MỤC LỤC

MỤC LỤC.............................................................................................................................................1

DANH MỤC VIẾT TẮT.........................................................................................................................2

DANH MỤC HÌNH VẼ..........................................................................................................................3

DANH MỤC BẢNG..............................................................................................................................8

LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................................................... 9

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT ĐỘNG CƠ 2GR-FKS 3.5L TRÊN XE TOYOTA HIGHLANDER..............10

1.1. Giới thiệu chung về xe Toyota Highlander.................................................................................. 10

1.2. Khái quát về động cơ 2GR-FKS 3.5L......................................................................................... 11

1.3. Đặc điểm kết cấu động cơ 2GR-FKS 3.5L..................................................................................14

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN ĐỘNG CƠ 2GR-FKS 3.5L...................25

2.1. Hệ thống phân phối khí VVT-iW................................................................................................. 25

2.2. Hệ thống bôi trơn........................................................................................................................35

2.3. Hệ thống làm mát........................................................................................................................38

2.4. Hệ thống nạp thải khí..................................................................................................................42

2.5. Hệ thống nhiên liệu D-4S............................................................................................................50

CHƯƠNG 3: KHAI THÁC, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA ĐỘNG CƠ...........................................62

3.1. Xây dựng đặc tính ngoài của động cơ.......................................................................................62

3.2. Quy trình kiểm tra, bảo dưỡng và chẩn đoán động cơ..............................................................72

KẾT LUẬN.......................................................................................................................................100

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................................101

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp chế tạo ô tô đang trên đà phát triển mạnh mẽ, đặc biệt cùng với việc ứng dụng khoa học kỹ thuật công nghệ vào trong ngành đã đưa ngành công nghiệp chế tạo ô tô hoà nhập cùng với tốc độ phát triển của sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Việc tìm hiểu về một động cơ cụ thể nào đó, đặc điểm kỹ thuật của các chi tiết, các hệ thống của một động cơ trên xe là hết sức cần thiết đối với một sinh viên thuộc chuyên ngành ô tô.

Với yêu cầu thực tiễn đó em đã được giao đề tài “Nghiên cứu, khai thác động cơ 2GR-FKS 3.5L V6 trên xe Toyota Highlander” và đã trình bày thành các chương sau :

Chương 1: Khái quát động cơ 2GR-FKS 3.5L trên xe Toyota Highlander

Chương 2: Phân tích các hệ thống chính trên động cơ 2GR-FKS 3.5L

Chương 3: Khai thác, bảo dưỡng và sửa chữa động cơ

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy: ThS ...................., cùng các thầy trong khoa, hôm nay đề tài của em đã hoàn thành. Tuy nhiên, với kiến thức, trình độ hiểu biết cũng như kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, chắc hẳn đề tài còn nhiều thiếu sót. Mong quý thầy giúp đỡ và góp ý để đề tài của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

                                                                                                                                                            TP.HCM, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                                                            Sinh viên thực hiện

                                                                                                                                                              ………………..

CHƯƠNG 1

KHÁI QUÁT ĐỘNG CƠ 2GR-FKS 3.5L TRÊN XE TOYOTA HIGHLANDER

1.1. Giới thiệu chung về xe Toyota Highlander

Toyota Highlander là dòng xe SUV/Crossover cỡ trung của hãng xe Toyota, Nhật Bản, lần đầu tiên được ra mắt công chúng từ năm 2000.

Dòng xe này không ngừng được nâng cấp và đã trải qua tổng cộng 4 thế hệ: thế hệ đầu tiên (XU20; 2000), thế hệ thứ 2 (XU40; 2007), thế hệ thứ ba (XU50; 2013) và thế hệ thứ tư ( XU70; 2019). Với những cải tiến ngày càng ưu việt và đáp ứng được những yêu cầu cần thiết cho người dùng.

Mẫu xe năm 2017 được làm mới năm Highlander xuất hiện tại triển lãm ô tô quốc tế New York vào tháng 3 năm 2016 với doanh số bán hàng bắt đầu từ quý 4 năm 2016.

Ở các mẫu xe sử dụng động cơ V6, hộp số tự động 8 cấp thay thế cho hộp số 6 cấp và động cơ V6 sửa đổi (nay được chỉ định là 2GR-FKS) được bổ sung thêm hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp D4-S của Toyota Highlander mới có ngoại thất mới với đèn pha và đèn hậu được thiết kế lại, cấp độ SE mới và các cấp độ XLE và LE Hybrid cùng với màu sắc nội thất và ngoại thất mới. Và càng ngày càng tân tiến, hiện đại hơn theo từng phiên bản về sau.

1.2. Khái quát về động cơ 2GR-FKS 3.5L

Nếu vào đầu những năm 2010, 2GR-FE là động cơ đồ sộ nhất trong dòng thì đến cuối thập kỷ này, nó đã được thay thế bằng 2GR-FKS .2GR-FKS là động cơ 3,5L V6 mới nhất trong số tất cả các phiên bản 2GR. Nó được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2015 như là sự thay thế cho 2GR-FSE trên xe Lexus. Nhưng vài năm sau, động cơ này đã trở thành động cơ V6 tiêu chuẩn cho Toyota Highlander.

Động cơ vẫn sử dụng van xả biến thiên (VVT-i). Động cơ cũng được trang bị hệ thống đánh lửa dạng cuộn dây DIS, ETCS-I và ACIS. Giống như 2GR-FSE, 2GR-FKS có kết hợp phun nhiên liệu trực tiếp và phun nhiên liệu cổng (D-4S của Toyota). Những thay đổi đáng kể được quan sát thấy trong hệ thống xả. Giờ đây, ống xả được tích hợp vào đầu xi lanh và mạch EGR được làm mát.

Thông số kĩ thuật của động cơ 2GR-FKS 3.5L V6 Toyota Highlander như bảng 1.a.

1.3. Đặc điểm kết cấu động cơ 2GR-FKS 3.5L

1.3.1. Cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền

Cơ cấu khuỷu trục-thanh truyền làm nhiệm vụ dẫn lực từ khí sinh ra buồng cháy và biến đổi chuyển động tịnh tiến của pít tông thành chuyển động quay.

Cơ cấu chính của khuỷu trục-thanh truyền là: nhóm chi tiết cố định, nhóm pít tông, nhóm thanh truyền và nhóm trục khuỷu.

1.3.1.1. Nhóm chi tiết cố định

- Đầu xi lanh: Được làm bằng nhôm trọng lượng nhẹ, sức bền không cao. Để cải thiện áp suất khí nạp, ống nạp được làm đường kính nhỏ dần về phía buồng đốt. Nắp có đường ống dẫn dầu để cung cấp dầu bôi trơn.

Buồng đốt có hình côn được sử dụng để cải thiện hiệu suất chống kích nổ và hiệu suất nạp. Ngoài ra, hiệu suất động cơ và khả năng tiết kiệm nhiên liệu được cải thiện.

Cấu hình cổng là kiểu dòng chảy chéo hiệu quả, trong đó các cổng nạp hướng vào bên trong bờ chữ V và các cổng xả hướng ra bên ngoài. Sử dụng cổng nạp kiểu siamese. Đường kính cổng giảm dần về phía buồng đốt để tối ưu hóa tốc độ dòng khí và xung khí nạp.

- Gioăng nắp máy (quy lát): Gioăng nắp máy được làm bằng những lá thép mỏng có tác dụng nâng cao độ kín khít, hiệu suất và độ bền. Trục cam được lắp trong một vỏ riêng biệt, lắp trên nắp xi lanh. Điều này giúp đơn giản hóa công nghệ thiết kế và sản xuất nắp xi lanh.

- Thân máy: Khối xi lanh bằng nhôm có lót gang mỏng, góc giữ hai hàng xi lanh là 60^o. Khoảng cách giữa đường tâm hai xy lanh cùng một hàng là 105,5 cm. Khoảng cách giữa đường tâm hai xy lanh theo thứ tự ở hai hàng là 36,6 cm. Kết quả là làm kích thước động cơ nhỏ gọn hơn. 

1.3.1.2. Nhóm pít tông

Trong các chi tiết chuyển động của cơ cấu khuỷu trục-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.

1.3.1.3. Nhóm thanh truyền

- Thanh truyền: Thanh truyền đã được rèn để có độ bền cao được sử dụng để giảm trọng lượng. Chân khớp được sử dụng ở bề mặt tiếp giáp của nắp thanh kết nối để giảm thiểu sự dịch chuyển của nắp thanh kết nối trong quá trình lắp ráp. Bu lông siết vùng nhựa loại không có đai (bu lông thanh kết nối) được sử dụng trên các cụm phụ thanh kết nối để có thiết kế nhẹ hơn. 

1.3.1.5. Thùng dầu (các te)

- Thùng dầu (các te): Bể chứa dầu bao gồm phần trên lớn (được kết nối bổ sung với bộ truyền động để tăng độ cứng) được làm bằng hợp kim nhôm và bể chứa dưới được làm bằng thép dập.

1.3.2. Kết cấu buồng cháy động cơ 2GR-FKS của Toyota Highlander

Buồng cháy được sửa dụng trong động cơ 2GR-FKS 3.5L của nhà Toyota là buồng cháy dạng Pentroof (hay còn gọi là buồng cháy kiểu vát nghiêng). Trên thực tế, sự phân tầng trong động cơ này phụ thuộc vào lượng hỗn hợp không khí và nhiên liệu, lần lượt phụ thuộc vào hình dạng buồng đốt, tỷ số nén và tốc độ động cơ...

Ở tải cao, phun trực tiếp được áp dụng  sự bay hơi của nhiên liệu trong xi lanh giúp cải thiện khả năng tiếp nhận lượng lớn nhiên liệu và giảm xu hướng kích nổ, cho phép tăng tỷ số nén cho động cơ và giúp cho quá trình cháy diễn ra một cách tối ưu nhất.

CHƯƠNG 2

PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN ĐỘNG CƠ 2GR-FKS 3.5L

2.1. Hệ thống phân phối khí VVT-iW

Hệ thống VVT-iW (Variable Valve Timing - Smart Wide) cho phép thay đổi thời gian van một cách mượt mà tùy theo điều kiện hoạt động của động cơ. Điều này đạt được bằng cách quay trục cam nạp so với đĩa truyền động trong khoảng 75-80° (góc quay trục khuỷu). Đối với động cơ 2GR-FKS 3.5L của Toyota Highlander thì cho phép thay đổi nhịp van tùy theo điều kiện hoạt động của động cơ: Bộ truyền động VVT được lắp đặt cho cả trục cam nạp và xả, phạm vi thay đổi thời gian là 75^o đối với nạp và 41,5^o đối với xả. Khoảng mở rộng, so sánh với những hệ thống thông thường, hoạt động chủ yếu phía làm muộn thời điểm đóng xupap.

Ở trục cam thứ hai vẫn sử dụng nguyên lý hoạt động như ở thế hệ VVT-i.

2.1.1. Kết cấu cơ cấu phân phối khí

Dùng cơ cấu cam nạp xả với hai trục cam phía trên xy lanh (DOHC-Double Over Head Camshaft), 4 trục cam bao gồm 2 cam nạp và 2 cam xả được chế tạo bằng hợp kim gang. Các đường dẫn dầu được cung cấp trên trục cam nạp và xả để cung cấp dầu động cơ cho hệ thống thông minh định thời van biến thiên Wide (VVT-iW) và định thời gian van biến thiên thông minh (VVT-i). Cụm bánh răng điều khiển trục cam và cụm bánh răng xả thời gian trục cam được lắp ở mặt trước của trục cam nạp và xả để thay đổi thời gian của van nạp và van xả. Cùng với nhau với việc sử dụng cụm phụ tay gạt van số 1, biên dạng cam đã được sửa đổi. Điều này dẫn đến tăng lực nâng của van khi van bắt đầu mở và khi nó kết thúc đóng, giúp đạt được hiệu suất đầu ra nâng cao.

2.1.1.1. Cam nạp

Đối với cam nạp thì động cơ sử dụng hệ thống phân phối khí VVT-iW.

- Về kết cấu trong động cơ này có bộ định vị thời gian: Cụm phụ xích (sơ cấp) và cụm phụ xích số 2 (phụ) là xích con lăn có bước răng là 9,525 mm (0,375 in.). Tất cả các cụm phụ của xích đều được bôi trơn bằng vòi phun dầu. Một cụm bộ căng xích được cung cấp cho mỗi cụm chuỗi phụ chính và phụ. 

- Bộ truyền động VVT-iW: Cơ cấu truyền động của VVT-iW gồm có cánh rotor được lắp ở trục cam nạp. Hai chốt khóa giữ cho rôto ở đúng vị trí ban đầu của nó.

- Nắp dây xích truyền động: có cấu tạo tích hợp bao gồm hệ thống làm mát (máy bơm nước và đường dẫn nước) và hệ thống bôi trơn (máy bơm dầu và đường dẫn dầu).

- Phần van điện từ VVT-iW được lắp vào nắp đậy xích và kết nối trực tiếp với thiết bị truyền động định thời gian van biến thiên.

2.1.1.2. Cam xả

Với cam xả thì động cơ 2GR-FKS 3.5L vẫn giữ nguyên hệ thống phân phối khí VVT-i để kết hợp với VVT-iW ở cam nạp.

Về kết cấu: Cơ cấu truyền động của VVT-i với một cánh rotor được lắp ở trục cam xả (loại truyền thống hay loại mới với van điều khiển dầu ở bulong trung tâm). Khi động cơ ngừng hoạt động chốt khóa giữ rotor ở vị trí mà góc phối khí được điều chỉnh sớm nhất cho quá trình khởi động. Một lò xo phụ cũng được sử dụng cùng chức năng như ở hệ thống VVT-iW. Mômen xoắn lò xo phụ được áp dụng theo hướng trước để quay trở lại rôto và hoạt động đáng tin cậy của khóa sau khi tắt động cơ.

2.1.2. Nguyên lí hoạt động của hệ thống phân phối khí VTT-iW

Về nguyên lí hoạt động của hệ thống phân phối khí ở động cơ này hoạt động kết hợp giữa VVT-iW ở cam nạp với VVT-i ở cam xả. 

- Khi làm sớm góc phối khí:

+ Bên nạp: Cụm điện từ điều khiển dầu điều khiển thời gian cam hoạt động theo tín hiệu báo trước từ ECM. Khi van điều khiển dầu đến vị trí được thể hiện trong hình minh họa sau, buồng cánh hướng trước của bộ điều khiển VVT-iW (cụm bánh răng điều khiển trục cam) bị ảnh hưởng bởi áp suất dầu và cánh gạt bên trong bộ điều khiển VVT-iW (cụm bánh răng điều khiển trục cam ) xoay theo hướng làm sớm pha.

+ Bên xả: ECM chuyển van solenoid sang vị trí làm sớm và đẩy ống ở bên trong bu lông trung tâm để mở và đóng các đường dầu điều khiển tương ứng. Dầu động cơ dưới áp suất được cấp vào cánh rôto ở khoang làm sớm, làm quay nó cùng với cả trục cam về hướng làm sớm pha phối khí.

- Khi giữ trục cam làm việc ở vị trí nhất định:

Khi giữ trục cam làm việc ở vị trí nhất định: Thì cả cam nạp và cam xả của động cơ 2GR-FKS 3.5L V6 sẽ được ECM tính toán góc cần thiết dựa vào điều kiện hoạt động của động cơ, và sau khi vị trí đó được xác định. Nó điều khiển van điều khiển về vị trí tự do cho tới khi có sự thay đổi khác từ điều kiện hoạt động.

2.2. Hệ thống bôi trơn

Mạch bôi trơn được điều áp hoàn toàn và dầu đi qua bộ lọc dầu. Một máy bơm dầu kiểu bơm bánh răng ăn khớp trong được sử dụng. Hệ thống điều khiển van biến thiên mở rộng thông minh (VVT-iW) được sử dụng được vận hành bằng dầu động cơ.

2.2.1. Kết cấu

Kết cấu hệ thống bôi trơn trên động cơ 2GR-FKS bao gồm: Bơm dầu, lọc dầu, các đường ống dẫn dầu, đầu phun dầu, bộ làm mát dầu.

- Bơm dầu: Sử dụng máy bơm dầu kiểu ăn khớp trong nhỏ gọn dẫn động trực tiếp bằng trục khuỷu. Máy bơm dầu này sử dụng phương pháp xả bên trong để lưu thông dầu xả tới đường hút trong máy bơm dầu. Điều này nhằm mục đích giảm thiểu sự thay đổi mức dầu trong các te dầu, giảm ma sát và giảm tỷ lệ hòa trộn không khí trong dầu.

- Bộ lọc dầu: Bộ lọc dầu có bộ phận thay thế được sử dụng. Phần tử sử dụng giấy lọc hiệu suất cao để cải thiện hiệu suất lọc. Nó cũng dễ cháy để bảo vệ môi trường. Một nắp bộ lọc bằng nhựa được sử dụng để kéo dài tuổi thọ của nó.

2.2.2. Nguyên lí hoạt động

Nguyên lí làm việc của hệ thống bôi trơn ở động cơ 2GR-FKS 3.5L: Bơm dầu trong nắp xích được trục khuỷu dẫn động trực tiếp, dầu thừa không được thoát ra bể chứa mà cấp ngược trở lại đầu vào của bơm.

2.3. Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát là loại tuần hoàn cưỡng bức, điều áp. Bể chứa không điều áp. Một van điều nhiệt được đặt trong hộp dẫn nước vào để duy trì sự phân bố nhiệt độ phù hợp trong hệ thống làm mát.

Nước làm mát sử dụng cho động cơ 2GR-FKS 3.5L V6 của Toyota Highlander sử dụng SLLC (Super Long Life Coolant) chính hãng của Toyota.

2.3.1. Kết cấu

Kết cấu hệ thống làm mát của động cơ 2GR-FKS 3.5L V6 của Toyota Highlander bao gồm: Bơm nước, bộ điều nhiệt (van hằng nhiệt), các đường ống dẫn nước, két làm mát, quạt và li hợp quạt,...

- Bơm nước: Được dẫn động bằng đai thông thường. Cụm máy bơm nước động cơ có hai khoang chứa nước làm mát và lưu thông chất làm mát đồng nhất đến bờ trái và phải của cụm phụ khối xi lanh.

- Quạt làm mát: Bộ phận điều khiển động cơ quạt cho phép điều chỉnh tốc độ quạt vô cấp tùy thuộc vào nhiệt độ nước làm mát, điều khiển nhiệt độ, tốc độ xe và tốc độ động cơ. Quạt đơn, đường kính lớn.

2.4. Hệ thống nạp thải khí

Hệ thống nạp thải khí ở động cơ 2GR-FKS 3.5L V6 cơ bản bao gồm: Thân van tiết lưu loại không liên kết với cụm động cơ được sử dụng để thực hiện khả năng kiểm soát bướm ga tuyệt vời. Đã sử dụng cụm bình tăng áp khí nạp làm bằng nhựa. Ống xả bằng thép không gỉ được sử dụng để giảm trọng lượng.

ETCS-i (Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử-thông minh) được sử dụng để đảm bảo kiểm soát bướm ga tuyệt vời trong tất cả các phạm vi vận hành.

2.4.1. Kết cấu

Kết cấu hệ thống nạp thải của động cơ 2GR-FKS 3.5L V6:

- Lọc gió: Sử dụng cụm phụ phần tử lọc của bộ lọc không khí loại giấy. Một bộ lọc than, hấp thụ HC tích tụ trong hệ thống nạp khi động cơ dừng, được sử dụng trong trường hợp làm sạch không khí để giảm lượng khí thải bay hơi. Bộ lọc này không cần bảo trì. Một bộ cộng hưởng được cung cấp trong ống lọc không khí số 1, giúp giảm tiếng ồn nạp vào.

- Thân bướm ga: Thân bướm ga loại không có liên kết với cụm động cơ trong đó cảm biến vị trí bướm ga và mô tơ điều khiển bướm ga được tích hợp được sử dụng. Nếu nhận ra điều khiển van tiết lưu tuyệt vời. 

- Buồng nạp: Cụm bình tăng áp không khí nạp được làm bằng nhựa để tạo ra một kết cấu nhẹ. Cụm bình tăng áp khí nạp bao gồm phần trên và phần dưới và có chứa van điều khiển khí nạp. 

- Đường ống xả: Một ống xả bằng thép không gỉ có tích hợp TWC (Bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều) được sử dụng để khởi động TWC và giảm trọng lượng. Một bức tường siêu mỏng, mật độ tế bào cao, loại sứ TWC được sử dụng. Một trong những loại TWC này được kết hợp vào ống xả cho mỗi bờ phải và trái. 

2.4.2. Nguyên lí hoạt động

Nguyên lí làm việc của hệ thống nạp thải trên động cơ 2GR-FKS 3.5L V6 thì nó được trang bị hệ thống điều khiển bướm ga thông minh (ETCS-i), hệ thống thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp (ACIS) trên đường ống nạp và hệ thống kiểm soát xả khí (TWC) trên đường ống xả.

Đường ống nạp: Được trang bị hai hệ thống là điều khiển bướm ga thông minh (ETCS-i), thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp (ACIS) và hệ thống thông gió các te (PCV).

2.5. Hệ thống nhiên liệu D-4S

Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp của động cơ xăng 4 thì phiên bản cao cấp (D-4S) dựa trên 2 loại hệ thống phun nhiên liệu: hệ thống phun trực tiếp và hệ thống phun trước xu páp nạp. Nhiên liệu được gửi từ thùng nhiên liệu lắp ráp được đưa đến hệ thống nhiên liệu áp suất thấp và áp suất cao. Nhiên liệu được đưa đến hệ thống nhiên liệu áp suất thấp được phun từ cụm kim phun nhiên liệu (đối với cổng phun) đến cổng nạp.

Hệ thống phun xăng chủ yếu bao gồm cụm bơm nhiên liệu (đối với áp suất thấp), cụm phụ ống phân phối nhiên liệu (đối với bộ phun cổng nạp) và cụm kim phun nhiên liệu (đối với bộ phun cổng nạp). Trong hệ thống này, ECM điều khiển cụm bơm nhiên liệu (áp suất thấp) và cụm kim phun nhiên liệu (để phun cổng nạp) dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, do đó kiểm soát tối ưu lượng và thời gian phun.

2.5.1. Kết cấu & hoạt động hệ thống nhiên liệu

Kết cấu của hệ thống nhiên liệu D-4S được cấu tạo như sau:

- Thùng nhiên liệu: Một cụm bình xăng bằng nhựa nhiều lớp được sử dụng. Cụm thùng nhiên liệu nhựa nhiều lớp bao gồm sáu lớp với bốn loại vật liệu và một trong số đó là vật liệu có thể tái chế để giải quyết vấn đề môi trường mối quan tâm.

Dấu xả nhiên liệu đã được cung cấp ở vị trí thấp nhất của cụm bình xăng. Khi tháo dỡ (loại bỏ) xe, hãy xả nhiên liệu bằng cách khoan một lỗ ở vạch xả.

- Bơm nhiên liệu: Một cụm bơm nhiên liệu nhỏ gọn (cho áp suất thấp) được sử dụng. Các thành phần cơ bản của nó là một bơm nhiên liệu, một cụm lọc nhiên liệu, một cụm van chính nhiên liệu, một cụm điều chỉnh áp suất nhiên liệu và một đồng hồ đo mức nhiên liệu.

- Ống phân phối nhiên liệu (cho phun trước xu páp nạp):

Cụm phụ ống phân phối nhiên liệu được ép (để phun trước xu páp nạp), có vách tạo ra hiệu ứng giảm chấn đối với các dao động áp suất nhiên liệu (xung) xảy ra khi cụm kim phun nhiên liệu (để phun trước xu páp nạp) phun nhiên liệu, là đã sử dụng. Do đó, van điều tiết xung áp suất nhiên liệu có thể ngừng hoạt động, giảm số lượng bộ phận trong khi vẫn giảm được trọng lượng và kích thước. Một cảm biến áp suất nhiên liệu (đối với áp suất thấp) được lắp vào cụm phụ của đường ống phân phối nhiên liệu (đối với bộ phun trước cổng nạp). Phốt côn cảm ứng bằng kim loại được sử dụng cho ốc vít lắp ráp cảm biến áp suất nhiên liệu.

2.5.2. Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu

Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu được sử dụng để giảm lượng khí thải bay hơi. Như hình dưới đây, bằng cách tích hợp cụm lọc nhiên liệu, cụm điều chỉnh áp suất nhiên liệu và cụm bơm nhiên liệu (đối với áp suất thấp), có thể ngừng việc hồi nhiên liệu từ khu vực động cơ, do đó ngăn ngừa sự tăng nhiệt độ bên trong cụm bình xăng. Điều này làm giảm việc tạo ra khí thải bay hơi trong cụm bình nhiên liệu.

CHƯƠNG 3

KHAI THÁC, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA ĐỘNG CƠ

3.1. Xây dựng đặc tính ngoài của động cơ

Để dựng đặc tính ta chọn trước 1 số giá trị trung gian của số vòng quay n trong giới hạn giữa n_min và n_max rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng theo các biểu thức sau:

Mục đích của việc dựng đường đặc tính ngoài của động cơ là để biểu thị sự phụ thuộc của các chỉ tiêu như công suất có ích 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 tốc độ 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 quay trục khuỷu thay đổi.

Để tính được suất tiêu hao nhiên liệu ta phải tính được suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với tốc độ quay.

Thông số động cơ lý thuyết đã có như bảng 3.a.

Từ các thông số lý thuyết ta tiến hành tính toán các giá trị N_emax, M_emax, G_nl, g_e tính toán để từ đó xây dựng nên đường đặc tính ngoài của động cơ. Tuy nhiên, ngoài những thông số lý thuyết đã có ở trên ta còn phải tiến hành chọn các thông số trung gian ứng với điều kiện làm việc phù hợp ở Việt Nam đã được chọn trong các khoảng giá trị có trước trong bảng dưới đây thì mới có thể tính toán được các giá trị cần tính.

Từ các thông số trên ta tiến hành tính toán các thông số liên quan đến các giá trị biến thiên tương ứng của N_e, M_e, G_nl, g_e theo các công thức dưới đây. Tất cả các thông số được chọn ở bảng 3.b và các công thức dưới đây được trích trong sách của TS. Vy Hữu Thành, ThS. Vũ Anh Tuấn. “Hướng dẫn đồ án môn học động cơ đốt trong”. Học viện KTQS, xuất bản 1999.

- Hệ số khí sót γ_r:

Thay số được: γ_r = 0,0391

- Nhiệt độ cuối quá trình nạp T_a:

Thay số được: T_a = 333,0767 ^oK

- Áp suất cuối quá trình nạp p_a:

Thay số được: p_a = 0,0901 (Mpa)

- Nhiệt độ cuối quá trình nén:

Thay số được: T_c = 809,8821 (^oK)

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

Thay số được: M₀ = 0,5119 (Kmol/kgnl)

- Lượng không khí thực tế nạp vào xylanh động cơ ứng với 1kg nhiên liệu lỏng:

Thay số được: M_t = 0,4607 (Kmol/kgnl)

- Hệ số thay đổi phân tử thực tế β:

Thay số được: β = 1,0783

- Xác định nhiệt độ cuối quá trình cháy T_z  bằng trình nhiệt động:

u_cvc = 20,223 + 1,742.10^-3.809,8821 = 21,174 [KJ/kmol độ]

Thay vào phương trình (*) ta được: T_z = 2706,5743 [^oK]

- Áp suất cuối quá trình cháy p_z:

Thay số được: p_z = 9,3162 [MN/m²]

- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T_b:

Thay số được: T_b= 1535,3201 [^oK]

* Kiểm nghiệm kết quả tính toán:

Kiểm nghiệm kết quả theo công thức thực nghiệm sau:

Với T_r = 1000⁰K đã chọn thì sai số như sau:

Thay số được: AT_r = 1,058 % 

Kết luận: Với sai số giữa T_r  tính toán và T_r  kiểm tra, ta có: AT_r = 1,058% < 3% như vậy, thông số đã chọn là hợp lý.

- Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p_i^’:

Thay số được: p_i^’ = 1,2331  [MN/m²]

- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g_i:

Thay số được: g_i = 216,4318 [g/kWh]

- Áp suất tổn hao cơ giới trung bình p_cơ:

Đường kính xylanh D = 0,083 [m]

Hành trình công tác S = 0,094 [m]

Do đó khi mở hết bướm ga, ta có:

p_cơ = 0,04 + 0,0135.C_TB [MN/m²]                                                                    (3.26)

Vận tốc trung bình của pít tông ở chế độ N_emax là:

p_cơ = 0,04 + 0,0135.18,8= 0,2938 [MN/m²]

- Áp suất có ích trung bình p_e:

p_e = p_i – p_cơ = 1,1838 – 0,2938                                                                       (3.28)

=> p_e = 0,89 [MN/m²]

- Hiệu suất có ích h_e:

h_e = h_i . h_cơ = 0,3781.0,8 = 0,3025                                                                 (3.30)

- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g_e:

g_e = 270,5398 [g/kWh]

- Công suất có ích của động cơ ở chế độ quay tính toán N_e:

p_e : yính bằng [MN/m2]

V_h : yính bằng [dm3]

n : yốc độ quay của trục khuỷu ở chế độ Nemax tính bằng [v/ph].

Động cơ 2GR-FKS có: D = 83 mm = 0,83 dm, S = 94 mm = 0,94 dm

V_h : Thể tích công tác của xi lanh (dm³)

V_h = S.(D/2)².                                                                                                        (3.33)

=> V_h = 0,94 . (0,83/2)².  = 0,5086 [dm³]

Thay V_h = 0,5086 [dm³] vào (*) ta được: N_e = 137,322

* Kết luận phần tính nhiệt: Với sai số  = 2,76 % < 3%, nên động cơ đảm bảo được yêu cầu như thiết kế, phù hợp và làm việc ổn định với điều kiện ở Việt Nam.

Sau khi tính được các thông số liên quan ta tiến hành xây dựng đường đặc tính, ta chọn trước thông một số giá trị trung gian của tốc độ quay n trong giới hạn giữa n_min  và n_max rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của N_e, M_e, g_e. 

Từ (1), (2), (3), (4) ta chọn giá trị của n biến thiên từ n_min = 1200 [v/ph] đến

n_max = 6000 [v/ph]. Kết quả tính toán của N_e, M_e, g_e, G_nl ứng với từng giá trị của n được tính toán và thể hiện trong bảng tính của đường đặc tính ngoài động cơ 2GR-FKS 3.5L Toyota Highlander sau:

Bảng tính đường đặc tính ngoài động cơ 2GR-FKS 3.5L Toyota Highlander như bảng 3.c.

Đồ thị đường đặc tính ngoài động cơ 2GR-FKS như hình 3.1.

Nhận xét:

+ Công suất có ích của động cơ được phát ra tại đuôi của trục khuỷu để từ đó truyền năng lượng tới máy công tác. Công suất có ích N_e nhỏ hơn công suất chỉ thị N_i. Hiệu của chúng chính là công suất tổn hao cơ giới N_m dùng để khắc phục mợi lực cản trong nội bộ động cơ khi động cơ hoạt động.

+ Mô men xoắn có ích có mối liên hệ với công suất có ích và số vòng quay của động cơ. Trong thực tế khi động cơ hoạt động người ta luôn mong muốn động cơ hoạt động ở giai đoạn sau M_emax = 436,351 (Nm) vì khi giảm tốc độ thì Me lại tăng lên, khi đó xe có thể dễ dàng khác phục sự cản khi hoạt động.

+ Trị số mô men hay công suất do động cơ phát ra phụ thuộc vào chế độ và môi trường làm việc của động cơ và các yếu tố khác.

+ Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g_e thấp nhất 240,119 (g/Kwh) khi động cơ ở tốc độ nhỏ hơn thì g_e điều này làm giảm tiết kiệm nhiên liệu vì lúc này mức độ xoáy lốc nhiên liệu thấp làm giảm khả năng đốt cháy nhiên liệu. Tổn thất nhiệt ra nước làm mát tăng, động cơ bị nóng. Nếu tốc độ lớn hơn cũng sẽ giảm tiết kiệm nhiên liệu vì còn phải làm tăng công bơm và công cơ học.

+ Đối với suất tiêu hao nhiên liệu G_nl thì sẽ tăng dần theo tốc độ hoạt động của động cơ.

3.2. Quy trình kiểm tra, bảo dưỡng và chẩn đoán động cơ

3.2.1. Kiểm tra, bảo dưỡng thay nhớt động cơ

Nhớt xe ô tô cần phải được thay định kỳ. Thông thường, 1 chiếc xe ô tô mới được sử dụng thì khi chạy được 5000 km đến 7000 km hoặc trong khoảng 5 tháng thì cần được thay dầu nhớt 1 lần. Nhưng đối với 1 chiếc xe hạng sang dùng dầu nhớt cao cấp thì thời gian này có thể kéo dài hơn.

Quy trình thay nhớt động cơ:

- Bước 1: Tìm chỗ đỗ xe an toàn và thực hiện kích nâng xe

- Bước 2: Tháo tấm chắn xe

- Bước 4. Châm nhớt động cơ (cụ thể là 5W-30 cho động cơ 2GR-FKS 3.5L V6)

Bước 5. Khởi động xe và set lại thời gian báo thay nhớt.

3.2.2. Kiểm tra, bảo dưỡng thay nước làm mát động cơ

Sử dụng chính hãng TOYOTA SLLC (Super Long Life Coolant). Khoảng thời gian bảo dưỡng được thể hiện trong bảng 3.d.

SLLC được trộn sẵn (50% nước làm mát và 50% nước khử ion), vì vậy không cần pha loãng khi thêm hoặc thay thế SLLC trong xe.

Nếu LLC được kết hợp với SLLC, nên sử dụng khoảng thời gian cho LLC (mỗi 25.000 dặm (Mỹ), 32.000 km (Canada) hoặc 24 tháng, tùy điều kiện nào đến trước). Bạn cũng có thể áp dụng khoảng thời gian bảo dưỡng mới (cứ sau 50.000 dặm / 80.000 km) cho những xe ban đầu được đổ đầy LLC (màu đỏ), nếu bạn sử dụng SLLC (màu hồng) để thay nước làm mát động cơ.

3.2.4. Kiểm tra, vệ sinh lọc gió

Lọc gió được ví như là lá phổi của xe ô tô với nhiệm vụ lọc, ngăn ngừa bụi bẩn trong không khí vào động cơ. Khi lọc gió quá bẩn đồng nghĩa với việc các hạt bụi sẽ lấp đầy các lỗ thông khí của lọc. Từ đó làm giảm lưu lượng khí cung cấp cho động cơ, khiến công suất động cơ giảm, xe tốn xăng và nóng máy. Thậm chí có thể gây ra sai số khiến lượng nhiên liệu cung cấp không được chính xác và động cơ hoạt động không được ổn định.

3.2.6. Kiểm tra, bảo dưỡng kim phun

Trong quá trình làm việc thì kim phun có thể bị nghẹt, rò rỉ. Điều này có thể dẫn đến động cơ làm việc không tốt. Để vệ sinh kim phun xăng ta cần thực hiện các bước như sau:

- Bước 1: Tháo dàn hệ thống phun xăng ra khỏi động cơ

- Bước 2: Chuẩn bị dụng cụ để vệ sinh: bình ắc quy 12V, chai xịt cleaner

- Bước 3: Dùng sợi dây điện nối 1 đầu với cực dương của bình ắc quy sau đó nối vào 2 đầu của kim phun. Xịt chai cleaner vào kim phun vừa xịt vừa nhấp dầu cực âm của dây dẫn vào bình ắc quy để dung dịch cleaner đi vào kim phun và được phun ra ngoài để làm sạch kim phun.

3.2.8. Kiểm tra thanh truyền

Để kiểm tra thanh truyền ta tiến hành tháo lắp và kiểm tra các chi tiết, kiểm tra tổng thể sơ lược bằng mắt của các chi tiết.

- Kiểm tra xem thanh truyền có bị lệch hay không: Sử dụng dụng cụ đo căn chỉnh thanh truyền và cảm biến, kiểm tra độ thẳng hàng của thanh kết nối. Không căn chỉnh tối đa: 0,05 mm (0,0020 in.) Trên 100 mm (3,94 in.). Nếu sai lệch lớn hơn mức tối đa, hãy thay thế cụm thanh kết nối.

- Kiểm tra kích thước tiêu chuẩn của bu lông nối thanh truyền:

+ Kiểm tra kích thước tiêu chuẩn. Sử dụng thước cặp vernier, đo đường kính phần căng của bu lông. Đường kính tiêu chuẩn: 7,2 đến 7,3 mm (0,284 đến 0,287 in.), đường kính tối thiểu: 7,0 mm (0,276 in.). Nếu đường kính nhỏ hơn mức tối thiểu, hãy thay thế bu lông.

3.2.9. Kiểm tra, bảo dưỡng cơ cấu phân phối khí

- Kiểm tra, bảo dưỡng trục cam: Kiểm tra trục cam xem quay có bị đảo hay không bằng cách dùng đồng hồ so. Đặt trục cam trên khối chữ V. Sử dụng chỉ báo quay số, đo thời gian chạy vòng tròn tại nhật ký trung tâm. Số lần chạy vòng tròn tối đa trên trục cam tiêu chuẩn là 0,04 mm (0,0016 in.). Nếu thời gian chạy của vòng tròn lớn hơn mức tối đa, hãy thay trục cam. Chú ý kiểm tra khe hở dầu sau khi thay trục cam.

- Sử dụng panme để đo đường kính tiêu chuẩn: Nếu đường kính không đúng như quy định thì hãy kiểm tra lại.

- Kiểm tra mặt van xả: Phủ một lớp sơn mỏng màu xanh Prussian lên mặt van, ấn nhẹ mặt van vào chân van, kiểm tra mặt van và chân van bằng quy trình sau:

+ Nếu màu xanh Prussian xuất hiện xung quanh toàn bộ mặt van thì mặt van đồng tâm. Nếu không, hãy thay van.

+ Nếu màu xanh Prussian xuất hiện xung quanh toàn bộ bệ van, thì thanh dẫn hướng và mặt van đồng tâm. Nếu không, hãy lắp lại chân van.

+ Kiểm tra xem chân van tiếp xúc ở giữa mặt van với chiều rộng từ 1,1 đến 1,5 mm (0,043 và 0,059 in.).

- Sửa chữa đế xu páp xả: Cũng tương tự như sửa chữa đế xu páp nạp ta tiến hành sửa chữa vị trí đặt xu páp. Giữ cho môi trường không có tạp chất lạ. Sử dụng 45°máy cắt, mài lại chân van sao cho chiều rộng chân van lớn hơn thông số kỹ thuật.

3.2.10. Kiểm tra, bảo dưỡng trục khuỷu

- Kiểm tra độ đảo trục: Dùng đồng hồ so kiểm tra độ đảo trục của trục khuỷu. Làm sạch nhật ký tay quay, đặt trục khuỷu lên các khối chữ V, sử dụng chỉ báo quay số, đo thời gian chạy vòng tròn tại nhật ký trung tâm. Độ đảo trục tối đa: 0,06 mm (0,0024 in.). Nếu độ đảo trục lớn hơn mức tối đa, hãy thay trục khuỷu.

- Kiểm tra cổ khuỷu: Dùng panme đo đường kính của mỗi cổ khuỷu. Đường kính cổ khuỷu: 52,992 đến 53,000 mm (2,0863 đến 2,0866 in.). Nếu đường kính không như quy định, hãy kiểm tra khe hở dầu. Nếu cần, hãy thay trục khuỷu. Kiểm tra từng cổ khuỷu xem có côn và vòng ngoài như trong hình minh họa không. Độ côn tối đa và độ ngoài của vòng tua: 0,02 mm (0,0008 in.). 

- Đo khe hở lực đẩy trong trục khuỷu: Lắp nắp ổ trục chính, sử dụng đồng hồ chỉ thị quay số, đo khe hở lực đẩy trong khi nạy trục khuỷu qua lại bằng tuốc nơ vít. Khoảng trống lực đẩy tiêu chuẩn: 0,04 đến 0,24 mm (0,0016 đến 0,0094 in.). Khoảng trống lực đẩy tối đa: 0,30 mm (0,0118 in.). Nếu khe hở lực đẩy lớn hơn mức tối đa, hãy thay thế các vòng đệm lực đẩy như một bộ. 

- Kiểm tra nắp nửa trên kết nối trục khuỷu: Lắp nắp thanh kết nối, sử dụng bộ chỉ thị quay số, đo khe hở lực đẩy trong khi di chuyển thanh kết nối qua lại. Khoảng trống lực đẩy tiêu chuẩn: 0,15 đến 0,40 mm (0,0059 đến 0,0157 in.). Khoảng trống lực đẩy tối đa: 0,50 mm (0,020 in.). Nếu khe hở lực đẩy lớn hơn mức tối đa, hãy thay thế các cụm thanh kết nối nếu cần. Nếu cần, hãy thay trục khuỷu.

3.2.11. Kiểm tra, bảo dưỡng xi lanh

- Kiểm tra muội than, đóng cặn và gỉ. Nơi kiểm tra muội than: quanh khu vực lắp ống xả, xu páp, mặt dưới nắp máy, nếu có => cạo muội than, chú ý không làm xước đế xu páp. Nơi kiểm tra đóng cắn và gỉ: các túi nước, nếu có nhiều => xúc tẩy.

- Kiểm tra, đánh giá trước khi tiếp tục tháo: nếu dầu dính ở lỗ xu páp nạp => có thể do dầu từ xu páp nạp chảy xuống, nếu có bụi dính ở lỗ xu páp nạp => có thể lọc gió bẩn. Kiểm tra vết rạn nứt và biến dạng than biến dạng nhỏ => mài lại, biến dạng quá lớn => thay.

- Kiểm tra sau khi làm sạch muội than.

KẾT LUẬN

Qua một thời gian nghiên cứu tìm hiểu với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo: ThS. ……………. cùng các thầy giáo trong khoa ô tô và nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành đúng thời hạn đồ án tốt nghiệp của mình. Đồ án đã thực hiện bao gồm 3 chương:

Chương 1. Khái quát động cơ 2GR-FKS 3.5L trên xe Toyota Highlander

Chương 2. Phân tích các hệ thống chính trên động cơ 2GR-FKS 3.5L

Chương 3. Khai thác, bảo dưỡng và sửa chữa động cơ

Mặc dù còn nhiều vấn đề chưa giải quyết được trong đồ án này do hạn chế về kiến thức, nhưng đồ án này đã trang bị cho bản thân em không những là các kiến thức sâu sắc về chuyên ngành mà còn là nhận thức về phương pháp giải quyết một số vấn đề kỹ thuật nảy sinh từ thực tế. Trong quá trình thực hiện đồ án thì không thể tránh được những chỗ còn thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: ThS. ……………. cùng các thầy giáo trong khoa ô tô đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án này.

Em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Vy Hữu Thành, Vũ Anh Tuấn. Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong. Học viện KTQS , xuất bản 1999.

2. Dòng động cơ Toyota GR. (2020, September). Engine Toyota GR. Retrieved August 17, 2022, from https://toyota-club.net/files/faq/13-11-10_faq_gr-engine_eng.htm?fbclid=IwAR2l6NmocUVRbxhQX7uv-06SKkJ48U8YdI9YxQ59aUFOCrnGUANcP6CrnO4#2GR-FKS

3. Tài liệu tham khảo động cơ 2GR-FKS. (2022, August 2). 2GR-FKS Engine. Retrieved August 17, 2022, from http://www.toyotareference.com/guts/tacoma16_engine.pdf

4. Tài liệu bảo dưỡng sửa chữa chẩn đoán Toyota. (n.d.). Repair Manual Toyota. Retrieved August 17, 2022, from https://parts.olathetoyota.com/toyota-engine-trouble-codes?fbclid=IwAR3hrQje_AG86yJo7FHOCUIAiv_VRMW1dtUAOcy-runuYIf0CMLntc4yyT0

5. Tài liệu chẩn đoán Toyota. (n.d.). Repair Manual Toyota. Retrieved August 17, 2022, from https://www.auto-manual.com/fault-codes/error-codes-toyota/?fbclid=IwAR3nvAZmlf06A2NXBRsNrAK02zmpkvpmFdxSkv8NyvlZpvQDyjUR0r9fokQ

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"