MỤC LỤC

MỤC LỤC...................1

LỜI NÓI ĐẦU....................4

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 1UR-FE....................5

1.1. Giới thiệu về xe LX570....................5

1.2. Giới thiệu về động cơ 1UR-FE................7

CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH KẾT CẤU ĐỘNG CƠ 1UR-FE................9

2.1. Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền.................9

2.1.1. Nắp che...............9

2.1.2. Đệm (gioăng) nắp máy..............10

2.1.3. Nắp máy.......................11

2.1.4. Thân máy....................12

2.1.5. Pit tông.........................14

2.1.6. Thanh truyền....................15

2.1.7. Trục khuỷu......................16

2.1.8. Các te dầu.......................17

2.2. Cơ cấu phối khí .................18

2.2.1. Tổng quát về cơ cấu phối khí của động cơ 1UR-FE.....................18

2.2.2. Trục cam......................19

2.2.3. Cơ cấu điều chỉnh khe hở giữa vấu cam và cò mổ................20

2.3. Hệ thống bôi trơn........................21

2.3.1. Tổng quát về hệ thống bôi trơn động cơ 1UR-FE................21

2.3.2. Bơm dầu..................21

2.3.3. Vòi phun dầu..................22

2.3.4. Lọc dầu..................23

2.4.  Hệ thống làm mát ................24

2.4.1. Tổng quát về hệ thống làm mát của động cơ 1UR-FE.................24

2.4.2. Bơm nước..................26

2.4.3. Đường phân phối nước làm mát cho động cơ....................26

2.5. Hệ thống nạp và thải................27

2.5.1. Tổng quát về hệ thống nạp và thải của động cơ 1UR-FE...................27

2.5.2. Bộ lọc khí..................28

2.5.3. Cổ họng gió....................28

2.5.4. Ống dẫn khí nạp....................29

2.5.5. Hệ thống tuần hoàn khí thải................29

2.5.6. Ống góp khí xả................. 31

2.5.7. Ống xả..................32

2.6. Hệ thống cung cấp nhiên liệu..................32

2.6.1. Tổng quát................. 32

2.6.2. Vòi phun và ống dẫn nhiên liệu............... 33

2.7. Hệ thống đánh lửa.....................34

2.7.1. Tổng quát về hệ thống đánh lửa động cơ 1UR-FE.............. 34

2.7.2. Bô bin................... 35

2.7.3. Bugi..................... 36

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM ĐỘNG CƠ 1UR-FE Ở CHẾ ĐỘ N_emax ...............37

3.1. Mục đích tính toán.................37

3.2. Lựa chọn các số liệu ban đầu.................37

3.3. Tính toán các quá trình của chu trình công tác.................39

3.3.1. Tính toán quá trình trao đổi khí................39

3.3.2. Tính toán quá trình nén...................39

3.3.3. Tính toán quá trình cháy.................40

3.3.4. Tính toán quá trình dãn nở................43

3.3.5. Kiểm tra kết quả tính toán..................44

3.4. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của động cơ................44

3.4.1. Các thông số chỉ thị......................44

3.4.2. Các thông số có ích.....................45

3.5. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác..................47

3.5.1. Khái quát...................47

3.5.2. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết.........................47

3.5.3. Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế…..............49

3.6. Dựng đường đặc tính ngoài của động cơ...................50

CHƯƠNG 4. KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VAN BIẾN THIÊN THÔNG MINH KÉP (DUAL VVT-i) TRÊN ĐỘNG CƠ 1UR-FE................54

4.1. Tổng quát về hệ thống Dual VVT-i ...................54

4.2. Cấu tạo của hệ thống Dual VVT-i......................56

4.2.1. Bộ điều khiển VVT-i ...................57

4.2.2. Van dầu điều khiển phối khí trục cam..................59

4.3. Nguyên lý làm việc..................59

4.3.1. Làm sớm thời điểm phối khí .................59

4.3.2. Làm muộn thời điểm phối khí ......................60

4.3.3. Giữ nguyên vị trí của pha phối khí....................61

4.4. Các hư hỏng thường gặp ở cơ cấu phân phối khí...................61

4.4.1. Các hư hỏng chung......................61

4.4.2. Các hư hỏng của hệ thống VVT-i..................63

4.5. Cách kiểm tra và sửa chữa các hư hỏng....................63

4.5.1. Kiểm tra sửa chữa cơ cấu phối khí..................63

4.5.2. Kiểm tra sửa chữa các cảm biến.....................65

4.5.3. Kiểm tra sửa chữa van dầu điều khiền phối khí trục cam.....................65

KẾT LUẬN.......................66

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................... 67

LỜI NÓI ĐẦU

   Ngày nay, ngành công nghiệp ô tô đang dần đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của ngành kinh tế xã hội. Nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật tiên tiến đã được nhanh chóng áp dụng trong công nghiệp chế tạo ô tô. Các tiến bộ khoa học được áp dụng nhằm mục đích giảm cường độ lao động cho người lái, tăng tính an toàn cho người lái và hàng hóa, tăng vận tốc cũng như tính kinh tế nhiên liệu cho xe.

   Nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển, nhiều loại xe hiện đại đã và đang được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam, với các thông số kỹ thuật phù hợp với điều kiện khí hậu, địa hình Việt Nam. Ở nước ta hiện tại chủ yếu là khai thác và sử dụng các thế hệ xe sản xuất tại nước ngoài với nhiều chủng loại khác nhau. Do vậy việc tìm hiểu, đánh giá, kiểm nghiệm các hệ thống, cụm, cơ cấu cho xe là hết sức cần thiết để có được biện pháp khai thác xe hiệu quả nhất.

   Theo sự phân công của bộ môn Động cơ - Khoa Động lực, em được giao nhiệm vụ làm đồ án tốt nghiệp “Khai thác động cơ Toyota 1UR-FE lắp trên xe Lexus LX570”.

   Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo và các bạn cùng lớp, đặc biệt là:…………... Do thời gian làm đồ án có hạn và kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá trình làm đồ án vẫn còn tồn tại nhiều thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự  góp ý và chỉ bảo của các thầy giáo để em có thể hoàn thiện đồ án 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 1UR-FE

1.1. Giới thiệu về xe LX570

Xe LX 570 hay còn được gọi là Land Cruiser J200 được ra mắt vào ngày 4/4/2007 ở triển lãm ô tô quốc tế tại New York.  LX570 là một thiết kế lại hoàn chỉnh của dòng xe LX, và là phiên bản đầu tiên của chiếc SUV lớn nhất của Lexus 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 nhận ULEV II cho động cơ 4,6L 1UR-FE V8 với công suất 310HP và momen xoắn cực đại 443N.m giúp cho xe có thể mang tải tới 3900kg. Động cơ được nối với hộp số tự động 6 cấp với hệ thống dẫn động 4 bánh sử dụng vi sai điện tử Torsen kiểu trung tâm.

Ngoài ra LX570 còn được trang bị một hệ thống rađa linh hoạt, LX570 là dòng 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 ở lưới 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 hình ảnh trên màn hình hệ thống định vị chuẩn.

Các tính năng hữu hiệu khác như hệ thống thu thập thông tin (Crawl Control) sẽ giúp người lái ít kinh nghiệm trên đường 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 thống chống bó cứng phanh đa địa hình cho phép dừng xe với quãng đường ngắn hơn trên các bề mặt như cát và sỏi. Hệ thống điều khiển HAC (Hill-start Assist Control)  ngăn xe lăn về phía sau khi ở trên đồi hay các bề mặt trơn trượt.

1.2. Giới thiệu về 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 hệ thống điều khiển van biến thiên thông mình kép (Dual VVT-i), hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp (Direct Ignition System – DIS), hệ thống điều khiển biến thiên 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 tuần hoàn khí thải (EGR). Các hệ thống trên giúp tăng hiệu suất của động cơ, tăng tính kinh tế nhiên liệu và làm sạch khí thải.

CHƯƠNG 2

PHÂN TÍCH KẾT CẤU ĐỘNG CƠ 1UR-FE

Trong chương 2, các cơ cấu, hệ thống lắp trên động cơ sẽ được trình bày khái 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.

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 đốt thành momen quay của trục khuỷu. Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền gồm hai nhóm chi tiết chính là nhóm chi tiết cố dịnh và nhóm chi tiết chuyển động. Nhóm chi tiết cố định gồm có nắp xy lanh, thân máy và các te dầu. Nhóm chi tiết chuyển động gồm có nhóm pít tông, thanh truyền, trục khuỷu, bánh đà.

2.1.1.  Nắp che

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

2.1.2.  Đệm (gioăng) nắp máy

Đệm nắp máy của động cơ 1UR-FE được cấu tạo bởi 3 lớp thép cán mỏng. Ở mỗi tấm đệm nắp máy, có một miếng đệm mỏng bao quanh đường kính các xy lanh để tăng khả năng làm kín và tuổi thọ của đệm nắp máy. Phủ trên bề mặt của đệm nắp máy là lớp cao su tổng hợp chứa nguyên tử flo có độ bền và khả năng chịu nhiệt cao.Đệm nắp máy có công dụng làm kín buồng cháy của động cơ và ngăn không cho nước làm mát hay dầu bôi trơn vào xy lanh. Như một phần của buồng cháy, đệm nắp máy cũng cần phải có độ bền như các bộ phận khác của buồng cháy.

2.1.4. Thân máy

a. Tổng quan

Ở vách ngăn giữa 2 xy lanh có một ống dẫn nước ngầm để dẫn nước làm mát vào. Cấu trúc này đảm bảo giữ được nhiệt độ đều ở thành xy lanh. Các vòng đệm bằng plastic được đặt trong các áo nước làm mát. Chúng điều chỉnh dòng chảy 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 làm tăng thêm độ chính xác của các cảm biến. Trên vách ngăn giữa các xy lanh có các lỗ thông khí, chế tạo như vậy giúp cho không khí ở dưới đáy các xy lanh di chuyển một cách nhẹ nhàng, tổn thất khi chuyển động lên của pit tông sẽ được giảm để tăng công suất của động cơ.

b. 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 lanh bằng nhôm. Làm như vậy sẽ trợ giúp cho việc hấp thụ nhiệt, giảm nhiệt độ và sự biến dạng do nhiệt ở thành các xy lanh. Bề mặt của ống lót xy lanh có khía nhám nhằm tăng khả năng lưu lại của dầu trên bề mặt ống lót để làm giảm ma sát.

2.1.5. Pit tông

Pit tông cùng với xy lanh và nắp máy tạo thành buồng đốt. Pit tông ở động cơ 1UR-FE được làm từ hợp kim nhôm. Đỉnh pit tông có cấu tạo kiểu lõm nhằm đạt được sự cháy ổn định. Cùng với kết cấu buồng đốt kiểu vát nghiêng của nắp máy và đỉnh pit tông dạng lõm đã nâng cao được tỷ số nén và tăng cả về hiệu 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 mất mát 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 năng chống mài mòn. Nhờ việc tăng độ chính xác khi lắp ráp nên khi chế tạo chỉ yêu cầu duy nhất một kích thước của pit tông.Đỉnh pit tông dạng lõm, xung quanh có các gờ côn để tăng khả năng chống kích nổ và tăng hiệu quả của quá trình nạp. Qua đó hiệu suất của động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cũng được tăng. Để giảm khối lượng của pit tông, trong khi đúc người ta đã tạo ra một lỗ hổng ở phần đáy của đỉnh pit tông gần với chốt pit tông.

2.1.6. Thanh truyền

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

2.1.7. Trục khuỷu

Trục khuỷu có công dụng nhận lực từ pit tông để tạo ra momen quay sinh công đưa ra các bộ phận công tác và nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại cho pit tông để thực hiện các quá trình sinh công. Trong quá trình làm việc, trục khuỷu 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 pháp rèn để tăng độ cứng vững và khả năng chống mài mòn cho trục khuỷu. Trục khuỷu của động cơ có 5 cổ trục chính, 4 cổ biên và 6 đối trọng.

2.1.8. Các te dầu

Tấm ngăn giữa các te và thân máy được tối ưu hóa để đảm bảo khoảng cách 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 ma sát và tăng cường hiệu quả bôi trơn.Các te là có công dụng bảo vệ và chứa dầu bôi trơn động cơ. Phần các te dầu số 1 của động cơ 1UR-FE được chế tạo bằng hợp kim nhôm, được gắn cố định với khối xy lanh và hộp số để tăng độ bền vững.

2.2. Cơ cấu phối khí

Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình đóng mở của các xupáp nạp và thải trong quá trình động cơ làm việc. Cơ cấu phân phối khí phải chịu tải trọng cơ học cao, nhiệt độ cao, tải trọng va đập lớn trong quá trình làm việc. Các yêu cầu đối với cơ cấu phân phối khí: đóng mở đúng quy luật và thời điểm; 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.

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

Mỗi xy lanh của động cơ đều có 2 xupáp nạp và 2 xupáp thải, qua đó hiệu quả của quá trình nạp và thải đều được tăng lên. Động cơ sử dụng cò mổ kiểu con 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 xả được 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 khiển các trục cam nạp và xả để tối ưu thời gian đóng mở các xupáp nạp, xả cho phù hợp với điều kiện xe vận hành. Sử dụng hệ thống Dual VVT-i giúp giảm lượng tiêu hao nhiên liệu, tăng hiệu suất của động cơ và giảm lượng phát xạ khí thải.

2.2.2.  Trục cam

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

Cùng với việc sử dụng cò mổ kiểu con lăn, kết cấu của vấu cam cũng được cải tiến. Vấu cam được thiết kế để tăng được thời gian khi xupáp bắt đầu mở và đóng hoàn toàn giúp nâng cao công suất đầu ra của động cơ.

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 tiết chính là chốt đẩy, lò xo chốt đẩy, bi điều chỉnh và lò xo bi điều chỉnh.

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.

2.3.          Hệ thống bôi trơn

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

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 và qua bộ lọc dầu. Bơm dầu sử dụng rôto dạng xicloit, bộ lọc dầu có thể thay thế được phần tử lọc. Bộ làm mát dầu bằng nước được lắp đặt theo sự lựa chọn của khách hàng.

2.3.2.  Bơm dầu

Bơm dầu sử dụng rôto dạng xicloit, được dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu của động cơ.

Bơm dầu sử dụng phương pháp tự bổ sung dầu với vòng tuần hoàn của dầu thông qua một đường hút dầu ở trong bơm. Điều này giúp hạn chế sự thay đổi mức dầu ở các te, giảm ma sát và giảm tỉ lệ không khí lẫn ở trong dầu.

2.3.3.  Vòi phun dầu

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

2.3.4.  Lọc dầu

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

Nắp bộ lọc dầu được làm từ nhựa để giảm khối lượng. Bộ lọc dầu này có cấu 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 viên không phải tiếp xúc với dầu nóng.

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, xupáp, …) để chúng không bị quá tải nhiệt. Ngoài ra làm mát động cơ còn có tác dụng duy trì nhiệt độ dầu bôi trơn trong một phạm vi nhất định để duy trì các chỉ tiêu kỹ thuật của chất bôi trơn.

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 cưỡng bức và có bình chứa phụ thông với két nước làm mát. Đường phân phối nước làm 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 có tác 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 làm mát có 2 chế độ tùy theo nhiệt độ nước làm mát, có gắn với khớp chất lỏng. Khi nhiệt 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 của Toyota sản xuất, dung dịch này có màu đỏ.

2.4.2.  Bơm nước

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

2.4.3.  Đường phân phối nước làm mát cho động cơ

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

2.5.          Hệ thống nạp và thải

2.5.1.  Tổng quát về hệ thống nạp và thải của động cơ 1UR-FE

Cổ họng gió của động cơ 1UR-FE không sử dụng dây cáp để nối giữa bàn đạp ga và bướm ga mà sử dụng hệ thống điều khiển bướm ga điện tử - Thông minh (ETCS-i) để kiểm soát độ mở của bướm ga một cách tuyệt hảo ở mọi chế độ hoạt động.

Hệ thống nạp có chiều dài hiệu dụng thay đổi (ACIS) được sử dụng nhằm tăng hiệu suất của động cơ ở mọi khoảng tốc độ. Ống góp khí nạp được làm bằng 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 tuần hoàn để tăng tính kinh tế nhiên liệu.

2.5.2.  Bộ lọc khí

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

2.5.3.  Cổ họng gió

Cảm biến vị trí bướm ga và môtơ điều khiển bướm ga được hợp nhất lại với 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 tiêu hao điện năng ở mức nhỏ nhất. Động cơ chuyển mạch bằng điện tử (ECM) thực hiện chu trình biến dòng xoay chiều thành một chiều và điều chỉnh cưởng độ dòng điện của dòng cung cấp tới motơ điều khiển bướm ga để điều chỉnh góc mở của bướm ga.

2.5.4.  Ống dẫn khí nạp

Động cơ 1UR-FE có ống dẫn khí nạp gắn liền với buồng khí nạp làm từ nhựa dẻo để giảm khối lượng. Đường kính và độ dài của các cửa nạp được tối ưu hóa để đạt được momen lớn ở mọi chế độ hoạt động. Ống dẫn khí nạp có các van điều khiển cho hệ thống nạp có chiều dài thay đổi. Bộ dẫn động hệ thống ACIS được hàn bằng laze vào ống dẫn khí nạp.

2.5.5.  Hệ thống tuần hoàn khí thải

Van tuần hoàn khí thải được lắp đặt một động cơ bước để điều khiển sự đóng 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 khí thải từ nắp xy lanh tới van tuần hoàn khí thải. Trong cơ cấu làm mát, nước làm mát chảy theo bốn tầng ngang qua các dòng khí thải để làm giảm nhiệt độ khí thải.

2.5.6.  Ống góp khí xả

Ống góp khí xả được làm từ thép không gỉ để giảm được khối lượng cũng như 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 tăng cường 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 và tăng cường độ bền.

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

2.5.7.  Ống xả

Ống xả được làm từ thép không gỉ để giảm trọng lượng và tăng khả năng chống 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.

2.6.          Hệ thống cung cấp nhiên liệu

2.6.1.  Tổng quát

Hệ thống nhiên liệu của động cơ 1UR-FE có cơ cấu điều khiển dừng bơm nhiên 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 tạo điều kiện thuận lợi cho việc sửa chữa, bảo dưỡng.

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

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 lanh được tơi hơn.

Các đường dẫn nhiên liệu được làm từ thép dập khuôn dùng để dẫn nhiên liệu tới các vòi phun. Một giảm chấn mạch được đặt ở đường dẫn nhiên liệu dãy xy lanh bên trái. Bộ điều áp nhiên liệu được lắp ở đường dẫn nhiên liệu dãy xy lanh bên phải.

2.7.          Hệ thống đánh lửa

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 hệ thống này giúp cải thiện thời gian đánh lửa chính xác hơn, giảm mất mát của dòng 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 xy lanh đều có một bô bin điện tích hợp với một IC đánh lửa.

2.7.2.  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 bọc bên trong bô bin để đơn giản hóa hệ thống.

2.7.3.  Bugi

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

Bugi có cực trung tâm bằng Iridium có thể sử đạt được thời hạn sử dụng tới 200000km. Việc sử dụng điện cực trung tâm bằng Iridium đã nâng cao hiệu quả đánh lửa hơn so với sử dụng điện cực bằng bạch kim và cũng nâng cao độ bền cho điện cực.

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM ĐỘNG CƠ 1UR-FE

Ở CHẾ ĐỘ N_emax

3.1.          Mục đích tính toán

Để tính toán kiểm nghiệm động cơ ta sử dụng phương pháp khi tính toán chu trình công tác được giới thiệu trong sách “Hướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong”.

Mục đích của việc tính toán là xác định các chỉ tiêu về kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ ở Việt Nam. Kết quả tính toán cho phép xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình.

Chế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bằng các thông số cơ bản như công suất có ích, mô men xoắn có ích, tốc độ quay và nhiều thông số khác. Các thông số ấy có thể ổn định hoặc thay đổi trong phạm vi rộng tùy theo công dụng của động cơ.

Trong chương 3 sẽ trình bày nội dung tính toán kiểm nghiệm động cơ 1UR-FE ở chế độ N_emax. Ta lựa chọn các số liệu ban đầu phù hợp với động cơ để phục vụ cho quá trình tính toán kiểm nghiệm.

3.2.          Lựa chọn các số liệu ban đầu

          Bảng 3.1. Bảng các thông số ban đầu

3.3.          Tính toán các quá trình của chu trình công tác

3.3.1.  Tính toán quá trình trao đổi khí

           Mục đích: xác định các thông số cuối quá trình nạp như áp suất p_a và nhiệt độ T_a.

           - Hệ số khí sót γ_r:

           Hệ số được xác định theo công thức:

           Thay số vào ta được:

           - Nhiệt độ cuối quá trình nạp T_a:

           Giá trị của T_a được xác định theo công thức:

                                                                              [⁰K]

           Thay số vào ta được:

                                                  [⁰K]

           - Áp suất cuối quá trình nạp p_a:

           Giá trị của p_a được xác định theo công thức:

                                                                 [MPa]

           Thay số vào ta được:

                       [MPa]

3.3.2.  Tính toán quá trình nén

           Mục đích: xác định các thông số như áp suất p_c và nhiệt độ T_c ở cuối quá trình nén.

           - Áp suất cuối quá trình nén p_c:

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

                                                                                           [MPa]

           Thay số vào ta được:

                                                                    [MPa]

           - Nhiệt độ cuối quá trình nén T_c:

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

                                                                                            [⁰K]

           Thay số vào ta được:

                                                              [⁰K]

3.3.3.  Tính toán quá trình cháy

           Mục đích tính toán: xác định các thông số cuối quá trình cháy như áp suất p_z và nhiệt độ T_z­.

           Việc tính toán được chia làm hai giai đoạn:

           + Tính toán tương quan nhiệt hóa:

           Mục đích việc 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.

           - Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu thể lỏng là:

           Trong đó: g_C, g_H, g_O là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng của cácbon, hydro và ô xy tương ứng chứa trong 1kg nhiên liệu. Trị số các thành phần đó với xăng được lấy gần đúng như sau:

           g_C = 0,855; g_H = 0,145; g_O = 0.

           Thay số vào ta được:

           - Lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1kg nhiên liệu M_t được xác định theo công thức:

           Thay số vào ta được:

           - Lượng hỗn hợp cháy M₁ tương ứng với lượng không khí thực tế M_t đối với động cơ xăng được tính theo công thức:

           Trong đó: μ_nl là trọng lượng phân tử của nhiên liệu. Đối với xăng

μ_nl = 110 ÷ 114 [Kg/Kmol], chọn μ_nl = 114 [Kg/Kmol]

           Thay số vào ta được:

           - Số mol của sản vật cháy M₂ khi α ≥ 1 được tính theo công thức:

           Thay số vào ta được:

           - Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β₀ được tính theo công thức:

           Thay số vào ta được:

           - Hệ số thay đổi phân tử thực tế β được tính theo công thức sau:

           Thay số vào ta được:

           + Tính toán tương quan nhiệt động:

           - Xác định nhiệt độ cuối quá trình cháy T_z­. Để xác định T_z ta sử dụng phương trình nhiệt động:

                                (*)

           Trong đó:

           * μ_cvc là nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén;

           * μ_cvz là nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z;

           * ΔQ_T là tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hoàn toàn.

           Đối với động cơ xăng, khi 0,7 ≤ α ≤ 1 thì giá trị của μ_cvz được xác định theo biểu thức sau:

                     μ_cvz = 18,423 + 2,596α + (1,55 + 1,38α).10^-3.T_z      

                   Thay số vào ta được:

                          μ_cvz = 18,423 + 2,596.1 + (1,55 + 1,38.1).10^-3.T_z

                                = 21,02 + 2,93.10^-3.T_z                                                        

           Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén:

           Thay số vào ta được:

           Tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hoàn toàn ΔQ_T được tính theo công thức sau:

                                        ΔQ_T = 120.10³.(1 – α).M₀                                          

                   Thay số vào ta được:

                                   ΔQ_T = 120.10³.(1 – 1).0,512 = 0                   

           Thay μ_cvc, μ_cvz, ΔQ_T vào phương trình (*) ta được:

Rút gọn phương trình trên ta được:

                            3,08.10^-3.T_z² + 19,697.T­_z – 91664,31 = 0

           Giải phương trình và bỏ nghiệm âm ta được T_z = 3125,85         [⁰K]

           - Tỷ số tăng áp suất λ_p được xác định theo công thức sau:

           Thay số vào ta được:

           - Áp suất cuối quá trình cháy p_z được xác định theo công thức sau:

                                                     p_z = λ_p.p_c                                                                  [MPa]

           Thay số vào ta được:

                                          p_z = 4,052.2,24 = 9,076                            [MPa]

3.3.4.  Tính toán quá trình dãn nở

           Mục đích: xác định các giá trị áp suất p_b và nhiệt độ T_b ở cuối quá trình dãn nở.

           - Áp suất cuối quá trình dãn nở p_b được tính theo công thức sau:

                                                                                             [MPa]

           Thay số vào ta được:

                                                                            [MPa]

           - Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở T_b được tính theo công thức sau:

                                                                                              [⁰K]

           Thay số vào ta được

                                                                        [⁰K]

3.3.5.  Kiểm tra kết quả tính toán

           Để kiểm tra kết quả tính toán các quá trình của chu trình công tác, ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau:

                                                                                               [⁰K]

           Thay số vào ta được:

                                                                          [⁰K]

           Với T_r = 1100 ⁰K đã chọn thì sai số như sau:

           Kết luận: Với sai số ΔT_r = 2,17% < 3%, các thông số đã chọn là hợp lý.

3.4.          Xác định 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 p_i^¢ được xác định theo công thức:

                                  [MPa]

           Thay số vào ta được:

  [MPa]

           - Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p_i được xác định theo công thức:

                                                     p_i = p_i^¢.φ_đ                                       [MPa]

           Với φ_đ là hệ số điền đầy đồ thị công, đối với động cơ xăng 4 kỳ:

           φ_đ = 0,90 ÷ 0,96, chọn φ_đ = 0,96. Thay số vào ta được:

                                           p_i = 1,396.0,96 = 1,34                             [MPa]

           - Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g_i được tính theo công thức:

           Thay số vào ta được:

           - Hiệu suất chỉ thị η_i được xác định theo công thức:

           Trong đó: Q_T được tính bằng [KJ/kgnl] và g_i [kg/KWh]

           Thay số vào ta được:

3.4.2.  Các thông số có ích

           Các thông 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 khí trung bình p_cơ và hiệu suất η_cơ.

           - Áp suất tổn hao cơ khí trung bình p_cơ:

           Động cơ xăng có i = 8 và S/D = 0,883 < 1, do đó khi mở hết bướm ga ta có p_cơ = 0,025 + 0,012.C_TB [MPa]

           Thay số vào ta được:

                                  p_cơ = 0,025 + 0,012.15,5 = 0,211                     [MPa]

           - Áp suất có ích trung bình p_e được tính theo công thức sau:

                                                    p_e = p_i - p_cơ                                      [MPa]

           Thay số vào ta được:

                                        p_e = 1,34 – 0,211 = 1,129                           [MPa]

           - Hiệu suất cơ khí η_cơ được tính theo công thức sau:

           Thay số vào ta được:

           - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g_e được tính theo công thức sau:

           Thay số vào ta được:

           - Hiệu suất có ích η_e được xác định theo công thức sau:

                                                     η_e = η_i.η_cơ

           Thay số vào ta được:

                                         η_e = 0,466.0,843 = 0,393

           - Công suất có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán N_e:

                                                                                     [KW]

           Trong đó đơn vị tính của các thông số trong biểu thức trên như sau:

           p_e [MN/m²]; V_h [dm³]; n[v/ph]; đối với động cơ 4 kỳ τ = 4.

           Ta có dung tích công tác của động cơ là 4608cm³ = 4,608dm³

                   V_h = 4,608/8 = 0,576 dm³

           Thay số vào ta được:

                                                          [KW]

           - Mô men xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán M_e:

                                                                                     [Nm]

           Trong đó Ne được tính bằng [KW] và n [v/ph], thay số ta được:

                                                                  [Nm]

           - So sánh N_emax và N_e tính toán:

           Thay số vào ta được:

           Kết luận: Với sai số ΔN_e = 5,1% < 10%, các thông số đã chọn ban đầu là hợp lý.

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 xy lanh động cơ trên hệ tọa độ p-V. Việc dựng đồ thị được chia làm hai bước:

- Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết: được dựng theo kết quả tính toán chu trình công tác khi chưa xét các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc thực tế trong động cơ.

- Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết để được đồ thị công chỉ thị thực tế: Đồ thị công chỉ thị thực tế là đồ thị đã kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác nhau như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu, góc mở sớm và đóng muộn các xu páp cũng như sự thay đổi thể tích khi cháy.

3.5.2.  Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết

           - Thể tích cuối quá trình nén V_c

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

                                                                                            [dm³]

           Thay số vào ta được:

                                                                           [dm³]

           - Thể tích cuối quá trình nạp V_a

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

                                                  V_a = V_c + V_h                                      [dm³]

           Thay số vào ta được:

                                       V_a = 0,063 + 0,576 = 0,639                          [dm³]

           Theo kết quả tính phần tính toán nhiệt, ta có:

           Áp suất cuối quá trình nạp: p_a = 0,093 MPa;

           Áp suất cuối quá trình nén: p_c = 2,24 MPa;

           Áp suất cuối quá trình cháy: p_z = 9,076 MPa;

           Áp suất cuối quá trình dãn nở: p_b = 0,52 MPa.

           Ta xác định được tọa độ các điểm a (p_a, V_a), c (p_c, V_c), y (p_z, V_c), b (p_b, V_a) và r (p_r, V_c) trên hệ tọa độ p-V là:

           Bảng 3.2. Bảng giá trị các điểm đặc biệt

           Bảng 3.3. Bảng xác định các điểm trên đường nén và dãn nở đa biến

3.5.3.  Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế

Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế khi kể đến các yếu tố ảnh hưởng như góc đánh lửa sớm, góc mở sớm, góc đóng muộn xu páp cũng như ảnh hưởng của sự thay đổi thể tích khi cháy. Để tiến hành hiệu chỉnh đồ thị ta xác định các điểm sau:

- Điểm c¢ được xác định theo góc đánh lửa sớm (15⁰) nhờ vòng tròn Brích.

- Điểm c¢¢ được xác định theo quan hệ sau:

p_c¢¢ = 1,2p_c = 1,2.2,24 = 2,688 [MPa]

- Điểm y’ biểu thị áp suất p_z¢:

p_z¢ = 0,9p_z = 0,9.9,076 = 8,168 [MPa]

- Điểm b¢ trên đường dãn nở được xác định theo góc mở sớm xu páp thải (62⁰) nhờ vòng tròn Brích.

Dựng điểm b¢¢ ở giữa đoạn a-b. Từ a và r kẻ các đường song song với trục hoành. Chọn điểm b¢¢¢  trên đường thải cưỡng bức sao cho đường cong không bị gấp khúc. Dựng điểm r¢¢ theo góc đóng muộn của xu páp thải (24⁰) nhờ vòng tròn Brích. Vẽ đường cong lượn đều từ r¢¢ lên r và đường cong lượn đều qua các điểm b¢, b¢¢, b¢¢¢ sao cho các đường cong ấy không bị gãy khúc. Từ đó ta có đồ thị công chỉ thị thực tế của chu trình công tác.

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 chi tiết như công suất có ích N_e, mô men xoắn có ích M_e, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ G_nl và suất tiêu hao nhiên liệu có ích g_e vào số vòng quay của trục khuỷu n [v/ph] khi bướm ga mở hoàn toàn. Qua đó để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động cơ khi tốc độ quay trục khuỷu thay đổi.

Để dựng đường đặc tính, ta chọn trước thông số giá trị trung gian của tốc độ quay n trong giới hạn giữa n_min và n_max rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của N_e, M_e, g_e theo các biểu thức sau:

                                           [KW]

                                                      [Nm]

Trong đó:

      N_emax là công suất có ích lớn nhất tính được, [KW];

      n_N: số vòng quay ứng với công suất lớn nhất, [v/ph];

      : mô men xoắn có ích ứng với số vòng quay n_N, [Nm];

      : suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với số vòng quay n_N,

      N_e, M_e, g_e: là các giá trị biến thiên của công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với từng giá trị số vòng quay tương ứng với từng giá trị số vòng quay được chọn trước.

Giá trị biến thiên của G_nl được xác định theo từng cặp giá trị tương ứng của g_e và N_e theo biểu thức sau:

                                         G_nl = g_e.N_e                                       

Trong đó g_e được tính bằng  và N_e [KW].

Từ các thông số ban đầu và tính toán ở trên ta có các thông số sau:

      Công suất có ích lớn nhất tính được:

                                N_emax = 242,78 [KW];

                Số vòng quay ứng với công suất lớn nhất:

                                   n_N = 5600 [v/ph];

      Mô men xoắn có ích ứng với số vòng quay n_N:

                                   = 414,2 [Nm];

      Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với số vòng quay n_N:

                                 = 208,38

Chọn các giá trị của n biến thiên từ n_min = 600 [v/ph] đến n_max = 5600 [v/ph]. Kết quả tính toán N_e, M_e, g_e và G_nl ứng với từng giá trị của n được ghi trong bảng sau:

Bảng 3.4. Kết quả tính toán các chỉ tiêu

Tỷ lệ xích trên bản vẽ:

         [KW]/mm;

         [Nm]/mm;

          [g/KWh]/mm;

         [kg/h]/mm.

CHƯƠNG 4

KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VAN BIẾN THIÊN THÔNG MINH KÉP (DUAL VVT-i) TRÊN ĐỘNG CƠ 1UR-FE

4.1.          Tổng quát về hệ thống Dual VVT-i

Hệ thống VVT-i (Variable Vale Timing – intelligent) là một kĩ thuật thay đổi thời điểm phối khí được phát triển bởi Toyota. Hệ thống này đã thay thế hệ thống VVT đơn giản vào năm 1991 trên động cơ 4A-GE 20 valve, được giới thiệu vào năm 1996, thay đổi thời gian của van nạp bằng cách điều chỉnh mối quan hệ giữa trục cam điều khiển  (dây đai, vị trí bánh răng hoặc dây xích).

Năm 1998 Dual VVT-i (Điều chỉnh cả xupáp xả và xupáp nạp), được giới thiệu trên động cơ RS2000 Altezza’s3S-GE và còn được sử dụng trên động cơ V6 mới 3.5L2GR-FEV6. Động cơ này được sử dụng trên các loại xe như Avalon, RAV4 và Camry ở Mỹ, Aurion ở Australia và một vài model ở Nhật.

Hiện nay công nghệ VVT ngày càng được phát triển rộng hơn, từ việc chỉ điều khiển pha phối khí của xupáp nạp (được gọi là VVT-i) tới điều chỉnh pha phối khí cả xupáp nạp và xupáp xả (được gọi là Dual VVT-i). Tiếp đó hãng sản xuất ôtô hàng đầu thế giới Toyota đã đưa ra công nghệ vừa điều chỉnh được pha phối khí vừa điều khiển được độ mở của xupáp (được gọi là VVTL-i). Đây là công nghệ tiên tiến nhất, điều khiển sự thay đổi pha phối khí bằng điện từ thay vì bằng thủy lực nhằm tăng độ chính xác và giảm độ trễ của cơ cấu chấp hành.

Hệ thống Dual VVT-i ở động cơ 1UR-FE dùng để điều khiển các trục cam nạp và xả trong khoảng 40 ÷ 32 độ so với góc quay trục khuỷu để có thời điểm phối khí một cách phù hợp nhất với điều kiện làm việc của động cơ. Sử dụng hệ thống cho phép tăng mô men của động cơ trong mọi dải tốc độ, đồng thời cũng tăng tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí thải của động cơ.

Môđun điều khiển động cơ (ECM) nhận các tín hiệu từ tốc độ động cơ, lưu lượng khí, vị trí bướm ga và nhiệt độ của nước làm mát để tính toán thời điểm phối khí phù hợp với mỗi chế độ lái xe và điều chỉnh van dầu điều khiển phối khí trục cam. Ngoài ra, ECM sử dụng tín hiệu từ các cảm biến VVT và cảm biến vị trí trục khuỷu để tìm ra thời điểm phối khí hiện tại, sau đó gửi các phản hồi tới bộ vi xử lý để tìm ra thời điểm phối khí cần thiết.

4.2.          Cấu tạo của hệ thống Dual VVT-i

4.2.1.  Bộ điều khiển VVT-i

Bộ điều khiển bao gồm một vỏ ngoài được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được ghép vào mỗi trục cam. Ở trục cam nạp sử dụng bộ điều khiển VVT-i với 3 cánh gạt, trong khí đó trục cam thải sử dụng 4 cánh gạt.

Khi động cơ ngừng hoạt động, bộ điều khiển VVT-i ở trục cam nạp sẽ khóa trục cam ở góc đóng muộn nhất bởi chốt hãm của cơ cấu và bộ điều khiển, bên trục cam xả sẽ khóa lại ở góc mở sớm. Sự phối hợp này đảm bảo cho động cơ có trạng thái khởi động tốt nhất.

Áp suất dầu đi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp và xả đều làm quay cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i, cánh gạt được lắp ghép với đĩa xích trục cam để liên tục thay đổi thời điểm phối khí.

Ở bộ điều khiển VVT-i của trục cam xả có thêm một lò xo hỗ trợ mở sớm. Lò xò này sẽ chịu mô men khi trục cam xả ở góc mở sớm, do vậy chốt hãm sẽ đảm bảo gài chặt vào vỏ ngoài của bộ điều khiển khi động cơ dừng lại.

4.2.2.  Van dầu điều khiển phối khí trục cam

Van dầu điểu khiển phối khí trục cam sử dụng kết quả nhận được từ chu trình điều khiển của ECM để điều khiển van trượt, cho phép áp suất dầu tác động vào bộ điều khiển VVT-i về phía làm sớm hay làm muộn pha phối khí. Khi động cơ ngừng hoạt động, van dầu điều khiển phối khí trục cam nạp sẽ dịch chuyển tới vị trí phối khí muộn và ở trục cam xả sẽ dịch chuyển tới vị trí phối khí sớm.

Ở van dầu điều khiển phối khí trục cam xả, các đường dầu ra bộ điều khiển VVT-i sẽ ngược lại so với trục cam nạp.

4.3.          Nguyên lý làm việc

4.3.1.  Làm sớm thời điểm phối khí

Khi van dầu điều khiển phối khí trục cam nhận được tín hiệu làm sớm pha phối khí từ ECM và ở vị trí như các hình 4.7; 4.8 thì tổng lực từ áp suất dầu sẽ làm xoay khoang cánh gạt về phía làm sớm pha phối khí để quay trục cam theo chiều làm sớm thời điểm phối khí.

4.3.2.  Làm muộn thời điểm phối khí

Khi van dầu điều khiển thời điểm phối khí trục cam nhận được tín hiệu làm muộn pha phối khí từ ECM và ở vị trí như các hình 4.9; 4.10 thì tổng lực của áp suất dầu sẽ làm xoay khoang cánh gạt về phía làm muộn thời điểm phối khí để xoay trục cam theo chiều làm muộn thời điểm phối khí.

4.3.3.  Giữ nguyên vị trí của pha phối khí

Sau khi đạt được thời điểm phối khí phù hợp, thời điểm phối khí cho động cơ sẽ được duy trì bằng cách van dầu điều khiển pha phối khí được đặt ở vị trí trung gian cho đến khi trạng thái vận hành của động cơ thay đổi. Trạng thái này được duy trì nhờ việc ngăn dầu động cơ chảy ra ngoài van dầu điều khiển.

4.4.          Các hư hỏng thường gặp ở cơ cấu phân phối khí

4.4.1.  Các hư hỏng chung

Cơ cấu phân phối khí hư hỏng thường do hai nguyên nhân chính đó là:

- Xu páp không đóng kín;

- Xu páp làm việc có tiếng kêu gõ.

Ngoài ra, cơ cấu phân phối khí hỏng còn nhiều nguyên nhân khác như: hư hỏng các bộ phận thay đổi hành trình xu páp; lò xo hồi vị xu páp yếu, gãy; trục cam nứt ngầm; cốc trượt bị cào xước; … vv

a)  Xu páp đóng không kín:

Trong khi làm việc xu páp đóng không kín và bị dò hơi là do rà xu páp không tốt, khe hở nhiệt xu páp quá nhỏ, lò xo xu páp quá yếu hoặc bị gãy. Nếu khe hở nhiệt xu páp quá nhỏ thì cơ cấu phối khí làm việc chịu nhiệt độ cao bị giãn nở, đầu cò mổ sẽ luôn đội vào thân xu páp làm cho xu páp đóng không kín và bị dò khí.

b)  Xu páp làm việc có tiếng gõ:

Do khe hở nhiệt xu páp quá lớn, khi làm việc ở tốc độ thấp thì ở nắp đậy xu páp có tiếng kêu lách cách rõ ràng, liên tục.

Nếu lò xo bị gãy thì khi làm việc sẽ phát ra tiếng gõ nhẹ. Trường hợp khe hở giữa thân xu páp và ống dẫn hướng quá lớn ta có thể nghe thấy tiếng gõ nhẹ với âm điệu trung bình.

Con đội bị kẹt trong ống dẫn hướng làm cho xu páp đi xuống không được linh hoạt, khi rơi xuống sẽ va đập vào trục cam, khi máy chạy với tốc độ thấp hoặc trung bình sẽ phát ra tiếng gõ yếu nhưng rất rõ.

c)   Các hư hỏng của bộ phận thay đổi hành trình xu páp:

Lò xo hồi vị: lò xo yếu ảnh hưởng đến sự làm việc của động cơ khi ở tốc độ cao, xu páp thải đóng mở nhanh làm lò xo dễ bị gãy hoặc không đủ lực để hồi về vị trí ban đầu. Nguyên nhân do làm việc trong điều kiện tốc độ cao, thời gian làm việc kéo dài.

Trục cam: trục cam bị nứt ngầm, bị cong, gãy do làm việc lâu trong điều kiện nhiệt độ cao, không bảo dưỡng định kỳ, dầu bôi trơn bị bẩn làm kẹt hoặc trong quá trình làm việc không được bôi trơn.

4.4.2.  Các hư hỏng của hệ thống VVT-i

a)  Hư hỏng các cảm biến:

Hư hỏng phổ biến là các cảm biến bị lỗi, đường dây nối từ ECM bị đứt dẫn đến tín hiệu bị sai khiến cho ECM điều khiển sai quá trình làm việc của hệ thống.

b)  Hư hỏng van dầu điều khiển phối khí trục cam (OCV):

Van điều khiển bị tắc, đường dây nối với ECM bị lỗi dẫn đến áp suất dầu không đủ để điều khiển trục cam chuyển chế độ. Khi van này bị hỏng thì đèn báo check động cơ sẽ sáng.

c)   Hư hỏng từ bộ ECM

ECM thực hiện việc điều khiển van OCV để điều chỉnh pha phối khí. Nếu ECM gặp vấn đề như khả năng xử lý tín hiệu không còn chính xác, mạch phản hồi không hoạt động hoặc phần mềm lập trình không hợp lý sẽ dẫn đến việc van OVC hoạt động sai và làm sai cả hệ thống. Khi đó đèn báo check động cơ cũng sẽ sáng.

4.5.          Cách kiểm tra và sửa chữa các hư hỏng

4.5.1.  Kiểm tra sửa chữa cơ cấu phối khí

a)  Lò xo hồi vị:

Dùng dụng cụ để đo lực nén lò xo lại, đối chiếu khoảng dịch chuyển đến khi lò xo nén lại với lực ép trên, so với khoảng cách tiêu chuẩn. Nếu lớn hơn là lò xo yếu phải thay thế.

Kiểm tra độ vuông góc của lò xo: dùng êke thép để kiểm tra, đặt thước trên một tấm phẳng, dựng đứng lò xo trên một đầu của nó trên tấm phẳng và dịch chuyển lò xo lên trên theo thước. Xoay lò xo và chú ý khoảng cách giữa vòng lò xo trên cùng với thước. Nếu độ vuông góc vượt quá cho phép thì phải thay mới.

b)  Con đội:

Kiểm tra mặt trong, mặt ngoài, thân con đội, các vết cào xước nhìn bằng mắt thường, dùng kính lúp để phát hiện các khuyết tật của con đội. Thay con đội nếu mặt ngoài của nó bị cào xước có cảm nhận được bằng tay. Kiểm tra mức độ dò rỉ dầu trên bộ gá chuyên dùng, con đội nhúng ngập trong bình chứa đầy dầu trên bộ gá, dùng bơm để nén không khí. Khi không khí bị dồn hết ra ngoài con đội, mức lọt dầu chỉ trên đồng hồ (thời gian giữa các điểm trên đồng hồ) trong khoảng từ 12 ÷ 40s để đảm bảo sự làm việc của con đội. Khi con đội bị hư hỏng cần thay mới.

c)   Xu páp:

Nếu xu páp có các hư hỏng nhìn rõ bằng mắt thường như hiện tượng cháy, rỗ, xước, mòn thành gờ sâu ở bề mặt làm việc của nấm. Cong thân, mòn, xước lớn ở phần đuôi lắp móng hãm đĩa lò xo thì cần loại bỏ và thay mới.

Nếu xu páp không có các hư hỏng thấy rõ trên thì cần kiểm tra bằng dụng cụ chuyên dùng để quyết định phương án xử lý.

Sau khi kiểm tra, loại bỏ chi tiết hỏng, các xu páp cần được nắn thẳng lại thân và mài lại bề mặt làm việc.

d)  Trục cam:

Đặt trục cam lên khối V, sử dụng đồng hồ so để đo độ đảo tại cổ trục giữa. Xoay trục cam một vòng, độ xê dịch của kim đồng hồ so biểu thị độ cong của trục.

- Nếu độ cong lớn hơn độ cong lớn nhất 0,06mm thì cần thay mới trục cam hoặc nắn lại trục.

- Kiểm tra độ xoắn: trong quá trình làm việc trục cam có thể bị xoắn, khi bị xoắn thì phải thay mới trục cam.

- Kiểm tra khe hở dọc trục: trị số khe hở trục cam rất nhỏ, nó đảm bảo cho trục cam chuyển động trong quá trình làm việc. Bắt trục cam vào thân máy xiết chặt tận chân ở đầu trục cam, với trường hợp trục cam lắp trên nắp máy thì phải xiết chặt vào các ổ đỡ. Đẩy trục cam hết về một phía sau đó đặt đồng hồ so tì vào trục cam và kéo trục cam ngược lại, độ xê dịch của đồng hồ xo chính là trị số khe hở. Khe hở tiêu chuẩn 0,08 ÷ 0,19 mm, khe hở lớn nhất là 0,3 mm. Nếu khe hở lớn hơn giá trị lớn nhất cần thay mới trục cam.

4.5.2.  Kiểm tra sửa chữa các cảm biến

Các hư hỏng, lỗi thường gặp ở cảm biến thường do bị quá nhiệt hay bám muội than có thể được khắc phục bằng cách làm sạch cảm biến, xóa lỗi trong bộ nhớ của ECM và reset lại. Nhưng nên thay thế cảm biến khi xuất hiện lỗi để đảm bảo khả năng làm việc tin cậy của hệ thống.

4.5.3.  Kiểm tra sửa chữa van dầu điều khiền phối khí trục cam

Thông các đường dầu bị tắc, kiểm tra dây nối với ECM. Nếu hư hỏng nặng thì thay mới.

KẾT LUẬN

   Sau ba tháng được giao làm đồ án với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo :……………… cùng các thầy trong bộ môn Động cơ - Khoa Động lực, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời gian. Với nhiệm vụ được giao, đồ án đã giải quyết được các vấn đề sau:

1. Giới thiệu chung về động cơ 1UR-FE.

2. Phân tích kết cấu động cơ 1UR-FE.

3. Tính toán kiểm nghiệm động cơ 1UR-FE ở chế độ N_emax.

4. Khai thác Hệ thống điều khiển van biến thiên thông mình kép (Dual VVT-i) trên động cơ 1UR-FE.

   Do điều kiện về thời gian, quá trình tiếp xúc thực tế cũng như khả năng có hạn của bản thân nên đồ án không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy giáo. Em xin chân thành cảm ơn thầy:……………… cùng các thầy trong Bộ môn Động cơ - Khoa Động lực đã giúp đỡ em trong quá trình học tập và làm đồ án.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lại Văn Định, Đại cương động cơ đốt trong, HVKTQS 2006.

2. Hà Quang Minh, Lý thuyết động cơ đốt trong, NXBQĐND 2002.

3. Lại Văn Định - Vy Hữu Thành, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong tập 1, HVKTQS 1996.

4. Vy Hữu Thành - Vũ Anh Tuấn, Hướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong, HVKTQS 2003.

5. Tài liệu về động cơ 1UR-FE (Tiếng Anh).

6. Internet.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"