KHẢO sát hệ THỐNG nạp THẢI TRÊN ĐỘNG cơ 1NZ FE TRÊN XE TOYOTA VIOS

KHẢO SÁT HỆ THỐNG NẠP THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ 1NZFE TRÊN XE TOYOTA VIOS là một đồ án hay bảo ích giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về quá trình nạp thải. Nó là kiến thức cốt lõi cuối mục có chú thích một cách trung thực về số liệu là một đồ án hay bảo ích

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Lê Chính

3 Tên đề tài: Khảo sát hệ thống nạp - thải trên động cơ 1NZ-FE trên xe TOYOTAVIOS

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Điểm đánh giá:……/10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

2 Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày… tháng…năm 2019

Người hướng dẫn

GS.TS Trần Văn Nam

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Lê Chính

3 Tên đề tài: Khảo sát hệ thống nạp - thải động cơ 1NZ-FE trên xe Toyota Vios

4 Người phản biện: Bùi Văn Ga Học hàm/ học vị: Giáo sư

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải

1a

- - Tính mới (nội dung chính của ĐATN có những phần mới

so với các ĐATN trước đây)

- - Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; có thể ứng dụng

thực tiễn

15

1b

- - Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến thức

cơ bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên cứu

- - Chất lượng nội dung ĐATN (thuyết minh, bản vẽ, chương

trình, mô hình,…)

50

1c

- - Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm ứng dụng

trong vấn đề nghiên cứu;

- - Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài ứng

dụng trong vấn đề nghiên cứu;

- - Có kỹ năng làm việc nhóm;

15

3 Tổng điểm đánh giá theo thang 100:

Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

- Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

Tên đề tài: Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE trên xe Toyota viosSinh viên thực hiện: Nguyễn Lê Chính

Số thẻ sinh viên: 103140009 Lớp: 14C4A

Đề tài đồ án tốt nghiệp được chia làm 4 phần với nội dung được trình bày như sau: Phần 1: Tổng quan về hệ thống nạp thải trên động cơ 1NZ-FE Nội dung của phầnnày chủ yếu khái quát về công dụng, yêu cầu của hệ thống nạp thải, hệ thống nạpthải cổ điển và hiện đại Bên cạnh đó nêu rõ lên kết cấu của các cơ cấu phân phốikhí

Phần 2: Giới thiệu tổng thể về động cơ 1nz-fe Nội dung phần này đi vào tìm hiểu

về xe được khảo sát Sử dụng các tài liệu tham khảo với mục đích tìm ra được cácthông số kỹ thuật của xe Toyota vios Làm cơ sở cho công việc kiểm nghiệm ở cácphần sau Ngoài ra giới thiệu một số các hệ thống khác trên xe để trang bị tổng quanhơn, đầy đủ hơn về loại xe này Nội dung tìm hiểu sâu hơn đối với xe khảo sát.Trong phần này phân tích kĩ kết cấu các thành phần chính của hệ thống Tính toáncác chu trình công tác của động cơ 1NZ-FE

Phần 3: Khảo sát hệ thống nạp thải của động cơ 1NZ-FE Phần này em đi sâu vàotìm hiểu sơ đồ bố trí của hệ thống, các đường ống nạp thải, kết cấu nguyên lí làmviệc của các van, các cảm biến

Phần 4: Kiểm tra, chẩn đoán và sửa chữa hư hỏng hệ thống nạp thải ô tô Toyotavios Nội dung phần này tập trung tìm hiều chẩn đoán các hư hỏng thường xảy ratrên xe khảo sát Để từ đó tiến hành công tác bão dưỡng cần thiết đối với xe khảosát, cũng như các dòng xe khác Áp dụng các trang thiết bị để phục vụ công tácchẩn đoán nhanh chóng Kiểm tra các bộ phận của hệ thống nạp thải trên xe

Nội dung đề tài không chỉ giới hạn đối với xe Toyota vios nói riêng mà còn có thể

áp dụng trên các dòng xe khác và làm rõ vai trò của công tác kiểm nghiệm xe ô tô

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Lê Chính Số thẻ sinh viên: 103140009Lớp: 14C4A Khoa: Cơ Khí Giao Thông Ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí

1 Tên đề tài đồ án: KHẢO SÁT HỆ THỐNG NẠP-THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ

1NZ-FE TRÊN XE VIOS

2 Đề tài thuộc diện: ☐Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thựchiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Các thông số xe Kia Optima

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

-Chương 1: Tổng quan về hệ thống nạp thải

-Chương 2: Giới thiệu tổng thể về động cơ 1NZ-FE và tính toán các chu trình công tác.

-Chương 3: Khảo sát hệ thống nạp thải động cơ 1NZ-FE

-Chương 4: Kiểm tra bảo dưỡng các cụm chi tiết trong hệ thống nạp thải động cơ 1Nz-FE.

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

- Bản vẽ phuơng án bố trí đường nạp và thải động cơ 1 A3

- Bản vẽ mặt cắt ngang động cơ 1NZ-FE 1 A3

- Bản vẽ mặt cắt dọc động cơ 1NZ-FE 1 A3

- Bản vẽ sơ đồ hệ thống nạp thải động cơ 1NZ-FE 1 A3

- Bản vẽ sơ đồ bố trí hệ thống nạp thải động cơ 1NZ-FE 1 A3

- Bản vẽ kết cấu bộ xúc tác ba chức năng 1 A3

- Bản vẽ các cảm biến trong hệ thống nạp thải 1 A3

- Bản vẽ các van trong hệ thống phụ trợ 1 A3

6 Họ tên người hướng dẫn: Trần Văn Nam

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 18/09/2019

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp chế tạo ô tô đang trên đà pháttriển mạnh mẽ, đặc biệt cùng với việc ứng dụng khoa học kỹ thuật công nghệ vàotrong ngành đã đưa ngành công nghiệp chế tạo ô tô hoà nhập cùng với tốc độ pháttriển của sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.

Do điều kiện kinh tế ngày càng nâng cao nên xe VIOS là loại xe do hãngTOYOTA chế tạo được đưa vào nước ta trong những năm gần đây để phục vụ nhucầu đi lại của người dân, đặc biệt là người dân sống ở khu vực thành thị Xe VIOS

là loại xe rất thông dụng và được ưa chuộng ở Việt Nam Xe Vios là một trongnhững xe bán chạy nhất tại thị trường Việt Nam Vì vậy việc tìm hiểu về tính năng

kỹ thuật của xe, cụ thể là hệ thống nạp - thải là hết sức cần thiết đối với một sinhviên thuộc chuyên ngành động lực Do đó em đã chọn đề tài “Khảo sát hệ thống nạp

- thải trên động cơ 1NZ-FE " lắp trên xe VIOS Đây là một cơ hội vô cùng thuận lợi

để em củng cố những kiến thức cơ bản về hệ thống nạp thải trên động cơ nói chung,đồng thời trên cơ sở đó tìm hiểu những đặc điểm mới về kết cấu của hệ thống nạp -thải trên một động cơ mới được phát triển trong thời gian gần đây

Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảocòn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em khôngtránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ

án của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn GS.TS TRẦN

VĂN NAM các thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí Giao Thông cùng tất cả các bạn

sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này

Đà nẵng ngày 31 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực hiện

NGUYỄN LÊ CHÍNH

Tôi xin cam đoan đây là phần nghiên cứu và thể hiện đồ án tốt nghiệp của riêngtôi Các số liệu sử dụng phân tích trong đồ án có nguồn gốc rõ ràng và được công

bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu do tôi tự tìm hiểu và phân tích mộtcách trung thực, khách quan, phù hợp với thực tiễn của Việt Nam Các kết quả nàychưa được công bố trong bất cứ nghiên cứu nào khác Những số liệu trong các bảngbiểu, công thức phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được thu thập từ cácnguồn được trích dẫn rõ ràng trong phần tài liệu tham khảo Ngoài ra trong đồ áncòn có trích dẫn các tiêu chuẩn quy định của nước ta đều được nêu và chú thích rõràng về nguồn gốc

Nếu có phát hiện bất kỳ sự gian lận nào tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm vềnội dung đồ án tốt nghiệp của mình và chịu mọi kỷ luật của khoa và nhà trường đềra

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lê Chính

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ v

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu đề tài 1

3 Phương pháp nghiên cứu 1

4 Kết cấu đồ án 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NẠP THẢI 2

1.1 Sự phát triển của hệ thống nạp thải 2

1.1.1 Công dụng của hệ thống nạp thải 2

1.1.2 Yêu cầu 2

1.1.3 Hệ thống nạp thải cổ điển 2

1.1.4 Sự khác nhau giữa hệ thống phân phối khí cổ điển và hiện đại 11

1.2 Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải của động cơ đốt trong 12

1.3 Đặc điểm quá trình nạp-thải trong động cơ đốt trong 12

1.3.1 Quá trình nạp 13

1.3.2 Quá trình thải 14

Chương 2: ĐỘNG CƠ 1NZ-FE 17

2.1 Giới thiệu chung về động cơ 1NZ-FE 17

2.1.1.Đặc điểm kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ 1NZ-FE 18

2.2.Tính toán các chu trình công tác của động cơ 1NZ-FE 28

2.2.1 Các số liệu ban đầu 29

2.2.2 Các thông số chọn 29

2.2.3.Tính toán các chu trình công tác 30

Chương 3 KHẢO SÁT HỆ THỐNG NẠP – THẢI ĐỘNG CƠ 1NZ-FE 37

3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp-thải động cơ 1NZ-FE 37

3.2 Đường ống nạp 38

3.2.1 Lọc không khí 38

3.2.2 Cổ họng gió 38

3.2.3 Bộ góp nạp 40

3.2.4 Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của các cảm biến trên đường nạp 41

3.3 Đường ống thải 45

3.3.1 Bộ góp thải 45

3.3.2 Bộ xúc tác 3 chức năng kết hợp hệ thống điều khiển hồi tiếp nhiên liệu 45

3.4 Kết cấu nắp máy và phương án bố trí đường nạp- thải trên động cơ

1NZ-FE 50

3.5 Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải động cơ 1NZ-FE 51

3.5.1 Hệ thống thông hơi cacte 52

3.5.2 Hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải 54

3.5.3 Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng 55

Chương 4: KIỂM TRA BẢO DƯỠNG CÁC CỤM CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG NẠP THẢI ĐỘNG CƠ 1NZ-FE 58

4.1 Những hư hỏng thường gặp 58

4.2 Kiểm tra hệ thống thông hơi cạc te 59

4.3 Kiểm tra hệ thống kiểm soát sự thải hơi xăng 59

4.4 Kiểm tra hệ thống hồi lưu khí thải 59

4.5 Kiểm tra các cảm biến 60

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

Hình 1-1 Biểu diễn kết cấu cơ cấu phân phối khí xupáp đặt

Hình 1-2 Thể hiện kết cấu Cơ cấu phân phối khí xupáp treo

Hình 1-3 Biểu diễn kết cấu xupáp treo dẫn động trực tiếp

Hình 1-4 Đồ thị biểu diễn momen động cơ

Hình 1-5 Biểu diễn Sơ đồ thời điểm phối khí

Hình 1-6 Đồ thị biểu diễn biên dạng cam tác dụng

Hình 1-7 Biểu diễn cấu tạo của hệ thống mivec

Hình 1-8 Thể hiện hoạt động của các cam ở tốc độ thấp

Hình 1-9 Thể hiện hoạt động của các cam ở tốc độ cao

Hình 1-10 Đồ thị công của quá trình trao đổi khí trong động cơ 4 kỳ

Hình 1-11 Biểu diễn diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ

Hình 2-1 Biểu diễn kết cấu trục khuỷu

Hình 2-2 Biểu diễn kết cấu Thanh truyền

Hình 2-3 Biểu diễn kết cấu Pittông

Hình 2-4 Biểu diễn Nắp máy

Hình 2-5 Biểu diễn Thân máy

Hình 2-6 Sơ đồ biểu diễn bố trí cơ cấu phân phối khí

Hình 2-7 Thể hiện Sơ đồ dẫn động xúpap

Hình 2-8 Thể hiện Sơ đồ hệ thống bôi trơn

Hình 2-9 Biểu diễn Sơ đồ hệ thống làm mát

Hình 2-10 Biểu diễn Sơ đồ hệ thống đánh lửa

Hình 2-11 Thể hiện Sơ đồ hệ thống nhiên liệu

Hình 2-12 Biểu diễn Sơ đồ điều khiển máy khởi động

Hình 2-13 Biểu diễn một số phương án quét thải trên động cơ hai kỳ

Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống nạp - thải

Hình 3-2 Biểu diễn kết cấu cổ họng gió

Hình 3-3 Quan hệ tỷ lệ giữa góc nhấn bàn đạp ga và góc mở bướm gaHình 3-4 Quan hệ giữa góc nhấn bàn đạp ga, góc mở bướm ga và gia tốc xeHình 3-5 Biểu diễn bộ góp nạp

Hình 3-6 Thể hiện Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy

Hình 3-7 Sơ đồ mạch điện điều khiển của cảm biến đo lưu lượng không khí.Hình 3-8 Biểu diễn cảm biến nhiệt độ khí nạp kiểu dây sấy

Hình 3-9 Thể hiện Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp

Hình 3-11 Thể hiện Sơ đồ điện cảm biến vị trí bướm ga

Hình 3-12 Biểu diễn bộ góp thải

Hình 3-13 Thể hiện Vùng làm việc của bộ xúc tác 3 chức năng

Hình 3-14 Biểu diễn kết cấu bộ xúc tác ba chức năng

Hình 3-15 Thể hiện Đường đặc tính làm việc của bộ xúc tác

Hình 3-16 Biểu diễn kết cấu cảm biến oxy

Hình 3-17 Thể hiện Quan hệ giữa tỷ lệ không khí – nhiên liệu với điện áp cảm biến oxi và lượng phun

Hình 3-18 Biểu diễn kết cấu bộ giảm âm chính

Hình 3-19 Biểu diễn kết cấu nắp máy

Hình 3-20 Thể hiện Sơ đồ hệ thống thông hơi cacte

Hình 3-21 Biểu diễn Các chế độ làm việc của van PCV

Hình 3-22 Biểu diễn đường đặc tính lưu lượng van PCV

Hình 3-23 Sơ đồ hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải

Hình 3-24 Biểu diễn kết cấu van EGR

Hình 3-25 Thể hiện Sơ đồ hệ thống kiểm soát sự bay hơi xăng

Hình 3-26 Biểu diễn Van điện từ điều khiển thoát hơi nhiên liệu

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài.

Ngành công nghiệp ô tô là một trong những ngành quan trọng trên thế giới Cácnhà nghiên cứu chế tạo luôn mong muốn có được động cơ đốt trong đảm bảo đượctính kinh tế và tính hiệu quả cao.Trong khi đó hệ thống nạp thải cổ điển còn nhiềuhạn chế Để khắc phục những hạn chế đó, đã có những ý tưởng cải thiện hệ thốngnạp thải để tạo hiệu suất tối ưu cho động cơ, giải quyết được vấn đề nhiên liệu Đểhiểu rõ hơn những vấn đề đó em đề tài “ khảo sát hệ thống nạp thải trên động cơ1nz-fe ” được lắp trên xe Toyota Vios

2 Mục tiêu đề tài.

Tìm hiểu hệ thống nạp thải của động cơ sẽ giúp em thấy rõ sự quan trọng của hệthống này Đồng thời củng cố và bổ sung kiến thức về chuyên ngành Tìm hiểu,nắm vững cấu tạo, nguyên lý làm việc, kết cấu… của chi tiết, cụm chi tiết để từ đórút ra ưu nhược điểm và có kiến thức cơ bản về chẩn đoán, phát hiện những hư hỏngthường gặp, tìm cách khắc phục và phát triển chúng ngày càng tốt hơn

3 Phương pháp nghiên cứu.

Dựa vào kiến thức qua các môn đã được học kết hợp với giáo trình, báo, tạp chí ô

tô, internet Từ đó em xây dựng nên đồ án tốt nghiệp

Chương 4: Em nêu ra những hư hỏng và kiểm tra bảo dưỡng các cụm chi tiết trong

hệ thống nạp thải động cơ 1nz-fe

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NẠP THẢI

1.1 Sự phát triển của hệ thống nạp thải.

Như chúng ta đã biết, ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của nền khoahọc công nghệ Các hãng sản xuất ôtô như Honda, Toyota, Ford…đã lần lượt đưa ranhiều sản phẩm với nhiều động cơ có những tính năng hiện đại Một trong nhữngtính năng đó là việc áp dụng sự điều khiển tự động vào hệ thống phân phối khí trongđộng cơ Với sự điều khiển này sẽ làm thay đổi được góc phân phối khí phù hợp vớitừng dãi tốc độ của động cơ, đảm bảo được yêu cầu của cuộc sống đặt ra như việc

sử dụng động cơ có tính kinh tế cao, tiết kiệm được lượng nhiên liệu tối thiểu khi sửdụng Động cơ phải phát huy được hết công suất ở những dải tốc độ khác nhau.Ngoài ra động cơ khi làm việc cũng đảm bảo nhiều qui định về mức độ ô nhiễm môitrường của các quốc gia cũng như yêu cầu về kinh tế của người tiêu dùng Tuy cácbiện pháp tiến hành cải tiến của các hãng sản xuất khác nhau nhưng đều tìm cáchđiều khiển và chế tạo các cơ cấu để dẫn động cơ cấu phối khí gần với giá trị tínhtoán lý thuyết lý tưởng

1.1.1 Công dụng của hệ thống nạp thải.

Hệ thống nạp thải có nhiệm vụ đưa hỗn hợp không khí- nhiên liệu vào buồngcháy để thực hiện quá trình cháy của động cơ, đồng thời đưa sản phẩm cháy từbuồng cháy thoát ra ngoài Hệ thống nạp thải phải đảm bảo cung cấp đủ lượng hỗnhợp có thành phần hoà khí thích hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ, thảisạch sản phẩm cháy ra ngoài trong quá trình thải, sao cho hiệu suất động cơ là lớnnhất và giảm ô nhiễm môi trường, giảm tiếng ồn

1.1.2 Yêu cầu.

Phải đảm bảo quá trình thay đổi khí như nạp đầy thải sạch Đóng mở xupap đúng quy luật và đúng thời gian quy định Độ mở lớn để dòng khí dễ dàng lưu thông Đóng xupáp phải kín nhằm đảm bảo áp suất nén, không bị cháy do lọt khí Xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp Ít va đập, tránh gây mòn Dễ dàng điều

chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp

1.1.2 Hệ thống nạp thải cổ điển.

1.1.2.1 Cơ cấu xupap đặt.

- Nguyên lí làm việc: Khi động cơ làm việc thông qua dẫn động từ bánh răng trục khuỷu 10 làm cho trục cam 8 quay, khi trục cam quay vấu cam sẽ tác động lên con đội 7 làm cho con đội chuyển động đi lên và tác dụng vào đuôi xupáp

1 làm cho xupáp chuyển động đi lên lúc này lò

xo 3 bị nén lại Khi xupáp chuyển động đi lên

sẽ mở thông cửa nạp với bên trong xilanh (nếu

ở xupáp hút) ở bên trong xilanh với cửa xả

(nếu ở xupáp xả) Khi vấu cam 8 không tác

động vào con đội nữa lúc này lò xo 3 dãn ra và

làm cho xupáp đóng lại, kết thúc quá trình hút

hoặc quá trình thải của động cơ

1-Xuppáp; 2-Ống dẫn hướng; 3-Lò xo;

4-Đĩa lò xo; 5-Ốc điều chỉnh; 6-Đai ốc

điều chỉnh; 7-Con đội; 8-Cam; 9-Bánh

răng trục cam; 10-bánh răng trục cơ

Hình 1-1 Biểu diễn kết cấu cơ cấu phân

phối khí xupáp đặt

+ Ưu điểm: Chiều cao động cơ giảm, kết cấu nắp xilanh đơn giản, dẫn động xupáp dễ dàng thuận tiện Số chi tiết của cơ cấu ít nên lực quán tính của cơ cấu nhỏ, bề mặt cam và con đội ít bi mòn

động cơ có tỉ số nén thấp Diện tích làm mát lớn dẫn tới tổn thất nhiệt nhiều, dẫnđến t giảm Tăng tổn thất khí động Do có nhiều hạn chế nên người ta chỉ sửdung phương án này cho các loại động cơ xăng có tỉ số nén thấp (<7,5) và số vòng quay không cao lắm

1.1.2.2 Cơ cấu phân phối khí xupap treo.

kết thúc quá trình hút hoặc quá trình thải của động cơ Quá trình này diễn ra liên tụctrong suốt quá trình làm việc của động cơ.

Hình 1-2 Thể hiện kết cấu Cơ cấu phân phối khí xupáp treo;

1-Ống dẫn hướng; 2-Lò xo xupáp; 3-Đĩa lò xo; 4-Móng hãm; 5-Xupáp; 6-Đònbẩy; 7-Vít chỉnh xupáp; 8-Đế xupáp; 9-Đũa đẩy; 10-Con đội; 11- Cam-Ưu điểm:

+ Buồng cháy nhỏ gọn, diện tích truyền nhiệt nhỏ, giảm được tổn thất nhiệt + Dễ tăng tỷ số nén, đường nạp đường thải thông thoáng, tăng hệ số nạp, giảm

hệ số khí sót đảm bảo góc phối khí chính xác hơn Đối với động cơ xăng có thể tăng tỉ số nén mà không kích nổ

-Nhược điểm:

+ Dẫn động xupáp phức tạp

+ Tăng chiều cao động cơ

+ Kết cấu nắp xilanh phức tạp, khó chế tao

+ Độ tin cậy thấp hơn phương án bố trí xupáp đặt

1.1.2.3 Cơ cấu phân phối khí xupáp treo dẫn động xupáp trực tiếp nhờ trục cam.

Hình 1-3 Biểu diễn kết cấu xupáp treo dẫn động trực tiếp;

1-Xupáp; 2-Ống dẫn hướng; 3-lò xo xupáp; 4-Đĩa lò xo; 5-Con đội; 6-Cam;

7-Móng hãm; 8-Đế xupáp-Nguyên lí làm việc:

Khi động cơ làm việc thông qua cơ cấu truyền động đến trục cam 6 làm cho trụccam 6 quay Khi bề mặt làm việc của cam 6 tác động vào con đội 5 làm cho nó chuyển động đi xuống, tác động vào đuôi xupáp 1 làm cho xupáp 1 chuyển động

đi xuống dẫn đến mở thông cửa nạp với bên trong xi lanh nếu như ở xupáp nạp

và bên trong xi lanh với bên ngoài cửa xả nếu như ở xupáp xả, lúc này lò xo 3

nhờ lực đẩy lò xo 3 làm cho xupáp 1 chuyển động đi lên và đóng kín không cho thông giữa bên trong xilanh với bên ngoài cửa nạp hoặc cửa xả

-Ưu điểm:

+ Kết cấu gọn

+ Làm việc ít tiếng ồn, có độ chính xác cao

- Nhược điểm:

+ Cơ cấu dẫn động trục cam phức tạp, yêu cầu độ chính xác chế tạo và lắp ghép

1.1.2.4 Nhược điểm của cơ cấu phân phối khí cổ điển:

Do tính chất của hòa khí và sau khi cháy mà 3 thông số thời điểm, độ nâng vàthời gian mở của các xupáp ở tốc độ thấp và tốc độ cao rất khác nhau Đối với động

cơ cổ điển thì công suất và mô-men xoắn cực đại ở tốc độ nào của xe thì phụ thuộcvào điều kiện sử dụng của xe đó Nếu đặt điều kiện hoạt động tối ưu của các xupáp

ở tốc độ thấp thì quá trình đốt nhiên liệu lại không hiệu quả khi động cơ ở trạng tháitốc độ cao, khiến công suất chung của động cơ bị giới hạn Ngược lại, nếu đặt điềukiện tối ưu ở số tốc độ cao thì động cơ lại hoạt động không tốt ở tốc độ thấp Từ

những hạn chế đó, thì cơ cấu phối khí hiện đại ra đời với ý tưởng là tìm cách tácđộng để thời điểm mở van, độ mở và khoảng thời gian mở biến thiên theo từngvòng tua khác nhau sao cho chúng mở đúng lúc, khoảng mở và thời gian mở đủ đểlấy đầy hòa khí vào buồng đốt Từ nhưng nhược điểm đó, người ta đã phát triểnthành hệ thống phối khí hiện đại để cải thiện tính tối ưu của động cơ Em xin giớithiệu một số hệ thống phân phối khí hiện đại dưới đây.

1.1.3 Hệ thống nạp thải hiện đại

Trên các động cơ hiện đại có trang bị hệ thống phân phối khí thông minh thì pha phân phối khí có thể điều chỉnh trong phạm vi nhất định sao cho động cơ hoạt

động hiệu quả ở mọi chế độ.

Hình 1-4 Đồ thị biểu diễn momen động cơ

- Ở chế độ cầm chừng (phạm vi số 1 trên biểu đồ) công sinh ra chỉ cần để thắng cáclực ma sát nên tốc độ động cơ thấp và khi có sự tăng tải bất ngờ thì động cơ dễ bịchết máy Chế độ này yêu cầu tỉ lệ hòa khí nạp vào xylanh động cơ đậm hơn và việcthải sạch khí thải để hệ số khí sót thấp dẫn tới môi chất công tác được tốt hơn Lúcnày cần pha phân phối khí trễ hơn tức điều chỉnh góc trùng điệp (14) nhỏ lại đểkhí cháy được thải sạch ra ngoài, giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp Điều nàylàm ổn định chế độ không tải

- Khi ở chế độ tải nhẹ (phạm vi số 2 trên biểu đồ) nghĩa là áp suất trên ống góp hútrất thấp nên có xu hướng hút khí xả trên ống góp xả lại nên thời điểm phối khí của

Điều này làm ổn định tốc độ động cơ

- Chế độ tải trung bình (phạm vi số 3 trên biểu đồ) pha phân phối khí của động cơđược điều chỉnh sớm và độ trùng lặp xupap tăng lên để tăng tuần hoàn khí thải

Tốc độ động cơ

Tải

động cơ

54

3

1 và 2Đường mômen động cơ

(EGR) Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu, hiệu suất làmviệc của động cơ tăng lên.

- Trong phạm vi tốc độ thấp tới trung bình với tải nặng (phạm vi số 4 trên biểu đồ)

do lúc này tốc độ động cơ thấp và tải nặng nên áp suất trên đường ống nạp lớn hơnxupap nạp cần được đóng sớm lại để hòa khí nạp vào đảm bảo vừa đủ cải thiện hiệusuất thể tích nạp Điều này làm cải thiện mômen xoắn ở tốc độ thấp tới trung bình

- Trong phạm vi tốc độ cao với tải cao (phạm vi số 5 trên biểu đồ) thì cần làm chậmthời điểm đóng xupap nạp để lợi dụng quán tính của dòng khí nạp tốc độ cao làmcải thiện hiệu suất thể tích nạp Điều này cải thiện công suất đầu ra

* Nguyên lý điều chỉnh trên các hệ thống phân phối khí thông minh:

Do động cơ trên ô tô hoạt động luôn thay đổi tốc độ mà mỗi tốc độ lại tương ứngvới các thông số thời điểm, độ nâng và thời gian mở của các xupap rất khác nhau.Nếu đặt điều kiện hoạt động tối ưu của các xupap ở tốc độ thấp thì quá trình đốtnhiên liệu lại không hiệu quả khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao, khiến công suấtchung của động cơ bị giới hạn Ngược lại, nếu đặt điều kiện tối ưu ở tốc độ cao thìđộng cơ lại hoạt động không tốt ở tốc độ thấp

-Sau đây em xin giới thiệu một số hệ thống phân phối khí hiện đại

1.1.3.1 Hệ thống VVT-i của Toyota.

* Nguyên lý hoạt động:

Hệ thống được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam tính theo góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho cácđiều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến

VVT-i là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ làm việc củađộng cơ VVT-i là cụm từ viết tắt từ tiếng anh: Varaible Valve Timing –intelligent(Thay đổi thời điểm phối khí thông minh)

Đối với các động cơ thông thường thì có thời điểm phối khí là cố định và thườngđựơc tính theo điều kiện sử dụng của động cơ Vì nó được dẫn động trực tiếp từ trụckhuỷu đến cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích Ngược lại, với các động cơ có

hệ thống VVT-i thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của động

cơ Hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoaytrục cam nạp, thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu Hệ

thời điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu

từ cảm biến và điều khiển bằng ECU động cơ

Do đó hệ thống này được đánh giá rất cao vì nó cải thiện quá trình nạp và thải,tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường

Việc sử dụng các bộ phận thay đổi thời điểm và qui luật nâng của xupáp, làmcho cơ cấu phối khí hiện đại luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu Điều đó đã làm chođộng cơ sử dụng cơ cấu phối khí hiện đại có suất tiêu hao nhiên liệu thấp, việc giatốc thay đổi từ tốc độ thấp sang tốc độ cao xảy ra nhanh chóng, ít gây ô nhiễm vàđạt công suất cao Xe có sử dụng cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ chạy êm dịutrong thành phố cũng như trên quốc lộ, dễ dàng chuyển từ tốc độ thấp sang tốc độcao Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm đó thì cơ cấu phối khí hiện đại có nhượcđiểm là: Có nhiều chi tiết, cụm chi tiết, cần chế tạo với độ chính xác cao Hệ thốngđiều khiển phức tạp Việc bảo quản, sữa chữa khó khăn, giá thành cao

Hình 1-5 Biểu diễn Sơ đồ thời điểm phối khí

Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ.Thời điểm phối khícủa trục cam nạp được làm trể 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 cả thiện tính tiếtkiệm nhiên liệu và tính khởi động Khi tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trungbình ở tải nặng hoặc khi tốc độ cao và tải nặng Thời diểm phối khí được làm sớmlên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR (tuần hoàn khí thải) nội bộ và giảmmất mát do bơm Điều này cải thiện ô nhiểm khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu

1.1.3.2 Hệ thống VTEC của hãng HONDA

Cụm từ VTEC (Variable Valve Timing and lift Electronic Control System) có nghĩalà: Hệ thống điều chỉnh góc độ phối khí kết hợp với sự thay đổi qui luật nâng của xupáp bằng điện tử

* Nguyên lí hoạt động: Đây là hệ thống đầu tiên trên thế giới sử dụng kết hợp giữa

việc điều chỉnh góc độ phối khí với sự thay đổi qui luật nâng của xupáp phù hợp vớichế độ, tốc độ của động cơ Nhờ đó nâng cao tính năng của động cơ

Với cách sử dụng cơ cấu cam đặc biệt đó cho phép động cơ mở rộng vùng làmviệc ở tốc độ thấp và cũng nhờ vậy phát huy tối đa công suất của động cơ Cơ cấuphối khí VTEC có hai kiểu sau:

DOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm góc độ nâng của xupáp nạp

và thải bằng điện tử có hai trục cam dẫn động phía trên

SOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm góc độ nâng của xupáp nạpbằng điện tử có một trục cam dẫn động phía trên

Các chế độ cơ bản của hệ thống I-VTEC được thể hiện trên hình (1-6) dưới đây:

Hình 1-6 Đồ thị biểu diễn biên dạng cam tác dụng

Đồ thị khai triển biên dạng cam tác dụng cho ta thấy cả thời điểm và độ nângxupap đều được thay đổi để đáp ứng lượng không khí và pha phân phối khí phù hợpkhi động cơ hoạt động ở tốc độ cao Từ đó giúp động cơ hoạt động với hiệu suất cao

và mômen xoắn lớn

Cam giữaCam cơ bản và cam thứ cấp

Độ nâng xupap

Thời gian

1.1.3.3 Hệ thống MIVEC của hãng MITSUBISHI.

MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system) là tênviết tắt của công nghệ động cơ với xupáp nạp biến thiên được phát triển bởi hãngMitsubishi

* Cấu tạo của hệ thống mivec được thể hiện ở hình 1-7 dưới đây:

Hình 1-7 Biểu diễn cấu tạo của hệ thống mivec

* Nguyên lí hoạt động:

Hai cam có hai biên dạng khác nhau được sử dụng ở hai chế độ khác nhau của

động cơ: một cam có biên dạng nhỏ, dùng ở dải tốc độ thấp mà ta gọi tắt là cam tốc

độ thấp và vấu cam còn lại có biên dạng lớn hơn, dùng ở dải tốc độ cao gọi tắt làcam tốc độ cao Các vấu cam tốc độ thấp và các trục cò mổ, dẫn động các xupápnạp, đặt đối xứng nhau qua cam tốc độ cao ở giữa Mỗi xupáp nạp được dẫn độngbởi một cam tốc độ thấp và trục cò mổ Để chuyển sang cam tốc độ cao, một tayđòn chữ T được ép vào các khe ở đỉnh trục cò mổ của cam tốc độ thấp Điều này cho phép các cam tốc độ cao dịch chuyển cùng với cam tốc độ thấp Lúc này cácxupáp thay đổi hành trình khi được dẫn động bởi cam tốc độ cao Ở dải tốc độ thấp,tay đòn chữ T trượt ra khỏi khe một cách tự do, cho phép các cam tốc độ thấp dẫnđộng các xupáp Ở dải tốc độ cao, áp suất thủy lực đẩy piston thủy lực lên, bởi vậytay đòn chữ T lại trượt vào các khe cò mổ để chuyển sang vận hành với các cam tốc

độ cao

Hoạt động của các cam được thể hiện ở hình 1-8, 1-9 dưới đây:

Hình 1-8 Thể hiện hoạt động của các cam ở tốc độ thấp

Hình 1-9 Thể hiện hoạt động của các cam ở tốc độ cao

1.1.4 Sự khác nhau giữa hệ thống phân phối khí cổ điển và hiện đại:

Ngoài những đặc điểm và cấu tạo giống cơ cấu phối khí cổ điển Cơ cấu phối khí

hiện đại còn có những bộ phận đóng vai trò điều khiển thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp theo tốc độ của động cơ Nhờ đó mà cơ cấu phối khí hiện đại luôn luôn làm việc ở điều kiện tối ưu nhất

Đối với một cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ khác cơ cấu phối khí cổ điển ởnhững bộ phận sau: Bộ cảm ứng tốc độ quay, cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểmđóng mở xupáp, hệ thống điều khiển điện tử

Bộ cảm ứng có nhiệm vụ giám sát sự thay đổi tốc độ quay của động cơ và truyền

tín hiệu về bộ điều khiển điện tử.

Cơ cấu thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộđiều khiển điện tử và thực hiện theo những tín hiệu nhận được

Bộ điều khiển điện tử có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ cảm ứng, xử lí tín hiệu vàtruyền tín hiệu đến cơ cấu thực hiện thay đổi thời điểm đóng mở của xupáp

1.2 Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải của động cơ đốt trong

Để hạn chế các chất ô nhiễm trong khí thải và tối ưu hoá quá trình làm việccủa động cơ Trong động cơ đốt trong còn có các hệ thống phụ trợ sau:

Khí lọt xuống hộp trục khuỷu gồm có HC, CO, bồ hóng, muội than, hơi nước,lưu huỳnh và axit Các chất này nếu không đưa ra khỏi cạc te sẽ làm cho chi tiếtmáy bị ăn mòn bởi lưu huỳnh và axít, nhớt bị phân hủy tạo thành sình bùn đọngdưới đáy cạc te gây tắc nghẽn mạch nhớt Để tránh ô nhiễm môi trường và giữ sạchcacte nên trên các động cơ có bố trí hệ thống thông hơi cạc te kín

+ Hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải

Hệ thống hồi lưu khí thải ( EGR ) là một hệ thống dùng để đưa một phần khíthải vào tái tuần hoàn trong hệ thống nạp khí, khí thải được trộn lẫn với hỗn hợpkhông khí-nhiên liệu thì sự lan truyền ngọn lửa trong buồng đốt bị chậm lại, bởi vìphần lớn khí thải là trơ (không cháy được) nhiệt độ cháy cũng giảm xuống (vì khítrơ hấp thụ nhiệt tỏa ra) từ đó làm giảm lượng khí độc hại NOx sinh ra

+ Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng

Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng là một hệ thống tạm thời hấp thụ hơi nhiênliệu vào bộ lọc than hoạt tính và dẫn nó vào động cơ để đốt cháy, nhờ vậy mà khôngcho nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu lọt ra ngoài khí quyển gây ô nhiễm môitrường

Các hệ thống phụ trợ này sẽ được tìm hiểu kỹ hơn ở phần khảo sát động cơ 1NZ-FE

1.3 Đặc điểm quá trình nạp-thải trong động cơ đốt trong.

Hai quá trình nạp và thải liên quan mật thiết với nhau, tuỳ theo số kỳ của động

cơ và phương pháp thải nạp, có những thời điểm chúng xảy ra cùng một lúc Vì vậykhi phân tích quá trình nạp cần lưu ý đến những thông số đặc trưng của quá trìnhthải, tức là phải xét chung các hiện tượng của quá trình thay đổi môi chất

1.3.1 Quá trình nạp

Quá trình nạp môi chất mới vào xi lanh được thực hiện khi piston đi từ ĐCTxuống ĐCD Lúc đầu ( tại điểm r ), do pr > pk (pk – áp suất môi chất mới trước xupáp nạp ) và do p r> pth nên một phần sản vật cháy trong thể tích Vc vẫn tiếp tụcchạy ra ống thải, bên trong xi lanh khí sót giãn nở đến điểm ro rồi từ đó trở đi, môichất mới có thể bắt đầu nạp vào xi lanh

Quá trình nạp lệ thuộc vào rất nhiều yếu tố, khiến cho môi chất mới nạp vào xilanh trong mỗi chu trình nhỏ hơn lượng nạp lý thuyết, được tính bằng số môi chấtmới chứa đầy thể tích công tác Vh có nhiệt độ Tk và áp suất pk của môi chất mới ởphía trước xu pap nạp (đối với động cơ điêden) hoặc của môi chất mới ở phía trước

bộ chế hoà khí (đối với động cơ xăng)

- Các biện pháp chính làm tăng hệ số nạp và giảm cản cho đường nạp :

Hệ thống đường nạp của động cơ gồm: bình lọc khí, bộ chế hoà khí, đườngnạp chung, các nhánh nạp của các xi lanh và xupap đều gây cản đối với dòng khínạp Làm thế nào để giảm cản cho hệ thống này là vấn đề đáng lưu ý Muốn giảmtrở lực của hệ thống cần có tiết diện lớn của đường thông qua đó giảm tốc độ củadòng chảy, cần chú ý đặc biệt đến lực cản cục bộ do chuyển hướng dòng hoặc dotăng giảm đột ngột tiết diện lưu thông của dòng tạo ra Khi tìm biện pháp giảm cảncho đường nạp cần phải lưu ý tới nhiều yếu tố khác nhau

+ Đường ống nạp :

Hình dạng, kích thước của ống nạp gây ảnh hưởng lớn tới hệ số nạp, tới mức

độ phun tơi và bay hơi của nhiên liệu và sự phân phối về số lượng và thành phầnhoà khí vào các xi lanh, đây là vấn đề tương đối phức tạp Nếu làm tiết diện ống nạplớn để giảm cản thì sẽ làm tăng tiêu hao nhiên liệu và thành phần hoà khí vào các xilanh không đều nhau Vì vậy một số động cơ xăng, muốn đạt yêu cầu ít tiêu haonhiên liệu ở tải nhỏ, phải chấp nhận mất mát 1 ít công suất bằng cách dùng ống nạp

có tiết diện nhỏ một chút Và để hoà khí có thành phần và khối lượng đều nhaungười ta còn cố ý gây ngoằn ngoèo ở một vài đoạn ống

Cấu tạo của nhánh ống nạp, nhất là phần sát với xupáp gây ảnh hưởng lớn tớilực cản của đường nạp Muốn có hình dạng đường nạp tốt nhất phải thử nghiệm trên

mô hình làm bằng vật liệu dẻo cho tới khi đạt hiệu quả cao nhất

Các thử nghiệm đã đem lại những kết quả có giá trị Phía trước xupáp nạp,thêm một vấu nhô trơn tròn tạo họng thắt hợp lý có thể làm giảm cản cho đườngnạp Nếu lắp ống Laval trên miệng đi vào xupáp nạp sẽ làm tăng lưu lượng hoà khímột cách rõ rệt khi chạy ở tốc độ cao Mở rộng đường nạp và tránh những đườngngoặt gấp sẽ có thể giảm bớt lực cản v.v…

Dạng cửa vào phải được thiết kế để cho không khí vào sẽ quay hoặc xoáyquanh trục của xi lanh Độ xoáy được thay đổi với mỗi kiểu và kích cỡ buồng cháyđược sử dụng

Hình 1-11 Biểu diễn diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳa) Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ, không tăng áp b) Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ, tăng áp

Để thải sạch khí sót và nạp đầy môi chất mới vào xi lanh, hầu hết các động cơhiện đại đều sử dụng hiệu ứng động của dao động áp suất trong hệ thống nạp thảinhằm tạo nên sóng áp dương ở khu vực xupáp nạp trước khi kết thúc quá trình nạp

và tạo nên sóng áp âm ở khu vực xupáp xả trước khi kết thúc quá trình thải Ở động

cơ tăng áp người ta lợi dụng chênh áp từ đường nạp– xi lanh - đường thải để mởrộng, kéo dài thời kì trùng điệp của các xu páp để quét buồng cháy, thải sạch khí sót

và nạp đầy môi chất mới vào xi lanh

Công tiêu hao cho quá trình thay đổi môi chất được thể hiện bằng diện tích đồthị p – V giữa đường nạp và đường thải Nếu đường thải nằm cao hơn đường nạp(động cơ không tăng áp hình 1.11a ) thì công tiêu hao cho thời kì thay đổi môi chất

là công âm Nếu đường thải thấp hơn đường nạp (động cơ tăng áp hình 1.11b ) thì

đó là công dương

b- Vấn đề khử độc hại của khí thải động cơ :

Khí thải từ xi lanh động cơ đi ra môi trường, ngoài các sản vật cháy hoàn toàn

phân giải từ sản vật cháy hoặc từ nhiên liệu Nhiều chất trong khí thải rất độc đốivới sức khoẻ con người như : CO, NOX, khí SO2 và H2S, các alđêhit, các hiđro cácbon thơm, các hợp chất của chì.Vì vậy vấn đề đặt ra là làm sao để giảm thiểu ônhiễm môi trường do khí thải từ động cơ.Vấn đề đó được giải quyết theo 2 hướngsau: hoàn thiện chu trình làm việc của động cơ và lắp thiết bị trung hoà trên hệthống thải

Để hoàn thiện chu trình làm việc của động cơ có thể thực hiện bằng các giải phápsau:

- Tối ưu hoá cấu tạo của buồng cháy để hạn chế sự hình thành HC

- Tăng cường chuyển động rối và chuyển động xoáy lốc của môi chất.

- Tối ưu hoá tỷ số nén ε

- Tối ưu hoá vị trí đặt bugi

- Cải thiện quá trình phân phối khí và cơ cấu phân phối khí

- Tối ưu hoá kết cấu đường thải nhằm thải sạch và nạp đầy

- Cải thiện chất lượng hình thành hoà khí

- Giảm công suất tổn hao ma sát và dẫn động các cơ cấu phụ của động cơ

- Tối ưu hoá quá trình đánh lửa bằng hệ thống đánh lửa điện tử chương trình hoá

- Dùng biện pháp phân lớp hoà khí đảm bảo cho khu vực cực bugi luôn có α =

- Lắp thêm một hệ thống van và đường ống đảm bảo cho động cơ hoạt động tốt ởchế độ không tải cưỡng bức, không gây ô nhiễm môi trường khi hoạt động ở chế độnày

Chương 2: ĐỘNG CƠ 1NZ-FE

2.1 Giới thiệu chung về động cơ 1NZ-FE.

Bảng 2-1 Trọng lượng và kích thước xe

Bảng 2-2 Thông số động cơ

Động cơ 1NZ-FE được lắp trên xe Toyota Vios Xe Toyota Vios là loại xe du

lịch 5 chỗ ngồi với ba loại Vios Limo, Vios 1.5E (sử dụng hộp số thường C50) và Vios 1.5G (sử dụng hộp số tự động U340E) Khả năng giảm xóc, chống rung tốt,

hệ thống điều khiển phanh điện tử ABS, hệ thống lái trợ lực điện tạo cảm giác thoải mái và êm dịu cho mọi hành khách trong xe trên mọi nẻo đường.

2.1.1 Đặc điểm kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ 1NZ-FE

2.1.1.1.Cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền-piston

a) Trục khuỷu

Hình 2-1 Biểu diễn kết cấu trục khuỷu

1- Đầu trục khuỷu ; 2- Rotor cảm biến vị trí trục khuỷu ; 3- Lỗ dẫn dầu bôi trơn ;

4- Cổ trục ;5- Chốt khuỷu ; 6- Đối trọng; 7- Đuôi trục khuỷu

Trục khuỷu của động cơ 1NZ-FE được chế tạo gồm một khối liền, vật liệuchế tạo bằng thép cacbon, các bề mặt gia công đạt độ bóng cao, có 5 cổ trục và 4 cổbiên, má có dạng hình ôvan Đường kính và bề rộng của chốt khuỷu và cổ trụcchính được giảm để giảm khối lượng

b) Thanh truyền

Hình 2-2 Biểu diễn kết cấu Thanh truyền

1- Nắp đầu to thanh truyền; 2- Bu lông thanh truyền; 3- Thân thanh truyền;

4- Đầu nhỏ thanh truyền

Tiết diện thanh truyền của động cơ 1NZ-FE có dạng chữ I Đầu nhỏ thanhtruyền có dạng hình trụ rỗng và được lắp tự do với chốt piston Đầu to thanh truyềnđược cắt thành hai nửa phần trên nối liền với thân phần dưới là nắp đầu to thanhtruyền và lắp với nhau bằng bulông thanh truyền, mặt phẳng lắp ghép vuông gócvới đường tâm trục thân thanh truyền Bulông thanh truyền là loại bulông chỉ chịulực kéo, có mặt gia công đạt độ chính xác cao để định vị

c) Pittông

Hình 2-3 Biểu diễn kết cấu Pittông.

1- Bệ chốt piston; 2- Thân piston; 3- Đầu piston; 4- Đỉnh pistonPittông của động cơ 1NZ-FE được làm bằng hợp kim nhôm, phần đỉnh đượcthiết kế đặc biệt để cải thiện chất lượng cháy Séc măng áp lực thấp được sử dụng

để giảm ma sát và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu và chất lượng dầu bôi trơn đượcnâng cao

Chân pittông có dạng vành đai để tăng độ cứng vững Để điều chỉnh trọnglượng của pittông, người ta thường cắt bỏ một phần kim loại ở phần chân pittôngnhưng vẫn đảm bảo được độ cứng vững cần thiết cho pittông

2.1.1.2 Nhóm thân máy –nắp máy

Hình 2-4 Biểu diễn Nắp máy : 1-Đường nạp; 2-Đường thải Nắp máy được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, các trục cam đều được phân

bố trên đầu nắp máy Lắp đặt kim phun trong cửa nạp khí của nắp máy kết quả là sựtiếp xúc của nhiên liệu đập vào thành cửa nạp được tối thiếu hoá và tính kinh tếnhiên liệu được nâng cao Áo nước được lắp đặt giữa cửa xả và lỗ bu gi trên nắp

máy để giữ nhiệt độ đồng đều cho thành buồng cháy, điều này nâng cao chất lượnglàm mát cho buồng cháy và khu vực xung quanh bu gi.

Thân máy được làm bằng hợp kim nhôm mà mục đích của việc này làgiảm khối lượng cho động cơ Bơm nước xoáy lốc và đường hút đến bơm đượccung cấp đến thân máy Đặt tâm trục khuỷu lệch với đường tâm lỗ xi lanh, đườngtâm của xi lanh được dịch chuyển 12 mm về phía đường nạp Như vậy, tác dụng củalực ngang khi áp suất khí thể lớn nhất sẽ giảm Sử dụng ống lót xi lanh thành mỏng,khoảng cách giữa hai xi lanh là 8 mm nên chiều dài động cơ ngắn hơn

Hình 2-5 Biểu diễn Thân máy 1- Đường tâm trục khuỷu; 2- Đường tâm các xi lanh; A- Phía đầu động cơ;

B- Phía đường thải; C- Phía đường hút 2.1.1.3 Cơ cấu phân phối khí

Thông thường thời điểm phối khí được cố định nhưng ở động cơ 1NZ-FE sửdụng hệ thống thay đổi thời điểm phối khí thông minh (VVT-i), hệ thống này sửdụng áp suất dầu thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí.Điều này làm tăng công suất động cơ, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và làm giảmkhí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường Trên hình 2-6 thể hiện sơ đồ bố trí cơ cấuphân phối khí

Hình 2-6 Sơ đồ biểu diễn bố trí cơ cấu phân phối khí1-Tay căng xích; 2-Thiết bị kéo căng; 3- Bộ điều khiển phối khí (VVT-i); 4-Xích dẫn động trục cam; 5-Trục cam nạp; 6-Trục cam thải; 7-Bộ phận dẫn hướng xích

Thiết bị kéo căng, tay căng xích và bộ phận dẫn hướng xích được thiết lập đểgiảm bớt tiếng ồn động cơ, giảm bớt tổn thất do ma sát

Thân xúpap được thiết kế nhỏ, vừa giảm bớt trở lực trên đường nạp, thải và giảm khối lượng

Hình 2-7 Thể hiện Sơ đồ dẫn động xúpap1-Xupap; 2-Con đội; 3-Vấu camBảng 2-3 Thông số kỹ thuật

2.1.1.4 Hệ thống bôi trơn

Hình 2-8 Thể hiện Sơ đồ hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa đầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làmgiảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát và bao kín khe hỡgiữa piston với xylanh, giữa xecmăng với piston, ngoài ra trong động cơ 1NZ-FEdầu bôi trơn còn tham gia điều khiển thời điểm trục cam Loại dầu bôi trơn sử dụngtrên động cơ 1NZ-FE là loại dầu API SM, SL, hay ILSAC

Dầu bôi trơn từ cacte được lưu thông qua vỉ lọc, bơm dầu, bầu lọc dầu rồi đếnđường ống dẫn dầu chính, sau đó dầu sẽ đi bôi trơn các bộ phận công tác như sơ đồ

2.1.1.5 Hệ thống làm mát.

Hệ thống làm mát được thiết kế để giữ các chi tiết trong động cơ ở nhiệt độ

ổn định, thích hợp mọi điều kiện làm việc của động cơ Động cơ 1NZ-FE có hệthống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn theo áp suất cưỡng bức trong đó bơmnước tạo áp lực đẩy nước lưu thông vòng quanh động cơ Hệ thống bao gồm: áonước xi lanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đườngống dẫn nước Nếu nhiệt độ nước làm mát vượt quá nhiệt độ cho phép thì van hằngnhiệt sẽ mở để lưu thông nước làm mát đi qua két nước để giải nhiệt bằng gió Hệthống làm mát sử dụng nước làm mát siêu bền chính hiệu Toyota SLLC ( là dungdịch pha sẵn 50% chất làm mát và 50% nước sạch)

Hình 2-9 Biểu diễn Sơ đồ hệ thống làm mát1- Van hằng nhiệt; 2- Bơm; 3- Nắp máy; 4- Thân máy; 5- Giàn sưởi;

6- Van tiết lưu; 7- Két nước

Nguyên lý hoạt động: Nước từ bình chứa nước, qua két làm mát, được dẫnvào bơm nước, đi vào làm mát động cơ Trong thời gian chạy ấm máy, nhiệt độ

nước đi vào thân máy, nắp máy đến giàn sưởi rồi về lại bơm, trên đường ống đếngiàn sưởi có nhánh rẽ tới van tiết lưu, van này có tác dụng điều tiết lưu lượng nướcnóng qua giàn sưởi để sưởi ấm trong xe Khi nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt độ làmviệc của van hằng nhiệt thì van sẽ mở ra cho nước từ động cơ qua két làm mát, tạiđây nước sẽ được làm mát bằng gió rồi về lại bơm Như vậy nước sẽ được tuần hoàncưỡng bức trong quá trình làm việc của động cơ

2.1.1.6 Hệ thống đánh lửa

Động cơ 1NZ-FE trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện

tử Hệ thống đánh lửa trực tiếp không sử dụng bộ chia điện giúp cho thời điểm đánhlửa được chính xác, giảm sự sụt thế điện áp và có độ tin cậy cao Ở mỗi xylanhđược trang bị một bôbin đơn Khi ngắt dòng điện sơ cấp chạy qua bên sơ cấp củacuộn dây đánh lửa sẽ tạo ra điện áp cao ở bên thứ cấp Vì thế điện áp cao tạo ra sẽtác động lên bugi sinh ra tia lửa điện ECM sẽ luân phiên bật và tắt các transitornguồn bên trong cuộn dây đánh lửa làm cho các dòng điện sơ cấp ngắt luân phiênnhau và cho phép dòng điện đốt cháy các xi lanh theo trình tự nỗ của động cơ ECM

sẽ xác định cuộn dây đánh lửa nào sẽ được điều khiển bằng các tín hiệu từ cảm biến

vị trí trục khuỷu và cảm biến góc quay trục khuỷu Ngoài ra nó còn dò tìm vị trí củatrục cam để tạo ra sự đánh lửa vào thời điểm thích hợp nhất ứng với tình trạng hoạtđộng của động cơ

Hình 2-10 Biểu diễn Sơ đồ hệ thống đánh lửa2.1.1.7 Hệ thống nhiên liệu.

Hệ thống nhiên liệu động cơ 1NZ-FE đóng vai trò rất quan trọng, nó khôngđơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu độc lập, mà nó còn liên kết với các hệ thống

đó là hệ thống điều khiển điện tử (ECU), hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc

độ động cơ, tạo ra sự tối ưu hoá cho quá trình hoạt động của động cơ Kim phun 12

lỗ được sử dụng để nâng cao tính phun sương của nhiên liệu, điều khiển cắt nhiênliệu khi túi khí hoạt động Đường ống dẫn nhiên liệu với các giắc đấu nối nhanh đểnâng cao khả năng sửa chữa Bình xăng làm bằng chất dẻo sáu lớp với bốn loại vậtliệu có bộ lọc than hoạt tính trong bình

Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo bởicảm biến lưu lượng không khí Tỷ lệ hoà trộn được ECU tính toán và hoà trộn theo

tỷ lệ phù hợp nhất Có cảm biến oxy ở đường ống thải để cảm nhận lượng oxy dư,điều khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn

2 3 4 5 6 7 1

8

9

10

11 12

14 13

Hình 2-11 Thể hiện Sơ đồ hệ thống nhiên liệu1- Tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp; 2- Tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga;3- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam; 4- Tín hiệu từ cảm biến oxy;

5- Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát;

6- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu;

7- Tín hiệu từ cảm biến túi khí ;

8-Bình chứa nhiên liệu;

9- Bơm xăng;10- Bộ lọc xăng;

11- Bộ điều áp; 12- Bộ giảm rung;

13- Ống phân phối; 14- Vòi phun nhiên liệu

2.1.1.8 Hệ thống khởi động

Hệ thống khởi động sử dụng trên động cơ là hệ thống khởi động điện đượcđiều khiển bằng ECU Ngay khi công tắc điện xoay sang vị trí Start, chức năng điềukhiển máy khởi động sẽ điều khiển mô tơ khởi động mà không cần giữ tay ở vị tríStart Khi ECU nhận được tín hiệu khởi động từ chìa khoá điện, hệ thống sẽ theodõi tín hiệu tốc độ động cơ (Ne) để vận hành máy khởi động tới khi động cơ đượcxác định đã khởi động Khi tốc độ động cơ đạt tới 500 v/p, hệ thống sẽ đánh giá làđộng cơ đã khởi động thành công

Trên hình 2-12 thể hiện sơ đồ điều khiển máy khởi động