MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.....................................................................................................................4
DANH MỤC HÌNH VẼ.............................................................................................................................. 6
DANH MỤC BẢNG..................................................................................................................................11
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................................................12
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT ĐỘNG CƠ 1GD-FTV 2.8L TRÊN XE TOYOTA HILUX................................13
1.1 Giới thiệu chung về xe Toyota HILUX...............................................................................................13
1.2 Khái quát động cơ 1GD-FTV 2.8L trên xe Toyota Hilux....................................................................14
1.2.1 Khái quát chung về động cơ...........................................................................................................14
1.2.2 Các thông số kỹ thuật ...................................................................................................................14
1.3 Đặc điểm kết cấu động cơ 1GD-FTV 2.8L.......................................................................................15
1.3.1 Thân động cơ.................................................................................................................................15
1.3.2 Nắp động cơ..................................................................................................................................16
1.3.3 Pít tông...........................................................................................................................................18
1.3.4 Thanh truyền..................................................................................................................................19
1.3.5 rục khuỷu.......................................................................................................................................20
1.3.6 Trục cân bằng.................................................................................................................................21
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN ĐỘNG CƠ 1GD-FTV 2.8L........................23
2.1 Hệ thống phân phối khí.....................................................................................................................23
2.1.1 Kết cấu của hệ thống.....................................................................................................................23
2.1.2 Dẫn động trục cam.........................................................................................................................23
2.1.3 Trục cam........................................................................................................................................25
2.1.4 Cò mổ, con đội thuỷ lực.................................................................................................................26
2.2 Hệ thống bôi trơn..............................................................................................................................27
2.2.1 Sơ đồ bôi trơn................................................................................................................................27
2.2.2 Các phần chính trong hệ thống.....................................................................................................28
2.3 Hệ thống làm mát.............................................................................................................................32
2.3.1 Sơ đồ làm mát...............................................................................................................................32
2.3.2 Bơm nước, van hằng nhiệt, két làm mát.......................................................................................34
2.4 Hệ thống nạp thải khí......................................................................................................................38
2.4.1 Turbo tăng áp................................................................................................................................38
2.4.2 Bộ làm mát khí nạp.......................................................................................................................40
2.4.3 Van tiết lưu....................................................................................................................................42
2.5 Hệ thống nhiên liệu..........................................................................................................................43
2.5.1 Khái quát hệ thống nhiên liệu commonrail....................................................................................43
2.5.2 Hệ thống Common rail trên động cơ 1GD-FTV 2.8L.....................................................................45
2.5.3 Các cảm biến...............................................................................................................................64
2.6 Một số hệ thống khác trên động cơ 1GD-FTV 2.8L........................................................................81
2.6.1 Hệ thống luân hồi khí xả (Exhaust Gas Recirculation - EGR)......................................................81
2.6.2 Bộ lọc DPF (Diesel Particulate Filter) và DOC (Diesel Oxidation Catalyst)..................................87
2.7 Điều khiển phun nhiên liệu.............................................................................................................90
2.7.1 Các loại điều khiển phun nhiên liệu..............................................................................................90
2.7.2 Điều khiển lượng phun nhiên liệu.................................................................................................91
2.7.3 Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu..........................................................................................94
2.7.4 Điều khiển tỉ lệ phun nhiên liệu....................................................................................................96
2.7.5 Điều khiển áp suất phun nhiên liệu..............................................................................................97
CHƯƠNG 3..KHAI THÁC BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA ĐỘNG CƠ .....................................................98
3.1 Xây dựng đặc tính ngoài động cơ...................................................................................................98
3.1.1 Khái quát ....................................................................................................................................98
3.1.2 Thông số ban đầu........................................................................................................................98
3.2 Qui trình kiểm tra, bảo dưỡng và chuẩn đoán động cơ................................................................102
3.2.1 Kiểm tra bảo dưỡng các cơ cấu cơ khí......................................................................................102
3.2.2 Kiểm tra cơ cấu phân phối khí..................................................................................................106
3.2.3 Kiểm tra bảo dưỡng hệ thống làm mát.....................................................................................106
3.2.4 Kiểm tra hệ thống bôi trơn........................................................................................................107
3.2.5 Kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu.............................................................................107
3.2.6 Chuẩn đoán, đọc lỗi.................................................................................................................108
KẾT LUẬN.........................................................................................................................................122
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................................................123
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thủy, máy bay và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước… Động cơ đốt trong là nguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới. Chính vì vậy việc tính toán và thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quan trọng đối với các sinh viên chuyên ngành động cơ đốt trong. Đồ án nghiên cứu và khai thác động cơ 1GD-FTV 2.8l trên xe Toyota Hilux là một đồ án đòi hỏi người thực hiện phải sử dụng tổ hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở. Trong quá trình hoàn thành đồ án không những đã giúp cho chúng em củng cố được rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các môn học cơ sở và còn giúp chúng em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng như các kiến thức tổng hợp khác. Đồ án này cũng là một bước luyện tập rất quan trọng cho chúng em trước khi tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau này.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy : Th.S …………, đến nay đồ án môn học của em đã hoàn thành. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, tuy nhiên trong việc thiết kế đồ án với những hạn chế về kiên thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình làm đồ án không tránh được những sai xót, chính vì vậy chúng em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy và sự góp ý của các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ em hoàn thành công việc được giao.
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Học viên thực hiện
………………..
CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT ĐỘNG CƠ 1GD-FTV 2.8L TRÊN XE TOYOTA HILUX
1.1. Giới thiệu chung về xe Toyota HILUX
Là mẫu xe bán tải có lịch sử lâu đời nhất của Toyota, ra mắt từ năm 1968, trải qua hơn 50 năm, Hilux đã ghi điểm tuyệt đối trên toàn cầu về một “Mẫu xe bền bỉ, mạnh mẽ, thách thức mọi địa hình”.
Tại Thái Lan, Hilux đã lập nên lịch sử khi liên tiếp 12 năm kể từ năm 2007 đến năm 2019 là mẫu xe bán chạy nhất (ngoại trừ năm 2017 ở vị trí thứ 2), doanh số trung bình trên dưới 150.000 xe/năm, thị phần năm 2018 lên tới 37,2%, nửa đầu năm 2019 là 31,2%. Đây cũng là mẫu xe bán chạy nhất trong phân khúc bán tải ở các thị trường như Úc, Phillipines, châu Phi và Trung Đông.
Tiếp nối thành công của Hilux ở các thị trường lớn trên thế giới, hàng ngàn chiếc xe Hilux đã nhận được sự tin tưởng của khách hàng Việt từ năm 2009 đến nay bởi những giá trị cốt lõi của Toyota như tính bền bỉ, chất lượng và tiết kiệm nhiên liệu.
Không dừng lại ở đó, để mang đến cảm giác lái phấn khích, sự an tâm trên mọi hành trình và niềm tự hào cho người chủ sở hữu, Hilux mới được lột xác với thiết kế đột phá, công nghệ an toàn Toyota toàn cầu TSS và tăng cường sức mạnh vận hành vượt trội. Hilux mới hứa hẹn tái định nghĩa phân khúc bán tải Việt Nam.
1.2. Khái quát động cơ 1GD-FTV 2.8L trên xe Toyota Hilux
1.2.1. Khái quát chung về động cơ
Toyota 1GD-FTV là động cơ diesel 4 xi lanh thẳng hàng 2,8 L được trang bị một số tính năng thường thấy ở các động cơ điển hình như bộ tăng áp vòi phun biến thiên (VNT), hệ dẫn động xích và bộ làm mát liên động.
1.2.2. Các thông số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật động cơ 1GD-FTV 2.8L như bảng 1.1.
1.3. Đặc điểm kết cấu động cơ 1GD-FTV 2.8L
1.3.1. Thân động cơ
a) Nhiệm vụ
- Cùng với pít tông và nắp máy tạo thành buồng cháy,
- Làm bệ đỡ để lắp đặt các chi tiết trong động cơ ô tô,
- Làm bộ phận dẫn hướng chuyển động pít tông đảm bảo pít tông khi chuyển đổi hướng ít bị xê dịch.
c) Nắp động cơ
* Nhiệm vụ
Nằm ở trên đỉnh thân máy, nắp máy cùng với thành xi lanh và đỉnh pít tông kết hợp và tạo thành buồng đốt và thể tích làm việc của động cơ; cung cấp không gian lắp đặt các bộ phận của hệ thống phân phối khí, hệ thống nhiên liệu, hệ thống đánh lửa (đối với động cơ xăng), bố trí các cửa nạp và thải của động cơ.
* Kết cấu
Do động cơ dùng xupap treo, trục cam nằm trên nắp máy, nên kết cấu của nắp máy rất phức tạp. Trên nắp máy còn bố trí các vị trí gắn vòi phun và gối đỡ trục cam.
Vòi phun được gắn thẳng đứng ở trung tâm của buồng đốt
d) Pít tông
* Nhiệm vụ
Pít tông cùng với xilanh, nắp máy tạo thành buồng đốt; nhận lực từ quá trình giãn nở của khí cháy truyền lực cho trục khuỷu thông qua thanh truyền để sinh công trong kỳ nổ và nhận lực từ bánh đà truyền qua trục khuỷu để thực hiện quá trình nạp, nén và thải.
e) Thanh truyền
* Nhiệm vụ
Thanh truyền là một bộ phận của động cơ, có chức năng kết nối pít tông với trục khuỷu; thanh truyền kết hợp với tay khuỷu biến đổi chuyển động tịnh tiến của pít tông thành chuyển động quay của trục khuỷu. Thanh truyền chịu lực nén và lực kéo từu pít tông và tay khuỷu ở hai đầu.
* Kết cấu
Thanh truyền (Tay dên) của 1GD-FTV 2.8L được làm bằng thép bên trong có đường dẫn dầu bôi trơn từ đầu to lên đầu nhỏ để bôi trơn chốt pít tông.
g) Trục cân bằng
* Nhiệm vụ
Trục cân bằng được sử dụng để giảm rung cho động cơ bằng cách triệt tiêu lực động không cân bằng
* Kết cấu
Tất cả 1GD cho Prado và Hiace đều được trang bị trục cân bằng truyền động bằng xích từ trục khuỷu. Đối với 1GD-FTV 2.8L, Trục cân bằng nằm trong một hộp riêng biệt dưới thân máy.
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN ĐỘNG CƠ 1GD-FTV 2.8L
2.1. Hệ thống phân phối khí
2.1.1. Kết cấu của hệ thống
Động cơ được trang bị hệ thống phối khí DOHC 16V, trục cam kép với 4 Van cho mỗi xilanh, con đội thuỷ lực và cơ cấu con lăn trên cò mổ.
2.1.2. Dẫn động trục cam
Trục cam được dẫn động qua 2 bước, từ trục khuỷu bằng xích con lăn sơ cấp (bước 9,525mm) đến trục bơm nhiên liệu, và truyền đến xích thứ cấp (bước 8,0mm) đến trục cam.
Phụ tải của động cơ được truyền động bằng dây đai với bộ căng đai tự động.
2.1.4. Cò mổ, con đội thuỷ lực
a) Nhiệm vụ
Nhận lực từ trục cam đóng mở xupap theo chu kỳ, đảm bảo khắc phục khe hở nhiệt của cơ cấu phân phối khí giúp động cơ làm việc êm dịu.
b) Kết cấu
Cơ cấu bao gồm con đội thuỷ lực và cò mổ với con lăn tiếp xúc trực tiếp với trục cam. Con đội thuỷ lực được trang bị trên động cơ 1GD-FTV có cấu tạo như hình 2.7
c) Nguyên lý hoạt động:
Khi vấu cam tác động vào cò mổ, tác động vào đầu con đội, dầu bên dưới bị nén van bi 6 đóng lại, pít tông và thân con đội như một khối cứng, cò mổ tác động mở xupap.
Khi vấu cam hết tác dụng, lò xo xupap đẩy cò mổ, dưới tác dụng của lò xo 9 tahan con đội bị đẩy lên, sự chênh áp làm van bi 6 mở dầu bôi trơn được bù vào khoang dầu bên dưới pít tông.
2.2. Hệ thống bôi trơn
2.2.1. Sơ đồ bôi trơn
Bơm dầu được dẫn động bởi trục khuỷu, bộ làm mát dầu được lắp ở bên dưới thân máy. Hệ thống còn được trang bị thêm các vòi phun dầu bôi trơn làm mát pít tông
2.2.2. Các phần chính trong hệ thống
a) Bơm dầu
* Nhiệm vụ:
Bơm dầu đưa dầu bôi trơn luân chuyển khắc nơi trong động cơ, đến các vị trí cần bôi trơn, làm mát các chi tiết.
* Kết cấu:
1GD-FTV sử dụng bơm dầu 2 cấp với phần bơm chính kiểu bơm rôto truyền động từ bánh răng trục cam, hệ thống van điều khiển một ống bọc điều chỉnh áp xuất xả của bơm, do đó ở chế độ áp suất cao, vòi phun dầu pít tông hoạt động
Chế độ áp suất thấp (van bật): Dầu được cung cấp vào mặt sau của ống xả, ống xả được đẩy lên bởi áp suất xả, nâng cao vị trí lỗ thoát của ống xả và giảm lực lò xo cần thiết để mở van xả, áp suất mở giảm, áp suất xả giảm.
b) Lọc dầu
* Nhiệm vụ:
Lọc dầu bao gồm lọc thô, lọc tinh. Cả hai đều có nhiệm vụ lọc các tạp chất, mạc kim loại và cặn bẫn, bảo vệ đường ống hệ thống bôi trơn cũng như các vị trí cần bôi trơn.
* Kết cấu:
Lọc thô với lưới lọc bằng thép với nhiệm vụ lọc các tạp chất, mạc kim loại, cặn bẫn có đường kính to hơn lưới lọc, nhằm bảo vệ các đường ống, cơ cấu, thiết bị trong hệ thống bôi trơn, tránh tình trạng tắc nghẽn, hư hỏng do các tạp chất gây ra.
2.3. Hệ thống làm mát
2.3.1. Sơ đồ làm mát
Hệ thống làm mát đáng chú ý bởi số lượng các thành phần cần làm mát hoặc sưởi. Bơm và cánh quạt truyền động bằng dây đai, bộ điều nhiệt cơ khí giữ cho nhiệt độ độ ở khoảng 80-84oC.
2.3.2. Bơm nước, van hằng nhiệt, két làm mát
a) Bơm nước
* Nhiệm vụ:
Bơm nước làm mát được dẫn động bởi trục khuỷu cùng với quạt làm mát. Bơm nước là một phần quan trọng trong hệ thống làm mát, đẩy nước đi khắp nơi làm mát động cơ.
* Kết cấu:
Động cơ 1GD-FTV 2.8l sử dụng bơm nước làm mát kiểu ly tâm. Kết cấu của bơm rất đơn giản, bao gồm trục bơm được dẫn động bởi trục khuỷu và cánh bơm ly tâm.
Khi động cơ hoạt động, cánh bơm quay, nước mát từ tâm cánh bơm, nhờ lực ly tâm đẩy nước ra xung quanh theo đường nước ra đi vào hệ thống áo nước và làm mát động cơ
c) Két làm mát
* Nhiệm vụ:
Két làm mát có tác dụng giải nhiệt cho động cơ bằng cách giảm nhiệt độ của nước làm mát. Giúp cho động cơ hoạt động ở nhiệt độ thích hợp và lý tưởng nhất.
* Kết cấu:
Két làm mát của động cơ 1GD-FTV có kết cấu gồm 2 bình nước ở phía trên và phía dưới của các cánh tản nhiệt.
2.5. Hệ thống nhiên liệu
2.5.1. Khái quát hệ thống nhiên liệu commonrail
Hệ thống nhiên liệu kiểu Common Rail - nhiên liệu được cung cấp bởi bơm áp suất cao trong một đường ray chung và sau đó được phun vào các xi lanh thông qua các kim phun được điều khiển điện tử. Áp suất phun - 35-220 MPa (kỷ lục đối với động cơ diesel của Toyota). Với động cơ 1GD-FTV 2.8L, áp suất được tăng lên 250 MPa. Các thành phần được sản xuất bởi Denso.
Điều khiển áp suất nhiên liệu được thực hiện bởi van điều khiển bơm cấp và van xả áp suất.
Có các cảm biến sau trong hệ thống:
- Áp áp suất
- Áp suất nhiên liệu
- Vị trí trục khuỷu (MRE)
- Vị trí trục cam (MRE)
- Cảm biến lưu lượng khí (MAF) / cảm biến nhiệt độ không khí
- Vị trí van tiết lưu (hiệu ứng Hall)
- Vị trí chân ga (hiệu ứng Hall )
2.5.2. Hệ thống Common rail trên động cơ 1GD-FTV 2.8L
a) Bơm tiếp vận
* Nhiệm vụ:
Hệ thống Diesel thường có hai bơm nhiên liệu gồm bơm chuyển nhiên liệu và bơm tiếp vận nhiên liệu. Bơm chuyển nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu liên tục cho bơm tiếp vận, ngoài ra còn có tác dụng châm dầu, xả gió khi động cơ chưa hoạt động. Bơm chuyển nhiên liệu thường được dùng là bơm điện.
* Cấu tạo
Bơm tiếp vận loại bánh răng ăn khớp trong. Hai bánh răng được bố trí lệch tâm và ăn khớp với nhau, tạo nên buồng thấp áp và buồng cao áp. Bơm được dẫn động bới trục khuỷu, trục bơm cũng là trục của bơm cao áp, ăn khớp với bánh răng vòng trong bằng then.
* Nguyên lý hoạt động:
Bơm tiếp vận nhiên liệu được thiết kế nằm trong bơm cao áp và được dẫn động đồng thời bằng trục cam của bơm cao áp. Chức năng của bơm tiếp vận là nhận nhiên liệu từ thùng nhiên liệu sau đó cung cấp nhiên liệu cho piston bơm qua lọc thô (bên trong bơm cao áp) và van điều khiển hút (SCV).
Đây là loại bơm không điều chỉnh được lưu lượng và áp suất khi số vòng quay cố định. Do đó lưu lượng nhiên liệu mà bơm cung cấp sẽ tỉ lệ với tốc độ động cơ trong mọi trường hợp. Vì lý do này, trên bơm tiếp vận được gắn van điều khiển áp suất nhiên liệu SCV có nhiệm vụ điều khiển lượng nhiên liệu trước khi cấp tới bơm cao áp thông qua tín hiệu điện tử ECU gửi tới.
b) Bơm cao áp HP5S
Hệ thống Common Rail trên động cơ Toyota Hilux 1GD-FTV dùng bơm cao áp Denso HP5S. Bơm được dẫn động bởi trục khuỷu động cơ theo tỉ lệ 1:1. Bơm cao áp có công dụng hút nhiên liệu từ thùng chứa và nén nhiên liệu lên áp suất cao khoảng trên 2000 bar (200MPa) khi động cơ hoạt động.
c) Nguyên lý hoạt động
Khi trục cam quay pít tông bơm di chuyển lên theo. Nếu van điều khiển đóng, áp suất tăng và nhiên liệu từ bơm chảy vào đường ray. ECM kiểm soát thời điểm đóng van điều khiển và do đó cung cấp mức áp suất mục tiêu trong đường ray nhiên liệu. Nếu pít tông không bị cam đẩy thì nó sẽ bị lực lò xo quay trở lại hướng xuống.
d) Van điều khiển hút (Suction Control Valve - SCV)
Chức năng chính của van SCV là cung cấp đủ lượng nhiên liệu cần thiết để đạt được áp suất nhiên liệu mà hệ thống cần sau khi nhiên liệu đi qua bơm cao áp. Nhờ đó mà tải kéo bơm cao áp sẽ giảm. Van SCV động cơ 1GD-FTV Toyota Hilux là loại van điện từ thường đóng. Van SCV được điều khiển bởi ECU động cơ để đóng - mở đường nhiên liệu từ bơm tiếp vận vào bơm cao áp, từ đó điều khiển được lượng nhiên liệu đi vào xi lanh bơm thông qua độ mở của van SCV.
d) Kim phun bù nhiên liệu
* Nhiệm vụ:
Ống xả được tích hợp vòi phun nhiên liệu áp suất thấp được cung cấp trực tiếp từ bơm để tăng nhiệt độ DPF cho quá trình đốt cháy muội than tích tụ.
* Cấu tạo:
Kim phun bù nhiên liệu được gắn vào đường ống xả của động cơ, nhiên liệu áp suất thấp được cung cấp đến kim phun từ bơm tiếp vận trong bơm cao áp. Sau khi kim phun bù nhiên liệu nhận tín hiệu từ ECM để thực hiện việc tái tạo bầu lọc khí thải thì ECM sẽ điều khiển việc nhấc kim phun để phun bù nhiên liệu vào đường ống xả giúp nhiệt độ của bầu lọc khí xả tăng lên cao (khoảng 650oC) để tái tạo lại bầu lọc.
f) Lọc nhiên liệu diesel
* Nhiệm vụ:
Lọc nhiên liệu có nhiệm vụ làm sạch, tách các chất bẩn, cặn bẩn, tạp chất, nước ra khỏi nhiên liệu của động cơ.
* Cấu tạo:
Thường sử dụng bộ phận lọc bằng giấy, sợi vải giấy, sợi vải tổng hợp và một số loại vật liệu khác. Tuy nhiên, được sử dụng rộng rãi hơn cả là bộ lọc bằng giấy, loại này có thể sử dụng khoảng 80.000 km.
Cấu tạo của một dạng bầu lọc nhiên liệu gồm có 3 lưới lọc bằng giấy. Dầu được hút vào trong bầu lọc bằng bơm tiếp vận, sau đó đi qua các ống giấy lọc và đi ra ngoài.
Trên lọc nhiên liệu thường tích hợp thêm bơm tay để cung cấp nhiên liệu đến bơm tiếp vận giúp động cơ dễ dàng hoạt động trong lần khởi động đầu tiên sau khi sửa chữa, thay thế hệ thống nhiên liệu.
j) Bugi xông
* Nhiệm vụ:
Động cơ Diesel hoạt động bằng cách nén hỗn hợp nhiên liệu dưới áp suất lớn đến mức tự bốc cháy sinh công. Bởi không sử dụng tia lửa điện, động cơ Diesel cần một tỉ số nén lớn để tăng nhiệt độ lên cao. Tỉ số này có khi đạt tới trên 20:1 trong khi ở động cơ xăng trung bình chỉ cần 9,5:1. Khi trời lạnh, đặc biệt miền bắc vào mùa đông, động cơ Diesel sẽ khó nổ hơn bình thường do các lí do sau: diện tích buồng đốt lớn, toả nhiệt nhiều nên nhiệt độ của không khí cuối kì nén bị thất thoát đáng kể.
* Cấu tạo
Các bugi xông có dạng dây đốt may so, được lắp vào vị trí trong buồng cháy của xi lanh động cơ, đối diện với kim phun, các bugi xông được nối song song với nhau. Các bugi xông được điều khiển bởi hộp điều khiển bugi xông bao gồm rờ le bugi xông, bộ định thời gian xông và đèn báo xông.
2.5.3. Các cảm biến
a) Cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến vị trí trục khuỷu trên động cơ 1GD-FTV được lắp trên thân máy, là loại cảm biến kiểu phần tử Hall. Cảm biến vị trí trục khuỷu phát hiện vị trí tức thời, tốc độ của trục khuỷu bằng các tín hiệu trên các răng của đĩa răng phía bánh đà sau đó gửi về ECU động cơ. Dựa vào tín hiệu từ cảm biến gửi về ECU sẽ tính toán thời gian và thời điểm phun nhiên liệu cho động cơ.
* Cấu tạo:
Cảm biến có cấu tạo từ hai IC Hall và một nam châm được đặt gần một đĩa răng 34 răng (34 xung trên 1 vòng quay trục khuỷu) gắn trên trục khuỷu ở phía bánh đà.
* Nguyên lý hoạt động:
Dựa vào hiệu ứng Hall, trong cảm biến có hai IC Hall cố định. Khi có nguồn cung cấp đến IC Hall và có từ trường của nam châm đi qua nó thì IC sẽ cho ra một điện áp. Do khoảng cách giữa các răng của đĩa răng và cảm biến nhỏ nên mỗi khi các răng kim loại đi qua cảm biến thì từ trường thay đổi đột ngột. Từ đó tạo ra các xung vuông.
b) Cảm biến vị trí trục cam
* Cấu tạo:
Cảm biến vị trí trục cam được đặt phía đầu trục cam trên nắp động cơ dùng để nhận biết vị trí xi lanh số 1 và thời điểm cuối nén đầu nổ. Cảm biến bao gồm 2 IC Hall cố định và một nam châm được đặt gần đĩa tạo xung, đĩa tạo xung có 5 răng (5 xung trên 2 vòng quay trục khuỷu) và được lắp ở phía đầu trục cam.
* Nguyên lý hoạt động:
Tương tự như cảm biến vị trí trục khuỷu, khi các răng trên bộ tạo xung đi qua cảm biến, từ trường giảm đột ngột từ đó tạo ra một xung vuông. Vì vậy, khi bộ tạo xung quay, mỗi chu kỳ cảm biến sẽ quét được 5 xung ứng với 5 răng trên bộ tạo xung.
d) Cảm biến vị trí van tiết lưu
Van tiết lưu trên động cơ 1GD-FTV 2.8L sẽ gửi tín hiệu về ECU và ECU sẽ điều khiển van tiết lưu, kiểu điều khiển này còn được gọi là hệ thống điều khiển van tiết lưu thông minh ETCS-i (Electronic Throttle Control System – intelligent).
Chức năng của van tiết lưu trên động cơ Diesel:
+ Giảm rung động khi tắt máy: Nếu như trên những động cơ Diesel đời cũ không có bướm ga, mỗi khi tắt máy cảm thấy động cơ rung lắc rất nhiều thì trên những động cơ Diesel đời mới hơn đã khắc phục được nhược điểm trên. Đây có thể nói là chức năng cải tiến đầu tiên đối với bướm ga Diesel. Khi tắt máy ECM sẽ điều khiển đóng bướm ga khoảng 95 - 97% trong vòng 1.5 giây, khi đó sẽ hạn chế lượng gió vào động cơ, động cơ không tiếp tục nạp và nén khí giúp động cơ tắt máy êm hơn.
+ Kiểm soát khí thải và điều khiển luân hồi khí thải: Điều kiện để cho khí xả có thể quay trở lại đường ống nạp đó là áp suất khí nạp phải nhỏ hơn áp suất khí xả tuy nhiên một số trường hợp áp suất khí xả có thể bằng áp suất khí nạp (ví dụ như khi tốc độ động cơ thấp). Khi đó khí xả không thể quay trở lại đường ống nạp. Ở thời điểm này ECU động cơ sẽ điều khiển đóng bớt bướm ga lại từ 5 – 94% để tăng độ chân không sau bướm ga đồng nghĩa với việc giảm áp suất đường ống nạp, khi đó áp suất khí nạp nhỏ hơn áp suất khí xả và khí xả có thể quay trở lại đường ống nạp.
e) Cảm biến khối lượng khí nạp
Kiểu bộ đo gió này đo khối lượng không khí nạp vào động cơ, được đặt sau bộ lọc gió. Có thể là loại dây nhiệt hoặc màng nhiệt, loại đo gió này có các ưu điểm như sau:
+ Phạm vi đo khối lượng không khí nạp từ tốc độ cầm chừng đến tốc độ tải lớn rất rộng.
+ Đặc tính hoạt động không phụ thuộc vào sự hoạt động ở vùng cao hay vùng thấp.
+ Trọng lượng bé, kích thước nhỏ gọn.
+ Không sử dụng chi tiết cơ khí nên có độ nhạy cao.
+ Kiểm tra trực tiếp khối lượng không khí nạp.
* Cấu tạo:
Gồm một nhiệt điện trở và dây nhiệt bằng platin đặt trên đường di chuyển của không khí và mạch điều khiển điện tử. Nhiệt điện trở dùng để kiểm tra nhiệt độ không khí nạp vào bộ đo gió. Nhiệt điện trở và mạch điều khiển điện tử này được đặt trong một hộp nhựa.
* Nguyên lý hoạt động:
Dây nhiệt bằng platin hay còn được gọi là dây sấy luôn ổn định ở 120°C. Khi không khí nạp chạy qua dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối không khí nạp. Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ của dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với khối lượng không khí nạp. Sau đó có thể đo khối lượng không khí nạp bằng cách đo dòng điện đó, dòng điện này được biến đổi thành một điện áp, sau đó được gửi đến ECU động cơ.
g) Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau Turbo
* Vị trí:
Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau turbo được đặt trước bướm ga Diesel.
* Chức năng:
- Cảm biến nhiệt độ khí nạp được dùng để đo nhiệt độ khí nạp vào động cơ và gửi về hộp ECU để ECU thực hiện hiệu chỉnh.
- Hiệu chỉnh thời gian phun theo nhiệt độ không khí: Bởi ở nhiệt độ không khí thấp mật độ không khí sẽ đặc hơn và ở nhiệt độ cao mật độ không khí sẽ loãng hơn (ít oxi hơn).
- Nếu nhiệt độ thấp thì ECU sẽ hiệu chỉnh tăng thời gian phun nhiên liệu. Nếu nhiệt độ cao thì ECU sẽ hiệu chỉnh giảm thời gian phun nhiên liệu.
2.6. Một số hệ thống khác trên động cơ 1GD-FTV 2.8L
2.6.1. Hệ thống luân hồi khí xả (Exhaust Gas Recirculation - EGR)
Các hợp chất có trong khí thải của ô tô – Oxit Nitơ NOx (NO, NO2, N2O5, N2O…) là loại chất độc hại đối với môi trường và sức khỏe con người nên chúng ta phải hạn chế tạo ra những chất độc hại này. Trong động cơ đốt trong, NOx được hình thành chủ yếu ở điều kiện áp suất và nhiệt độ cao (từ 2500oF). Vì vậy, để giảm lượng phát thải NOx sinh ra trong quá trình cháy người ta có một số giải pháp chính sau đây:
+ Làm giàu hỗn hợp không khí- nhiên liệu để hạ nhiệt độ cháy. Tuy nhiên, giải pháp này sẽ làm tăng lượng chất ô nhiễm HC và CO.
+ Giảm bớt tỉ số nén của động cơ và góc đánh lửa sớm. Giải pháp này có ảnh hưởng xấu đến công suất và tính kinh tế nhiên liệu của động cơ.
* Nguyên lý hoạt động của hệ thống luân hồi khí xả (EGR):
Mở van EGR: khi tăng cường độ dòng điện cung cấp tới cuộn dây làm tăng lực FM tác dụng lên phần ứng của van E-VRV, bên trên màng luôn có một lực hút FV do bơm chân không tạo ta, khi FM > FV thì piston bị kéo xuống kéo theo “van 1” làm mở đường ống chân không từ bơm chân không đến van E-VRV, lúc này chân không sẽ được bơm đến van EGR. Van EGR lúc này có độ chênh áp giữa hai bên nên thắng lực đẩy của lò xo và mở van. Mặt khác, việc mở van E-VRV cũng làm tăng áp suất buồng A, đồng nghĩa với việc tăng lực kéo FV, việc này làm cho piston của E-VRV đi lên cho đến khi hai lực FM và FV bằng nhau, thì piston đóng đường chân không từ bơm chân không đến.
* Bộ làm mát khí xả trong hệ thống luân hồi khí xả
Trong một số trường hợp, một bộ làm mát khí xả được trang bị để giảm nhiệt độ của khí thải trước khi nó được tuần hoàn vào động cơ. Điều này giúp tránh việc đưa khí thải có nhiệt độ quá cao vào buồng đốt (giảm nhiệt độ khí xả từ 700°C xuống 150°C) dẫn đến việc sinh ra nhiều khí NOx và có khả năng gây ra tiếng gõ trong động cơ.
2.6.2. Bộ lọc DPF (Diesel Particulate Filter) và DOC (Diesel Oxidation Catalyst)
Kể từ năm 2007, hầu hết các loại xe sử dụng động cơ Diesel đều được trang bị bộ lọc DPF, bộ lọc này nằm trong hệ thống ống xả. Bộ phận này rất quan trọng, đóng vai trò chính để cho phép xe ô tô vượt qua những tiêu chuẩn khí thải phát ra (Euro 3, Euro 4 hay Euro 5) theo quy định. Bộ lọc DPF có vai trò chính nhằm giảm thiểu các hạt PM (Particulate Matter) thải ra ngoài môi trường khi động cơ hoạt động.
DPF là một hệ thống lọc xử lý khí thải thông qua sự kết hợp với lọc DOC, phản ứng nhiệt và phản ứng hóa học. Hệ thống DOC được thiết kế để giảm phát thải hydrocacbon (HC), cacbonmonoxit (CO) và lưu huỳnh dioxit.
DPF được đặt trong một bầu lọc cùng với DOC. DOC cho phép quá trình oxy hóa lượng khí thải của động cơ thành carbon dioxide (CO2) và nước (H2O), sau đó đi qua DPF đến ống xả. DPF sử dụng bộ lọc gốm xốp nguyên khối được xếp song song với nhau và các hóa chất phản ứng, khi khí thải động cơ đi qua bộ lọc thì sẽ bị khuếch tán và những hạt bồ hóng PM sẽ được giữ lại trên các tấm gốm này. DPF oxy hóa PM (bồ hóng), sau đó phát ra khí thải dưới dạng khí cacbonic.
2.7. Điều khiển phun nhiên liệu
2.7.1. Các loại điều khiển phun nhiên liệu
Điều khiển tỉ lệ phun nhiên liệu: Điều khiển một lượng phun nhỏ (phun sơ khởi) trước thời điểm phun chính.
Điều khiển lượng phun nhiên liệu: Thay thế chức năng của bộ điều tốc thông thường để điều khiển lượng phun nhiên liệu một cách tối ưu dựa vào tốc độ động cơ và vị trí bàn đạp ga.
2.7.2. Điều khiển lượng phun nhiên liệu
Để điều khiển lượng phun nhiên liệu ECU thực hiện so sánh 2 giá trị, đó là lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa. Nếu giá trị lượng phun nào thấp hơn thì sẽ chọn lượng phun đó (nhằm tối ưu về mặt kinh tế nhiên liệu và khí thải môi trường). Lượng phun cơ bản được tính toán dựa trên tốc độ động cơ và vị trí bàn đạp ga. Lượng phun tối đa được điều chỉnh dựa vào tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến áp suất khí trời, cảm biến turbo tăng áp, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu. Sau khi ECU chọn được giá trị cuối cùng sẽ gửi tín hiệu EDU để điều khiển các kim phun.
2.7.3. Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu trên động cơ Toyota Hilux 2020 sử dụng kim phun G3Pi có thời gian phản ứng kim rất nhanh (0,1ms) nên có thể phun được nhiều lần (7-9 lần) trong một chu kỳ.
2.7.5. Điều khiển áp suất phun nhiên liệu
ECU động cơ xác định áp suất nhiên liệu dựa vào lượng phun cuối cùng và tốc độ động cơ. Áp suất nhiên liệu tại thời điểm khởi động dựa vào nhiệt độ nước làm mát và tốc độ động cơ. Ở tốc độ cầm chừng áp suất nhiên liệu ở mức thấp hơn để giảm tiếng ồn. Áp suất phun tăng giúp nhiên liệu được phun với tốc độ cao hơn do đó mà nhiên liệu được phun tơi hơn, nhiên liệu và không khí được hòa trộn tốt hơn. Khả năng bốc cháy của hòa khí diễn ra dễ dàng, triệt để hơn. Nhiệt lượng sinh ra của quá trình cháy nhờ đó cũng tăng cao.
CHƯƠNG 3
KHAI THÁC BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA ĐỘNG CƠ
3.1. Xây dựng đặc tính ngoài động cơ
3.1.1. Khái quát
Đặc tính ngoài là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc các chỉ tiêu như công suất có ích Ne, mô men xoắn có ích Me, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gnl và công suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge và số vòng quay trục khuỷu n, khi bướm ga mở hoàn toàn.
Đồ thị này được dùng để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động cơ khi số vòng quay thay đổi và chọn số vòng quay một cách hợp lý khi khai thác.
Đặc tính ngoài được bằng phương pháp thực nghiệm, công thức khinh nghiệm, hoặc bằng việc phân tích lý thuyết. Ở đây giới thiệu phương pháp dựng công thức kinh nghiệm của khơ-lư-stop Lây –déc- man.
* Thông số ban đầu:
Thông số ban đầu của động cơ như bảng 3.1.
Kết quả tính toán ta thống kê thành bảng. Dựa vào các thông số thu được ta dựng đường đặc tính như hình vẽ 3.1.
3.2. Qui trình kiểm tra, bảo dưỡng và chuẩn đoán động cơ
3.2.1. Kiểm tra bảo dưỡng các cơ cấu cơ khí
a) Trục khuỷu
- Kiểm tra độ cong:
+ Làm sạch trục khuỷu.
+ Đặt trục khuỷu lên hai khối chữ V.
+ Dùng đồng hồ xo để xác định độ cong của trục khuỷu,
+ Cho mũi đồng hồ so tiếp xúc vào cổ trục giữa ở phần không mòn của trục (do rãnh đâu trên bạc tạo nên).
- Kiểm tra đường kính cổ trục chính và chốt khuỷu:
+ Dùng pan me kiểm tra đường kính ngoài của cổ trục chính và chốt khuỷu.
+ Nếu đường kính không đúng tiêu chuẩn, kiểm tra khe hở dầu trục khuỷu.
=> Độ côn và độ ô van giới hạn của cổ trục và cổ khuỷu là 0,02mm.
b) Pít tông - Xéc măng - Thanh truyền - Trục pít tông
- 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.
+ Thay thế bất kỳ bộ phận pít tông nào bị lỗi.
- 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.
+ Kiểm tra khe hở dọc trục của đầu to thanh tuyền.
3.2.2. Kiểm tra cơ cấu phân phối khí
Kiểm tra đường kính cổ trục cam. Dùng pan me kiểm tra đường kính cổ trục cam. So sánh với thông số cho phép của nhà chế tạo. Nếu đường kính không đúng, kiểm tra khe hở dầu của cổ trục.
- Kiểm tra độ cong của trục cam. Đặt hai khối chữ V lên một mặt chuẩn. Đặt trục cam lên hai khối chữ V. Gá so kế vào cổ trục giữa của trục cam. Xoay tròn trục cam để kiểm tra độ cong.
- Kiểm tra và điều chỉnh khi động cơ nguội:
+ Đặt xilanh số 1 ở điểm chết trên kỳ nén.
+ Dùng thước lá đo khe hở giữa con đội xupap và trục cam
3.2.3. Kiểm tra hệ thống bôi trơn
Chú ý: Không được mở nút xả nhớt bôi trơn khi động cơ còn nóng. Khi thay nhớt và lọc nhớt mới thì nhớt cũ phải được hứng vào trong khay tránh rơi vung té ra xung quanh.
- Kiểm tra chất lượng dầu: Kiểm tra sự biến chất lẫn nước và biến màu của dầu. Nếu chất lượng dầu kém thì thay dầu. Thay dầu có cấp độ nhớt: 20W – 50. Do thời tiết ở Việt Nam không quá lạnh và hoạt động của động cơ không quá khắc nghiệt như hộp số, vi sai nên độ nhớt 50 là đủ.
3.2.4. Kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu
Động cơ diesel làm việc trên nguyên lý phun dầu ở áp suất cao. Hệ thống nhiên liệu gồm: phần cung cấp nhiên liệu, phần cung cấp không khí, ngoài ra trên một số động cơ còn có thêm bộ đốt nóng nhiên liệu khi khởi động động cơ. Bơm cao áp, vòi phun là bộ phận đóng vai trò quan trọng trong hệ thống nhiên liệu. Các dạng hư hỏng thường gặp như sau:
a) Kiểm tra và bảo dưỡng bơm cao áp
Cặp piston- xylanh bơm cao áp bị mòn: do có lẫn tạp chất cơ học có trong nhiên liệu tạo ra các hạt mài, khi piston chuyển động trong xylanh các hạt mài này gây mòn piston-xylanh.
c) Kiểm tra và bảo dưỡng bộ lọc nhiên liệu
Lõi lọc quá cũ, bẩn gây mất chức năng lọc dẫn đến tắc lọc. Cặn bẩn, tạp chất nhiều trong cốc lọc gây tắc lọc giảm tính thông qua của lọc.
Kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống điều khiển điện tử
3.4.2. Chuẩn đoán, đọc lỗi
a) Các phương pháp chuẩn đoán lỗi trên động cơ 1GD-FTV 2.8L:
* Phương pháp 1: Dựa vào đèn MIL (Malfunction Indicator Light)
- Bước 1: Bật công tắc máy về vị trị ON
- Bước 2: Kết nối chân 4 (CG) và chân 13 (TC)
- Bước 3: Quan sát đèn MIL, nếu:
+ Nếu không phát mã lỗi động cơ thì thời gian giữa 2 lần sáng tắt của đèn MIL 0.25s.
+ Nếu phát hiện mã lỗi động cơ, thì thời gian giữa 2 lần sáng tắt của đèn MIL sẽ thay đổi. Ví dụ: Nếu mã lỗi 12 và 31 được phát hiện, thì đèn MIL sẽ sáng một lần là 0.5s và sáng hai lần sau 1.5s. Sau đó sáng ba lần sau 2.5s, sau đó sáng một lần sau 1.5s. Sau khi các mã lỗi đã được hiển thì bằng đèn MIL thì sau 4.5s tất cả các các mã lỗi sẽ lập lại.
Phương pháp 2: Sử dụng máy chẩn đoán
- Bước 1: Kết nối máy chẩn đoán với giắc OBD II
- Bước 2: Bật công tắc máy về vị trí ON và khởi động máy chẩn đoán
- Bước 3: Chọn chức chẩn đoán mã lỗi để tiến hành xác định mã lỗi trên động cơ
c) Đọc, xoá mã lỗi hư hỏng
Có hai phương pháp đọc và xóa mã lỗi hư hỏng:
- Dùng máy chẩn đoán: Nối máy chẩn đoán Gscan 2 vào giắc DLC3 và bật khóa điện ON và bật máy chẩn đoán và vào Menu Powertrain/Engine/DTC.
- Không dùng máy chẩn đoán: Nối tắt chân TC-CG của giắc DLC3 và bật khóa điện ON và đọc số lần chớp của đèn MIL.
Nếu không có mã lỗi, đèn MIL sẽ nháy đều theo chu kỳ như hình dưới
KẾT LUẬN
Quá trình thực hiện nghiên cứu và tìm hiểu về đề tài tốt nghiệp đã giúp cho em trao dồi kiến thức và áp dụng trong thực tế, liên kết những kiến thức đã học để hoàn thành đề tài.
Thông qua đề tài: “Hệ thống nhiên liệu động cơ 1GD-FTV 2.8L trên Toyota Hilux” giúp chúng em thấy được sự cải tiến vượt trội trên động cơ đồi mới giúp đáp ứng các yêu cầu về mặt khí thải của môi trường, tăng công suất động cơ và tăng hiệu quả kinh tế. Với các nội dung đã thực hiện được như sau:
1. Nghiên cứu và phân tích được đặc điểm kết cấu của động cơ 1GD-FTV 2.8L trên xe Toyota Hilux
2. Phân tích được các hệ thống chính trên động cơ 1GD-FTV 2.8L trên xe Toyota Hilux
3. Xây dựng được đồ thị đặc tính ngoài cũng như qui trình kiểm tra bảo dưỡng sửa chữa động cơ
4. Tìm hiểu được cách chuẩn đoán động cơ thống qua máy đọc lỗi Gscan 2.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ từ bạn bè, người thân và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy: Ths……………. đã giúp cho em hoàn thành
đồ án một cách đúng hướng và tốt nhất.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tác giả: Ts Vy Hữu Thành - Th.S Vũ Anh Tuấn, “Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong”, Nhà xuất bản: Học viện KTQS, Xuất bản năm 2003.
2. https://toyota-club.net/files/faq/15-10-20_faq_gd-engine_eng.htm
3. https://www.scribd.com/document/464885137/1GD-2GD-ENGINE-MECHANICAL-pdf
3. https://toyotamanuals.com.au/docs/hilux-service-repair-manual
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"