MỤC LỤC

MỤC LỤC...............................................................................................................................................................i

LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................................................................1

CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT ĐỘNG CƠ 2GR-FE 3.5 TRÊN XE LEXUS LM 350....................................................2

1.1. Giới thiệu chung xe Lexus LM 350.................................................................................................................2

1.2. Khái quát về động cơ 2GR-FE trên xe Lexus LM 350....................................................................................4

1.2.1. Khái quát chung về động cơ 2GR-FE..........................................................................................................4

1.2.2. Các thông số kỹ thuật động cơ....................................................................................................................4

1.3. Đặc điểm kết cấu động cơ 2GR-FE................................................................................................................5

1.3.1. Nhóm các chi tiết cố định.............................................................................................................................6

1.3.2. Nhóm chi tiết chuyển động...........................................................................................................................8

1.4. Các hệ thống chính trên động cơ 2GR-FE....................................................................................................13

1.4.1. Hệ thống bôi trơn........................................................................................................................................13

1.4.2. Hệ thống làm mát.......................................................................................................................................18

1.4.3. Hệ thống phân phối khí...............................................................................................................................22

1.4.4. Hệ thống nạp, thải động cơ........................................................................................................................29

1.4.5. Hệ thống phun xăng EFI.............................................................................................................................31

CHƯƠNG 2. KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC TRÊN ĐỘNG CƠ 2GR-FE 3.5 ................................38

2.1.Tính toán chu trình công tác...........................................................................................................................38

2.1.1. Các thông động cơ.....................................................................................................................................38

2.1.2. Các thông số chu trình công tác.................................................................................................................38

2.1.3. Tính toán nhiệt............................................................................................................................................41

2.1.4. Tính toán động học, động lực học cơ cấu piston- khuỷu trục- thanh truyền..............................................45

2.1.5. Đồ thị..........................................................................................................................................................46

2.2. Kiểm nghiệm bền chi tiết thanh truyền trên động cơ 2GR-FE 3.5 bằng phần mềm Solidworks 2020..........52

2.2.1. Giới thiệu phền mềm Solidworks 2020......................................................................................................52

2.2.2. Mô phỏng nhóm piston, thanh truyền, trục khuỷu......................................................................................53

2.2.3. Kiểm nghiệm bền chi tiết thanh truyền.......................................................................................................56

2.2.4.Kết quả khảo sát.........................................................................................................................................58

2.2.5. Đánh giá kết quả khảo sát.........................................................................................................................60

CHƯƠNG 3. BẢO DƯỠNG ĐỘNG CƠ 2GR-FE 3.5..........................................................................................63

3.1. Mục đích........................................................................................................................................................63

3.2. Yêu cầu.........................................................................................................................................................63

3.3. Quy trình bảo dưỡng và sửa chữa động cơ 2GR-FE...................................................................................64

3.3.1.Kiểm tra, bảo dưỡng hàng ngày.................................................................................................................64

3.3.2. Nội dung bảo dưỡng định kì động cơ 2GR-FE..........................................................................................65

3.3.3.Kiểm tra hệ thống bôi trơn..........................................................................................................................69

3.3.4. Kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống làm mát.................................................................................................70

3.3.5. Kiểm tra ác quy..........................................................................................................................................71

3.3.6. Kiểm tra bugi..............................................................................................................................................72

3.4. Một số hư hỏng thường gặp, chẩn đoán và cách khắc phục.......................................................................74

3.4.1. Khởi động khó............................................................................................................................................74

3.4.2. Động cơ bị giảm công suất........................................................................................................................75

3.4.3. Mức tiêu hao nhiên liệu quá lớn.................................................................................................................76

3.4.4. Mức tiêu hao dầu bôi trơn quá lớn.............................................................................................................76

KẾT LUẬN...........................................................................................................................................................79

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................................80

PHỤ LỤC..............................................................................................................................................................81

LỜI NÓI ĐẦU

Trải qua một chặng đường phát triển không ngừng, nền kinh tế Việt Nam đã chứng kiến những bước tiến vượt bậc, làm thay đổi diện mạo của đất nước ta từ thành thị đến nông thôn. Trong bối cảnh đó, ngành công nghiệp ô tô, với sự xuất hiện của nhiều dòng xe hiện đại, đã và đang được sản xuất và lắp ráp ngay tại quê hương chúng ta, phản ánh sự tiến bộ của công nghệ và khả năng thích ứng với điều kiện khí hậu, địa hình đặc trưng của Việt Nam.

Nhận thức được tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống, cụm, cơ cấu cho xe ô tô, tôi đã dành toàn bộ tâm huyết và nỗ lực trong suốt quá trình học tập để đóng góp một phần nhỏ vào sự phát triển này. Đồ án tốt nghiệp không chỉ là cơ hội để tôi củng cố và hoàn thiện kiến thức đã học mà còn là bước đệm vững chắc để áp dụng lý thuyết vào thực tiễn, phát huy khả năng tư duy khoa học và sự sáng tạo trong công việc chuyên môn.

Sau 5 năm miệt mài học tập và rèn luyện tại Trường, tôi tự hào được giao thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu và khai thác động cơ 2GR-FE 3.5 trên xe Lexus LM 350”. Đây là một đề tài đầy thách thức nhưng cũng không kém phần thú vị, mở ra cánh cửa mới cho tôi trong việc khám phá và hiểu sâu hơn về kỹ thuật ô tô.

Tôi xác định rằng, dù đã cố gắng hết sức, nhưng với hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm thực tế, đồ án của tôi không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự góp ý và hỗ trợ từ phía các thầy để từng bước hoàn thiện đồ án, đạt được kết quả tốt nhất có thể.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy:Ths ……………… và quý thầy trong Khoa ô tô, những người đã không ngừng hỗ trợ, chia sẻ kiến thức và kinh nghiệm quý báu, giúp tôi vững bước trên hành trình hoàn thành đồ án này.

CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT ĐỘNG CƠ 2GR-FE 3.5 TRÊN XE LEXUS LM 350

1.1. Giới thiệu chung xe Lexus LM 350

Lexus, biểu tượng của sự hoàn hảo và tinh túy trong ngành công nghiệp ô tô, không chỉ là một thương hiệu xe hơi nổi tiếng đến từ Nhật Bản mà còn là niềm tự hào của nền khoa học - công nghệ tiên tiến toàn cầu. Đẳng cấp và chất lượng vượt trội của Lexus không chỉ được thể hiện qua từng chi tiết thiết kế mà còn qua những công nghệ hàng đầu và tính năng đột phá được tích hợp trên mỗi mẫu xe. Lexus hiện đang dẫn đầu thị trường xe sang tại Nhật Bản và khẳng định vị thế trên toàn thế giới.

Điểm nổi bật của Lexus LM 350 là việc áp dụng cấu trúc khung gầm TNGA-K (Toyota New Global Architecture K), mang lại sự cứng cáp, nhẹ nhàng, cách âm tốt và thân thiện với môi trường. Động cơ V6 3.5L 24 van trục cam kép của LM 350 cung cấp công suất cực đại 272 mã lực và mô men xoắn cực đại 346Nm, kết hợp với hộp số tự động đa cấp, mang lại trải nghiệm lái mạnh mẽ và đầy phấn khích. 

Tổng quan xe Lexus LM 350 như bàng 1.1.

1.2. Khái quát về động cơ 2GR-FE trên xe Lexus LM 350

1.2.1. Khái quát chung về động cơ 2GR-FE

Động cơ 2GR-FE là động cơ đặt ngang, sử dụng trên các đòng xe của hãng toyota trong đó có Lexus LM 350. Đây là loại động cơ dung tích 3.5l; bố trí chữ V6 (góc nghiêng 60 độ); sử dụng 24 xu pap; trục cam kép DOHC với  hệ  thống VVT-i kép.

1.2.2. Các thông số kỹ thuật động cơ

Thông số kỹ thuật động cơ

1.3. Đặc điểm kết cấu động cơ 2GR-FE

1.3.1. Nhóm các chi tiết cố định

Nhóm chi tiết cố định gồm thân máy, ống lót xi lanh và nắp máy, có nhiệm vụ để gá lắp các chi tiết của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền, của các hệ thống, cơ cấu và các chi tiết khác. Như các đường ống của hệ thống bôi trơn, làm mát và cơ cấu phân phối khí, v.v…

1.3.1.1.Thân máy

Các khối xy lanh được làm bằng hợp kim nhôm. Góc giữa 2 hàng xylanh là 60 độ. Hộp trục khuỷu được đúc liền với khối thân xylanh. Khoảng cách giữa đường tâm 2 xylanh cùng 1 hàng là 105.5mm. Khoảng cách giữa dướng tâm 2 xylanh theo thứ tự ở 2 hàng là 36.6mm. 

1.3.1.2. Nắp máy

Nắp máy được chế tạo bằng hợp kim nhôm, trọng lượng nhẹ, sức bền không cao. Dùng hộp trục cam để đơn giản hóa kết cấu của nắp máy. Nắp trục cam nạp và xả được đúc thành 1 chi tiết. Để cải thiện áp suất khí nạp, ống nạp được làm đường kính nhỏ dần về phía bồng đốt. Nắp có đường ống dẫn dầu để cung cấp dầu bôi trơn.

1.3.2. Nhóm chi tiết chuyển động

Trong các chi tiết chuyển động của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền, các chi tiết thuộc nhóm pít tông – thanh truyền là các chi tiết chịu phụ tải lớn cả về cơ và nhiệt, các chi tiết chịu mài mòn nhanh gồm pít tông, xéc măng và bạc lót ở đầu nhỏ, bạc lót ở đầu to thanh truyền.

1.3.2.1. Pít tông

Để đảm bảo các yêu cầu chế tạo, pít tông động cơ 2GR-FE được chế tạo từ hợp kim nhôm, pít tông chế tạo từ hợp kim nhôm cho ta các ưu điểm sau:

Hợp kim nhôm nhẹ, trọng lượng riêng bé hơn gang rất nhiều (trọng lượng riêng của hợp kim nhôm bằng 18,2- 29,7 N/dm³). Do trọng lượng riêng nhỏ nên lực quán tính sinh ra bé. Dùng hợp kim nhôm để đúc pít tông thì trọng lượng có thể giảm 50% so với pít tông gang cùng độ bền.

Hợp kim nhôm có tính dẫn nhiệt tốt, hệ số dẫn nhiệt cao (Å=126 - 175 W/m.độ). Do hệ số dẫn nhiệt lớn nên nhiệt độ pít tông nhôm thường thấp hơn nhiệt độ pít tông gang (nhiệt độ pít tông nhôm thay đổi trong phạm vi 483- 523°K còn pít tông gang trong khoảng 673- 703 °K).

1.3.2.2. Chốt pít tông

Vật liệu chế tạo: Chốt pít tông được chế tạo bằng vật liệu thép các bon, bề mặt ngoài của chốt được thấm các bon. Chốt pít tông được nhiệt luyện theo công nghệ đặc biệt, đảm bảo bề mặt làm việc của chốt có độ cứng vững cao, chống mòn tốt, nhưng thân chốt phải có độ đàn hồi để chống mỏi. Bề mặt chốt pít tông được mài bóng để tránh ứng suất tập trung và khi lắp ghép chốt pít tông và thanh truyền, khe hở lắp ghép phải nhỏ, nếu không chốt sẽ chịu va đập lớn dễ bị hư hỏng.

1.3.2.3. Xéc măng

Xéc măng trên pít tông động cơ có lắp hai loại xéc măng: Hai xéc măng khí và một xéc măng dầu.

Xéc măng khí: Xéc măng khí có khả năng chống kết muội. Xéc măng khí làm việc trong điều kiện nặng nề, chịu nhiệt độ và áp suất cao, va đập mạnh, ma sát, mài mòn nhiều và chịu ăn mòn hoá học của khí cháy, dầu nhờn nhất là xéc măng khí thứ nhất. Do đó xéc măng khí thứ nhất được chế tạo từ gang chịu nhiệt và được mạ một lớp Crôm.

1.3.2.5. Trục khuỷu

Trạng thái làm việc của trục khuỷu rất nặng nề, trong quá trình làm việc trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính (lực quán tính của chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay). Những lực này có giá trị rất lớn và thay đổi theo chu kỳ, nên có tính chất va đập mạnh. Các lực trên gây ra ứng suất uốn và xoắn trục, đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và dao động xoắn làm động cơ rung động và mất cân bằng.

1.4. Các hệ thống chính trên động cơ 2GR-FE

1.4.1. Hệ thống bôi trơn

1.4.1.1. Khái quát về hệ thống bôi trơn

Dầu bôi trơn bắt đầu hành trình của mình khi đi qua phễu lọc được đặt tại đáy các te, từ đó nó được dẫn vào bơm dầu. Khi dầu đã được bơm lên, nó sẽ chia thành hai hướng chính. Một phần dầu được phun ra qua các vòi bôi trơn để bôi trơn xích cam. Phần dầu còn lại tiếp tục hành trình của mình vào bầu lọc dầu bôi trơn. Tại đây, dầu sẽ được lọc sạch các tạp chất và cặn bẩn để đảm bảo chất lượng dầu luôn ở mức tốt nhất trước khi tiếp tục chu kỳ bôi trơn. Dầu sạch từ bầu lọc dầu bôi trơn sẽ theo các đường dẫn.

Bầu lọc dầu bôi trơn → đường dầu trong thân máy → cổ trục, cổ khuỷu → đáy các te.

1.4.1.2. Các phần tử chính trong hệ thống

a. Bơm dầu bôi trơn

- Kết cấu:

Kết cấu bơm dầu bôi trơn

Bơm dầu bôi trơn của động cơ 2GR-FE là loại bơm kiểu roto. Được lắp đặt tích hợp trên nắp xích cam và dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu nhờ ăn khớp trong với bánh răng bơm.

- Kết cấu van an toàn ổn định áp suất dầu:

Do dầu bôi trơn được bơm thông qua động lực từ trục khuỷu, chính vì vậy, khi tốc độ cao hoặc thấp sẽ ảnh hưởng đến áp suất dầu bôi trơn. Tuy nhiên nếu áp suất dầu bôi trơn quá thấp, lượng nhớt cung cấp không đủ để bôi trơn sẽ dẫn đến các chi tiết trong động cơ bị ma sát cao nhanh hao mòn, kêu to và dễ tăng nhiệt, ngược lại nếu áp suất dầu bôi trơn quá cao cũng làm hao mòn các chi tiết và hao hụt động năng của các chi tiết di động và làm bơm nhớt hoạt động dưới áp lực cao nên dễ bị hỏng.

- Nguyên lý hoạt động

Động cơ 2GR-FE sử dụng loại bơm rôto. Hai roto được đặt lệch nhau, roto trong được dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu, khi roto trong quay thì roto ngoài cũng quay theo. Đỉnh của roto bên trong luôn tỳ sát vào thành của roto ngoài, tạo thành các khoang dầu A và B. Khi roto quay, khoảng không gian giữa các roto chứa đầy dầu, thể tích khoang B dần giảm, dầu dần được nén với áp suất cao, và được đẩy đi bôi trơn các chi tiết thông qua các cửa xả. 

b. Bầu lọc dầu bôi trơn

Dầu bôi trơn được đưa vào bầu lọc, di chuyển dọc theo hai bên của bộ lọc nhờ van một chiều, rồi đi ra ở lõi giữa. Phần tử lọc sẽ giữ lại các mạt kim loại và cặn bẩn sinh ra trong quá trình hoạt động của động cơ ô tô, giúp lọc sạch dầu nhớt. Chức năng chính của bầu lọc dầu là loại bỏ các tạp chất có hại có thể gây mòn hoặc hỏng các bộ phận bên trong động cơ. Mạt kim loại và cặn bẩn xuất hiện do sự mài mòn của các chi tiết động cơ hoặc từ môi trường bên ngoài. 

1.4.2. Hệ thống làm mát

1.4.2.1. Khái quát hệ thống làm mát

Sử dụng hệ thống làm mát cổ điển. Làm mát dưới hình thức áp lực lưu thông cưỡng bức. Sử dụng dây đai serpentine, cánh quạt bằng thép không gỉ, nhiệt độ cơ khí (80-84 độ C). Cơ chế bướm ga được làm nóng để chống lại sự đóng băng. Một số phiên bản được trang bị bộ làm mát dầu. Động cơ được trang bị bộ điều khiển động cơ quạt riêng, cho phép điều chỉnh tốc độ quạt tùy thuộc vào nhiệt độ làm mát, áp suất lạnh, tốc độ động cơ, tốc độ xe

1.4.2.2. Các phần tử chính trong hệ thống

a. Bơm nước làm mát

- Cấu tạo

Bơm nước làm mát là một bộ phận quan trọng trong hệ thống làm mát của động cơ. Phần thân buồng bơm được thiết kế đặc biệt với một nửa thân buồng được đúc liền với thân máy, điều này không chỉ tăng cường độ bền mà còn giảm thiểu các điểm yếu tiềm ẩn do sự ghép nối. Nửa còn lại của buồng bơm là nơi chứa các bộ phận quan trọng như đĩa cánh bơm và cánh bơm, những bộ phận này đóng vai trò chính trong việc tạo ra lực đẩy nước.

- Nguyên lý làm việc

Nguyên lý hoạt động của bơm nước làm mát dựa trên áp suất ly tâm. Khi bơm hoạt động, cánh bơm quay và tạo ra áp suất ly tâm. Nhờ áp suất này, nước từ két làm mát và ống nước nối tắt được bơm vào thân bơm. Dòng nước này sau đó được dẫn đi qua các bộ phận khác của hệ thống làm mát, giúp duy trì nhiệt độ ổn định cho động cơ. 

b. Két nước làm mát

Kết cấu của dàn ống truyền nhiệt két mát gồm nhiều ống dẫn nước dẹt, làm bằng nhôm, bố trí thành hàng cắm trong các lá tản nhiệt, các lá tản nhiệt cũng được làm bằng nhôm, được hàn vào ống dẫn nước, tạo thành các khe cho gió lọt qua.

- Quạt làm mát

Chi tiết được lắp đặt tại vị trí két nước trên hệ thống làm mát và tại dàn nóng trên hệ thống điều hòa với nhiệm vụ hỗ trợ quá trình tản nhiệt của xe diễn ra nhanh hơn, đảm bảo sự ổn định và nâng cao tuổi thọ cho các bộ phận trên xe.

1.4.3. Hệ thống phân phối khí

Cơ cấu cam nạp xả với hai trục cam phía trên xy lanh, hay còn gọi là DOHC (Double Overhead Camshaft), sử dụng hệ thống DVVT-i (Dual Variable Valve Timing with Intelligence). Đây là hệ thống điều khiển xu-páp kép với góc mở biến thiên thông minh. Các trục cam trong hệ thống này được chế tạo từ hợp kim gang, đảm bảo độ bền và khả năng chịu nhiệt cao.

Ống dẫn dầu được tích hợp trong trục cam để cung cấp dầu động cơ tới hệ thống DVVT-i, giúp hệ thống hoạt động trơn tru và hiệu quả. Một rô-to điều chỉnh thời gian được lắp đặt phía trước của bộ điều khiển DVVT-i để phát hiện các vị trí thực tế của trục cam nạp, đảm bảo sự đồng bộ và chính xác trong quá trình điều khiển.

Hệ thống truyền động VVT với rô-to hai cánh được lắp chặt vào hai trục cam nạp và xả. Khi động cơ dừng, chốt khóa giữ rô-to ở vị trí trước tối đa, giúp động cơ khởi động bình thường và nhanh chóng.

1.4.3.1 Nguyên lý làm việc

a. Làm sớm thời điểm mở Xu páp

ECM điều khiển dịch chuyển ống đệm của van điều khiển sang vị trí làm sớm thời điểm mở xu páp. Dầu động cơ dưới áp suất được cấp vào cánh rotor trong khoang làm mở sớm, làm quay rotor cùng với trục cam về hướng làm sớm thời điểm mở xu páp. 

b. Làm muộn thời điểm mở Xu páp

ECM điều khiển dịch chuyển ống đệm của van điều khiển sang vị trí làm muộn thời điểm mở xu páp. Dầu động cơ dưới áp suất được cấp vào cánh rotor ở khoang làm mở muộn, làm quay rotor cùng với cả trục cam về hướng làm muộn thời điểm mở xu páp.

1.4.3.2. Chế độ làm việc

Chế độ làm việc được thể hiện như bảng dưới.

1.4.5. Hệ thống phun xăng EFI

1.4.5.1. Tổng quan hệ thống nhiên liệu

Hệ thống phun xăng điện tử, còn gọi là EFI hoặc FI (Electronic Fuel Injection hoặc Fuel Injection), là một hệ thống thay thế cho bộ chế hòa khí truyền thống. Chức năng chính của hệ thống này là tối ưu hóa lượng nhiên liệu và không khí đi vào động cơ, nhằm giảm khí thải, tiết kiệm nhiên liệu cũng như giúp cho động cơ vận hành trơn tru, êm ái. EFI đã trở thành tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại nhờ vào khả năng kiểm soát chính xác và hiệu quả hơn so với các hệ thống chế hòa khí cổ điển.

Nhờ những cải tiến và tính năng hiện đại, hệ thống phun xăng điện tử đã và đang đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất vận hành, độ tin cậy, và tính kinh tế của các động cơ ô tô ngày nay.

Hơn nữa, hệ thống EFI còn giúp các nhà sản xuất ô tô dễ dàng tuân thủ các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt trên toàn cầu. Việc tối ưu hóa quá trình đốt cháy nhiên liệu không chỉ giảm thiểu khí thải độc hại mà còn cải thiện tuổi thọ động cơ và giảm chi phí bảo trì. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, hệ thống phun xăng điện tử sẽ tiếp tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường.

1.4.5.2. Các phần tử chính của hệ thống

a. Ống phân phối

Ống phân phối nhiên liệu trên động cơ 2GR-FE được làm bằng nhôm, một đầu của ống được gắn với bộ điều áp nhiên liệu giúp cho nhiên liệu luôn được cung cấp với áp suất tiêu chuẩn.

b. Vòi phun

Vòi phun có 12 lỗ nhỏ để tăng khả năng phun tơi nhiên liệu.

Vòi phun phun nhiên liệu vào các cửa nạp của các xi lanh theo tín hiệu từ ECU động cơ.

c. Bơm nhiên liệu

Bơm giúp nhiên liệu đạt áp suất khoảng 325 kPa.

Bơm nhiên liệu được lắp trong bình nhiên liệu và được kết hợp với bộ lọc nhiên liệu, bộ điều áp, bộ đo nhiên liệu.

Cánh bơm được mô tơ quay để nén nhiên liệu.

Van một chiều đóng lain khi bơm nhiên liệu dừng để duy trì áp suất trong đường ống nhiên liệu là cho việc khởi động động cơ dễ dàng hơn.

Kết luận chương 1

Trong Chương 1 của đồ án, chúng ta đã có cái nhìn tổng quan về động cơ 2GR-FE 3.5 trên xe Lexus LM 350. Thông qua việc giới thiệu tổng quát về dòng xe Lexus LM 350 và động cơ 2GR-FE, chúng ta đã hiểu rõ hơn về những đặc điểm kỹ thuật cũng như cấu trúc của động cơ này.

Tóm lại, Chương 1 đã cung cấp một nền tảng kiến thức vững chắc về động cơ 2GR-FE 3.5 trên xe Lexus LM 350, làm tiền đề cho các chương tiếp theo, nơi chúng ta sẽ đi sâu vào khảo sát động học, động lực học và các khía cạnh bảo dưỡng của động cơ này.

CHƯƠNG 2. KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC TRÊN ĐỘNG CƠ 2GR-FE 3.5

2.1.Tính toán chu trình công tác

2.1.1. Các thông số động cơ

Các thông số động cơ thể hiện như bảng 2.1.

2.1.2. Các thông số chu trình công tác

2.1.2.1. Áp suất không khí nạp, p₀

Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển: p₀ = 0,1 MN/m²

2.1.2.2. Nhiệt độ không khí nạp mới, T₀

Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi trường, nơi xe được sử dụng. Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là t_kk = 27^oC, do đó:

T₀ = t_kk + 273 = 27 + 273 = 302 K

2.1.2.4. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp, T_k

Đối với động cơ 4 kỳ không tăng áp:

T_k = T₀ = 302 K

2.1.2.5. Áp suất cuối quá trình nạp, p_a

Với động cơ 4 kỳ không tăng áp, ta chọn:

p_a = 0,85p₀ = 0,085 MN/m²

2.1.2.6. Áp suất khí sót, p_r

Áp suất khí sót phụ thuộc vào các tổn hao trong quá trình thải, chủ yếu phụ thuộc vào trở lực trên đường ống thải, tốc độ quay của động cơ và tiết diện lưu thông của họng xupap thải.

Mặt khác, động cơ hoạt động ở chế độ toàn tải nên ta chọn:

p_r = 1,1p₀ = 0,11 MN/m²

2.1.2.8. Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới,

Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xylanh của động cơ do tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên . Mức độ sấy nóng này phụ thuộc vào tốc độ lưu thông của khí nạp, thời gian nạp, ngoài ra cũng phụ thuộc vào mức độ chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt tiếp xúc của xylanh với khí nạp.

Khi động cơ hoạt động ở chế độ toàn tải thì ta chọn:

AT = 10 C

2.1.2.12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z,

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ.

Đối với động cơ xăng không tăng áp đang ở chế độ toàn tải, công suất cực đại nên ta chọn: 0,8

2.1.2.14. Hệ số dư lượng không khí,

Khi động cơ hoạt động ở chế độ toàn tải, công suất cực đại thì ta chọn  vì khi càng nhỏ thì hỗn hợp sẽ được pha đậm hơn, cháy dữ dội  công suất cực đại.

2.1.3. Tính toán nhiệt

2.1.3.1. Quá trình nạp

Hệ số nạp,

Thay số ta được: u_v = 0,1982 

Với: m : chỉ số nén đa biến trung bình của không khí, chọn m = 1,5.

Hệ số khí sót:

Thay số ta được: y_r = 0,0493

Nhiệt độ cuối quá trình nạp, T_a:

Thay số ta được: T_a:= 347K

2.1.3.2. Quá trình nén

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới: T = T_a = 347 K

Thay n₁ vào phương trình trên và so sánh, nếu sai số giữa 2 vế của phương trình thỏa < 0,2% thì đạt yêu cầu.

Sau khi chọn các giá trị của n₁ ta thấy n₁ = 1,37 thỏa điều kiện bài toán.

Áp suất cuối quá trình nén, p_c:

p_c  = p_a = 1,67 (MN/m²)

Nhiệt độ cuối quá trình nén, T_c:

Thay số được: T_c  = T_a = 775,86 K.

2.1.3.3. Quá trình cháy

Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M₀. Thay các số liệu trong bảng 1.14 [1; tr.26] vào công thức, ta tính được:

M₀ = 0,512 (kmol kk/kgnl)

Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh, M₁:

M₁ = 0,444 (kmol kk/kgnl)

Lượng sản vật cháy, M₂:

M₂ = 0,488 (kmolSVC/kgnl)

Nhiệt độ cuối quá trình cháy, T_z:

Thay số ta được: T_z = 2935K

Trong đó: Q_H - nhiệt trị của xăng, Q_H = 43960 kJ/kg

2.1.3.4. Tính toán quá trình giãn nở

Tỷ số giãn nở đầu: p = 1

Tỷ số giãn nở sau: S =e = 8,88

Từ (1) và (2):

 n₂ = 1,23

Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở, T_b:

Thay số ta được: T_b = 1779,82 K

Áp suất cuối quá trình giãn nở, p_b:

Thay số ta được: p_b= 0,471 (MN/m²)

Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót, T_r:

T_r = 1096,057 K

2.1.4. Tính toán động học, động lực học cơ cấu piston- khuỷu trục- thanh truyền.

Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

Khối lượng nhóm piston m_pt được cho trong số liệu ban đầu của đề bài là:

mnp=15(g / cm²)

Khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền:

mA = 0,28.mtt= 0,28.11 = 3.08(g/ cm² )

Vậy ta xác định được khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền:

m=m_pt+m_A=15+3,08=18,08 (g/ cm² )

2.1.4.1. Lực quán tính

Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến:

P_j = m_j . j = m_j .R.w².(cosa + l.cos (2.a ))

m_j = m.(p.R²)= 18,08.10.(p.0,0539²) = 1,65kg

Với các thông số l =0,25; R=53,9 mm ; w =272,27 và a Î[0;720⁰]  

2.1.4.3. Xác định lực p_å = f (a ).

Ta tiến hành vẽ đồ thị  p_å = f (a )   bằng cách ta cộng hai đồ thị là đồ thị pj = f (a) và đồ thị p_kt = f (a ).

2.1.4.5. Chuyển vị piston X

X=[( 1-cos(a )+0.25l (1-cos(2a))]

Với a Î[0; 2p ] ; l = 0, 25

2.1.4.6.  Tốc độ piston V_p

V_p=Rw.( cos(a )+0.5l sin(2a))

Với a Î[0; 2p ] ; l = 0, 25 ; R=53,9 (mm) ; w = 272,27(rad /s)

2.1.5. Đồ thị

Đồ thị P - V

Đồ thị P_kt, P_j, P₁

Đồ thị P_φ

Đồ thị gia tốc

2.2. Kiểm nghiệm bền chi tiết thanh truyền trên động cơ 2GR-FE 3.5 bằng phần mềm Solidworks 2020.

2.2.1. Giới thiệu phền mềm Solidworks 2020

SOLIDWORKS là phần mềm thiết kế 3D tham số chạy trên hệ điều hành Windows và đã có mặt từ năm 1995. Được phát triển bởi công ty SOLIDWORKS, một công ty thành viên của tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới Dassault Systèmes, S.A. (trụ sở tại Vélizy, Pháp), SOLIDWORKS đã nhanh chóng trở thành một trong những phần mềm thiết kế 3D phổ biến nhất trên thế giới. Với gần 6 triệu người dùng bản quyền và khoảng 200.000 doanh nghiệp và tập đoàn sử dụng, SOLIDWORKS đã chứng minh được sức mạnh và tầm ảnh hưởng của mình trong ngành công nghiệp thiết kế.

Một trong những điểm nổi bật của SOLIDWORKS là khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Không chỉ giới hạn trong các ngành kỹ thuật và công nghiệp, SOLIDWORKS còn được sử dụng trong các ngành như đường ống, kiến trúc, nội thất, và xây dựng. Các công cụ thiết kế 3D mạnh mẽ và danh mục giải pháp hỗ trợ đa dạng của SOLIDWORKS cho phép người dùng tạo ra những thiết kế chi tiết và phức tạp, từ các bộ phận cơ khí đến các công trình xây dựng lớn.

2.2.2. Mô phỏng nhóm piston, thanh truyền, trục khuỷu

2.2.2.1. Piston

Piston như hình 2.12.

2.2.2.3. Thanh truyền

Thanh truyền như hình 2.14.

2.2.2.5. Cụm chi tiết chuyển động

Cụm chi tiết chuyển động như hình 2.16.

2.2.4.Kết quả khảo sát

2.2.4.1. Ứng suất

Ứng suất như hình dưới.

2.2.4.2. Chuyển vị

Chuyển vị như hình dưới.

2.2.5. Đánh giá kết quả khảo sát

2.2.5.1. Ứng suất

Ứng suất tác động lên thanh truyền được tính toán và hiển thị thông qua các đồ thị và hình ảnh trực quan. Các mô phỏng cho thấy ứng suất phân bố không đồng đều trên thanh truyền, với các điểm tập trung ứng suất cao nằm ở các vùng gần đỉnh piston và các điểm kết nối với trục khuỷu. Điều này hoàn toàn hợp lý bởi các khu vực này phải chịu tải trọng lớn nhất trong quá trình hoạt động của động cơ. Kết quả kiểm nghiệm cho thấy, Thanh truyền được làm từ thép cacbon và xử lý bằng nitơ có e_b = 1000 Mpa mà ứng suất lớn nhất sau mô phỏng là 620,422 Mpa, nằm trong khoảng giới hạn cho phép của vật liệu chế tạo thanh truyền, đảm bảo rằng thanh truyền có thể hoạt động bền bỉ và an toàn dưới các điều kiện làm việc khắc nghiệt.

2.2.5.2. Chuyển vị

Chuyển vị của thanh truyền, tức là sự thay đổi vị trí của thanh truyền trong quá trình hoạt động được mô phỏng và phân tích. Kết quả cho thấy chuyển vị lớn nhất xảy ra tại các điểm kết nối với piston và trục khuỷu. Điều này phản ánh đúng các động lực học của cơ cấu thanh truyền-piston trong động cơ. Chuyển vị lớn có thể dẫn đến hiện tượng mòn hoặc lỏng lẻo tại các điểm kết nối, do đó cần phải được theo dõi và bảo dưỡng thường xuyên để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của động cơ.

Kết luận chương 2

Trong Chương 2, tôi đã thực hiện khảo sát động học và động lực học của động cơ 2GR-FE 3.5. Các tính toán chu trình công tác, bao gồm thông số động cơ và tính toán nhiệt, từ đó hiểu rõ hơn về quá trình hoạt động của động cơ này.

Kết quả tính toán cho thấy các điểm kết nối với piston và trục khuỷu là những vị trí chịu chuyển vị lớn nhất, phản ánh đúng các động lực học của cơ cấu thanh truyền-piston. Việc này có thể dẫn đến hiện tượng mòn hoặc lỏng lẻo tại các điểm kết nối, do đó cần được theo dõi và bảo dưỡng thường xuyên để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của động cơ.

Chương 2 đã cung cấp những kiến thức quan trọng về động học và động lực học của động cơ 2GR-FE, làm nền tảng cho các chương tiếp theo về bảo dưỡng và sửa chữa động cơ.

CHƯƠNG 3. BẢO DƯỠNG ĐỘNG CƠ 2GR-FE 3.5

3.1. Mục đích

Điều kiện hoạt động của động cơ tại Việt Nam tương đối khắc nghiệt: đường xá chưa tốt, khí hậu ẩm, không khí nhiều bụi, nhiệt độ cao, xe thường chạy ở tốc độ thấp, nổ máy tại chỗ nhiều... nên những chi tiết hệ thống trên xe ô tô bị ảnh hưởng do sự biến đổi của chất lượng dầu nhớt và mỡ bôi trơn. Vì thế, việc kiểm tra, bảo dưỡng và chẩn đoán động cơ là rất cần thiết.

Bảo dưỡng và sửa chữa bảo đảm giữ gìn động cơ ô tô luôn trong tình trạng tốt nhằm giảm bớt hư hỏng phụ tùng, tạo điều kiện góp phần hạ giá thành vận chuyển và đảm bảo an toàn giao thông. Hệ thống bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa càng hoàn hảo thì độ tin cậy và tuổi thọ của động cơ càng cao. Việc bảo dưỡng còn giúp duy trì hiệu suất hoạt động tối ưu của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và bảo vệ môi trường bằng cách giảm lượng khí thải độc hại.

3.2. Yêu cầu

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

- Hiểu biết rõ công việc: Kỹ thuật viên 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.

- Bảo vệ xe: Sử dụng phủ sườn, phủ ghế, phủ sàn để không làm trầy xước hay bôi bẩn xe trong quá trình làm việc.

- Sử dụng kích đúng cách: Khi sử dụng kích, phải luôn sử dụng giá đỡ. Tuân theo các yêu cầu sau:

- Nâng và hạ xe một cách cẩn thận.

- Khi đặt kích dưới dầm ngang hay cầu xe, đĩa kích phải đặt ở phần tâm của chi tiết được kích. Không để bị trượt.

3.3. Quy trình bảo dưỡng và sửa chữa động cơ 2GR-FE

3.3.1.Kiểm tra, bảo dưỡng hàng ngày

- Kiểm tra vệ sinh buồng động cơ

- Kiểm tra sự làm việc ổn định của động cơ;

- Kiểm tra mức dầu bôi trơn của động cơ;

- Kiểm tra mức nước làm mát;

3.3.2. Nội dung bảo dưỡng định kì động cơ 2GR-FE

Tùy thuộc vào tình trạng động cơ và điều kiện làm việc mà chu kì bảo dưỡng có thể khác nhau. Tuy nhiên theo kinh nghiệm chu kì bảo dưỡng đối với ôtô con được quy định như ở dưới.

a. 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.

b. 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.

- Tháo bầu lọc dầu thô, xả cặn, rửa sạch. Tháo và kiểm tra rửa bầu lọc dầu li tâm. Thay dầu bôi trơn cho động cơ, máy nén khí theo chu kỳ, bơm mỡ vào ổ bi của bơm nước. Kiểm tra áp suất dầu bôi trơn.

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

- Kiểm tra, xiết chặt các bu lông, gu jông nắp máy, bơm hơi, chân máy, vỏ ly hợp, ống hút, ống xả và các mối ghép khác.

3.3.2.1. Trục khuỷu

- Kiểm tra độ cong

- Làm sạch trục khuỷu.

- Đặt trục khuỷu lên hai khối chữ V.

3.3.2.3. Thanh truyền - Pít tông - Xéc măng -Trục pít tông

a. Thanh truyền:

Làm sạch đầu to thanh truyền, các bạc lót và chốt khuỷu.

Quan sát tình trạng bề mặt của bạc lót và chốt khuỷu.

Nếu bề mặt bị trầy xước, hỏng  thay  mới  bạc  lót.  Nếu  cần  thiết  thay  mới trục khuỷu.

b. Kiểm tra pít tông:

- Kiểm tra mỗi pít tông để đánh bóng, kiểm tra các khiếm khuyết khác. Thay thế bất kỳ pít tông nào bị lỗi.

- Kiểm tra xem pít tông có khớp với xi lanh hay không.

d. Kiểm tra khe hở miệng

- Đưa xéc măng vào đúng vị trí xy lanh của nó.

- Dùng đầu pít tông đẩy xéc măng vào đúng vị trí kiểm tra.

3.3.4. Kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống làm mát

3.3.4.1. Kiểm tra rò rỉ nước làm mát động cơ

Đổ đầy nước làm mát vào két nước và lắp dụng cụ thử két nước. Hâm nóng động cơ, dùng dụng cụ thử két nước bởm áp suất trong két lên 118 kPa (1.2 kgf/cm²) và kiểm trả áp suất. Nếu áp suất giảm xuống → phải kiếm tra rò rỉ các đường ống, két nước, bơm nươc. 

3.3.4.3. Kiểm tra chất lượng nước làm mát

Tháo nắp két nước (không được tháo nắp két nước khi động cơ đang nóng vì có thể bị bỏng nghiêm trọng do hơi nước bị nén), kiểm tra xem có quá nhiều cặn gỉ bám quanh nắp két nước và lỗ đổ nước trên két hay không, nước làm mát có bị lẫn dầu hay không. Nếu nước làm mát quá bẩn thì phải thay thế nước làm mát.

3.3.6. Kiểm tra bugi

Bugi đóng vai trò quan trọng trong việc khởi động và vận hành động cơ bằng cách sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp khí-nhiên liệu. Do đó, việc kiểm tra và bảo dưỡng bugi định kỳ là vô cùng cần thiết để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả.

a. Kiểm tra điện cực bugi: dùng vol kế đo điện trở cách điện, điện trở cách điện của bugi là 10 Mega Ohm trở lên.

b. Kiểm tra khe hở điện cực bougie: kiểm tra khe hở điện cực bugi, khe hở điện cực của bugi mới: 1 - 1.1 mm, khe hở điện cực của bugi cũ: 1.41 mm.

3.4. Một số hư hỏng thường gặp, chẩn đoán và cách khắc phục

3.4.1. Khởi động khó

3.4.1.1. Máy khởi động không hoạt động được

Nguyên nhân và khắc phục máy không hoạt động như bàng 3.3.

3.4.1.2. Mortor khởi động hoạt động được nhưng động cơ không quay.

Nguyên nhân và khắc phục động cơ không quay như bàng 3.4.

3.4.3. Mức tiêu hao nhiên liệu quá lớn

Nguyên nhân và khắc phục mức tiêu hao nhiên liệu quá lớn như bảng 3.6.

3.4.4. Mức tiêu hao dầu bôi trơn quá lớn

Nguyên nhân và khắc phục mức tiêu hao dầu bôi trơn quá lớn như bàng 3.7.

Kết luận chương 3

Chương 3 đã trình bày một cách chi tiết về quy trình bảo dưỡng và sửa chữa động cơ 2GR-FE 3.5 trên xe Lexus LM 350, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc bảo trì định kỳ để đảm bảo hiệu suất tối ưu và kéo dài tuổi thọ của động cơ. Trong bối cảnh điều kiện khắc nghiệt tại Việt Nam, việc bảo dưỡng động cơ trở nên càng cần thiết hơn bao giờ hết.

Ngoài ra, chương này cũng đã đề cập đến một số hư hỏng thường gặp như động cơ khởi động khó, giảm công suất, tiêu hao nhiên liệu và dầu bôi trơn quá mức. Bằng cách phân tích nguyên nhân và áp dụng các biện pháp khắc phục cụ thể, người sử dụng có thể giữ cho động cơ hoạt động ổn định, nâng cao hiệu suất và kéo dài tuổi thọ của các chi tiết.

Kết luận, chương 3 không chỉ cung cấp một cái nhìn tổng quan về quy trình bảo dưỡng và sửa chữa động cơ 2GR-FE 3.5 mà còn nhấn mạnh sự cần thiết của việc thực hiện đúng các bước bảo dưỡng. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất sử dụng của xe Lexus LM 350 mà còn góp phần đảm bảo an toàn cho người lái và hành khách, đồng thời duy trì giá trị sử dụng của xe trong thời gian dài.

KẾT LUẬN

Sau quãng thời gian dài nỗ lực nghiên cứu và thực hành, với sự hỗ trợ của thầy giáo : Ths …………….. và quý thầy trong Khoa Ô tô, cùng sự đồng hành của các bạn học, đồ án "Nghiên cứu, khai thác động cơ 2GR-FE trên xe Lexus LM 350" đã đạt được những mục tiêu đề ra, hoàn thành đúng hạn và đảm bảo yêu cầu chất lượng. Qua đồ án này, tôi đã:

- Hiểu sâu sắc về cấu trúc động cơ 2GR-FE.

- Mở rộng kiến thức về các đặc tính kỹ thuật của động cơ 2GR-FE.

- Nắm vững quy trình vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa động cơ 2GR-FE.

Mặc dù đã cố gắng hết sức, nhưng do giới hạn về thời gian và điều kiện thực tế, cũng như những hạn chế cá nhân, đồ án có thể chưa hoàn hảo. Tôi rất mong nhận được sự góp ý quý báu từ các thầy để đồ án có thể được hoàn thiện hơn.

Xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo : Ths …………….. và toàn thể quý thầy trong Khoa Ô tô, những người đã không tiếc công sức hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án, giúp tôi hoàn thành nhiệm vụ này.

 Tôi xin chân thành cảm ơn!

                                                                                                                                                   TP, Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                                                 Học viên thực hiện

                                                                                                                                                    ………………..

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Tấn Lộc, Giáo trình thực tập động cơ I, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, 2007

[2]. Nguyễn Tấn Lộc, Giáo trình thực tập động cơ II, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh,

[3]. https://news.oto-hui.com/khai-quat-he-thong-nhien-lieu-dong-co-xang/

[4]. https://123docz.net/document/5086622-khao-sat-he-thong-danh-lua-dong-co-2gr-fe- tren-xe-toyota-landcruiser-2007.htm

[5]. https://123docz.net/document/52737-mpi-he-thong-phun-xang-da-diem.htm

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"