MỤC LỤC
Lời nói đầu................................................................................................... 1
Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 1FZ-FE VÀ XE TOYOTA LAND CRUISER........ 2
1.1. Giới thiệu chung về xe Toyota Land Cruiser...................................... 2
1.1.1. Ngoại thất........................................................................................ 3
1.1.2. Nội thất............................................................................................ 5
1.1.3. Vận hành......................................................................................... 5
1.2. Động cơ Toyota 1FZ-FE....................................................................... 6
Chương 2. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ TOYOTA 1FZ-FE...........9
2.1. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền....................................................... 9
2.1.1. Nắp máy ......................................................................................... 9
2.1.2. Thân máy......................................................................................... 9
2.1.3. Piston............................................................................................. 10
2.1.4. Thanh truyền.................................................................................. 10
2.1.5. Trục khuỷu - bánh đà..................................................................... 11
2.2. Cơ cấu phối khí.................................................................................. 12
2.2.1. Trục cam........................................................................................ 12
2.2.2. Xupap ........................................................................................... 13
2.3. Các hệ thống của động cơ 1FZ - FE ................................................. 14
2.3.1. Hệ thống nhiên liệu ....................................................................... 14
2.3.2. Hệ thống làm mát........................................................................... 15
2.3.3. Hệ thống bôi trơn........................................................................... 16
2.3.4. Hệ thống khởi động....................................................................... 17
2.3.5. Hệ thống đánh lửa.......................................................................... 18
2.3.6. Hệ thống kiểm soát khí xả.............................................................. 20
2.3.7. Hệ thống khí xả............................................................................. 23
Chương 3. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ TẠI CHẾ ĐỘ Nemax...........24
3.1. Mục đích ............................................................................................. 24
3.2. Chọn các số liệu ban đầu.................................................................... 24
3.3. Quá trình tính toán nhiệt................................................................... 27
3.3.1. Quá trình trao đổi khí.................................................................... 27
3.3.2. Quá trình nén................................................................................ 28
3.3.3. Quá trình cháy............................................................................... 28
3.3.4. Tính toán quá trình giãn nở........................................................... 30
3.4. Các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ... 31
3.4.1. Các thông số chỉ thị....................................................................... 31
3.4.2. Các thông số có ích....................................................................... 32
3.5. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác................................ 34
3.5.1. Khái quát...................................................................................... 34
3.5.2. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết................................................. 35
3.5.3. Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết - đồ thị công chỉ thị thực 36
3.5. Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ.......................................... 38
Chương 4. Khai thác hệ thống làm mát của động cơ 1FZ-FE................ 41
4.1. Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát...................................... 41
4.1.1. Mục đích của hệ thống làm mát..................................................... 41
4.1.2. Yêu cầu của hệ thống làm mát....................................................... 42
4.2. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát........................................................ 42
4.2.1. Làm mát động cơ và máy nén........................................................ 42
4.2.2. Làm mát dầu bôi trơn.................................................................... 42
4.3. Sơ đồ hệ thống và sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống làm mát của động cơ 1FZ - FE.......43
4.4. Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát bằng nước động cơ 1FZ - FE...... 45
4.4.1. Két làm mát .................................................................................. 45
4.4.2. Nắp két......................................................................................... 48
4.4.3. Bơm nước..................................................................................... 50
4.4.4. Quạt gió dẫn động bằng đai .......................................................... 53
4.4.5. Van hằng nhiệt.............................................................................. 55
4.4.6. Khớp chất lỏng............................................................................. 57
Kết luận ..................................................................................................... 61
Tài liệu tham khảo .................................................................................... 62
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây nghành công nghiệp chế tạo ô tô đang trên đà phát triển mạnh mẽ, đặt biệt cùng với việc ứng dụng khoa học kỹ thuật công nghệ vào trong nghành đã đưa nghành công nghiệp chế tạo ô tô hoà nhập cùng với tốc độ phát triển của sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.Việc tìm hiểu về đặc điểm kỹ thuật của các cụm,các hệ thống trên xe là hết sức cần thiết đối với một sinh viên thuộc chuyên nghành động lực.
Với yêu cầu thực tiễn đó em đã được giao đề tài “Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1FZ-FE lắp trên xe Toyota Land Cruiser” và đã trình bày thành các chương sau :
Chương 1 : Giới thiệu chung về động cơ Toyota 1FZ-FE và xe Toyota Land Cruiser
Chương 2 : Phân tích đặc điểm kết cấu của động cơ Toyota 1FZ-FE
Chương 3 : Tính toán chu trình công tác của động cơ tại chế độ Nemax.
Chương 4 : Khai thác hệ thống làm mát của động cơ Toyota 1FZ-FE
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy: TS.................. cùng các thầy trong khoa, hôm nay đề tài của em đã hoàn thành. Tuy nhiên với kiến thức, trình độ hiểu biết cũng như kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, chắc hẳn đề tài còn nhiều thiếu sót. Kính mong quý thầy giúp đỡ và góp ý để đề tài của em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 20...
Sinh viên thực hiện.
.........................
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 1FZ-FE VÀ XE TOYOTA LAND CRUISER
1.1. Giới thiệu chung về xe Toyota Land Cruiser.
Xe Toyota Land Cruiser là loại xe lữ hành việt dã 4x4 để chở người hoặc chở hàng sạch ( khi tháo các ghế ngồi phía sau) do hãng Toyota Nhật Bản sản xuất vào những năm 50 của thế kỉ trước. Xe có động cơ công suất lớn, độ bền và độ tin cậy cao, kết cấu vững gồm nhiều thiết bị đảm bảo tiện nghi và an toàn cao cho người sử dụng trong các điều kiện đường xá, khí hậu khắc nghiệt.
1.1.1 Ngoại thất.
Lốp : Được thiết kế rộng gia tăng khả năng bám đường, giúp người lái dễ dàng điều khiển và cho cảm giác an toàn hơn.
Cụm đèn sau : Sử dụng đèn LED phát sáng nhanh và mạnh, nâng cao tính an toàn đồng thời tiết kiệm chi phí bảo dưỡng cho người sử dụng.
Bệ lên xuống : Thấp sát đất cùng tay nắm bên trong cửa xe giúp cho việc lên xuống xe của hành khách và người lái dễ dàng và an toàn hơn.
Mâm xe : Lốp xe bản lớn 285 mm gia tăng khả năng bám đường, giúp người lái dễ điều khiển và cho cảm giác an toàn hơn. Mâm hợp kim 5 chấu kép đường kính 17-inch hiện đại và khỏe khoắn.
Cụm đèn hậu : Cụm đèn hậu LED giúp cảnh báo phanh an toàn hơn.
Thông số xe Toyota Land Cruiser thể hiện như bảng 1.1.
1.1.2 Nội thất.
Hệ thống điều hòa : Thông minh có thể điều chỉnh nhiệt độ hai vùng trái/phải phía trước độc lập theo ý muốn. Bên cạnh đó, Hệ thống điều hòa tự động còn có bộ lọc khí với chức năng lọc vi hạt tạo không khí luôn trong lành, dễ chịu trong xe.
Tay lái : Được bọc da và tay lái có thể điều chỉnh gật gù theo 4 hướng xa-gần giúp người lái cảm thấy thực sự thoái mái. Trên tay lái còn tích hợp các nút điều chỉnh âm thanh và các thông tin về tình trạng lái xe giúp gia tăng tính hiện đại và tiện lợi.
Không gian nội thất : Bên trong bố trí ghế ngồi 1 cách khoa học cho không gian nội thất rộng rãi.
1.1.3 Vận hành.
Động cơ : Động cơ model 1FZ-FE có thể tích công tác 4,5L , 6 xi lanh bố trí thẳng hàng , 24 van DOHC sử dụng hệ thống VVTI cho công suất cực đại 212 mã lực tạo momen xoắn cao, khả năng tăng tốc êm ái đồng thời giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí xả.
Hai cầu chủ động : chế ngự được địa hình phức tạp, độ ổn định cao
Ngoài ra xe còn trang bị các hệ thống tiên tiến nhất : hệ thống phanh ABS , hệ thống túi khí,…
1.2 Động cơ Toyota 1FZ-FE.
Thông số động cơ Toyota 1FZ-FE thể hiện như bảng 1.2.
Động cơ xăng kiểu Toyota 1FZ-FE là động cơ phun xăng điều khiển điện tử, 4 kỳ 6 xy lanh được xếp thành dãy thẳng đứng, có hai trục cam đặt trên nắp máy, có 24 xupáp. Dung tích công tác là 4477 cm3, thứ tự nổ 1-5-3-6-2-4. Tất cả các cụm, chi tiết cần được bảo dưỡng, điều chỉnh thường xuyên nên đều được bố trí tại các vị trí dễ thao tác. Động cơ cùng với hộp số và hộp số phụ được lắp thành cụm động lực đặt dọc xe.
Trên động cơ còn được bố trí các hệ thống đảm bảo cho động cơ được làm việc tin cậy hơn như : hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn, hệ thống điện điều khiển động cơ ,...
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ TOYOTA 1FZ-FE
2.1. Cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền.
2.1.1. Nắp máy.
Nắp máy được đúc bằng hợp kim nhôm chung cho cả 6 xylanh. Trên nắp máy có các buồng cháy, có các vị trí lắp xupáp, bugi, hai trục cam, cụm ống thải, cụm ống nạp... Bên trong nắp máy có khoang nước làm mát. Ngoài ra bên trên nắp máy còn có van thông gió cacte, bộ vòi phun, van tuần hoàn khí xả...Hai trục cam ở đầu có nối với nhau bởi các bánh răng dẫn động, trong đó trục cam bên trái có bánh xích được dẫn động từ trục khuỷu. Mỗi trục cam có 7 ổ đỡ, nắp ổ đỡ ốp thẳng vào cổ trục không cần bạc lót.
2.1.2. Thân máy.
Thân máy là chi tiết cơ sở trên đó có lắp các cơ cấu và các cụm phụ khác của động cơ. Thân máy làm bằng gang hợp kim có độ bền cao. Xylanh được doa thẳng vào thân máy.
Phần dưới thân máy có bảy ổ đỡ trục khuỷu. Nắp ổ đỡ trục khuỷu được bắt vào thân máy bằng bu lông và được gia công cùng với thân máy. Trên thân máy có khoang đường dầu chính đưa dầu đi bôi trơn các ổ đỡ trục khuỷu, lên trục cam, ngoài ra còn có các đường đưa dầu từ bơm dầu lên bầu lọc và két làm mát dầu.Trên thân máy xung quanh xylanh là áo nước có các vách dẫn nước làm mát động cơ.
2.1.3. Piston.
Piston được đúc bằng hợp kim nhôm chịu tải trọng nhiệt, cơ cao. Trên đỉnh piston có bề mặt lõm để tránh va đập với xupáp. Để làm kín xylanh và truyền nhiệt ra thân máy, trên mỗi piston có lắp hai secmăng khí và một secmăng dầu có hai vòng thép mỏng và vòng lò xo ở giữa.
2.1.4. Thanh truyền.
Thanh truyền được đúc bằng thép hợp kim có đường kính đầu to- f52,989 đến f53,002mm.
- Khe hở piston - xylanh : 0,040 - 0,060 mm
- Khe hở chốt piston và ống lót đầu nhỏ thanh truyền là 0,005 - 0,0011 mm
- Đường kính tiêu chuẩn của chốt : 26,000 - 26,012 mm
- Khe hở rãnh secmăng tiêu chuẩn :
Secmăng khí thứ nhất : 0,04 - 0,08 mm
Secmăng khí thứ hai: 0,03 - 0,07 mm
2.1.5. Trục khuỷu- bánh đà.
Trục khuỷu là chi tiết chịu lực chính của động cơ nên được đúc bằng gang đặc biệt có độ bền cao. Trong trục khuỷu có khoang các đường dầu, dẫn dầu đi bôi trơn các cổ trục thanh truyền. Trên đầu trục khuỷu có lắp bánh xích dẫn động xích cam, bánh răng dẫn động bơm dầu, bơm trợ lực lái. Đuôi trục khuỷu có lỗ lắp vòng bi cho trục dẫn động hộp số.
2.2. Cơ cấu phối khí.
Cơ cấu phối khí có tác dụng điều chỉnh quá trình nạp, xả khí trong động cơ khi đóng mở xupáp nạp và xupáp thải. Cơ cấu phối khí gồm có bộ dẫn động xích cam, hai trục cam, xupáp nạp và xupáp thải, lò xo con đội và các chi tiết khác để giữ xupáp.
2.2.1. Trục cam .
Trục cam có công dụng quay để đóng mở cửa nạp, thải của động cơ thông qua các vấu cam . Bộ dẫn động xích cam truyền chuyển động từ bánh xích trục khuỷu lên bánh xích trục cam bên trái và thông qua cặp bánh răng truyền chuyển động sang trục bên phải.
2.2.2. Xupap.
Bề mặt xupap làm việc trong điều kiện khắc nghiệt nên được gia công đặc biệt đảm bảo cho động cơ làm việc được tốt hơn.
2.3. Các hệ thống của động cơ Toyota 1FZ-FE.
2.3.1. Hệ thống nhiên liệu.
Hệ thống nhiên liệu động cơ 1FZ-FE đóng vai trò rất quan trọng, nó không đơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu mà nó là hợp thành một 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 tương trợ lẫn nhau, kim phun hoạt động như các kim phun của các xe đời mới. Khả năng điều khiển tốt, công suất động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu.
2.3.2. Hệ thống làm mát.
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn cưỡng bức, bao gồm áo nước, xylanh và nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió, các đường ống. Hệ thống làm nước sử dụng nước sạch có pha phụ gia chống gỉ.
2.3.3. Hệ thống bôi trơn.
Hệ thống bôi trơn kiểu cưỡng bức và vung té dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động của động cơ
Hệ thống bôi trơn gồm có: bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống...
2.3.4. Hệ thống khởi động.
Hệ thống khởi động bằng điện với phương pháp điều khiển gián tiếp bằng rơle điện từ .Để tránh khả năng không kịp tách bánh răng ra khi động cơ đã nổ, người ta làm kiểu truyền động một chiều bằng khớp truyền động hành trình tự do loại cơ cấu cóc.
2.3.5. Hệ thống đánh lửa.
Hệ thống đánh lửa được điều khiển bằng điện tử ECU đánh lửa trực tiếp. Mỗi xylanh có một bugi loại đầu dài và một cuộn dây đánh lửa được điều khiển bằng mạch bán dẫn dùng transitor.
ECU căn cứ vào tín hiệu nhận được từ cảm biến vị trí trục khuỷu và căn cứ vào góc đánh lửa cơ sở đã ghi sẵn trong bộ nhớ cũng như trong các thông số hiệu chỉnh để xác định góc đánh lửa sớm cho động cơ.
Điều khiển sự phát ra và chấm dứt tia lửa được ECU tính toán sau khi các dữ liệu được nhập vào bởi:
+ Tốc độ động cơ;
+ Cảm biến vị trí trục khuỷu;
+ Cảm biến vị trí trục cam;
2.3.6. Hệ thống kiểm soát khí xả.
Hệ thống kiểm soát khí xả giúp hạn chế lượng khí thải có hại cho con người và môi trường.Các khí thải có hại: nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu, khí lọt qua khe giữa piston và thành xy lanh và khí xả. Vì các khí này có chứa những chất độc như: CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit).
CO (cacbon oxit).
CO được sinh ra khi lượng ôxy đưa vào buồng đốt không đủ (cháy không hoàn toàn):
2C +O2 = 2CO
HC được sinh ra trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn, cũng như CO. Ngoài ra HC còn sinh ra trong các trường hợp sau:
+ Khi nhiệt độ ở khu vực dập lửa thấp, chưa đạt tới nhiệt độ bóc cháy.
Khí nạp thổi qua trong thời gian lặp của xupap. Hỗn hợp không khí nhiên liệu càng giàu càng sinh ra nhiều HC.
Khi hỗn hợp không khí nhiên liệu nghèo, NOx sinh ra nhiều hơn vì tỷ lệ ôxy trong hỗn hợp không khí nhiên liệu cao hơn. Như vậy, lượng NOx sinh ra tùy theo hai yếu tố- nhiệt độ cháy và hàm lượng ôxy.
N2 + O2 = 2NO(NO2,N2…NOx)
Khi NOx được hít vào cơ thể, nó gây kích thích mũi và họng. Nó cũng gây ra hiện tượng sương khói quang hóa.
Để giảm các chất khí có hại từ khí xả, trước hết ta dùng bộ trung hòa khí xả (TWC) làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H2O, CO2, N2) khi luồng khí xả đi qua, với các chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi.
2.3.7. Hệ thống xả.
Khí xả được thải ra ngoài môi trường thông qua ống xả.
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ TẠI CHẾ ĐỘ Nemax
3.1. Mục đích.
- Tính chu trình công tác nhắm xác định các thông số của động cơ ở các quá trình trao đổi khí, quá trình nén, quá trình cháy và giãn nở sinh công.
- Xác định các tham số đặc trưng cho chu trình công tác và làm việc của động cơ, đó là tham số chỉ thị và tham số có ích.
- Trên cơ sở tham số của từng quá trình dựng đồ thị công .
- Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ.
3.2. CHỌN CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU.
Thông số động cơ Toyota 1FZ-FE thể hiện như bảng 3.1.
3.3. Quá trình tính toán nhiệt.
3.3.1. Qúa trình trao đổi khí.
Mục đích: Xác định các thông số cuối quá trình nạp như áp suất pa và nhiệt độ Ta.
Hệ số khí sot gr : 0,0458
Áp suất cuối quá trình nạp Pa : 0,0902MN/m2
3.3.2. Quá trình nén.
Mục đích: Xác định các thông số như áp suất pc và nhiệt độ Tc cuối quá trình nén
Áp suất cuối quá trình nén pc: pc =1,7137 [MN/m2]
Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:Tc = [0K]
3.3.3. Quá trình cháy.
Xác định các thông số như áp suất pz và nhiệt độ Tz cuối quá trình cháy
1. Tính toán tương quan nhiệt hóa.
Mục đích tính toán tương quan nhiệt hóa 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.
Ta có:
- gC, gH và g0: là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng của Cacbon, Hydro và Oxy tương ứng chứa trong một kg nhiên liệu. Trị số các thành phần đối với nhiên liệu xăng: Với xăng gC = 0,855; gH = 0,145 và gO = 0
- Lượng không khí nạp thực tế vào xylanh ứng với 1kg nhiên liệu Mt: 0,44544 [ Kmol / kgnl]
- Số Kmol sản vật cháy M2 ứng với a<1: 0,4956[ Kmol /kgnl]
- Hệ số thay đổi phân tử thực tếb : 1,08767
2. Tính toán tương quan nhiệt động:
3.3.4. Tính toán quá trình giãn nở.
- Áp suất cuối quá trình giãn nở pb : 0,4734 MN/ m2]
- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở: 1633,548 0K]
* Kiểm nghiệm kết quả tính toán:
Kiểm nghiệm kết quả theo công thức thực nghiệm sau: Tt=988,936 [0K]
Với 10000K đã chọn thì sai số: 1,12%
Kết luận: Như vậy thông số đã chọn là hợp lý.
3.4. Các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ.
3.4.1. Các thông số chỉ thị.
- Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết pi: 1,1434 [MN/m2]
- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi : Là nhiên liệu tiêu hao cho một kW chỉ thị trong giờ gi đặc trưng cho tính kinh tế của chu trình thực tế: 233,533 [g/kWh]
3.4.2. Các thông số có ích.
Các thống số có ích là những thông số đặc trưng cho sự làm việc của động cơ.
Để tính các thông số có ích ta phải tính áp suất tổn hao cơ giới trung bình pcơ và hiệu suất
- Áp suất tổn hao cơ giới trung bình pcơ :
Động cơ có i = 6 và tỷ số: S/D = 0,95
- Vận tốc trung bình của Piston ở chế độ Nemax là : 14,567 [m/s]
Vh là thể tích công tác của Xylanh (dm3): Vh = S . (D/2)2 . p => Vh = 0,95 . (1/2)2 . 3,14 = 0,74575 [dm3]
* Kết luận phần tính nhiệt:Với sai số 1,56 % < 3%, nên động cơ đảm bảo được yêu cầu như thiết kế
3.5. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác.
3.5.1. Khái quát.
Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn quá trình của chu trình công tác xảy ra trong Xylanh động cơ trên hệ tọa độ p-V. Việc dựng đồ thị được chia ra làm hai bước:
- Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết.
- Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết để được đồ thị công chỉ thị thực tế.
- Đồ thị công chỉ thị lý thuyết được dựng theo kết quả tính toán chu trình công tác khi chưa xét đến các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc thực tế trong động cơ.
3.5.2. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết.
- Thể tích cuối quá trình nén Vc : Vc= 0,083 [dm3]
- Thể tích cuối quá trìnhnạp Va : Va=Vc+Vh=0,083+0,74575= 0,83 [dm3]
- Thể tích cuối quá trình nen : 0,083 [dm3]
Theo kết quả phần tính toán nhiệt, ta có:
- Áp suất cuối quá trình nạp: pa= 0,0902 [MN/m2]
- Áp suất cuối quá trình nén: pc= 1,714 [MN/m2]
- Áp suất cuối quá trình cháy: pz= 7,062 [MN/m2]
- Áp suất cuối quá trình giãn nở: pb= 0,4734 [MN/m2]
Xác định các điểm: ta được tọa độ các điểm : a (0,0902; 0,83), c (1,714 ; 0,083), y (7,062 ; 0,083), z (7,082 ; 0,083 ), b (0,4734 ; 0,83)
- Dựng các đường nén đa biến a-c và dãn nở đa biến z-b bằng phương pháp đồ thị Braue , giá trị nằm trong khoảng 1,2 đến 1,5 , suy ra chọn: 0,25
3.5.3. Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết - đồ thị công chỉ thị thực tế.
Để xây dựng đồ thị công chỉ thị thực tế a’-c’-c’’-z’-b’-b’’-b’’’-a’ ta gạch bỏ các diện tích I, II, III, IV trong đồ thị công chỉ thị lý thuyết.
Diện tích I: do việc đánh lửa sớm tại c’ gây ra, 1 phần hỗn hợp bị cháy sớm dẫn đến áp suất cuối quá trình nén thực tế (ứng với c’’)nhỏ hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết ( ứng với c). c’ xác đinh nhờ góc đánh lửa sớm nhờ vòng tròn Brích. c’’ xác định nhờ quan hệ (1,15-1,25). Chọn là1,15.1,714 =1,9711 [MPa].
Phần III : là tổn hao của công dãn nở do xu páp thải mở sớm.Khi đó áp suất trong xi lanh giảm nhanh và quá trình dãn nở diễn ra theo đường cong thực tế.Thời điểm bắt đầu mở xu páp thải được chọn sao cho diện tích III không lớn mà vẫn đảm bảo thải sạch và tổn hao ít công cho quá trình thải chính.
Diện tích IV : là do quá trình trao đổi khí .Phần còn lại của công tổn hao do quá trình trao đổi khí(a’r a a’) đã được kể đến khi xét hiệu suất cơ khí hco . do đó khi tính công của chu trình thực tế ta không xét đến nữa,nhưng khí tính toán động lực học ta vẫn phải dựng đường nạp r-a và thải b’’-r.
3.6. Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ.
Mục đích của việc dựng đường đặc tính ngoài của động cơ là để biểu thị sự phụ thuộc của các chỉ tiêu như công suất có ích Ne , mô men xoắn có ích Me, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge vào tốc độ quay của trục khuỷu n(v/ph) khi bướm ga mở hoàn toàn.
Để dựng đường đặc tính, ta chọn trước thông một số giá trị trung gian của tốc độ quay n trong giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của Ne, Me, ge theo các biểu thức sau:
Từ các thông số ban đầu và kết hợp tính toán trên ta có các thông số sau:
Công suất có ích lớn nhất tính được:Nemax= 155,532 [Kw]
Mô men xoắn có ích ứng với tốc độ quay nNemax :MeN = 323,0372[Nm]
Suất tiêu hao nl có ích ứng với tốc độ quay nNemax : geN =233,533[g/kWh]
Giá trị biến thên của Gnl được xác định theo từng cặp giá trị tương ứng của ge và Ne theo biểu thức:Gnl = ge Ne [kg/h]
Trong đó:
ge được tính bằng [kg/KW.h] và Ne [KW].
Chọn giá trị của n biến thiên từ nmin = 600 [v/ph] đến nmax = 4600 [v/ph]. Kết quả tính toán, Gnl ứng với từng giá trị của n được ghi trong bảng sau:
Bảng giá trị Ne, Me, ge, Gnl tính theo n theo bảng 3.3.
CHƯƠNG 4. KHAI THÁC HỆ THỐNG LÀM MÁT CỦA ĐỘNG CƠ 1FZ-FE
4.1. Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát.
4.1.1. Mục đích của hệ thống làm mát.
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy như: piston, xecmăng, xupap, nắp xilanh, thành xilanh chiếm khoảng 25 ¸ 35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra. Vì vậy, các chi tiết đó thường bị đốt nóng mãnh liệt. Nhiệt độ đỉnh pittông có thể lên tới 600oC, còn nhiệt độ của nấm xupap có thể lên 900oC. Nhiệt độ của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả xấu như:
- Phụ tải nhiệt làm giảm sức bền làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ của các chi tiết máy;
- Do nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăng tổn thất ma sát;
4.1.2. Yêu cầu của hệ thống làm mát.
Đối với động cơ 1FZ-FE cũng như các động cơ lắp trên xe ô tô khách thì hệ thống làm mát phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát bé;
- Bảo đảm nhiệt độ của môi chất làm mát tại cửa ra van hằng nhiệt ở khoảng 83¸950C và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95÷1150C;
4.2. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát.
Hệ thống làm mát của động cơ 1FZ-FE có nhiệm vụ sấy nóng, duy trì trạng thái nhiệt , làm mátđộng cơ, máy nén và dầu bôi trơn.
4.2.1. Làm mát động cơ và máy nén.
Hệ thống làm mát có nhiệm vụ chính là làm mát động cơ, bảo đảm động cơ có nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình làm việc.
4.2.2. Làm mát dầu bôi trơn.
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn tăng lên không ngừng do các nguyên nhân cơ bản sau:
- Dầu bôi trơn phải làm mát các trục, tỏa nhiệt lượng sinh ra trong quá trình ma sát các ổ trục ra ngoài;
- Dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như cò mổ, đuôi xupáp, piston...
4.3. Sơ đồ hệ thống và sơ đồ nguyên lý hoạt độnghệ thống làm mát của động cơ Toyota 1FZ-FE.
Khi mới khởi động, nước làm mát của động cơ có sẵn trong két được bơm nước hút qua ống hút của bơm rồi được đẩy vào khoang nước trong thân máy của động cơ thông qua các đường lỗ khoan sẵn trong thân máy. Nước được phân chia để làm mát đều cả bốn xilanh, làm mát dầu bôi trơn sau đó lên làm mát thân máy, rồi từ thân máy nước làm mát đến van hằng nhiệt.
Đặc điểm : Có kiểu van hằng nhiệt lắp ở đầu vào của bơm nước .Van hằng nhiệt này được trang bị van đi tắt, tùy theo sự thay đổi nhiệt độ của nước làm mát mà van này đóng hoặc mở van hằng nhiệt để điều chỉnh nước làm mát đi qua mạch chính và qua mạch đi tắt.Khi nước làm mát còn thấp, van hằng nhiệt sẽ đóng và van đi tắt mở.Khi đó nước làm mát sẽ tuần hoàn qua mạch rẽ mà không đi qua van hằng nhiệt.
Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức có dung tích bình chứa 7,8lít. Quạt của hệ thống làm mát được điều khiển bằng khớp chất lỏng ba giai đoạn
4.4. Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát bằng nước động cơ 1FZ-FE.
4.4.1. Két làm mát.
1. Công dụng và yêu cầu
Công dụng của két làm mát dùng để hạ nhiệt độ của nước từ động cơ ra bằng cách tản nhiệt ra ngoài không khí qua thành ống nước và cánh tản nhiệt, rồi lại đưa trở vào làm mát động cơ.
2. Kết cấu và nguyên lý làm việc
a. Kết cấu :
Kết cấu của két làm mát động cơ 1FZ-FE gồm có bình chứa nước phía trên và bình chứa nước phía dưới thông nhau qua các ống mỏng bằng nhôm, có tiết diện dẹt (giống hình ôvan), được bố trí một hàng, trong hàng có các cột thẳng hàng với nhau.
b. Nguyên lý làm việc:
Khi động cơ làm việc, nhiệt độ sinh ra do quá trình cháy truyền ra môi trường xung quanh, làm cho nước làm mát trong động cơ nóng dần lên. Dưới áp lực của bơm nước, nước nóng được đẩy vào bình chứa nước phía trên của két nước.
3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa
a. Các hư hỏng:
- Két nước bị tắc (tắc một phần) do sự đóng cặn của các chất khoáng trên thành ống;
- Các ống nước tản nhiệt bị bẹp làm cản trở nước lưu thông qua két và giảm sự truyền nhiệt của thành ống hoặc ống nước bị thủng làm rò rỉ nước;
- Cánh tản nhiệt của giàn ống bị dập do va đập làm cản trở khí thổi qua két để làm mát két;
b. Cách khắc phục, sửa chữa:
- Thông rửa két nước, tẩy sạch các chất bám trên thành ống thông qua phương pháp tẩy rửa bằng nước rửa hóa chất kết hợp tạo dòng nước mạnh lưu thông qua hệ thống làm mát. Chú ý, khi thông rửa phải tháo van hằng nhiệt ra khỏi hệ thống làm mát.
- Nắn thẳng lại các cánh tản nhiệt.
4.4.2. Nắp két.
1. Công dụng và yêu cầu
Công dụng của nắp két là duy trì áp suất trong hệ thống làm mát cao hơn áp suất không khí, nhằm nâng nhiệt độ sôi nước cao hơn bình thường.
2. Kết cấu và nguyên lý làm việc
Nắp két nước có cấu tạo như sau: Trên nắp két nước có một van xả hơi nước (van áp suất) và một van hút không khí (van chân không). Van xả hơi nước gồm có lò xo van có xu hướng ép chặt đĩa cao su của van xả và đệm cao suxuống, thân của van xả có nhiệm vụ định hướng cho lò xo.
3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa
a. Hư hỏng:
- Vòng đệm cao su làm kín bị hỏng;
- Lò xo của áp suất và van chân không bị giảm đàn hồi hay kẹt, dẫn đến sai lệch áp suất điều chỉnh.
b. Cách khắc phục, sửa chữa:
- Thay vòng đệm cao su mới đảm bảo kín khít của két;
4.4.3. Bơm nước.
1. Công dụng và yêu cầu
Công dụng của bơm nước là hút nước nguội từ thùng dưới của két giải nhiệt và đẩy nước tới các mạch vào bọng nước trong động cơ để làm mát động cơ.
2. Kết cấu và nguyên lý làm việc
a. Kết cấu :
Máy bơm nước được dẫn động bằng đai chữ V(đai thang có răng), để tạo dòng tuần hoàn nước làm mát trong hệ thống làm mát và bộ sưởi ấm. Rôto và thân của máy bơm nước có các vòng bít (phớt làm kín) để chống rò rỉ.
b. Nguyên lý hoạt động của bơm nước:
Bánh công tác được gắn trên trục bơm, khi động cơ làm việc trục khuỷu quay nhờ truyền động đai dẫn đến trục bơm quay.
3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa
Trong quá trình làm việc, các chi tiết của bơm nước chịu nhiều tác dụng lý hóa gây hư hỏng.
a. Hư hỏng:
- Vòng bít bi hư hỏng. Nếu vòng bít bị hư hỏng nước làm mát bị rò ra ngoài thì lượng rò rỉ được thoát ra ngoài qua lỗ xả trên thân máy bơm, để nước làm mát không thâm nhập vào các vòng bi. Vì vậy, khi có hiện tượng rò rỉ hoặc có nước làm mát thoát ra ngoài qua lỗ xả thì nguyên nhân có thể là do vòng bít hoặc vòng bi bị hỏng.
- Rò rỉ nước qua lỗ thăm ở thân bơm và bề mặt lắp ghép thân bơm với thân máy.
b. Cách khắc phục, sửa chữa.
Thông thường máy bơm không thể sửa chữa bằng cách tháo rời nó ra, mà thường phải thay cả bộ. Tuy nhiên, cũng có một số kiểu máy bơm nước tháo ra để sửa chữa.
4.4.4. Quạt gió dẫn động bằng đai.
1. Công dụng và yêu cầu
Quạt gió dùng để tạo dòng khí đi qua giàn ống và cánh tản nhiệt của két làm mát để tăng khả năng tản nhiệt cho két. Quạt gió làm tăng tốc độ lưu động của không khí đi qua két làm mát khiến cho hiệu quả làm mát cao hơn.
2. Kết cấu và nguyên lý làm việc
Quạt gió được sử dụng trong động cơ 1FZ-FE có kết cấu đơn giản. Quạt gió có 7 cánh, các cánh của quạt được làm bằng nhựa và được đúc liền với bầu quạt.
Quạt gió được dẫn động bằng đai từ trục khuỷu động cơ và được lắp cứng với trục của nó. Trên trục một đầu lắp quạt gió, đầu kia lắp puly dẫn động, trên puly có rãnh lắp đai để truyền động từ trục khuỷu đến quạt. Quạt gió được gắn vào khớp chất lỏng.
4.4.5. Van hằng nhiệt.
1. Công dụng và yêu cầu
Van hằng nhiệt có nhiệm vụ tự động khống chế lưu lượng nước làm mát qua két nước khi nhiệt độ của động cơ chưa đạt tới nhiệt độ quy định. Mặt khác, van hằng nhiệt còn làm nhiệm vụ rút ngắn thời gian chạy ấm máy.
2. Kết cấu và nguyên lý hoạt động
Kết cấu của van hằng nhiệt được thể hiện ở hình bên dưới đây :
Phần tử nhạy nhiệt của van hằng nhiệt có ống bọc 8 và đệm cao su 9; nằm giữa các thành của chúng là chất độn rắn. Bên trong miếng đệm cao su có lõi 6 bắt chặt vào trụ van chính 11 của van hằng nhiệt.
3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa
- Van hằng nhiệt bị liệt hay kẹt luôn ở vị trí đóng hoặc không mở to đường nước qua két, làm cho nước không được làm nguội, động cơ quá nóng.
b. Cách khắc phục, sửa chữa:
- tháo van ra khỏi động cơ, tẩy rửa và làm sạch các cáu bẩn bám trên van, kiểm tra sự đóng mở của van theo nhiệt độ, nếu van đóng, mở ở nhiệt độ không đúng với yêu cầu cần phải thay thế.
4.4.6. Khớp chất lỏng.
1. Công dung và yêu cầu
Đối với quạt làm mát được dẫn động bằng đai chữ V thì tốc độ của nó tăng lên tỷ lệ với sự tăng tốc độ của động cơ.
3. Nguyên lý hoạt động
- Nhiệt độ không khí (nóng) trong khi xe chạy chậm.Chuyển động quay của trục khớp chất lỏng được truyền hết sang quạt.
- Nhiệt độ không khí (nóng) trong khi xe chạy nhanh. Sức ỳ của quạt tăng lên và sự trượt trong khớp chất lỏng làm cho quạt quay với tốc độ thấp hơn tốc độ quay của trục khớp chất lỏng.
4. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa
a. Hư hỏng :
- Dầu trong khớp chất lỏng dùng một thời gian sẽ bi biến chất, do đó tốc độ của quạt không thay đổi theo quy luật trước
b. Cách khắc phục, sửa chữa:
- Thay thế khớp chất lỏng mới cùng kích cỡ.
KẾT LUẬN
Qua một thời gian nghiên cứu tìm hiểu với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo: TS. …………… Thi cùng các thầy giáo trong Bộ môn Ô tô quân sự và nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành đúng thời hạn đồ án tốt nghiệp của mình. Đồ án đã thực hiện bao gồm 4 chương:
Chương 1. Giới thiệu chung về động cơ 1FZ-FE và xe Toyota Land Cruiser.
Chương 2. Phân tích đặc điểm kết cấu động cơ Toyota 1FZ - FE.
Chương 3. Tính toán Chu trình công tác của động cơ tại chế độ Nemax.
Chương 4. Khai thác hệ thống làm mát của động cơ 1FZ - FE.
Mặc dù còn nhiều vấn đề chưa giải quyết được trong đồ án này do hạn chế về kiến thức, nhưng đồ án này đã trang bị cho bản thân em không những là các kiến thức sâu sắc về chuyên ngành mà còn là nhận thức về phương pháp giải quyết một số vấn đề kỹ thuật nảy sinh từ thực tế. Đồ án không thể tránh được những chỗ còn thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn.
Em xin cảm ơn thầy giáo: TS. …………… cùng các thầy giáo trong Bộ môn Ô tô quân sự, khoa Động lực đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Vy Hữu Thành,Vũ Anh Tuấn . Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong. Học viện KTQS , 1999.
2. Tài liệu tham khảo về động cơ 1FZ-FE và xe Toyota Land Cruiser
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"