Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
MỤC LỤC
mỤC LỤC 1
LỜI NÓI ĐẦU 4
1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài 5
2. Giới thiệu về khái quát động cơ 1TR-FE 5
2.1. Gi i thi u chungớ ệ 5
2.1.1. Tr ng l ng và kích th c xeọ ượ ướ 6
2.1.2. ng cĐộ ơ 6
2.1.3. Khung xe 7
2.2. Các c c u c a ng c 1TR-FEơ ấ ủ độ ơ 7
2.2.1. Piston 10
2.2.2. Thanh truyền 11
2.2.3. Trục khuỷu 11
2.2.4. C c u ph i khíơ ấ ố 12
2.3. Các hệ thống của động cơ 1TR-FE 13
2.3.1. Hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE 13
2.3.2. H th ng ki m soát khí xệ ố ể ả 14
2.3.3. H th ng xệ ố ả 16
2.3.4. H th ng bôi tr nệ ố ơ 17
2.3.5. H th ng ánh l aệ ố đ ử 17
2.3.6. H th ng kh i ngệ ố ở độ 19
2.3.7. H th ng n pệ ố ạ 20
3. Giới thiệu chung về hệ thống làm mát động cơ 20
3.1. M c ích và yêu c u c a h th ng làm mátụ đ ầ ủ ệ ố 20
3.1.1. M c ích c a h th ng làm mátụ đ ủ ệ ố 20
3.1.2. Yêu cầu của hệ thống làm mát 21
3.2. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát 21
3.2.1. Làm mát ng c và máy nénđộ ơ 21
3.2.2. Làm mát d u bôi tr n.ầ ơ 22
3.3. Hệ thống làm mát bằng nước 22
không khí 46
6. Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE 47
6.1. Sơ đơ hệ thống làm mát 47
6.2. Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát bằng nước động cơ 1TR-FE 49
6.2.1. Két làm mát 49
6.2.1.1. Công dụng và yêu cầu 49
6.2.1.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc 49
6.2.1.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 50
6.2.2. N p kétắ 51
6.2.2.1. Công d ng và yêu c uụ ầ 51
6.2.2.2. K t c u và nguyên l làm vi c.ế ấ ý ệ 51
6.2.2.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 53
6.2.3. Bơm nước 53
6.2.3.1. Công dụng và yêu cầu 53
6.2.3.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc 53
6.2.3.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 54
6.2.4. Quạt gió dẫn động bằng đai 55
6.2.4.1. Công dụng và yêu cầu 55
2
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
6.2.4.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc 56
6.2.4.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 57
6.2.4. Van hằng nhiệt 57
6.2.4.1. Công dụng và yêu cầu 57
6.2.4.2. Kết cấu và nguyên lý hoạt động 58
6.2.4.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 58
6.2.5. Khớp chất lỏng 59
6.2.5.1. Công dung và yêu cầu 59
6.2.5.2. Kết cấu và nguyên lý hoạt động 59
6.2.5.2. Nguyên lý hoạt động 61
Sau quá trình học tập và trang bị những kiến thức về chuyên ngành động lực,
sinh viên được giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp, nhằm giúp cho sinh viên
tổng hợp và khái quát lại những kiến thức đã học, từ kiến thức cơ sở đến kiến thức
chuyên ngành. Qua quá trình thực hiện đồ án sinh viên tự rút ra nhận xét và kinh
nghiệm cho bản thân trước khi bước vào công việc thực tế.
Em được nhận đề tài tốt nghiệp: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT
ĐỘNG CƠ 1TR-FE ”
Trong phạm vi đồ án này, em chỉ giới hạn tìm hiểu một cách tổng quát về
các phương pháp làm mát trong động cơ, các cơ cấu và hệ thống của động cơ 1TR-
FE, trong đó đi sâu vào tính toán kiểm tra nhiệt động cơ và két làm mát.
Do kiến thức còn hạn chế, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian
không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính
mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để đồ án em được hoàn thiện hơn. Cuối
cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Dương Việt Dũng, các thầy cô giáo
bộ môn,các thầy ở xưởng thí nghiệm VAL cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ
án này.
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2007.
Sinh viên thực hiện.
Lê Ngọc Nhật.
4
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài
Một động cơ hoạt động đạt hiệu quả cao,chính là nhờ sự hỗ trợ và làm việc
tốt của các hệ thống như: hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống khởi
động, hệ thống làm mát…. Vì vậy công suất, sức bền, tuổi thọ, hiệu suất làm việc
của động cơ phụ thuộc rất lớn vào sự làm việc của các hệ thống này. Hệ thống làm
mát là một trong những hệ thống quan trọng đó của động cơ.
Mục đích của đề tài là:
- Nắm vững các kiến thức về hệ thống làm mát cho động cơ động cơ đốt
trong.
Dài x rộng x cao toàn bộ 4555mm x 1770mm x 1745mm
Chiều dài cơ sở 2750 mm 2750 mm
Chiều rộng cơ sở 1510 mm 1510 mm
Khoảng sáng gầm xe 176 mm 176 mm
2.1.2. Động cơ
Bảng 2-3
Loại động cơ 1TR-FE
Kiểu 4 xilanh thẳng hàng, 16 van, cam kép
DOHC có VVT-I, dẫn động xích.
Dung tích công tác 1998 cm
3
Đường kính xy lanh D 86 mm
Hành trình piston S 86 mm
6
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
Tỉ số nén 9,8
Công suất tối đa 100Kw/5600 rpm
Mô men xoắn tối đa 182/4000 (N.m/rpm)
Hệ thống phun nhiên liệu L-EFI
Tiêu chuẩn khí xả Euro Step 2
Cơ cấu phối khí 16 xupap dẫn động bằng xích,có VVT-i
Thời
điểm
phối
khí
Nạp Mở 52
0
~0
0
BTDC
7
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
thế hệ mới, 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích xylanh 2,0 lít trục cam kép DOHC 16
xupap dẫn động bằng xích thông qua con đội thuỷ lực với hệ thống van nạp biến
thiên thông minh VVT-i.
Động cơ có công suất 100Kw/5600v/p có hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển
bằng điện tử và hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp điều khiển bởi ECU.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
9
Hình 2-1 Mặt cắt ngang động cơ 1TR-FE
8
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
1-Xupap; 2-Con độ thủy lực; 3-Cò mổ; 4-Cam; 5-Vòi phun; 6-Môtơ bước; 7-Que
thăm dầu; 8-Ống nạp
12
10
13
14
8
7
11
5
0
~64
0
ABDC
Xả Mở 44
0
BTDC
Đóng 8
0
ABDC
Do có con đội thủy lực nên luôn duy trì khe hở xupap bằng “0” nhờ áp lực
của dầu và lực của lò xo. Nắp quy lát được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, các trục
cam đều được phân bố trên đầu quy lát. Thân máy cũng giống các động cơ cổ điển
nhưng hoàn thiện hơn. Lốc máy được chế tạo bằng thép đúc có dạng gân tăng cứng
nhằm giảm rung động và tiếng ồn.
2.2.1. Piston
Piston được làm bằng hợp kim nhôm có kết cấu đặc biệt đỉnh piston vát hình
nón cụt. Rãnh piston trên cùng có tráng lớp ôxit axit, phần đuôi piston có tráng
nhựa.
Bảng 2-6
Cỡ piston Điều kiện tiêu chuẩn
Tiêu chuẩn 85,951 đến 95,986mm
Sécmăng- có 3 Sécmăng loại có ứng suất thấp secmăng khí số 1 được xử lý
PVD*, secmăng khí số 2 được mạ crôm và Sécmăng dầu.
Hình 2-3 Cấu tạo piston, secmăng
1-Piston; 2-Secmăng khí số 1; 3-Secmăng khí số 2; 4-Secmăng dầu.
Khe hở cho phép của các secmăng cho dưới bảng:
Bảng 2-7
10
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
mổ sẽ ép tới xu páp bằng cách dùng bộ điều chỉnh khe hở thủy lực làm điểm tựa. Lò
xo đẩy piston đẩy đi lên, van 1 chiều sẽ mở ra và dầu sẽ điền đầy vào từ buồng áp
12
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
suất thấp. Do piston được đẩy lên, và khe hở xu páp sẽ được duy trì không đổi bằng
không.
2.3. Các hệ thống của động cơ 1TR-FE
2.3.1. Hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE
Hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE đóng vai trò rất quan trọng, nó không
đơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu, nhưng nó hợp thành một hệ thống đó là hệ
thống điều khiển điện tử (ECU), hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động
cơ, tạo ra sự tương trợ lẫn nhau, kim phun hoạt động như các kim phun của các xe
đời mới. Khả năng điều khiển tốt, công suất động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu.
Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo bởi cảm
biến lưu lượng không khí. Tỷ lệ hoà trộn được ECU tính toán và hoà trộn theo tỷ lệ
phù hợp nhất. Có cảm biến ôxy ở đường ống xả để cảm nhận lượng ôxy dư, điều
khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn.
Hình 2-8 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE
1-Bình Xăng; 2-Bơm xăng điện; 3-Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm; 4-Lọc
13
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
Xăng; 5-Bộ lọc than hoạt tính; 6-Lọc không khí; 7-Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8-
Van điện từ; 9- Môtơ bước; 10-Bướm ga; 11-Cảm biến vị trí bướm ga; 12-Ống góp
nạp; 13-Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14-Bộ ổn định áp suất;15-Cảm biến vị trí trục
cam; 16-Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17-Ống phân phối nhiên liệu; 18-Vòi
phun; 19-Cảm biến tiếng gõ; 20-Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21-Cảm biến vị
trí trục khuỷu; 22-Cảm biến ôxy.
2.3.2. Hệ thống kiểm soát khí xả
Hệ thống kiểm soát khí xả giúp hạn chế lượng khí thải có hại cho con người
và môi trường.Các khí thải có hại: nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu, khí lọt qua
C. Nhiệt độ của buồng đốt càng cao,
lượng NO
x
sản sinh ra càng nhiều.
Khi hỗn hợp không khí nhiên liệu nghèo, NO
x
sinh ra nhiều hơn vì tỷ lệ
ôxy trong hỗn hợp không khí nhiên liệu cao hơn. Như vậy, lượng NO
x
sinh ra tùy
14
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
theo hai yếu tố- nhiệt độ cháy và hàm lượng ôxy.
N
2
+ O
2
= 2NO(NO
2
,N
2…
NO
x
)
Khi NO
x
được hít vào cơ thể, nó gây kích thích mũi và họng. Nó cũng gây
ra hiện tượng sương khói quang hóa.
Hình 2-9 Đồ thị biến thiên nồng độ các chất ô nhiễm
theo hệ số dư lượng không khí
2.3.3. Hệ thống xả
Khí xả được thải ra ngoài môi trường qua ống xả.
Hệ thống xả gồm: ống góp xả và ống xả nối với nhau bằng khớp cầu. Trên
ống xả có các bộ trung hòa khí xả để làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit),
HC (Hiđrô cacbon) và NO
x
(Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H
2
O, CO
2
, N
2
)
khi luồng khí xả đi qua, với các chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi. Để khí xả ra
ngoài môi trường không độc hại đối với sức khỏe con người.
16
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
Hình 2-11 Sơ đồ hệ thống xả động cơ 1TR-FE
1-Bộ trung hòa khí xả; 2-Bộ tiêu âm.
2.3.4. Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn kiểu cưỡng bức dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các
bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động của động cơ.
Hệ thống bôi trơn gồm có: bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống
dầu sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường dầu dọc thân
máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên, theo các lỗ phun
lên thành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường dẫn dầu tự
chảy về cácte.
2.3.5. Hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa được điều khiển bằng điện tử ECU đánh lửa trực tiếp. Mỗi
xylanh có một bugi loại đầu dài và một cuộn dây đánh lửa được điều khiển bằng
2.3.6. Hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động bằng điện với phương pháp điều khiển gián tiếp bằng
rơle điện từ .Để tránh khả năng không kịp tách bánh răng ra khi động cơ đã nổ,
người ta làm kiểu truyền động một chiều bằng khớp truyền động hành trình tự do
loại cơ cấu cóc.
Hình 2-13 Kết cấu máy khởi động
1-Bánh răng máy khởi động; 2-Cuộn giữ; 3-Cuộn đẩy;
4-Vành tiếp điểm; 5-Ắc quy.
Khi người lái đóng khóa điện, dòng điện sẽ đi vào cuộn đẩy mà lõi thép của
nó được nối với cần gạt. Cuộn dây có điện trở thành nam châm hút lõi thép sang
phải, đồng thời làm quay cần gạt dịch chuyển bánh răng truyền động vào ăn khớp
với bánh đà. Khi bánh răng của khớp truyền động đã vào ăn khớp với bánh đà, thì
vành tiếp điểm cũng nối các tiếp điểm, đưa dòng điện vào các cuộn dây của máy
khởi động. Máy khởi động quay, kéo trục khuỷu của động cơ quay theo. Khi động
cơ đã nổ thì người lái nhả khóa điện, các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tác
dụng của lò xo hồi vị
19
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
2.3.7. Hệ thống nạp
Hệ thống nạp dùng một bộ điều áp để điều chỉnh điện mà nó tạo ra bỡi sự
quay của cuộn day rôto và nạp điện vào ắc quy.
Hình 2-14 Sơ đồ hệ thống nạp động cơ 1TR-FE
1-Máy phát ; 2-Bộ tiết chế; 3,7-Cầu chì; 4-Đèn báo nạp; 5-Khóa điện;
6,8,9-Cầu chì dòng cao; 10-Cuộn Stato; 11-Cuộn dây Rôto.
3. Giới thiệu chung về hệ thống làm mát động cơ
3.1. Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát
3.1.1. Mục đích của hệ thống làm mát
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc
với khí cháy như: piston, xecmăng, xupap, nắp xilanh, thành xilanh chiếm khoảng
25 ÷ 35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra. Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt
- Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát bé.
- Bảo đảm nhiệt độ của môi chất làm mát tại cửa ra van hằng nhiệt ở khoảng
83÷95
0
C và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95÷115
0
C.
- Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu cũng
như điều kiện đường sá, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí.
3.2. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát của động cơ 1TR-FE có nhiệm vụ làm mát động cơ, máy
nén và dầu bôi trơn.
3.2.1. Làm mát động cơ và máy nén
Hệ thống làm mát có nhiệm vụ chính là làm mát động cơ, bảo đảm động cơ
có nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình làm việc. Ngoài ra, hệ thống cũng có nhiệm
vụ không kém phần quan trọng đó là rút ngắn thời gian chạy ấm máy, nhanh chóng
21
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
đưa động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc. Bên cạnh đó hệ thống làm mát còn làm mát
cho máy nén khí nhằm tăng hiệu suất cho máy nén khí. Đường nước làm mát máy
nén khí được trích từ đường nước chính làm mát động cơ.
3.2.2. Làm mát dầu bôi trơn.
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn tăng lên
không ngừng do các nguyên nhân cơ bản sau:
- Dầu bôi trơn phải làm mát các trục, tỏa nhiệt lượng sinh ra trong quá trình
ma sát các ổ trục ra ngoài.
- Dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như cò
mổ, đuôi xupáp, piston
Để đảm bảo nhiệt độ làm việc của dầu ổn định, giữ độ nhớt dầu ít thay đổi và
đảm bảo khả năng bôi trơn, vì vậy cần phải làm mát dầu bôi trơn. Đường dầu bôi
Khi động cơ làm việc, tại những vùng nước bao xung quanh buồng cháy
nước sẽ sôi. Nước sôi có tỷ trọng bé hơn nên nổi lên trên mặt thoáng của thùng
chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời. Nước nguội trong thùng chứa có tỷ trọng lớn sẽ
chìm xuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành lưư động đối lưu
tự nhiên. Căn cứ vào nhiệt lượng của động cơ và cách bố trí động cơ đứng hay nằm
để thiết kế hệ thống kiểu bốc hơi này.
Với việc làm mát bằng kiểu bốc hơi nước, lượng nước trong thùng sẽ giảm
nhanh, do đó cần phải bổ sung nước thường xuyên và kịp thời. Vì vậy, kiểu làm mát
này không thích hợp cho động cơ dùng trên phương tiện vận tải.
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi do kết cấu đơn giản và đặt tính lưu
động đối lưu đã nói ở trên nên hệ thống này được dùng cho các động cơ đốt trong
kiểu xilanh nằm ngang, đặc biệt các động cơ trên các máy nông nghiệp cỡ nhỏ.
Nhược điểm của hệ thống làm mát này là thất thoát nước nhiều và hao mòn
xilanh không đều.
23
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE
3.3.2. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên
Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ
sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và lạnh mà không cần bơm. Cột nước
nóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước.
4
3
2
5
6
7
8 9
1
Hình 3-2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên
1- Đường nước; 2- Xilanh; 3- Đường dẫn nước vào két làm mát; 4- Nắp két;
kín, kiểu cưỡng bức một vòng hở, kiểu cưỡng bức hai vòng tuần hoàn. Mỗi kiểu
làm mát có những nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác nhau.
3.3.3.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng
9
6
5
4 3
2
1
11
10
8
7
Hình 3-3 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng.
1- Thân máy; 2- Đường nước ra khỏi động cơ; 3- Bơm nước;
4- Ống nước nối tắt vào bơm; 5- Nhiệt kế; 6- Van hằng nhiệt; 7- Két làm mát;
8- Quạt gió; 9- Ống dẫn nước về bơm; 10- Bình làm mát dầu bôi trơn.
Trên hình (3-3) là hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức của động cơ ô tô
máy kéo một hàng xilanh. Ở đây, nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (3), qua ống phân
phối nước đi vào các khoang chứa của các xilanh. Để phân phối nước làm mát đồng
đều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân máy (1) chảy qua ống phân phối
đúc sẵn trong thân máy. Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theo
đường ống (2) ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao rồi đến van hằng nhiệt (6). Khi van
hằng nhiệt (6) mở, một phần nước chảy qua đường ống (4) về đường ống hút của
25
Copyright: Tài liệu đại học ©