MỤC LỤC
MỤC LỤC.........................................................................................................................1
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT............................................................................................3
DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................................................4
LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................................8
CHƯƠNG I. KHÁI QUÁT DỘNG CƠ 8NR-FTS 1.2L TRÊN XE TOYOTA C-HR............9
1.1. Giới thiệu chung về xe Toyota C-HR.........................................................................9
1.2. Khái quát về động cơ 8NR-FTS 1.2L.......................................................................10
1.3. Đặc điểm kết cấu động cơ 8NR-FTS 1.2L...............................................................12
1.3.1. Nhóm các chi tiết cố định......................................................................................12
1.3.2. Nhóm các chi tiết chuyển động.............................................................................19
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN ĐỘNG CƠ 8NR-FTS 1.2L27
2.1. Hệ thống bôi trơn.....................................................................................................27
2.1.1. Sơ đồ mạch dầu bôi trơn......................................................................................27
2.1.2. Sơ đồ điều khiển dầu bôi trơn..............................................................................28
2.1.3. Các bộ phận khác trong hệ thống.........................................................................31
2.2. Hệ thống làm mát...................................................................................................33
2.2.1. Hệ thống làm mát động cơ...................................................................................33
2.2.3. Hệ thống làm mát khí nạp....................................................................................37
2.3. Hệ thống phân phối khí VVT-iW..............................................................................39
2.3.1. Giới thiệu chung về hệ thống phân phối khí động cơ 8NR-FTS..........................39
2.3.2. Kết cấu hệ thống VVT-iw......................................................................................43
2.3.3. Các chế độ làm việc của VVT-iw..........................................................................45
2.3.4. Kết cấu, nguyên lý hoạt động và các chế động làm việc của VVT-i....................46
2.4 Hệ thống Turbo tăng áp...........................................................................................49
2.5. Hệ thống thông gió hộp trục khuỷu.........................................................................52
2.5.2. Các chế độ hoạt động của hệ thống PCV............................................................54
2.6. Cấu tạo hệ thống nhiên liệu GDI............................................................................56
2.6.1. Phần thấp áp.......................................................................................................58
2.6.2. Phần cao áp.........................................................................................................61
2.5.3. Các chế độ hoạt động của hệ thống GDI............................................................68
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA ĐỘNG CƠ.......................71
3.1. Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ.......................................................71
3.1.1. Các số liệu ban đầu............................................................................................71
3.1.2. Các thông số chọn..............................................................................................71
3.1.3. Tính toán các thông số.......................................................................................72
3.1.4. Dựng các đường đặc tính ngoài........................................................................76
3.2. Lập quy trình kiểm tra và bảo dưỡng động cơ 8NR- FTS....................................78
3.2.1. Bảo dưỡng khoang động cơ hằng ngày............................................................79
3.2.2. Chu kỳ bảo dưỡng định kỳ động cơ..................................................................79
3.2.3. Các nội dung bảo dưỡng định kì.......................................................................80
3.2.4. Quy trình kiểm tra và bảo dưỡng các hệ thống.................................................81
3.3. Chẩn đoán các hư hỏng của động cơ.................................................................88
3.3.1. Động cơ không quay khi khởi động:.................................................................88
3.3.2. Động cơ không có dấu hiệu xảy ra quá trình đốt cháy khi khởi động:.............94
KẾT LUẬN................................................................................................................109
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................110
LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước đang trên con đường hội nhập sâu rộng vào nền kinh tế thế giới, điều đó tạo ra nhiều cơ hội và không ít thách thức cho chúng ta trên con đường phát triển. Là một nước đi sau, chịu nhiều hậu quả chiến tranh nên để không bị tụt hậu so với trình độ phát triển của thế giới chúng ta cần tập trung vào các ngành mũi nhọn, và ngành công nghiệp ôtô là một trong những ngành có vị trí then chốt như vậy.
Những năm gần đây, trong bối cảnh chính phủ các nước đang siết chặt các tiêu chuẩn khí thải bên cạnh việc áp thuế môi trường gián tiếp khiến người tiêu dùng khó lòng tiếp cận các sản phẩm xe hơi như hiện nay thì việc các hãng xe tập trung chế tạo động cơ xăng tăng áp dung tích nhỏ là lẽ tất yếu.
Khi xu hướng các hãng xe sản xuất động cơ dung tích nhỏ và tăng áp thì năm 2015 Toyota đã công bố mẫu động cơ mới có dung tích xy lanh 1.2 lít với tên gọi 8NR-FTS. Trong năm học cuối kháo này em đã được khoa giao đồ án: “Nghiên cứu, khai thác động cơ 8NR-FTS 1.2L turbo trên xe Toyota CHR” để có cơ hội nghiên cứu sâu thêm về động cơ tăng áp cỡ nhỏ theo xu hướng hiện tại.
Trong quá trình làm đồ án do thời gian và trình độ còn hạn hẹp nên không thể tránh khỏi những sai sót kính mong sự giúp đỡ của các thầy.
Xin chân thành cảm ơn thầy: Ths ………….…. cùng Khoa Ô tô, Khoa KTCS đã hỗ trợ em hoàn thành đồ án này.
TPHCM, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
……….………
CHƯƠNG I
KHÁI QUÁT DỘNG CƠ 8NR-FTS 1.2L TRÊN XE TOYOTA C-HR
1.1. Giới thiệu chung về xe Toyota C-HR
Toyota C-HR là một chiếc SUV cỡ nhỏ được sản xuất bởi nhà sản xuất ô tô Nhật Bản Toyota từ năm 2016. Quá trình phát triển của chiếc xe bắt đầu vào năm 2013, do kỹ sư trưởng Hiroyuki Koba của Toyota phụ trách. Ngày 22 tháng 9 năm 2014 chiếc "TOYOTA C-HR Concept" được trưng bày tại Triển lãm Ô tô Paris 2014. Phiên bản thực tế của C-HR đã được ra mắt tại Triển lãm Ô tô Geneva tháng 3 năm 2016 và bắt đầu được sản xuất vào tháng 11 năm 2016.
Thời điểm mới ra mắt xe có hai loại động cơ : 1.8L hybrid (loại 2ZR-FXE) cho xe 2WD và 1.2L turbo (loại 8NR-FTS) cho xe 4WD. Động cơ 1.2L turbo (loại 8NR-FTS) được trang bị cho hệ dẫn động 2WD vào tháng 5 năm 2018.
1.2. Khái quát về động cơ 8NR-FTS 1.2L
Động cơ 8NR-FTS được giới thiệu vào năm 2015 và được trang bị lần đầu tiên trên xe Toyota Auris, và sau đó là một tùy chọn cho Toyota C-HR. 8NR-FTS là động cơ tăng áp xăng bốn xy lanh 1,2 lít (một trong những động cơ xăng nhỏ nhất trong dòng NR) được trang bị phun nhiên liệu trực tiếp.
Động cơ 8NR-FTS sử dụng bộ tăng áp cuộn đơn (single-scroll turbocharger) làm mát bằng nước kết hợp với cấu trúc phun nhiên liệu trực tiếp. Hệ thống điều khiển van biến thiên DVVT-iW cho phép động cơ chuyển đổi giữa chu trình Miller và Otto: Bắt đầu hoạt động trong chu trình Otto, chuyển sang chu trình Miller ở vòng tua thấp và giữa vòng tua máy để giảm tiêu hao nhiên liệu, quay trở lại chu trình Otto ở vòng tua máy cao để có thêm công suất. Với những công nghệ giảm tỉ lệ thất thoát nhiệt, nhiên liệu và những cải tiến về làm mát và tăng áp, động cơ turbo 1.2 lít của Toyota tạo ra hiệu suất nhiệt tối đa 36%, đây một trong những kết quả tốt nhất trong số các động cơ xăng sản xuất thương mại thời điểm hiện tại.
Các thông số kỹ thuật của động cơ như bảng 1.a.
1.3. Đặc điểm kết cấu động cơ 8NR-FTS 1.2L
1.3.1. Nhóm các chi tiết cố định
Nhóm chi tiết cố định gồm thân máy, ống lót xy lanh, nắp máy,… Có nhiệm vụ để gá lắp các chi tiết của cơ cấu khuỷu trục - 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 phối khí.v.v…
1.3.1.1. Nắp máy, nắp trục cam
Nắp máy đậy kín một đầu của xy lanh, cùng với pít tông và xy lanh tạo thành buồng cháy. Điều kiện làm việc của nắp máy rất khắc nghiệt, nó chịu nhiệt độ cao ở áp suất lớn, bị ăn mòn hóa học do các sản phẩm cháy. Nắp máy của động cơ 8NR-FTS 1.2L được làm từ hợp kim nhôm, có đặc tính nhẹ và dẫn nhiệt tốt. Giữa nắp máy và thân máy là tấm gioăng nắp máy, có tác dụng làm kín mối liên kết giữa hai khối để chống lọt khí có áp suất cao, khí cháy, nước làm mát và dầu động cơ
1.3.1.2. Thân máy
Thân máy là nơi bố trí xy lanh, trục khuỷu và các bộ phận truyền động để dẫn động các cơ cấu và các hệ thống khác của động cơ như máy phát điện, bơm nước…
Thân máy gồm thân xy lanh và lót xy lanh. Thân xy lanh động cơ
8NR-FTS được chế tạo từ hợp kim nhôm, trên thân xy lanh có bố trí thêm nhiều gân tăng cứng, đường nước làm mát và đường dầu bôi trơn động cơ. Lót xy lanh của động cơ 8NR – FTS là dạng lót xy lanh ướt, hình trụ được đúc bằng gang gắn liền vào khối, không lên cốt, có độ chính xác gia công cao như hình 1.8 bên dưới.
Trên thân xi lanh được trang bị đệm áo nước có hình dạng phức tạp cùng nhiều linh kiện khác như hình 1.9
1.3.1.4.Các te
Các te có nhiệm vụ bao kín động cơ và chứa dầu bôi trơn động cơ. Các te của động cơ 8NR-FTS được dập từ thép tấm, được gia cố bởi các gân nhằm tăng độ cứng. Các te có lỗ để tháo dầu bôi trơn. Được lắp ghép với đế thân máy bằng các bu lông có gioăng bao kín.
1.3.2. Nhóm các chi tiết chuyển động
1.3.2.1. Trục khuỷu
Có nhiệm vụ biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay. Cấu tạo của trục khuỷu được mô tả như hình vẽ: bao gồm đầu trục khuỷu, các cổ trục khuỷu nối với các cổ biên bởi các má khuỷu. Để đảm bảo cân bằng khi quay, trên các má khuỷu có bố trí các đối trọng, giống như các động cơ NR khác, trục khuỷu của 8NR-FTS được trang bị 8 đối trọng . Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp ghép với bánh đà.
Bạc trục khuỷu là chi tiết lót giữa cổ trục khuỷu và thân máy. Bạc trục khuỷu được chế tạo từ vật liệu mềm hơn trục khuỷu để trong quá trình làm việc, bạc trục sẽ bị mòn thay vì trục khuỷu. Và khi sữa chữa chỉ việc thay bạc trục khuỷu. Do bạc trục có chuyển động tương đối so với trục khuỷu cho nên bạc được chế tạo có độ nhẵn bề mặt cao.
Ổ đỡ bạc trục khuỷu trên động cơ 8NR-FTS không dùng vấu định vị
Bề mặt làm việc của bạc được gia công vi rãnh giúp tối ưu khe hở dầu, tăng cường khả năng khởi động
1.3.2.2. Thanh truyền
Thanh truyền là chi tiết nối pít tông với trục khuỷu. Nó có tác dụng truyền lực tác dụng trên pít tông xuống trục khuỷu, biến chuyển động tịnh tiến của pít tông thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Khi động cơ làm việc thanh truyền chịu tác dụng của các lực:
- Lực khí thể trong xy lanh.
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm pít tông, chuyển động quay của trục khuỷu.
- Thân thanh truyền: Phần thanh truyền nối đầu to với đầu nhỏ. Thân thanh truyền có tiết diện hình chữ I, được chế tạo bằng phương pháp rèn khuôn. Ưu điểm là sử dụng vật liệu một cách tối ưu, giảm được lực quán tính của thanh truyền mà độ cứng vững vẫn đảm bảo.
- Bạc đầu to thanh truyền
Là chi tiết lắp ghép giữa thanh truyền và cổ biên của trục khuỷu. Bạc thanh truyền là chi tiết chịu mài mòn, do đó bạc được làm bằng vật liệu mềm hơn trục khuỷu.
Kết cấu của bạc đầu to thanh truyền được mô tả như hình vẽ.
1.3.2.3. Pít tông
Trong quá trình làm việc của động cơ nhóm pít tông có nhiệm vụ chính sau:
- Cùng nắp xy lanh, thành xy lanh tạo thành buồng cháy.
- Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ không cho khí cháy trong buồng cháy lọt xuống các te (hộp trục khuỷu) và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu xục lên buồng cháy.
- Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực cho thanh truyền trong quá trình cháy và giãn nở để làm quay trục khuỷu.
- Nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải ra khỏi xy lanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp.
1.3.2.5. 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 nhiệm vụ bao kín buồng cháy, ngăn không để khí lọt xuống các te. Xéc măng khí có dạng một vòng thép hở miệng, có tiết diện ngang là hình thang để tăng khả năng bao kín (tăng áp suất nén lên mặt xy lanh). Nó còn 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.
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN ĐỘNG CƠ 8NR-FTS 1.2L
2.1. Hệ thống bôi trơn
2.1.1. Sơ đồ mạch dầu bôi trơn
Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ cung cấp dầu đến mọi bộ phận của động cơ, tạo ra màng dầu để giảm ma sát và mài mòn. Cho phép các bộ phận của động cơ hoạt động trơn tru, tính năng tối ưu cũng như tăng tuổi thọ của các chi tiết.
Hệ thống bôi trơn sử dụng trên động cơ 8NR-FTS là loại bôi trơn cưỡng bức cacte ướt. Dầu bôi trơn được bơm hút từ cácte, qua lưới lọc, qua bộ lọc dầu tinh rồi được đẩy vào đường dầu chính phân phối đến các bộ phận cần bôi trơn của động cơ.
2.1.2. Sơ đồ điều khiển dầu bôi trơn
Không giống với các động cơ khác có vòi phun thông thường để bôi trơn và làm mát pít tông, trên động cơ 8NR-FTS ECM có thể kiểm soát phun dầu tùy thuộc vào điều kiện bên ngoài thông qua hệ thông các cảm biến như hình 2.2
Từ các cảm biến, tùy thuộc vào nhiệt độ động cơ ECM sẽ điều khiển lượng dầu bôi trơn làm mát piston thông qua van chuyển đổi áp suất dầu được lắp trong van giảm áp của bơm dầu.
2.2. Hệ thống làm mát
Trên động cơ 8NR-FTS được trang bị hai hệ thống làm mát riêng biệt. Một hệ thống làm mát động cơ sử dụng bơm nước ly tâm và một hệ thống làm mát khí nạp sử dụng bơm nước điện.
2.2.1. Hệ thống làm mát động cơ
Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ tản nhiệt cho các chi tiết của động cơ, giữ cho nhiệt độ của các chi tiết không vượt quá nhiệt độ cho phép và do đó đảm bảo được điều kiện làm việc của động cơ.
2.2.2. Các bộ phận trong hệ thống làm mát:
2.2.2.1. Van hằng nhiệt
Van hằng nhiệt duy trì trạng thái nhiệt ổn định cho động cơ bằng cách đóng hoặc mở đường nước vào két làm mát. Khi nhiệt độ nước còn thấp thì đưa luôn vào động cơ để xấy nóng động cơ, khi nhiệt độ nước làm mát lớn thì đưa qua két làm mát nước trước khi đưa vào làm mát động cơ.
Động cơ được trang bị hai van hằng nhiệt:
- Van hằng nhiệt truyền thống (nhiệt độ mở 80-84 ° C) kiểm soát dòng nước làm mát qua bộ tản nhiệt
- Van hằng nhiệt trên khối xy lanh (nhiệt độ mở 76-80 ° C) kiểm soát dòng nước làm mát qua khối động cơ, để làm nóng động cơ nhanh tối đa.
2.2.2.3. Két làm mát và quạt gió
Két mát dùng để hạ nhiết độ của nước từ động cơ ra rồi đưa trở lại làm mát cho động cơ. Động cơ 8NR - FTS được bố trí 2 két làm mát, một cho hệ thống làm mát động cơ và một cho hệ thống làm mát khí nạp. Két mát được đặt phía ngoài quạt gió. Két mát gồm: ngăn trên, ngăn dưới và dàn ống truyền nhiệt; ngăn trên chứa nước nóng, ngăn dưới chứa nước nguội và dàn ống truyền nhiệt nối ngăn trên với ngăn dưới.
2.2.2.4. Quạt làm mát
Hiệu suất truyền nhiệt của bộ phận truyền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ lưu dộng của hai dòng môi chất (môi chất toả nhiệt là nước và môi chất thu nhiệt là không khí). Vì vậy để tăng hiệu suất truyền nhiệt, phía sau két được bố trí quạt gió để hút gió đi qua dàn ống truyền nhiệt. Quạt gió làm mát có cấu tạo như hình
2.3. Hệ thống phân phối khí VVT-iW
2.3.1. Giới thiệu chung về hệ thống phân phối khí động cơ 8NR-FTS
Cơ cấu phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí, thải sạch khí thải ra ngoài trong kỳ thải và nạp đầy khí nạp mới vào xy lanh động cơ trong kỳ nạp. Cơ cấu phân phối khí cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đóng mở đúng thời gian quy định.
- Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông.
- Khi đóng phải đóng kín, xu páp thải không tự mở trong quá trình nạp.
- Ít mòn, tiếng kêu bé.
Khoảng mở rộng so với hệ thống VVT-i thông thường, hoạt động chủ yếu tại phía làm muộn thời điểm đóng xupap nạp . Ở trục cam xả vẫn sử dụng nguyên lý hoạt động như ở thế hệ VVT-I, cho phép làm mượt sự thay đổi của góc đóng mở xupap xả khi điều kiện hoạt động của động cơ thay đổi. Điều này đạt được bởi sự quay của trục cam xả so với đến bánh răng dẫn động trong khoảng 50 - 55º’
2.3.2. Kết cấu hệ thống VVT-iw
Cơ cấu truyền động của VVT-iW gồm có cánh rotor được lắp ở trục cam nạp. Hai chốt khóa giữ cho rotor ở đúng vị trí ban đầu của nó. Một lò xo phụ dạng phẳng được đặt ở hướng làm tăng góc phối khí sớm để đưa cánh rotor về vị trí xác định ban đầu. Vị trí ban đầu này giúp cho việc khởi động được diễn ra bình thường.
Van điều khiển dầu được thiết kế đặt nằm trong bu lông trung tâm. Ở đây những đường dầu điều khiển có quãng đường ngắn nhất để tạo ra tín hiệu phản hồi nhanh nhất và tốc độ phản hồi bình thường ở nhiệt độ thấp. Van điều khiển được dẫn động bởi chốt đẩy van solenoid của VVT-iw .
2.3.3. Các chế độ làm việc của VVT-iw
2.3.3.1. Khi làm sớm thời điểm phân phối khí:
ECM chuyển van điện từ VVT-iw sang vị trí làm sớm và đẩy ống spool ở bên trong bulong trung tâm để mở và đóng các đường dầu điều khiển tương ứng. Dầu động cơ dưới áp suất được cấp vào cánh rotor ở khoang làm sớm, làm quay rô to cùng với cả trục cam về hướng làm sớm pha phối khí.
2.3.3.3. Khi giữ trục cam làm việc ở vị trí nhất định:
ECM tính toán góc phối khí 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 các điều kiện hoạt động.
2.4 Hệ thống Turbo tăng áp :
Turbo cũng có những ưu và nhược điểm riêng. Ưu điểm chính của Turbo là tăng sức mạnh cho động cơ trong khi không tăng số lượng xi lanh cũng như dung tích, điều này dẫn đến ít tiêu hao nhiên liệu hơn.
Nhược điểm của Turbo bao gồm tăng chi phí bổ sung, phức tạp và độ trễ (thường gọi là turbo lag). Đó là tạo ra một áp suất ngược trong hệ thống xả và tạo ra áp suất nạp thấp hơn cho tới khi động cơ hoạt động ở tốc độ tua cao, Turbo lag là sự chậm trễ trong phản ứng tại thời điểm khi người lái thực hiện tăng tốc, Turbo sẽ mất 1 hoặc 2 giây (có thể là hơn) để có thể theo kịp tốc độ mà tại đó nó mới nén đủ khí để đáp ứng được việc gia tăng hiệu suất.
Turbo tăng áp cũng tạo ra nhiệt bổ sung đáng kể, chính vì vậy mà động cơ nóng hơn, vì vậy hệ thống làm mát bộ tản nhiệt lớn hơn và các van chịu nhiệt được sử dụng. Tua bin có thể quay trên 100,000 vòng / phút (có thể lên đến 250,000 vòng / phút), chính vì vậy động cơ đòi hỏi phải có nguồn cung cấp dầu dồi dào cùng với một bơm dầu dung tích cao hơn và cần thêm một bộ làm mát dầu.
2.5. Hệ thống thông gió hộp trục khuỷu
Trên động cơ 8NR-FTS trang bị hệ thống thông gió trục khuỷu PCV (positive crankcase ventilation system). Ở loại này, toàn bộ khí ở hộp trục khuỷu sẽ được hệ thống đưa về đường nạp chung với lượng khí nạp mới vào động cơ để đốt cháy. Khi dùng hệ thống này, hiệu quả thông khí rất cao nhưng do đưa hơi nhiên liệu và khí cháy về đường nạp nên dễ làm bám bẩn xu páp và xi lanh bởi muội than.
2.4.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống thông gió trục khuỷu PCV:
2.5.1.1. Van PCV
Van PCV là van một chiều
Khi bộ tăng áp hoạt động không đáng kể: Van được kéo nhờ áp lực chân không, Khe hở van hẹp lại khi lực hút chân không lớn và lượng khí lọt hút theo sẽ ít đi, ngược lại khe chân không rộng và lượng khí hút theo sẽ nhiều hơn.
Khi bộ tăng áp hoạt động : Trong đường ống nạp không có độ chân không mà là áp suất tăng áp (>áp suất khí quyển) nên van PCV sẽ đóng lại.
2.5.1.2. Đầu phun
Đầu phun hoạt động theo nguyên lý Venturi, khí lọt sẽ bị hút vào dòng khí nén do áp suất thấp mà dòng khí nén tạo ra khi đi qua vòi phun.
2.5.2. Các chế độ hoạt động của hệ thống PCV
2.4.2.1. Ở chế độ tăng áp
Không có độ chân không sau bướm ga mà là áp suất tăng áp, điều đó làm van pcv đóng nên lượng khí lọt sẽ được vòi phun ra trên đường ống nạp theo nguyên lý Venturi.
2.4.2.2. Khi động cơ hoạt động ở vòng tua thấp
Độ tăng áp không đáng kể, lượng khí lọt đi qua van PCV như bình thường.
2.6. Cấu tạo hệ thống nhiên liệu GDI
Yêu cầu của hệ thống nhiên liệu là phải cung cấp nhiên liệu với lượng chính xác, khi nhiên liệu phun vào buồng đốt phải được bốc hơi nhanh chóng và hoà trộn đều khắp buồng đốt. Theo quan điểm truyền thống hỗn hợp nhiên liệu đồng nhất phải được hình thành trong buồng đốt của động cơ. Vì thế mục đích ban đầu của hệ thống phun xăng trực tiếp là có thể đạt được một hỗn hợp đồng nhất chấp nhận được tại thời điểm đánh lửa bằng cách:
- Nạp tối đa hỗn hợp không khí và nhiên liệu.
- Phun thật sương nhiên liệu.
- Tránh cho nhiên liệu bám vào thành xy lanh.
- Phun sớm trong suốt kỳ nạp.
- Thay đổi dạng đường nạp.
- Vị trí đặt kim phun phù hợp.
2.6.1. Phần thấp áp
Nhìn chung phần hệ thống thấp áp hoàn toàn giống với hệ thống phun xăng đa điểm MPI thông thường: gồm có bơm xăng, lọc xăng, van điều áp, tất cả được đặt trong thùng xăng. Xăng được bơm hút qua lọc thô, lọc tinh theo đường ống nhiên liệu dẫn đến bơm cao áp. Áp suất nhiên liệu thấp áp: từ 4.5 – 6 kg/cm2, nhìn chung áp suất này cao hơn áp suất của hệ thống phun xăng đa điểm MPI thông thường nhằm duy trì sự mạnh và ổn định lên bơm cao áp.
2.6.2. Phần cao áp
Nếu như phần áp suất thấp áp gần giống với hệ thống MPI thì sự khác biệt ở đây chủ yếu là bên phần áp suất cao áp gồm có:bơm cao áp, ống phân phối và ổn định áp suất nhiên liệu , kim phun, turbo tăng áp.
2.5.3. Các chế độ hoạt động của hệ thống GDI.
GDI hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau tùy thuộc vào tải và tốc độ động cơ giúp tạo ra sự ổn định và hiệu quả cho quá trình làm việc của động cơ.Trong hệ thống GDI có ít nhất là sáu chế độ cháy khác nhau của hỗn hợp có thể xảy ra tại các chế độ hoạt động khác nhau của động cơ đã được nghiên cứu. Trên động cơ 8NR-FTS có các chế độ chủ yếu sau.
2.5.3.1. Chế độ cháy hỗn hợp phân lớp ( Stratified charge mode):
Khi động cơ hoạt động tại momen thấp, tốc độ động cơ khoảng 3000 v/p, động cơ hoạt động ở chế độ cháy hỗn hợp phân lớp. Trong chế độ này vòi phun phun nhiên liệu trong suốt kỳ nén, vừa trước khi bugi đánh lửa.
Ở chế độ này tỉ số KK(không khí)-NL(Nhiên Liệu) của hỗn hợp trong toàn buồng cháy có thể rất nghèo từ 22/1 đến 44/1 trong khi Hệ thống MFI thông thường có tỉ số KK/NL=14,7. Từ đó giúp tiết kiệm nhiên liệu
2.5.3.3. Chế độ cháy hỗn hợp đồng nhất loãng (Homogenous Lean-Burn Mode):
Trong giai đoạn chuyển tiếp giữa chế độ phân lớp và chế độ đồng nhất, động cơ có thể hoạt động với hỗn hợp đồng nhất loãng với tỉ số KK/NL lớn hơn 14,7. Van EGR được kích hoạt để giảm lượng Nox.
2.5.3.4. Chế độ cháy hỗn hợp đồng nhất - phân lớp (Homogenous Stratified Charge Mode).
Chế độ này được dùng ở điều kiện tăng ga, chuyển từ chế độ phân tầng sang chế độ đồng nhất. Tại chế độ này vòi phun có hai lần phun trong một chu kỳ.
Đợt phun trước xảy ra trong suốt kỳ nạp, như vậy có đủ thời gian cho hỗn hợp hòa trộn và phân bố toàn bộ không gian buồng đốt. Kế tiếp, trong kỳ nén một đợt phun thứ hai xảy ra. Kết quả là khu vực gần điện cực bugi hỗn hợp đậm hơn. Hỗn hợp đậm gần điện cực bugi dễ dàng bắt lửa và cháy lan truyền sang khu vực nghèo hơn trong buồng đốt. Lượng nhiên liệu trong đợt phun đầu chiếm khoảng 75% và 25% cho đợt thứ hai. Dạng hỗn hợp kết hợp đồng nhất- phân lớp diễn ra trong các giai đoạn chuyển tiếp từ dạng phân lớp sang dạng đồng nhất.
CHƯƠNG 3
KHAI THÁC, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA ĐỘNG CƠ
3.1. Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ
3.1.1. Các số liệu ban đầu
Các số liệu ban đầu như bảng 3.a.
3.1.2. Các thông số chọn
Các thông số chọn như bảng 3.b.
3.1.3. Tính toán các thông số
Vì 8NR - FTS là động cơ sử dụng máy tăng áp nên ta có thứ tự tính toán như sau :
- Áp suất cuối quá trình nạp :
pa = 0,88.pk = 0,1496 (Mpa) (3.4)
Trong đó : pk : Áp suất của không khí sau máy nén, vì động cơ sử dụng máy tăng áp nhỏ nên pk < 1.5 Mpa. Ta chọn : pk = 0,17 (Mpa)
- Hệ số nạp :
ηv = 1,3837 (3.5)
- Áp suất cuối quá trình nén:
pc = 3,2729 (Mpa) (3.8)
- Nhiệt độ cuối quá trình nén
Tc = 728,5443 (0K) (3.9)
Thay vào ta có:
M0 = 0,5119 (Kmol/knl) (3.11)
- Lượng không khí thực tế nạp vào xi lanh động cơ ứng với 1kg nhiên liệu Mt
Mt = α .M0 (3.12)
=> Mt = 0,9.0,5119 = 0,4607 (Kmol/kgl)
- Lượng hỗn hợp cháy M tương ứng với lượng không khí thực tế.
Thay số ta có: M1= 0,4695 (Kmol/knl)
- Vì α < 1 nên Số mol cháy của sản vật cháy được tính theo công thức:
=> M2 = 0,5077 (Kmol/kgn)
- Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β0:
β0 = 1.0814 (3.15)
- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác cuối quá trình nén:
μcvc = 20,223+1,1742.10-3.Tc (Kj/K.mol.độ) (3.18)
=> μcvc = 21,3599 (Kj/K.mol.độ)
- Nhiệt độ cuối quá trình cháy được xác định theo phương trình truyền nhiệt động:
Sau khi thay các giá trị đã biết vào phương trình (3.20), ta có dạng phương trình bậc hai như sau:
0,0030011 + 22,38486 Tz – 85896,9 = 0
Giải phương trình ta tìm được: TZ = 2790,13309 (0K)
- Áp suất cuối quá trình cháy:
PZ = λp.Pc = 13,5158 (Mpa) (3.21)
- Áp suất cuối quá trình dãn nở:
Pb = 0.7959 (Mpa) (3.23)
- Nhiệt độ cuối quá trình giản nở:
=> Tb = 1642,9522 (°K)
- Áp suất chỉ thị trung trung bình lí thuyết pi’:
Pi’ = 2,1039 (Mpa)
- Hiệu suất chỉ thị:
ηi = 0,3623 = 36,23 % (3.30)
- Áp suất tổn hao công suất trung bình pcơ :
pcơ =(0,05+0,0155CTB) = 0,2502 (Mpa) (3.31)
- Áp suất có ích trung bình:
Pe =pi - pcơ = 1,6644 (MPa) (3.32)
- Sai số
=> Ne = 1,4749 %
Ne < 3%. Sai số đảm bảo,quá trình chọn và tính toán chấp nhận được.
3.1.4. Dựng các đường đặc tính ngoài
Để dựng các đường đặc tính ,ta chọn một số giá trị trung gian của số vòng quay n trong giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của Ne, Me, Gnl, ge theo các biểu thức sau:
- Lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ:
Gnl = ge.Ne (kg/h) (3.41)
Kết quả tính toán đồ thị đặc tính ngoài như bảng 3.c.
Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ 8NR- FTS như hình dưới.
Nhận xét: Theo tính toán dựa trên điều kiện hoạt động lý tưởng tại Việt Nam ta nhận thấy:
+ Động cơ đạt mô men xoắn cực đại 197,8617 Nm tại 2000 đến 2400 vòng trên phút. Đạt công suất cực đại 86,2537 Kw tại 5200 vòng trên phút.
+ Vùng hoạt động ổn định của động cơ là vùng có tốc độ động cơ từ 2000 đến 5200 vòng trên phút
+ Khi tốc độ động cơ lớn hơn 5200 vòng trên phút là vùng công suất động cơ giảm do quá trình đốt cháy của động cơ xấu đi, tổn hao công suất trong động cơ tăng lên.
3.2. Lập quy trình kiểm tra và bảo dưỡng động cơ 8NR- FTS
Một trong những điều kiện cơ bản để sử dụng tốt ô tô, tăng thời hạn sử dụng và bảo đảm độ tin cậy của chúng trong quá trình vận hành chính là việc tiến hành kịp thời và có chất lượng công tác bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa phòng ngừa định kỳ theo kế hoạch. Mục đích của bảo dưỡng kỹ thuật là duy trì tình trạng kỹ thuật tốt của động cơ, ngăn ngừa các hư hỏng có thể xảy ra, thấy trước các hư hỏng để kịp thời sửa chữa, đảm bảo cho động cơ vận hành với độ tin cậy cao.
Mục đích của chẩn đoán là công tác kỹ thuật nhằm xác định trạng thái kỹ thuật của cụm máy để dự báo tuổi thọ làm việc tiếp tục mà không phải tháo máy. Mục đích của sửa chữa nhằm khôi phục khã năng làm việc của các chi tiết, cơ cấu của động cơ đã bị hư hỏng nhằm khôi phục lại khả năng làm việc của chúng.
Khi tiến hành bảo dưỡng kỹ thuật xe, kỹ thuật viên cần tuân theo các nguyên tắc cơ bản sau:
- Cần tìm hiểu kỹ công việc đang làm và tiến hành từng công việc một cách chính xác. Cần phải tham khảo ý kiến của các chuyên gia, không được dựa vào các đánh giá của bản thân để tiến hành công việc.
- Sử dụng phủ sườn, phủ ghế, phủ sàn, không làm trầy xước hay bôi bẩn xe
- Dùng các tấm chặn bánh xe, để giữ xe không chuyển động trong quá trình làm việc, luôn chú ý tới tính an toàn, chắc chắn rằng mọi chuyển động của xe đều được ngăn chặn trong quá trình làm việc.
3.2.1. Bảo dưỡng khoang động cơ hằng ngày
Việc bảo dưỡng động cơ hằng ngày thực chất là kiểm tra các bộ phận cơ bản trong khoang động cơ như :
- Kiểm tra các kết nối tại các cọc Ắc quy.
- Kiểm tra nước làm mát động cơ có đúng mức quy định không.
- Kiểm tra dầu động cơ có đúng mức không.
3.2.3. Các nội dung bảo dưỡng định kì
3.2.3.1 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 máy phát.
- Kiểm tra các vị trí giá đỡ treo ống xả.
3.2.3.2. 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.
- Kiểm tra độ rơ trục bơm nước, pu li dẫn động...
- Kiểm tra áp suất xy lanh động cơ. Nếu cần phải kiểm tra độ kín khít của xu páp, nhóm pít tông và xy lanh.
3.2.4. Quy trình kiểm tra và bảo dưỡng các hệ thống
3.2.4.1. Quy trình bảo dưỡng và kiểm tra hệ thống làm mát
- Kiểm tra - bổ sung nước làm mát
+ Kiểm tra mức nước làm mát của bình nước dự trữ ở giữa FULL VÀ LOW.
+ Kiểm tra chất làm mát không lẫn với dầu.
- Thay nước làm mát
+ Bước 1: Kết nối ống nước (*a) có đường kính trong 9mm với vòi của bộ tản nhiệt như hình minh họa
+ Bước 3 : Sử dụng lục giác 6 mm, tháo van xả khí khỏi cụm bình chứa nước dự trữ
+ Bước 6 : Dùng tay bóp ống tản nhiệt số 1 và số 2 nhiều lần, kiểm tra mức nước làm mát động cơ. Nếu mức chất làm mát thấp, hãy thêm chất làm mát đến mức như hình minh họa. Lượng nước làm mát tiêu chuẩn sử dụng là 5,7 lít.
+ Bước 8: Làm nóng động cơ cho đến khi van hằng nhiệt mở ra. Sau khi động cơ nóng lên, cho động cơ chạy theo chu trình sau ít nhất 7 phút: ở tốc độ 3000 vòng/phút trong 5 giây, ở tốc độ không tải trong 45 giây. (Lặp lại chu kỳ này ít nhất 8 lần.) Dùng tay bóp ống tản nhiệt số 1 cà số 2 nhiều lần để xả khí ra khỏi hệ thống.
+ Bước 9: Sau khi động cơ nguội, kiểm tra xem mực nước làm mát động cơ có nằm giữa vạch Full và Low không. Nếu thấp hơn vạch Low thì tiến hành châm thêm nước làm mát.
3.2.4.2. Quy trình kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống bôi trơn:
- Kiểm tra mức dầu động cơ
+ Tháo que thăm dầu ra và lau bằng giẻ sạch.
+ Cắm lại que thăm dầu vào chỗ cũ.
+ Nếu mức dầu dưới điểm LOW, cần thêm dầu.
+ Sau khi khởi động động cơ, hãy để nó chạy không trong vài phút, dừng và kiểm tra lại mức dầu động cơ.
3.3. Chẩn đoán các hư hỏng của động cơ
3.3.1. Động cơ không quay khi khởi động:
Khi động cơ không quay khi khởi động, ta tiến hành xác định các khu vực nghi ngờ hư hỏng : Ắc quy, Cảm biến đỗ xe, Cụm rơ le khởi dộng, máy khởi động.
3.3.1.1 Chẩn đoán Ắc quy
Nếu ắc quy yếu sẽ dẫn đấn động cơ khó khởi động hoặc không thể khởi động. Ta sẽ tiến hành kiểm tra Ắc quy xem còn hoạt động tốt hay không bằng cách
- Kiểm tra điện áp :
+ Bước 1 : Tắt công tắc điện và bật đèn pha trong 20 - 30 giây để loại bỏ điện tích bề mặt khỏi ắc quy.
+ Bước 2 : Tiến hành đo điện áp ắc quy, nếu thấp hơn 12,3 V thì tiến hành sạc hoặc thay thế.
3.3.1.2.Chẩn đoán cảm biến dừng xe
Trên xe số tự động như Toyota CHR được trang bị một cảm biến cung cấp thông tin về vị trí tay số cho ECM ngăn không cho bộ đề khởi động trừ khi cần số đang ở vị trí N hoặc P, nếu cảm biến này gặp trục trặc không nhận diện được xe đang ở số P hoặc N, động cơ sẽ không khởi động được.
3.3.1.4. Máy khởi động :
Tiến hành kiểm tra máy khởi động bằng dụng cụ có dây dẫn lớn để dây dẫn không bị nóng dẫn đến cháy. Để tránh việc cuộn dây bị cháy, các kiểm tra nên được thực hiện từ 3 đến 5 dây.
- Thực hiện kiểm tra rơ le đề rút lại :
+ Nới lỏng đai ốc và ngắt kết nối dây khỏi cọc C
+ Kết nối Ắc quy với rơ le máy khởi động như hình minh họa. Đảm bảo rằng bánh răng đề di chuyển ra ngoài, nếu không di chuyển, ta thay thế cụm rơ le điện từ của bộ khởi động.
- Thực hiện kiểm tra trả về : Tiếp tục ngắt thêm dây âm (-) khỏi vỏ máy. Nếu bánh răng khởi động không chuyển về vị trí ban đầu thì thay thế cụm điện từ khởi động.
3.3.2. Động cơ không có dấu hiệu xảy ra quá trình đốt cháy khi khởi động:
Khi động cơ không có dấu hiệu xảy ra quá trình đốt cháy khi khởi động, ta tiến hành xác định các khu vực nghi ngờ hư hỏng : Hệ thống đánh lửa, Bơm nhiên liệu áp suất thấp, Cảm biến vị trí trục khuỷu, rò rỉ hệ thống nạp, con đội điều chỉnh khe hở nhiệt, xích cảm, trục cam…
3.3.2.1 Kiểm tra hệ thống đánh lửa :
Ta tiến hành thử nghiệm hoạt động của hệ thống đánh lửa bằng các bước
- Tháo lần lượt 4 mô bin và 4 bugi
- Ngắt dây kim phun để ngừng phun nhiên liệu, tránh làm hỏng bộ xúc tác khí thái do nhiên liệu chưa cháy hết.
- Lắp bugi vào mô bin, nối mass cho bugi
- Kiểm tra xem tia lửa có xuất hiện ở mỗi bugi trong khi động cơ đang quay hay không.( không quay động cơ quá 2 giây)
3.3.2.3. Kiểm tra kim phun nhiên liệu
Việc kiểm tra này nhằm mục đích kiểm tra cụm kim phun nhiên liệu có bị hở hay ngắn mạch không. Vì cụm kim phun nhiên liệu của xe này là loại áp suất cao nên không thể kiểm tra lượng phun nhiên liệu.
3.3.2.5. Kiểm tra rò rỉ hệ thống nạp
Kiểm tra để đảm bảo rằng không có rò rỉ chân không ở các điểm chỉ định trong hình minh họa
Nếu phát hiện rò rỉ tiến hành sữa chữa, thay thế chi tiết nếu cần thiết.
3.3.2.7. Kiểm tra ECM
Tiến hành đo điện áp, điện trở giữa mỗi cặp đầu cuối ECM được hiển thị trong bảng dưới đây. Kết quả kiểm tra phải được so sánh với điện áp, điện trở cho từng cặp đầu cuối như được hiển thị trong cột Điều kiện đã chỉ định. Hình minh họa ở dưới có thể được sử để xác định các vị trí thiết bị đầu cuối ECM.
Thông số kiểm tra ECM như bảng 3.m.
KẾT LUẬN
Qua quá trình làm đồ án tốt nghiệp, sau một thời gian dài nghiên cứu thực tế, các giáo trình, tài liệu chuyên ngành, cùng với sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy giáo: Ths……………, các thầy giáo trong Khoa Ô tô và các bạn sinh viên trong lớp, đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, khai thác động cơ 8NR-FTS 1,2L trên xe Toyota CH-R” đã được hoàn thành đúng thời gian và đảm bảo chất lượng. Thông qua quá trình tìm tòi, nghiên cứu về động cơ, em đã:
1. Hiểu đặc điểm kết cấu động cơ
2. Nắm được kết cấu hệ thống nhiên liệu động cơ
3. Nắm được quy trình khai thác, bảo dưỡng và sửa chữa động cơ
Do điều kiện thời gian, điều kiện thực tế cũng như khả năng có hạn của bản thân nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, vì vậy kính mong được sự đóng góp của các thầy. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo : Ths……………, cùng các thầy giáo trong Khoa Ô tô đã giúp đỡ và tạo điều kiện để Em hoàn thành nhiệm vụ trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lại Văn Định - Vy Hữu Thành, Kết cấu tính toán động cơ đốt trong tập I, II, Nhà xuất bản: HVKTQS – 2003.
2. Vy Hữu Thành -Vũ Anh Tuấn, Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong, Nhà xuất bản: Học viện KTQS. Xuất bản năm 1999.
3. Nguyễn Văn Toàn, Công nghệ bảo dưỡng và sửa chữa ô tô, Nhà xuất bản: Trường ĐHSPKT - 2010.
4. https://toyota-club.net/files/faq/13-01-01_faq_nr-engine_eng.htm#8NR-FTS
5. https://www.tochr.net/
6. http://zatonevkredit.ru/repair_manuals
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"