơ 4,6L 1UR-FE V8 với công suất 310HP và momen xoắncực đại 443N.m giúp cho xe có thể mang tải tới 3900kg Động cơ được nối vớihộp số tự động 6 cấp với hệ thống dẫn động 4 bánh sử dụng vi sai điện tửTorsen kiểu trung tâm

Hình 1.1 Hình ảnh bên ngoài xe LX 570

Về hệ thống treo, LX570 được trang bị một hệ thống điện – thủy lực điềukhiển linh hoạt chiều cao của 4 bánh (Active High Control – AHC) và hệ thốngtreo biến thiên (Adaptive Variable Suspension – AVS) phản ứng nhanh hơn, cóphạm vi thay đổi lớn hơn so với hệ thống nó thay thế Sự nâng cấp này cho hệthống treo đã nâng cao sự thoải mái và hiệu quả của xe khi đi trên đường cao tốchay đường bình thường Hệ thống AHC được nâng cấp với 6 cấp điều khiển cóthể nâng chiều cao xe lên 76mm hoặc hạ xuống 51mm so với chiều cao bìnhthường bằng cách sử dụng một núm nằm ở giữa cần điều khiển

Bảng 1.1 Các thông số cơ bản của xe LX570

Dung tích thùng nhiên liệu 93L

Ngoài ra LX570 còn được trang bị một hệ thống rađa linh hoạt, LX570 làdòng xe đầu tiên Lexus cung cấp khả năng quan sát rộng ở đằng trước và 2 bên

để sử dụng trong môi trường đô thị như nhà để xe Với các camera được gắn ởlưới tản nhiệt và dưới gương phía người lái, người lái có thể kiểm tra các điểm

mù một cách đơn giản khi chỉ việc bấm nút trên bảng điều khiển và xem hìnhảnh trên màn hình hệ thống định vị chuẩn Các tính năng hữu hiệu khác như hệthống thu thập thông tin (Crawl Control) sẽ giúp người lái ít kinh nghiệm trênđường off-road vượt qua dễ dàng các trở ngại ở cả phía trước và phía sau ở tốc

độ thấp bằng cách tự động cung cấp lượng ga và phanh cần thiết Hệ thốngchống bó cứng phanh đa địa hình cho phép dừng xe với quãng đường ngắn hơntrên các bề mặt như cát và sỏi

Hình 1.2 Nội thất xe LX570

Hệ thống điều khiển HAC (Hill-start Assist Control) ngăn xe lăn về phíasau khi ở trên đồi hay các bề mặt trơn trượt Thiết kế nội thất của xe LX570 baogồm các tiện nghi sang trọng tiêu chuẩn như ghế ngồi bọc da, 4 vùng kiểm soátkhí hậu độc lập tốt nhất, hệ thống kích hoạt ổ cứng bằng giọng nói Điều đặcbiệt của LX570 là hệ thống điều hòa trên xe được thiết kể để có thể làm mátngay cả ở thời tiết khắc nghiệt Với tổng cộng 28 cửa làm mát, hệ thống điềuhòa khiến cho người ngồi có cảm giác thoải mái như được chìm trong không khímát mẻ chứ không chỉ đơn giản là thổi luồng không khí vào họ.

I.1 Giới thiệu về động cơ 1UR-FE

Hình 1.3 Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang động cơ 1UR-FE

Động cơ 1UR-FE là động cơ V8 với thể tích buồng cháy là 4,6L, trục cam

bố trí kiểu treo với 32 xupáp Các hệ thống được sử dụng trong động cơ như hệthống điều khiển van biến thiên thông minh kép (Dual VVT-i), hệ thống phunnhiên liệu trực tiếp (Direct Ignition System – DIS), hệ thống điều khiển biếnthiên chiều dài đường ống nạp (ACIS), hệ thống điều khiển bướm ga điện tử -thông minh (ETCS-i), hệ thống bơm khí (air injection system) và hệ thống tuầnhoàn khí thải (EGR) Các hệ thống trên giúp tăng hiệu suất của động cơ, tăngtính kinh tế nhiên liệu và làm sạch khí thải

Động cơ 1UR-FE ngoài được sử dụng trên xe LX570 còn được sử dụngtrên các xe Lexus LS460 và LS460L (2007 đến nay), xe Lexus GS460 (2005-2011), xe Lexus GX460 (2010 đến nay), xe Toyota Land Cruiser (năm 2012), xeToyota Sequoia (2010 đến nay), xe Toyota Tundra (2010 đến nay).

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật động cơ 1UR-FE

Số xy lanh và cách bố trí 8 xy lanh, kiểu chữ V

Cơ cấu phối khí 32 xupáp DOHC, dẫn động trục cam bằng xíchvới cơ cấu Dual VVT-iKiểu buồng đốt Buồng cháy kiểu vát nghiêng (pentroof type)Buồng cháy kiểu vát nghiêng

(pentroof type) Dòng ngang (Cross-flow)

Công suất tối đa 231 kW tại 5600v/ph

Momen xoắn tối đa 443 N.m tại 3400v/ph

Thời

điểm

phối khí

Nạp MởĐóng 223000 trước ĐCT đến 18 đến 700 sau ĐCD 0 sau ĐCT

Xả MởĐóng 3080 trước ĐCT đến 240 đến 620 trước ĐCD0 sau ĐCT

Thứ tự đánh lửa 1 – 8 – 7 – 3 – 6 – 5 – 4 – 2

Quy định khí thải ống xả LEVII-ULEV, SFTP

Quy định khí thải bay hơi LEVII, ORVR

Khối lượng động cơ, [kg] 216,1

I.2 Phân tích kết cấu động cơ 1UR-FE

Trong chương 2, các cơ cấu, hệ thống lắp trên động cơ sẽ được trình bàykhái quát về công dụng, kết cấu chi tiết và nguyên lý hoạt động của chúng

Các cơ cấu chính của động cơ gồm có:

- Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền;

- Cơ cấu phối khí

Các hệ thống của động cơ bao gồm:

- Hệ thống bôi trơn;

- Hệ thống làm mát;

- Hệ thống nạp và thải;

- Hệ thống nhiên liệu;

- Hệ thống đánh lửa

I.2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

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

vụ tiếp nhận và biến đổi lực khí thể do đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốtthành momen quay của trục khuỷu Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền gồm hainhóm chi tiết chính là nhóm chi tiết cố định và nhóm chi tiết chuyển động.Nhóm chi tiết cố định gồm có nắp xy lanh, thân máy và các te dầu Nhóm chitiết chuyển động gồm có nhóm pít tông, thanh truyền, trục khuỷu, bánh đà

I.2.1.1 Nắp che

Hình 2.1 Nắp che

Nắp che có công dụng làm kín, bao phủ bên ngoài nắp xy lanh Nắp checủa động cơ 1UR-FE được làm bằng nhôm chịu lực để vừa đảm bảo độ bền lạigiảm được khối lượng

Một đường dẫn dầu được đặt trong nắp che nhằm bôi trơn cho các chi tiếtcủa cơ cấu phối khí để giảm mài mòn, tăng độ tin cậy và độ chính xác khi làm

Nắp che bên phảiỐng dẫn

Nắp che bên trái

của dòng khí thoát (khí sót còn lại sau quá trình đốt cháy thoát ra từ buồng đốtlọt vào các te chứa dầu qua khe hở giữa pít tông và xy lanh) ra ngoài, qua đógiảm được lượng dầu thoát ra bởi dòng khí này.

I.2.1.2 Đệm (gioăng) nắp máy

Hình 2.2 Đệm nắp máy

Đệm nắp máy có công dụng làm kín buồng cháy của động cơ và ngănkhông cho nước làm mát hay dầu bôi trơn vào xy lanh Như một phần của buồngcháy, đệm nắp máy cũng cần phải có độ bền như các bộ phận khác của buồngcháy

Đệm nắp máy của động cơ 1UR-FE được cấu tạo bởi 3 lớp thép cánmỏng Ở mỗi tấm đệm nắp máy, có một miếng đệm mỏng bao quanh đườngkính các xy lanh để tăng khả năng làm kín và tuổi thọ của đệm nắp máy Phủtrên bề mặt của đệm nắp máy là lớp cao su tổng hợp chứa nguyên tử flo có độbền và khả năng chịu nhiệt cao

I.2.1.3 Nắp máy

Nắp máy được đặt trên khối xy lanh, mặt dưới nắp máy cùng với ống lót xy lanh

và pít tông tạo nên buồng đốt Cấu trúc của nắp máy được đơn giản hóa bằngcách tách các phần cổ trục cam ra khỏi nắp máy

Đệm nắp máy bên

Đệm nắp máy bên

Phía

trước

Vòng đệm

Mặt cắt

A – A

Nắp máy của động cơ 1UR-FE được làm từ nhôm, có kết cấu buồng đốtkiểu vát nghiêng Các bugi đánh lửa được đặt ở trung tâm các buồng đốt để tăngkhả năng chống va đập của động cơ.

Kết cấu của các cửa nạp-xả được thiết kế dạng dòng ngang mang lại hiệuquả cao, các cửa nạp hướng vào phía trong của khối động cơ trong khi các cửa

xả hướng ra phía bên ngoài Các cửa bơm không khí được thiết kế cho hệ thốngbơm không khí

Hình 2.3 Nắp máy

Hình 2.4 Dạng cửa nạp I.2.1.4 Thân máy

a Tổng quan

Thân máy của động cơ 1UR-FE được làm từ hợp kim nhôm Thân máydạng chữ V, góc nhị diện 900, độ lệch tâm 2 xy lanh ở 2 phía là 21mm, khoảngcách giữa 2 tâm xy lanh ở cùng dãy là 105,5mm Với cách bố trí xy lanh này đãlàm giảm đáng kể chiều dài và chiều rộng của thân máy

Động cơ sử dụng ống lót xy lanh kiểu khô có gai nhám ở mặt lưng để tăngkhả năng bám giữa bề mặt ống lót và khối xy lanh Đường dẫn nước làm mátcho động cơ được được đặt giữa 2 dãy xylanh Nước làm mát được bơm quađường dẫn tới nắp máy và các áo nước làm mát bao quanh các xy lanh Đườngdẫn nước làm mát cũng đồng thời làm mát dầu bôi trơn động cơ trong đườngống dẫn dầu chính đặt ngay dưới đường dẫn nước

Hình 2.5 Thân máy

Ở vách ngăn giữa 2 xy lanh có một ống dẫn nước ngầm để dẫn nước làmmát vào Cấu trúc này đảm bảo giữ được nhiệt độ đều ở thành xy lanh Các vòngđệm bằng plastic được đặt trong các áo nước làm mát Chúng điều chỉnh dòngchảy của nước làm mát để luôn giữ được nhiệt độ đồng nhất quanh buồng đốt

Việc lắp các cảm biến kích nổ ở phía trong của các dãy xy lanh cũng làmtăng thêm độ chính xác của các cảm biến Trên vách ngăn giữa các xy lanh cócác lỗ thông khí, chế tạo như vậy giúp cho không khí ở dưới đáy các xy lanh dichuyển một cách nhẹ nhàng, tổn thất khi chuyển động lên của pit tông sẽ đượcgiảm để tăng công suất của động cơ

b Ống lót xy lanh

Hình 2.6 Ống lót xy lanh

Ống lót xy lanh là kiểu ống lót khô khi đúc người ta chế tạo mặt ngoài có

độ nhám cao để nâng cao khả năng bám giữa bề mặt ống lót và khối xy lanhbằng nhôm Làm như vậy sẽ trợ giúp cho việc hấp thụ nhiệt, giảm nhiệt độ và sựbiến dạng do nhiệt ở thành các xy lanh Bề mặt của ống lót xy lanh có khía nhámnhằm tăng khả năng lưu lại của dầu trên bề mặt ống lót để làm giảm ma sát

c Vòng đệm ở các áo nước làm mát

Nhiệt độ ở bên nạp của thành xy lanh thường có xu hướng thấp hơn domột miếng đệm rộng đã bao lấy thành xy lanh để chặn dòng chảy của nước làmmát và ngăn không cho giảm nhiệt độ quá mức Mặt khác, nhiệt độ ở bên xả củathành xy lanh thường cao hơn, miếng đệm bao quanh phần dưới của thành xylanh để dẫn nước làm mát lên khu vực phía trên của thành xy lanh có nhiệt độcao hơn Với các tấm đệm này, nhiệt độ xung quanh thành xy lanh được đồngđều hơn Do vậy mà chỉ số độ nhớt của dầu động cơ giảm nên làm giảm ma sátgiữa thành xy lanh và pit tông

Hình 2.7 Áo nước làm mát I.2.1.5 Pit tông

Pit tông cùng với xy lanh và nắp máy tạo thành buồng đốt Pit tông ởđộng cơ 1UR-FE được làm từ hợp kim nhôm Đỉnh pit tông có cấu tạo kiểu lõmnhằm đạt được sự cháy ổn định Cùng với kết cấu buồng đốt kiểu vát nghiêngcủa nắp máy và đỉnh pit tông dạng lõm đã nâng cao được tỷ số nén và tăng cả vềhiệu suất lẫn tính kinh tế nhiên liệu của động cơ

Phần thân dưới của pit tông được phủ bởi lớp nhựa dẻo để giảm sự mấtmát do ma sát Áp dụng phương pháp bay hơi lắng đọng vật lý (PVD) để phủ lên

bề mặt của các xéc măng khí thứ nhất và xéc măng dầu nhằm tăng khả năngchống mài mòn Nhờ việc tăng độ chính xác khi lắp ráp nên khi chế tạo chỉ yêucầu duy nhất một kích thước của pit tông

I.2.1.6 Thanh truyền

Thanh truyền là bộ phận trung gian liên kết pit tông với trục khuỷu và chophép biến chuyển động tính tiến của pit tông thành chuyển động quay của trụckhuỷu Thanh truyền của động cơ 1UR-FE làm từ thép tốt, được chế tạo bằngphương pháp rèn vừa có độ bền cao lại có thể giảm được tải trọng

Hình 2.9 Thanh truyền

Thanh truyền có cấu tạo gồm 3 phần: đầu nhỏ, thân và đầu to Đầu nhỏ,thân và nửa trên của đầu to thanh truyền được rèn liền thành một chi tiết Nửadưới của đầu to được liên kết với nửa trên bởi các bulông Để hạn chế sự dịchchuyển của bạc biên khi lắp vào đầu to thanh truyền, người ta dùng chốt định vị

ở bề mặt ăn khớp giữa bạc biên và thanh truyền

Bulông thanh truyền có đầu bọc nhựa được dùng để ghép 2 nửa của đầu tothanh truyền Bạc lót của thanh truyền được làm từ nhôm và được phủ lớp nhựađặc biệt lên bề mặt, chiều rộng của bạc lót được giảm đi để hạn chế ma sát

Bulong có đầu bọc nhựa

I.2.1.7 Trục khuỷu

Hình 2.10 Trục khuỷu

Trục khuỷu có công dụng nhận lực từ pit tông để tạo ra momen quay sinhcông đưa ra các bộ phận công tác và nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại chopit tông để thực hiện các quá trình sinh công Trong quá trình làm việc, trụckhuỷu chịu tác động của các lực khí thể, lực quán tính và lực ly tâm

Trục khuỷu của động cơ 1UR-FE được chế tạo từ thép bằng phương pháprèn để tăng độ cứng vững và khả năng chống mài mòn cho trục khuỷu Trụckhuỷu của động cơ có 5 cổ trục chính, 4 cổ biên và 6 đối trọng

I.2.1.8 Các te dầu

Các te là có công dụng bảo vệ và chứa dầu bôi trơn động cơ Phần các tedầu số 1 của động cơ 1UR-FE được chế tạo bằng hợp kim nhôm, được gắn cốđịnh với khối xy lanh và hộp số để tăng độ bền vững

Tấm ngăn giữa các te và thân máy được tối ưu hóa để đảm bảo khoảngcách chính xác giữa trục khuỷu và bề mặt dầu bôi trơn Qua đó nâng cao được

sự tách biệt của dòng chảy dầu bôi trơn và sự thông hơi khí ga, giảm được masát và tăng cường hiệu quả bôi trơn

Đối trọng

Cổ trục chính số 1

Mặt trước

động cơ

Đối trọng

Cổ trục chính số 2

Cổ trục chính số 3 Cổ trục

chính số 4

Cổ trục chính số 5

Hình 2.11 Các te I.2.2 Cơ cấu phối khí

Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình đóng mở của cácxupap nạp và thải trong quá trình động cơ làm việc Cơ cấu phân phối khí phảichịu tải trọng cơ học cao, nhiệt độ cao, tải trọng va đập lớn trong quá trình làmviệc Các yêu cầu đối với cơ cấu phân phối khí: đóng mở đúng quy luật và thờiđiểm; độ mở lớn; đóng kín, xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp; ít mòn,tiếng ồn nhỏ, dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp

I.2.2.1 Tổng quát về cơ cấu phối khí của động cơ 1UR-FE

Hình 2.12 Cơ cấu phân phối khí

Mỗi xy lanh của động cơ đều có 2 xupáp nạp và 2 xupáp thải, qua đó hiệuquả của quá trình nạp và thải đều được tăng lên Động cơ sử dụng cò mổ kiểucon lăn có gắn với ổ đũa kim Qua đó giảm được ma sát xảy ra giữa các vấu cam

và cò mổ, tăng tính kinh tế nhiên liệu Để điều chỉnh khe hở giữa vấu cam và cò

mổ, người ta sử dụng một con đội thủy lực hoạt động thông qua áp lực của dầu

và lò xo ép

Để đảm bảo thời gian đóng mở van có độ chính xác cao, các trục cam nạp

ở 2 phía của động cơ được dẫn động bởi 2 xích cam riêng biệt Trục cam xảđược dẫn động qua trục cam nạp tương ứng bởi xích cam phụ Động cơ sử dụng

hệ thống điều khiển van biến thiên thông minh kép (Dual VVT-i) để điều khiểncác trục cam nạp và xả để tối ưu thời gian đóng mở các xupáp nạp, xả cho phùhợp với điều kiện xe vận hành Sử dụng hệ thống Dual VVT-i giúp giảm lượngtiêu hao nhiên liệu, tăng hiệu suất của động cơ và giảm lượng phát xạ khí thải

Hình 2.13 Trục cam

Trục cam của động cơ 1UR-FE được làm từ hợp kim gang Trong các trụccam nạp và xả đều có các đường dẫn dầu để cung cấp dầu bôi trơn tới hệ thốngVVT-i Cơ cấu điều khiển VVT-i được đặt trước mỗi trục cam nạp và xả để thayđổi thời gian đóng và mở của các xupap

Cùng với việc sử dụng cò mổ kiểu con lăn, kết cấu của vấu cam cũngđược cải tiến Vấu cam được thiết kế để tăng được thời gian khi xupap bắt đầu

mở và đóng hoàn toàn giúp nâng cao công suất đầu ra của động cơ

I.2.2.3 Cơ cấu điều chỉnh khe hở giữa vấu cam và cò mổ

Con đội thủy lực được đặt ở điểm tựa của cò mổ, bao gồm các chi tiếtchính là chốt đẩy, lò xo chốt đẩy, bi điều chỉnh và lò xo bi điều chỉnh

Hình 2.14 Con đội thủy lực

Con đội thủy lực hoạt động nhờ dầu bôi trơn cung cấp từ nắp máy và các

lò xo gắn bên trong Áp lực của dầu và lực đẩy từ lò xo đã tác động lên chốt đẩy,

ép cò mổ luôn tiếp xúc với vấu cam, qua đó điều chỉnh khe hở giữa vấu cam và

cò mổ Nhờ vậy mà giảm được tiếng ồn phát ra trong quá trình xupáp đóng và

mở, dẫn tới giảm được tiếng ồn của động cơ

I.2.3 Hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn của động cơ có chức năng lọc sạch rồi đưa dầu bôi trơnđến các bề mặt cần bôi trơn

I.2.3.1 Tổng quát về hệ thống bôi trơn động cơ 1UR-FE

Dầu bôi trơn cung cấp tới động cơ theo một chu kỳ hoàn toàn khép kín vàqua bộ lọc dầu Bơm dầu sử dụng rôto dạng xicloit, bộ lọc dầu có thể thay thếđược phần tử lọc Bộ làm mát dầu bằng nước được lắp đặt theo sự lựa chọn củakhách hàng

I.2.3.2 Bơm dầu

Bơm dầu sử dụng rôto dạng xicloit, được dẫn động trực tiếp từ trục khuỷucủa động cơ Bơm dầu sử dụng phương pháp tự bổ sung dầu với vòng tuần hoàncủa dầu thông qua một đường hút dầu ở trong bơm Điều này giúp hạn chế sựthay đổi mức dầu ở các te, giảm ma sát và giảm tỉ lệ không khí lẫn ở trong dầu

Hình 2.15 Hệ thống bôi trơn

Hình 2.16 Bơm dầu

I.2.3.3 Vòi phun dầu

Hình 2.17 Vòi phun dầu

Ở giữa 2 dãy xy lanh của thân máy có đặt 4 vòi phun dầu có nhiệm vụ làmmát và bôi trơn các pit tông Trong mỗi vòi phun có van một chiều để ngănkhông cho dầu cung cấp thêm khi áp suất của dầu thấp Điều này giữ cho áp suấtcủa toàn bộ dầu trong động cơ không bị tụt xuống quá thấp

I.2.3.4 Lọc dầu

Với công nghệ mới, bộ lọc dầu sử dụng một phần tử lọc có thể thay thếđược Phần tử lọc này là một loại giấy lọc có khả năng lọc cao để cải thiện chấtlượng lọc dầu Loại giấy lọc này cũng có thể đốt được để bảo vệ môi trường saukhi thay thế.

Nắp bộ lọc dầu được làm từ nhựa để giảm khối lượng Bộ lọc dầu này cócấu trúc để có thể rút được toàn bộ dầu còn lại bên trong Qua đó ngăn việc dầu

bị văng tung tóe ra ngoài khi thay thế phần tử lọc và giúp các kỹ thuật viênkhông phải tiếp xúc với dầu nóng

Hình 2.19 Vòng tuần hoàn của dầu bôi trơn I.2.4 Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát có chức năng giải nhiệt từ các chi tiết nóng (pít tông,

xy lanh, nắp xy lanh, xupap, …) để chúng không bị quá tải nhiệt Ngoài ra làmmát động cơ còn có tác dụng duy trì nhiệt độ dầu bôi trơn trong một phạm vinhất định để duy trì các chỉ tiêu kỹ thuật của chất bôi trơn

I.2.4.1 Tổng quát về hệ thống làm mát của động cơ 1UR-FE

Hệ thống làm mát của động cơ 1UR-FE là một hệ thống tuần hoàn cưỡngbức và có bình chứa phụ thông với két nước làm mát Đường phân phối nướclàm mát cho động cơ được đặt giữa hai dãy xy lanh ở thân máy

Van hằng nhiệt cùng với van thông được đặt ở đầu vào của bơm nước cótác dụng duy trì sự phân bố nhiệt độ thích hợp trong hệ thống làm mát.

Lõi của bộ tản nhiệt được làm bằng nhôm để giảm khối lượng Quạt làmmát có 2 chế độ tùy theo nhiệt độ nước làm mát, có gắn với khớp chất lỏng Khinhiệt độ thấp quạt sẽ quay ở tốc độ thấp để giảm tiếng ồn của quạt

Dung dịch làm mát cho động cơ là dung dịch làm mát có tuổi thọ cao củaToyota sản xuất, dung dịch này có màu đỏ

Hình 2.20 Hệ thống làm mát

I.2.4.2 Bơm nước

Hình 2.22 Bơm nước

Rôto của bơm nước được làm từ thép không gỉ Bơm nước có nhiệm vụluân chuyển nước làm mát tới đường phân phối nước làm mát cho động cơ ởgiữa hai dãy xy lanh của thân máy

I.2.4.3 Đường phân phối nước làm mát cho động cơ

Hình 2.23 Đường phân phối nước làm mát cho động cơ

Bơm nước luân chuyển nước làm mát qua đường phân phối nước làm mátcho động cơ nằm ở giữa 2 dãy xy lanh Từ đây, nước làm mát được phân bố đềutới từng xy lanh, và cũng trực tiếp cung cấp nước tới các nắp xy lanh Qua đóhiệu quả làm mát của nắp xy lanh được đảm bảo và tính an toàn được cải thiện.

độ hoạt động

Hệ thống nạp có chiều dài hiệu dụng thay đổi (ACIS) được sử dụng nhằmtăng hiệu suất của động cơ ở mọi khoảng tốc độ Ống góp khí nạp được làmbằng chất dẻo Ống xả và các ống góp khí thải được làm bằng thép không gỉ.Van tuần hoàn khí thải sử dụng động cơ bước và cơ cấu làm mát khí thải tuầnhoàn để tăng tính kinh tế nhiên liệu

I.2.5.2 Bộ lọc khí

Hình 2.25 Bộ lọc khí

Phần tử lọc khí được làm từ vải không dệt Tấm lọc cacbon được đặttrong bộ lọc khí thải có tác dụng hấp thụ các hydro cacbon tích tụ ở hệ thốngnạp khi động cơ dừng lại để giảm lượng khí thải thoát ra

I.2.5.3 Cổ họng gió

Hình 2.26 Cổ họng gió

Cảm biến vị trí bướm ga và môtơ điều khiển bướm ga được hợp nhất lạivới nhau, qua đó đạt được hiệu quả điều khiển bướm ga một cách cao nhất.Môtơ điều khiển bướm ga là loại môtơ điện một chiều với độ nhạy cao và tiêuhao điện năng ở mức nhỏ nhất Động cơ chuyển mạch bằng điện tử (ECM) thựchiện chu trình biến dòng xoay chiều thành một chiều và điều chỉnh cưởng độdòng điện của dòng cung cấp tới motơ điều khiển bướm ga để điều chỉnh góc

mở của bướm ga

I.2.5.5 Hệ thống tuần hoàn khí thải

Van tuần hoàn khí thải được lắp đặt một động cơ bước để điều khiển sựđóng mở của van Nước làm mát tuần hoàn qua van để đảm bảo van không bị

quá nóng Cơ cấu làm mát khí thải tuần hoàn được bố trí trên đường đi của khíthải từ nắp xy lanh tới van tuần hoàn khí thải Trong cơ cấu làm mát, nước làmmát chảy theo bốn tầng ngang qua các dòng khí thải để làm giảm nhiệt độ khíthải.

Hình 2.28 Van tuần hoàn khí thải

Hình 2.29 Cơ cấu làm mát khí thải tuần hoàn I.2.5.6 Ống góp khí xả

Ống góp khí xả được làm từ thép không gỉ để giảm được khối lượng cũngnhư không bị gỉ Tấm cách nhiệt ở các ống góp khí xả làm từ nhôm được dập

sóng Qua đó đảm bảo độ bền cũng như tăng được diện tích bề mặt để tăngcường khả năng phân tán sức nóng Ngoài ra, một kết cấu di động được sử dụng

ở các nơi lắp bulông để giảm sự truyền nhiệt và dao động tới tấm cách nhiệt vàtăng cường độ bền

Cùng với việc sử dụng hệ thống bơm khí, các đường ống bơm khí đượcđặt trên các ống gom khí xả của mỗi dãy xy lanh

Hình 2.30 Ống góp khí xả I.2.5.7 Ống xả

Hình 2.31 Ống xả

Ống xả được làm từ thép không gỉ để giảm trọng lượng và tăng khả năngchống gỉ Mỗi bên ống xả trước có các bộ lọc khí thải 3 thành phần bằng sứ Qua

đó chất lượng khí thải phát ra của động cơ được tăng lên

I.2.6 Hệ thống cung cấp nhiên liệu

I.2.6.1 Tổng quát

Hệ thống nhiên liệu của động cơ 1UR-FE có cơ cấu điều khiển dừng bơmnhiên liệu khi các túi khí phía trước hay phía bên bung ra Vòi phun có 12 lỗ nhỏ

để tăng khả năng phun tơi nhiên liệu

Bộ đầu nối nhanh được sử dụng để liên kết các ống dẫn nhiên liệu để tạođiều kiện thuận lợi cho việc sửa chữa, bảo dưỡng

Bình nhiên liệu được sử dụng có nhiều lớp Ngoài ra còn có hệ thốngkiểm soát sự bay hơi nhiên liệu

Hình 2.32 Hệ thống cung cấp nhiên liệu I.2.6.2 Vòi phun và ống dẫn nhiên liệu

Vòi phun có 12 lỗ nhỏ giúp cho quá trình phun nhiên liệu vào xy lanhđược tơi hơn

Hình 2.33 Vòi phun

I.2.7.1 Tổng quát về hệ thống đánh lửa động cơ 1UR-FE

Động cơ 1UR-FE sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) Sử dụng hệthống này giúp cải thiện thời gian đánh lửa chính xác hơn, giảm mất mát củadòng điện cao áp, và nâng cao độ tin cậy của hệ thống đánh lửa bằng cách không

sử dụng bộ chia điện

Hệ thống đánh lửa trực tiếp là một hệ thống đánh lửa độc lập, bởi mỗi xylanh đều có một bô bin điện tích hợp với một IC đánh lửa

Hình 2.34 Sơ đồ hệ thống đánh lửa I.2.7.2 Bô bin

Hình 2.35 Bô bin

Hệ thống đánh lửa trực tiếp bao gồm 8 bộ bô bin chia đều cho 8 xy lanh.Nắp chụp bugi được hợp nhất với bô bin Ngoài ra, IC đánh lửa được bao bọcbên trong bô bin để đơn giản hóa hệ thống

I.2.7.3 Bugi

Hình 2.36 Bugi

Phần ren của bugi được thiết kế dài hơn, qua đó cho phép phần nắp xylanh bao quanh bugi dày hơn Vì vậy nước làm mát có thể tiếp xúc gần hơn vớibuồng đốt để tăng hiệu quả hệ thống làm mát

Bugi có cực trung tâm bằng Iridium có thể sử đạt được thời hạn sử dụngtới 200000km Việc sử dụng điện cực trung tâm bằng Iridium đã nâng cao hiệuquả đánh lửa hơn so với sử dụng điện cực bằng bạch kim và cũng nâng cao độbền cho điện cực

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ Nemax II.1 Tính toán chu trình công tác của động cơ

II.1.1 Chọn các số liệu ban đầu.

1 Công suất lớn nhất của động cơ Nemax = 231 kW

2 Tốc độ vòng quay trục khủy ở chế độ Nemax là nNemax = 5600 v/ph

3 Số kỳ của động cơ τ = 4

4 Số xy lanh của động cơ i = 8

5 Tốc độ trung bình của pít tông C TB = Sn30= 83.1030−3.5600=15,49[m/s]

6 Tỷ số giữa hành trình của pít tông và đường kính xy lanh: a = S/D = 83/94

7 Hệ số kết cấu λ= 1/5,1÷1/3,2 Chọn λ = 0,3

8 Tỷ số nén  = 10,2

tốc độ lớn nên cản trở khí động lớn nên với α = 0,85 ÷ 0,90, chọn α = 0,85

10 Nhiệt độ môi trường: Chọn nhiệt độ trung bình của moi chất ở nước ta là T =

24o C vậy T0= 273 + T = 273+24 = 297 o C

11 Áp suất môi trường: Giá trị ấp suất khí quyển ở độ cao mực nước biển là p

= 0.103 MN/m2 Để tiện trong tính toán lấy p0 = 0,103 MN/m2

12 Hệ số nạp η v : Động cơ có cơ cấu phân phối khí xu pap treo nên hệ số nạp ởchế độ Nemax thường trong khoảng η v= 0,75 0,82 Ở chế độ Nemax tốc độ quaylớn nên thời gian nạp ngắn và cản trở khí động lớn, chọn η v= 0,82

13 Áp suất cuối quá trình thải pr: Ở chế độ Nemax tốc độ quay của động cơ caovận tốc dòng khí thải lớn, sức cản trên đường thải tăng : pr = ( 1,1  1,2) 105

N/m2 Chọn pr = 0,12 MN/m2

14 Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr : Ở chế độ Nemax , tốc độ quay lớn thời giantạo hỗn hợp giảm, cháy rớt nhiều Tr tăng T r = 900  11000 K chọn T r=1100 oK

tốc dòng khí nạp lớn, thời gian tiếp xúc giữa khía nạp và các chi tiết nóng giảm.Với ΔT = 10  300K chọn ΔT = 150K

16 Chỉ số nén đa biến trung bình n1: Với n1 = 1,34  1,37 chọn n1 = 1,37

17 Hệ số sử dụng nhiệt z: Ở chế độ Nemax thời gian cấp nhiệt nước làm mátngắn, lọt khí giảm, lọt khí giảm Nhiên liệu cháy tốt nhiệt tỏa ra nhiều do đóchọn ξ z = 0,92

18 Nhiệt trị thấp của nhiên liệu Q t Nhiệt trị thấp của xăng là Q t= 44.103

KN/kgnl

19 Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2 : ở chế độ Nemax hiện tượng cháy rớt kéodài n2 giảm Với n2 = 1,231,27 chọn n2 = 1,23

20 Trọng lượng phân tử nhiên liệu nl = 114 kg/kmol

21 Áp suất tăng áp pk: Động cơ xăng tăng áp thấp pk = 0,15 Mpa

22 Hệ số nạp phụ Δ = 1,02÷1,07 chọn Δ = 1.05

23 Hệ số quét buồng cháy ηr= 1,05÷ 1,15 chọn ηr = 1,08

24 Chỉ số nén đoạn nhiệt của không khí: k = 1,41

25 Hằng số khí của không khí R = 0,288 KJ/kgđộ

26 Nhiệt rung riêng đẳng áp của không khí: C p=1,003 KJ Kgđộ

27 Áp suất của khí thải trước cửa vào tua bin khí dùng để dẫn động bơm tăng

6 Tỉ số giữa hành trình pít tông và đường kính xy lanh a 0,883

11 Áp suất môi trường p0 0,103 MN/m2

13 Áp suất khí thể cuối quá trình thải cưỡng bức pr 0,12 MN/m2

18 Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT 44.103 KJ/kgnl

19 Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2 1,23

24 Chỉ số nén đoạn nhiệt của không khí k 1,41

26 Nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí Cp 1,003 KJ/kgđộ

27 Áp suất của khí thải trước cửa vào tuabin khí dùng để dẫn động bơm tăng

2

II.1.2 Tính toán các quá trình của chu tình công tác

II.1.2.1 Tính toán quá trình trao đổi khí

- Mục đích: Xác định các thông số cuối quá trình nạp như áp suất pa vànhiệt độ Ta.

- Hệ số khí sót r:

Hệ số được xác định theo công thức:

γ r= p r T0(ε−1)p0T r η v

Thay số vào ta được:

( 10.2−1 ) 0,103 1100 0,82=0,042

- Nhiệt độ cuối quá trình nạp T:

Giá trị của Ta được xác định theo công thức sau:

- Áp suất cuối quá trình nạp pa:

Giá trị của pa được xác định theo công thức sau

p a = ε−1 ε . η v p0(1+γ r)T a

T0 =¿ [MN/m2]Thay số vào ta được:

p a= 10,2−110,2 .( 1+0,042 ).0,82.0,103 343,762297 =0,092 [MN/m2]

II.1.2.2 Tính toán quá trình nén.

- Mục đích: Xác định các thông số như áp suất pc và nhiệt độ Tc cuối quátrình nén

- Áp suất cuối quá trình nén pc:

Giá trị của pc được xác định theo công thức sau:

pc = pa .ε n1 [MN/m2]Thay số vào ta được:

p c = p a .ε n1 =0,092.10,2 1,37 =2,22 [MN/m2]

- Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:

Giá trị của Tc được xác định theo công thức sau:

Tc = Ta .ε n1 −1 [K]

Thay số vào ta được:

T c=343,762.10,2 1,37−1 =811,78 [0K]

II.1.2.3 Tính toán quá trình cháy.

- Mục đích: Xác định các thông số như áp suất pz và nhiệt độ Tz cuối quátrình cháy

- Tính toán tương quan nhiệt hóa: Mục đích tính toán tương quan nhiệthóa là xác định những đại lượng đặc trưng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hóa

để làm cơ sở cho việc tính toán nhiệt động

Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn một kg nhiên liệu ở thể lỏng là:

Thay số vào ta được:

M2=0,79.0,4352+ 0,855

12 + 0,1452 =0,488 [ Kmol / kgnl]

Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết: β0

Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết được xác định theo công thức sau:

β0=M2

M1 = ¿

Thay số vào ta được:

β0= 0,488 0,444=1,10

Hệ số thay đổi phân tử thực tế: 

Hệ số thay đổi phân tử thực tế được xác định theo công thức sau:

β= β0+γ r 1+γ r = ¿

Thay số vào ta được:

β= 1,10+0,0421+0,042 =1,096

- Tính toán tương quan nhiệt động:

Xác định nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz: Để xác định Tz ta sử dụngphương trình nhiệt động

(Q T −ΔQ T).ξ Z

M1.(1+γ r) +μ cvc T C =β μ cvz .T Z (*)Trong đó:

+ cvc nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuốiquá trình nén

+ cvz nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z

+ QT là tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hoàn toàn

Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quátrình nén