CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU XE TOYOTA TUNDRA

1.1. Giới thiệu xe Toyota Tundra

Toyota là công ty đứng đầu thị trường Việt Nam và trên toàn thế giới về thị phần. Toyota sản xuất đa dạng các loại xe từ trung bình đến hạng sang. Trong đó các dòng xe chiếm được lòng tin của người Việt là: Vios, Land Cruiser, Camry, RAV4, Tundra…và một số dòng xe khác.

Toyota Tundra là một chiếc xe tải nhỏđược sản xuất tại Mỹ bởi nhà sản xuất Nhật Bản Toyota kể từ tháng năm 1999. Tundra là chiếc pickup kích thước đầy đủ thứ hai được xây dựng bởi một nhà sản xuất Nhật Bản (đầu tiên là Toyota T100 ), nhưng Tundra là chiếc bán tải cỡ lớn đầu tiên của một nhà sản xuất Nhật Bản được sản xuất tại Bắc Mỹ.

Các lựa chọn động cơ có sẵn trong Tundra là động cơ V6 24V 3,4 L sản sinh công suất 190 mã lực (142 kW; 193 PS) và mô-men xoắn 220 lb⋅ft (300 N⋅m) và 32 van 4,7 L "i-Force" được LEV chứng nhận. Động cơ V8 sản sinh công suất 245 mã lực (183 kW; 248 PS) và mô-men xoắn 315 lb⋅ft (427 N⋅m). Một bộ siêu tăng áp của Toyota (TRD) đã có sẵn cho động cơ V6 3,4 L (mẫu 2000-2003) giúp tăng công suất lên phạm vi 260 mã lực (194 kW; 264 PS) và mô-men xoắn 260 lb⋅ft (353 N⋅m) . 

Khi chiếc Tundra mới được ra mắt lần đầu tiên vào tháng 1 năm 2007, nó có sẵn trong 31 cấu hình, bao gồm 3 chiều dài giường, 3 cấu hình cabin, 3 xe lăn và 2 hộp số. Double Cab mới thay thế Access Cab của thế hệ trước và CrewMax hoàn toàn mới thay thế Double Cab của thế hệ trước, nó cũng được chế tạo để cạnh tranh với Dodge Ram Mega Cab. Cabin Đôi và Cabin Thường được cung cấp với giường thường 6,5 foot (2,0 m) hoặc giường dài 8 foot (2,4 m), trong khi CrewMax chỉ có sẵn với giường ngắn 5,5 foot (1,7 m). 

Toyota Tundra 4WD bản 2019 Toyota Tundra SR5 4.6L V8 Super White 6 cấp tự động điện tử 4WD 4.6L V8 DOHC 32V VVT-I thuộc Tundra thế hệ thứ hai được thiết kế lại nổi bật với lưới tản nhiệt lớn hơn, chắn bùn phía trước và phía sau được nâng cao hơn, cửa hậu và đèn hậu được thiết kế lại, cũng như nội thất được thiết kế lại hoàn toàn. 

- Đường mui xe được nâng lên và cửa hậu bao gồm một cánh lướt gió. 

- Nội thất nổi bật với màn hình thông tin 3,5 inch tiêu chuẩn, kết nối Bluetooth, camera lùi. 

- Nội thất bao gồm ghế mới, đồng hồ đo mới, điều khiển mới và bảng điều khiển được thiết kế lại với vật liệu cải tiến và bề mặt kim loại.

-  Điểm đặc biệt của Toyota Tundra 4WD là chứng nhận ULEV II cho động cơ 4,6L 1UR-FE V8 với công suất 310HP và momen xoắn cực đại 443N.m.

Thiết kế nội thất của xe Toyota Tundra 4WD bao gồm các tiện nghi sang trọng tiêu chuẩn như ghế ngồi bọc da. Điều đặc biệt của Toyota Tundra 4WD là hệ thống điều hòa trên xe được thiết kể để có thể làm mát ngay cả ở thời tiết khắc nghiệt khiến cho người ngồi có cảm giác thoải mái như được chìm trong không khí mát mẻ chứ không chỉ đơn giản là thổi luồng không khí vào họ.

Các thông số cơ bản của xe Toyota Tundra 4WD như bảng 1.a.

1.2. Đặc điểm kết cấu và thông số kỹ thuật động cơ.

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 đánh lửa 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.

Thông số kỹ thuật động cơ 1UR-FE như bảng 1.b.

1.3. Các cơ cấu chính của động cơ.

1.3.1. 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.

1.3.1.1. 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.

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

1.3.1.2. Đệm (gioăng) nắp máy

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.

1.3.1.4. Thân máy

a. Tổng quan

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

Động cơ sử dụng ống lót xy lanh kiểu khô có gai nhám ở mặt lưng để tăng khả năng bám giữa bề mặt ống lót và khối xy lanh.

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.

c. Vòng đệm ở các áo nước làm mát

Nhiệt độ ở bên nạp của thành xy lanh thường có xu hướng thấp hơn do một miếng đệm rộng đã bao lấy thành xy lanh để chặn dòng chảy của nước làm mát và ngăn không cho giảm nhiệt độ quá mức.

Mặt khác, nhiệt độ ở bên xả của thành xy lanh thường cao hơn, miếng đệm bao quanh phần dưới của thành xy lanh để dẫn nước làm mát lên khu vực phía trên của thành xy lanh có nhiệt độ cao hơn.

1.3.1.5. 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.

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. 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.

1.3.1.7. 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.

1.3.2. 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.

1.3.2.1. 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.

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.

1.3.2.2. 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.

1.3.3. 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.

1.3.3.1. 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.

1.3.3.2. Bơm dầu

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

1.3.3.4. 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.

1.3.4. 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.

1.3.4.1. 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.

1.3.4.2. 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.

1.3.5. Hệ thống nạp và thải

1.3.5.1. 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.

1.3.5.2. 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.

1.3.5.5. 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 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.

1.3.5.6. 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.

1.3.5.7. 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.

1.3.7. Hệ thống đánh lửa

1.3.7.1. 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.

1.3.7.2. 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.

1.3.7.3. Bugi

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 2

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT, XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC  ĐỘNG CƠ TOYOTA TUNDRA

2.1. 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.

2.2. Chọn các thông số ban đầu

Bảng các thông số ban đầu như bảng 2.a.

2.3. Tính toán chu trình công tác

2.3.1. 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:

Thay số vào ta được: γ_r = 0,041

- Nhiệt độ cuối quá trình nạp T_a:

Giá trị của T_a được xác định: T_a = 343,045⁰K

- Áp suất cuối quá trình nạp p_a:

Thay số vào ta được: P_a = 0,093 [MPa]

2.3.2. 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:

Thay số vào ta được: P_c = 2,24[MPa]

- Nhiệt độ cuối quá trình nén T_c:

Thay số vào ta được:T_c = 810,07  [⁰K]

2.3.3. 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.

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: M₀ = 0,512 (Kmol/kgnl)

- Lượng hỗn hợp cháy M₁ tương ứng với lượng không khí thực tế M_t đối với động cơ xăng 

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: M₁ = 0,512 (Kmol/kgnl)

- Số mol của sản vật cháy M₂ khi α ≥ 1 

Thay số vào ta được: M₂ = 0,548 (Kmol/kgnl)

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

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      (Kmol/kgnl)

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   (Kmol/kgnl)

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                                     (Kmol/kgnl)

Thay số vào ta được:

ΔQ_T = 120.10³.(1 – 1).0,512 = 0                   (Kmol/kgnl)

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]

- 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]

2.3.4. 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:

Thay số vào ta được: P_b = 0,52 [MPa]

- Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở T_b được tính:

Thay số vào ta được: T_b = 1832,27 [⁰K]

2.4. Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác

2.4.1. Các thông số chỉ thị

- 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:

Thay số vào ta được: g_i = 175,66 (g/KWWh)

2.4.2. 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 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

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

Ne : được tính bằng [KW] và n [v/ph], thay số ta được: M_e = 414,2 [Nm]

- So sánh N_emax và N_e tính toán:

Thay số vào ta được: ΔN_e = 5,1%

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

2.5. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác

2.5.1. 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.

2.5.2. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết

- 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 như bảng 2.b

2.5.3. 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 (00'= AB.λ/4=192.0,3/4=14,4mm).

- Dựng điểm b¢¢ ở giữa đoạn a-b. Từ a và r kẻ các đường song song với trục hoành.

2.6. 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.

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

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

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: n_N = 414,2 [Nm];

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 2.d.

CHƯƠNG 3

KHAI THÁC BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA ĐỘNG CƠ TOYOTA TUNDRA

3.1. Tổng quan

3.1.1. Mục đích

Bảo dưỡng kĩ thuật là những hoạt động, những biện pháp kĩ thuật có xu hướng làm giảm cường độ mài mòn của chi tiết máy, phòng ngừa hư hỏng, kịp thời phát hiện hư hỏng, nhằm duy trì tình trạng hoạt động tốt nhất của động cơ trong quá trình sử dụng.

- Đảm bảo tính năng của xe ở trạng thái tốt nhất có thể.

- Phát hiện sớm các hư hỏng của các chi tiết, cụm chi tiết.

- Giảm đến mức thấp nhất chi phí sữa chữa trong quá trình sử dụng.

3.1.2. Yêu cầu

Khi tiến hành bảo dưỡng kỹ thuật xe, kỹ thuật viên cần tuân theo các nguyên tắc cơ bản sau:

- Cần tìm hiểu kỹ công việc đang làm và tiến hành từng công việc một cách chính xác. Cần phải tham khảo ý kiến của các chuyên gia, không được dựa vào các đánh giá của bản thân để tiến hành công việc.

- Sử dụng phủ sườn, phủ ghế, phủ sàn, không làm trầy xước hay bôi bẩn xe.

- Nâng và hạ xe một cách cẩn thận

3.2. Bảo dưỡng động cơ.

3.2.1. Các cấp bảo dưỡng và những việc thực hiện.

Công việc bảo dưỡng được chia làm 2 cấp, nếu bảo dưỡng cả ôtô công việc bảo dưỡng được thực hiện nhiều công đoạn, đối với động cơ trong phần bảo dưỡng thường thực hiện những việc sau:

3.2.1.1. Bảo dưỡng thường xuyên.

a. Kiểm tra sự làm việc ổn định của động cơ.

b. Kiểm tra mức dầu bôi trơn của động cơ.

c. Kiểm tra mức nước làm mát, dung dịch ắc qui...

3.2.1.2. Bảo dưỡng định kì.

a. Chu kì bảo dưỡng:

Tùy thuộc vào tình trạng động cơ và điều kiện làm việc mà chu kì bảo dưỡng có thể khác nhau.

b. Bước thực hiện:

- Bảo dưỡng cấp 1:

+ Thực hiện đầy đủ các nội dung của bảo dưỡng thường xuyên.

+ Kiểm tra và điều chỉnh độ căng dây đai quạt gió, máy phát.

+ Kiểm tra các vị trí giá đỡ treo ống xả.

+ Kiểm tra mức dung dịch trong ắc quy, vệ sinh, lau khô bên ngoài.

- Bảo dưỡng cấp 2:

+ Thực hiện đầy đủ các nội dung của bảo dưỡng cấp 1

+ Kiểm tra, chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của động cơ và các hệ thống liên quan

+ Kiểm tra, súc rửa thùng nhiên liệu. Rửa sạch bầu lọc thô, thay lõi lọc tinh.

3.2.2. Thao tác trong quá trình bảo dưỡng.

3.2.2.1. Hệ thống làm mát.

a. Mức nước làm mát.

- Kiểm tra mực nước làm mát và làm đầy thùng chứa két nước làm mát khi cần thiết.

- Nếu mực nước rơi xuống mức Min, kiểm tra sự rò rỉ trong hệ thống làm mát sau đó thêm đủ nước làm mát đến mức Max.

b. Thao tác đổ đầy mực nước lám mát.

- Thực hiện khi động cơ nguội

- Mở nắp két nước và đổ đầy đến cổ két.

- Đổ nước vào thùng chứa đến mức Max

c. Kiểm tra van hằng nhiệt

- Tháo van khỏi động cơ, tẩy rửa làm sạch cặn bám trên van

- Chuẩn bị một nhiệt kế, một bình nước và bếp điện

- Treo van hằng nhiệt chìm lơ lửng trong bình nước và cắm nhiệt kế để đo nhiệt độ nước, không để van và nhiệt kế chạm đáy bình, đun nước nóng lên, quan sát van và nhiệt kế.

3.2.2.2. Hệ thống bôi trơn

a. Kiểm tra mức dầu động cơ

+ Tháo que thăm dầu ra và lau bằng giẻ sạch.

+ Cắm lại que thăm dầu vào chỗ cũ.

+ Tháo que thăm dầu ra cẩn thận và kiểm tra xem mức dầu giữa LOW và HIGH đánh dấu như minh họa.

b. Thay dầu động cơ

Khi dầu bôi trơn bị bẩn, dầu có màu đen, trong dầu có mạt kim loại. Dầu bị bẩn do một số nguyên nhân sau: Dùng dầu không sạch hoặc nắp đậy ống dầu không kín làm cho cát bụi rơi vào các te, dẫn đến các chi tiết máy bị mài mòn rơi mạt kim loại xuống các te. 

Nếu động cơ nguội hâm nóng động cơ vài phút. Còn nếu động cơ quá nóng, để nó hơi nguội rồi mới tiến hành thay nhớt để đảm bảo tuổi thọ của động cơ.

- Tháo nắp đỗ nhớt ở các te đậy nắp máy.

- Cho xe lên cầu nâng (nếu có) và nâng xe vừa tầm.

- Dùng một cái khay để hứng nhớt.

- Nới lỏng ốc xả nhớt ra từ từ và tránh nhớt văng xuống nền.

3.2.2.4. Trục cò mổ.

a. Độ võng trục cò mổ.

Đặt trục cò mổ lên khối chữ V. Dùng đồng hồ so để đo độ võng tại vị trí giữa trục cò mổ. Nếu độ võng là rất nhỏ thì có thể hiệu chỉnh lại bằng một bàn ép. Còn nếu giá trị độ võng đo được vượt quá giới hạn cho phép thì phải thay trục cò mổ. Giới hạn độ võng cho phép của trục cò mổ: 0.3mm.

b. Đường kính ngoài của trục cò mổ.

- Dùng một panme đo ngoài để đo đường kính ngoài của trục cò mổ tại những vị trí lắp cò mổ.

- Nếu giá trị đo được nhỏ hơn giới hạn cho phép, cần phải thay thế trục cò mổ.

3.2.2.6. Trục cam.

- Kiểm tra cẩn thận cổ trục, cam, bánh răng dẫn động bơm dầu và bạc lót trục cam về những hư hỏng do mòn quá mức.

- Đường kính cổ trục cam: Dùng panme để đo đường kính của cổ trục cam theo 2 hướng vuông góc nhau. Nếu giá trị đo được nhỏ hơn giới hạn cho phép, cần phải thay trục cam.

3.2.2.7. Trục khuỷu.

a. Đường kính của cổ khuỷu và chốt khuỷu.

- Dùng panme để đo đường kính của cổ khuỷu theo hai hướng 1–1 và 2–2.

- Lặp lại thao tác khi đo đường kính cổ khuỷu để đo đường kính của chốt khuỷu.

b. Độ võng của trục khuỷu.

- Đặt đồng hồ so vào cổ trục giữa của trục khuỷu.

- Quay nhẹ trục khuỷu.

- Đọc trên đồng hồ đo trong khi quay trục khuỷu.

3.3. Một số hư hỏng và phương pháp khắc phục

Những hiện tượng làm việc không bình thường hoặc hỏng hóc của hệ thống phun xăng được phán đoán, xác định thông qua những hiện tượng và khả năng làm việc của động cơ mà trên đó được trang bị hệ thống phun xăng.

3.3.1. Động cơ chết máy     

Động cơ chết máy thể hiện như bảng dưới.

3.3.3. Chạy không tải không đều

Chạy không tải không đều thể hiện như bảng dưới.

3.3.5. Mức tiêu hao nhiên liệu lớn

Mức tiêu hao nhiên liệu lớn thể hiện như bảng dưới.

3.4. Khai thác hệ thống điều khiển van biến thiên thông minh kép (dual vvt-i) trên động cơ Toyota Tundra

3.4.1. 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).

Hiệu quả của hệ thống Dual VVT-i như bảng 3.a.

3.4.2. Cấu tạo của hệ thống Dual VVT-i

3.4.2.1. 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.

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.

3.4.2.2. 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.

3.4.3. Nguyên lý làm việc

3.4.3.1. 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.

3.4.3.3. 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.

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

3.4.4.1. 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.

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.

3.4.4.2. 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.

3.4.5. Cách kiểm tra và sửa chữa các hư hỏng

3.4.5.1. 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.

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. 

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.

3.4.5.3. 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: Ths…………….. cùng các thầy Khoa Ô Tô, 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 xe Toyota Tundra.

2. Tính toán chu trình nhiệt, xây dựng đồ thị động học, động lực học động cơ Toyota Tundra.

3. Khai thác bảo dưỡng và sửa chữa động cơ Toyota Tundra.

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: Ths…………….. cùng các thầy Khoa Ô Tô đã giúp đỡ em trong quá trình học tập và làm đồ án.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

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

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

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

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

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

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"