Đồ án Thiết kế lắp đặt hệ thống nhiên liệu Xăng - LPG động cơ 1TR-FE

1. Mục đích ý nghĩa đề tài 1.1. Mục đích. - Thấy rõ được vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiên liệu cho động cơ. - Tìm hiểu, nắm vững cấu tạo và nguyên lý làm việc của từng chi tiết, cụm chi tiết và của hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng và LPG cho động cơ để từ đó thấy được ưu nhược điểm của từng hệ thống. - Thấy được tầm quan trọng trong việc thiết kế lắp đặt và thay thế một số chi tiết trong hệ thống cung cấp LPG cho động cơ. - Nắm vững các thao tác trong quá trình lắp đặt, kiểm tra hiệu chỉnh cũng như chế tạo thay thế các chi tiết của hệ thống cung cấp LPG cho động cơ. 1.2. Ý nghĩa. - Thiết kế lắp đặt hệ thống nhiên liệu xăng - LPG động cơ 1TR-FE lắp trên xe Innova của hãng Toyota nhằm mục đích giảm mức độ phát khí thải từ động cơ ra môi trường góp phần thực hiện các công ước quốc tế về môi trường mà Việt Nam đã cam kết tham gia. - Đa dạng hóa nguồn năng lượng cho giao thông vận tải, giảm bớt sự lệ thuộc vào nguồn nguyên liệu lỏng truyền thống. - Nhiên liệu khí hóa lỏng LPG là nhiên liệu sạch, sử dụng nhiên liệu LPG còn giảm chi phí cho người sử dụng. 2. Giới thiệu về nhiên liệu khí hóa lỏng 2.1. Nhiên liệu khí hóa lỏng LPG. 2.1.1. Thành phần hóa học - Khí hóa lỏng LPG là sản phẩm thu được từ quá trình chưng cất dầu và tinh luyện khí thiên nhiên. Thành phần chủ yếu là C3H8 (Propan) và C4H10 (Butan) được nén theo tỷ lệ phần trăm Propan trên phần trăm Butan. - Ở nhiệt độ và áp suất khí quyển LPG ở dạng khí. Để thuận tiện về tồn chứa và vận chuyển LPG được hóa lỏng. Trong thực tế thành phần hỗn hợp các chất có trong khí hóa lỏng LPG không thống nhất. Tùy theo tiêu chuẩn của các nước, khu vực mà tỷ lệ thành phần trong LPG khác nhau, có tỷ lệ giữa Propan và Butan là 50/50 hay 30/70. Ở Châu Á, thành phần nhiên liệu khí hóa lỏng khá ổn định, chứa chủ yếu là Hydrocacbon C4, chẳng hạn như ở Hàn Quốc chỉ có Butan là khí hóa lỏng được sử dụng phổ biến. Ngược lại ở Mỹ thì chỉ có Hydrocacbon C3 được sử dụng. Bảng 2-1 Thành phần khí hoá lỏng sử dụng phổ biến ở Pháp và Mỹ Tên chất  Thành phần (%)    Mỹ  Pháp   Methane Ethane Propylen Propane Iso- Butane n- Butane Iso-Butane+but-ène (E)-but-2-ène (Z)-but-2-ène Butane-1,3-diene Iso-penten n-penten  0,6 6,6 1,1 91,3 0,3 0,03 0 0 0 0 0 0  0 0,4 9,1 31,8 19,6 28,3 6,1 2,7 1,8 0 0,06 0,03   - Đặc biệt trong thành phần khí hoá lỏng LPG chứa rất ít lưu huỳnh. Thường chỉ chứa (40
60)ppm, thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn, cho phép của cộng đồng Châu Âu (200ppm) một tiêu chuẩn khắt khe nhất về các chất phụ gia có trong nhiên liệu. Do đó, động cơ dùng LPG phát ra rất ít các chất ô nhiễm gốc lưu huỳnh và hiệu quả của bộ lọc xúc tác được cải thiện. 2.1.2. Các tính chất của LPG Do thành phần chủ yếu của LPG là Propane và Butane nên tính chất của LPG là tính chất của Propane và Butane. LPG có đặc tính sau: - Là một chất lỏng không màu (trong suốt). - Là một chất lỏng không mùi, không vị, tuy nhiên trong thực tế trong quá trình chế biến được pha thêm Ethyt Mecaptan có mùi đặc trưng để dễ phát hiện rò rỉ. Nồng độ mùi phải đủ để nhận ra trước khi chúng tạo thành hỗn hợp nổ. - Bản thân Gas không độc, không gây ô nhiễm môi trường, không ảnh hưởng đến thực phẩm và sức khoẻ con người, tuy nhiên không nên hít vào với số lượng lớn vì có thể gây ngạt thở hay say do thiếu Ôxy. - Gas nặng hơn không khí (1,5
2) lần, nhẹ hơn nước 0,5 lần vì vậy nếu thoát ra ngoài hơi Gas sẽ lan truyền ở mặt đất và tập trung ở những phần thấp nhất, như rãnh, hố Gas,...tuy nhiên nó sẽ tản mất ngay khi có gió. - Khí hóa lỏng LPG được tồn chứa trong các loại bể chịu áp lực khác nhau, chúng tồn tại ở trạng thái bão hoà. Gas lỏng ở dưới, hơi Gas ở phía trên theo quy định an toàn các loại bể chứa Gas chỉ được phép nhập (80
85)% thể tích, phần còn lại đảm bảo cho sự giản nở vì nhiệt của Gas lỏng. - Đặc trưng lớn của LPG khác với các loại khí khác là chúng tồn tại ở dạng bảo hoà nên với thành phần không đổi (70% Butan -30% Propan). Áp suất bảo hoà trong bể chứa cũng như trong hệ thống không phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài. Thông thường Gas Petrolimex có áp suất 4,5 kg/cm2
7,8kg/cm2 ở nhiệt độ (15
30)0C. - LPG có tỷ lệ giãn nở lớn: một đơn vị thể tích Gas lỏng bay hơi tạo ra 250 đơn vị thể tích hơi Gas do vậy LPG rất thuận tiện và kinh tế khi vận chuyển và tồn chứa ở dạng lỏng. - LPG còn là nhiên liệu sạch: Hàm lượng lưu huỳnh thấp (< 0,02%), khi cháy chỉ tạo ra CO2 (Dioxyt carbone) và hơi nước, không tạo muội, không tạo khói, đặt biệt không sinh ra khí SO2 , H2S, CO ... - LPG hoá lỏng có nhiệt trị riêng theo khối lượng cao, cao hơn cả xăng hay dầu Diesel (Bảng 2-2). Tuy nhiên do khối lượng riêng của nó thấp, nhiệt trị riêng theo thể tích thấp hơn nhiên liệu lỏng khác . Bảng 2-2 So sánh LPG và các loại nhiên liệu cổ điển Thông số đặc trưng  Eurosper  Diesel  Propane thương mại  Butane thương mại  LPG   Khối lượng riêng (kg/dm3)  0,725
0,780  0,820
0,860  0,510  0,580  0,510
0,580   Nhiệt trị thấp: - Theo khối lượng (MJ/kg) - Theo thể tích (MJ/dm3)  42,7 32,0  42,6 35,8  46,0 23,5  45,6 26,4  45,8 25,0   2.1.3. Chỉ số Octan - Nhiên liệu khí hoá lỏng được đặc trưng bởi chỉ số octan nghiên cứu (RON) cao, có thể đạt tới 98. Bảng 2.3. giới thiệu RON của các loại khí khác nhau. Chỉ số octan động cơ (MON) của LPG cũng cao hơn xăng. Bảng 2-3 Chỉ số Octan của một số chất Chất  RON  ÔMON   Propane Propène n-Butane Isobutane But-1-ène But-2-ène  >100 102 95 >100 (98) 100  100 85 92 99 80 83   2.2. So sánh nhiên liệu LPG so với nhiên liệu Xăng. - Nguồn cung cấp: LPG là sản phẩm của quá trình khai thác và chưng cất dầu mỏ. Trên thế giới có khoảng 40% LPG thu được từ quá trình lọc dầu thô. Sản phẩm LPG trên thế giới năm 1995 là 130 triệu tấn, chiếm tổng năng lượng tiêu thụ dưới các dạng khác nhau. Người ta dự kiến trong những năm đầu của thế kỷ 21, tổng sản lượng LPG trên thế giới sẽ đạt 200 triệu tấn /năm. Ngoài ra, LPG cũng được sản xuất từ khí thiên nhiên, do đó LPG được xem là nhiên liệu có nguồn gốc dự trữ thay thế lớn hơn các loại nhiên liệu truyền thống đặc biệt là nhiên liệu xăng. Phần lớn hiện nay chúng ta nhập LPG từ nước ngoài. Lượng khí hoá lỏng dùng làm nhiên liệu cho ôtô đường trường hiện chỉ chiếm một tỷ lệ khiêm tốn: 1% Pháp, 3% Mỹ, 8% Nhật. Tuy nhiên, ở một số nước có chính sách khuyến khích sử dụng LPG làm nhiên liệu cho ôtô nhằm giảm ô nhiễm môi trường như Hà lan, Ý ,... Số liệu trên chưa kể những động cơ trên các ôtô chuyên dụng sử dụng LPG ( Chẳng hạn ôtô chạy trong sân bay, xe nâng chuyển, máy móc nông nghiệp ... ).
Hình 2-1 Tỷ lệ tiêu thụ LPG ở một số nước tiêu biểu Sự phát triển ôtô dùng LPG phụ thuộc vào mỗi quốc gia đặc biệt là phụ thuộc và chính sách bảo vệ môi trường. Sự khuyến khích ôtô sử dụng LPG thể hiện qua chính sách thuế ưu đãi của mỗi quốc gia đối với loại nhiên liệu này. - Đặc tính kỹ thuật: Bảng 2-4 So sánh đặc tính của LPG và các loại nhiên liệu khác Đặc tính  Đơn vị  Xăng  Diesel  CNG  LPG   Màu, mùi Tỉ trọng Nhiệt trị thấp Hệ số A/F Chỉ số Octan  Kg/m3 MJ/kg  Có 750 42,9 14,4 85 ( 98  Có 860 42,6 14,5  Không 550 50 17,26 115  Không 555 46 15,5 110 ( 120   Theo kết quả bảng 2-4 ta thấy nhiệt trị của LPG cao hơn xăng và hơn hẳn so với các loại nhiên liệu truyền thống khác. LPG có chỉ số Octan cao hơn nhưng lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy một đơn vị thể tích LPG cao hơn xăng. LPG dễ nổ hơn xăng nhưng tốc độ cháy chậm hơn xăng. Do vậy khi động cơ làm việc ở tốc độ cao động cơ sẽ bị mất công suất từ (5
8)%. Điều này khắc phục bằng cách chỉnh lại thời điểm đánh lửa (3
5)0, và vì LPG có giá rẻ hơn nên thực tế người ta có thể chấp nhận được. Mặt khác nó có tính ưu việt là không gian tồn chứa nhỏ gọn, làm cho việc vận chuyển được thuận lợi và kinh tế hơn. Chính vì những ưu điểm vượt trội của LPG so với xăng nên LPG đã và sẽ là loại khí đốt được ứng dụng rộng rãi trên thế giới. - Tính kinh tế của nhiên liệu. Suất tiêu hao nhiên liệu tính theo thể tích và theo khối lượng nhiên liệu của động cơ LPG so với động cơ xăng như sau: thực tế nếu so sánh năng lượng tiêu hao trên 100km hành trình thì nhiên liệu LPG thấp hơn động cơ xăng khoảng vài phần trăm. Mặt khác, nếu LPG giàu Propan(C3H8) với chỉ số Octan của nó rất cao do đó có thể tăng chỉ số nén động cơ nên suất tiêu hao nhiên liệu có thể giảm. - Vấn đề ô nhiễm: Động cơ sử dụng LPG phát sinh ít ô nhiễm. Đây là đặc điểm đáng chú ý trong bối cảnh mà ảnh hưởng của giao thông vận tải đến môi trường sống ngày càng trở nên nghiêm trọng. + Các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ LPG: Sự phát sinh ô nhiễm trong khí xả động cơ LPG giảm đi rất đáng kể so với động cơ xăng .
Hình 2-2 So sánh mức độ phát thải ô nhiễm của động cơ dùng xăng và LPG - Vấn đề an toàn: Trong hệ thống nhiên liệu LPG có rất nhiều thiết bị an toàn cả về mặt cơ khí lẫn điện tử để đảm bảo an toàn trong khi động cơ hoạt động lẫn không hoạt động và khi xảy ra tai nạn. Các van an toàn tự động đóng, ngắt hệ thống nhiên liệu LPG và hệ thống này hoàn toàn bị khoá kín với môi trường không khí bên ngoài. - Vấn đề tuổi thọ động cơ: Do LPG có đặc tính kỹ thuật như tính chống kích nổ cao, không có chì, sản phẩm cháy không có muội than, không có hiện tượng đóng màng nên động cơ làm việc với nhiên liệu LPG ít gây kích nổ hơn động cơ xăng. Do không có các hạt chì hoặc các hạt muội than đọng lại trong thành vách xylanh, cửa xupap nạp, thải nên không gây mài mòn xylanh, piston, secmăng, xupap, đế xupap. Một vấn đề quan trọng là động cơ xăng hay có hiện tượng hơi xăng hình thành trong buồng cháy có tác dụng rửa sạch các màng dầu bôi trơn và có khuynh hướng lọt xuống cacte làm dầu bôi trơn giảm khả năng bôi trơn, trong khi LPG không có hiện tượng này. Điều này cũng làm tiêu hao dầu nhờn bôi trơn. Chính vì những lý do này nên LPG cho phép kéo dài tuổi thọ động cơ hơn nhiên liệu xăng khi sử dụng động cơ ở cùng một chế độ hoạt động. 3. Giới thiệu động cơ 1TR-FE 3.1. Giới thiệu chung về động cơ 1TR-FE. Xe Toyota Innova là loại xe du lịch 8 chỗ ngồi. Xe được trang bị động cơ đời mới 1TR-FE, khung gầm xe cứng cáp cho hiệu quả lái xe ổn định. Khả năng giảm xóc và chống rung tốt tạo cảm giác thoải mái và êm dịu cho mọi hành khách trong xe trên mọi nẻo đường. Toyota Innova có 2 loại: Innova G và Innova J Bảng 3-1 Loại xe  Innova G  Innova J   Động cơ  2.0 lít (1TR-FE)  2.0 lít (1TR-FE)   Hộp số  5 số tay  5 số tay   Số chỗ ngồi  8 chỗ  8 chỗ   Các thông số kỹ thuật của xe Innova: Bảng 3-2 Trọng lượng và kích thước xe Loại xe  Innova G  Innova J   Trọng lượng toàn tải  2170 kg  2170 kg   Trọng lượng không tải  1530 kg  1515 kg   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   Bảng 3-3 Động cơ 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 cm3   Đường kính xy lanh D  86 mm   Hành trình piston S  86 mm   Tỉ số nén  9,8   Công suất tối đa  134Hp/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  520~00 BTDC     Đóng  120~640 ABDC    Xả  Mở  440 BTDC     Đóng  80 ABDC   Độ nhớt /cấp độ của dầu bôi trơn  5W-30/API SL, SJ, EC or ILSAC   Bảng 3-4 Khung xe Loại  Innova G  Innova J   Treo trước  Độc lập với lò xo cuộn, đòn kép và thanh cân bằng   Treo sau  4 điểm liên kết, lò xo cuộn và tay đòn bên   Phanh trước  Đĩa thông gió   Phanh sau  Tang trống   Bán kính quay vòng tối thiểu  5,4 m   Dung tích bình xăng  55 lit   Vỏ và mâm xe  205/65R15 Mâm đúc  195/70R14 Thép, chụp kín   3.2. Đặc điểm tổng quát động cơ 1TR-FE. Động cơ 1TR-FE lắp trên xe Innova của hãng Toyota là loại động cơ xăng 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. Hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử và hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp điều khiển bởi ECU. 3.2.1. Động cơ
Hình 3-1 Cách bố trí xupap, trục cam trên động cơ 1: Con đội thủy lực; 2: Trục cam; 3:Xupap; 4: Vòi phun Động cơ 1TR-FE là động cơ 4 xy lanh thẳng hàng có hệ thống cam kép (DOHC) gồm bốn xupap cho mỗi xylanh hai xupap nạp và hai xupap thải đặt lệch nhau một góc 22,850. 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. 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. 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 3-2 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 3-5 Secmăng  Điều kiện tiêu chuẩn   số 1  0,22 đến 0,34mm   số 2  0,45 đến 0,57mm   dầu  0,1 đến 0,4mm   Thanh truyền: được đúc bằng thép hợp kim có đường kính đầu to: (52,989 đến (53,002mm.
Hình 3-3 Kết cấu thanh truyền 1: Thân thanh truyền; 2: Bu lông thanh truyền; 3: Nắp đầu to Trục khuỷu: có kết cấu khá đặc biệt, bên trong có đường dầu đi bôi trơn các bạc lót và cổ trục. Đường kính cổ trục tiêu chuẩn: 59,981 đến 59,994mm, đường kính các cổ biên tiêu chuẩn: 52,989 đến 53,002mm.
Hình 3-4 Kết cấu trục khuỷu 1: Rãnh then lắp đĩa xích; 2: Chốt khuỷu; 3: Lỗ dầu; 4: Má khuỷu; 5: Cổ trục chính 3.2.2. Cơ cấu phối khí Cơ cấu phối khí bao gồm: cò mổ loại con lăn, cơ cấu điều chỉnh khe hở xu páp thủy lực và hệ thống VVT-i, trục cam kép DOHC 16 xupap dẫn động bằng xích. Cò mổ: Cò mổ loại con lăn dùng 1 vòng bi kim giúp giảm ma sát, do đó cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu.
Hình 3-5 Kết cấu cò mổ 1: Ổ bi kim; 2: Cò mổ Cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực: Duy trì khe hở xupáp luôn bằng “0” nhờ áp lực của dầu và lực lò xo.
Hình 3-6 Kết cấu con đội thủy lực 1: Piston đẩy; 2: Buồng áp suất thấp; 3: Đường dầu; 4: Lò xo; 5: Buồng dầu áp suất cao; 6: Lò xo van bi; 7: Van bi Cam quay sẽ nén bộ piston đẩy và dầu trong buồng áp suất cao. Khi đó cò 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 suất thấp. Do piston được đẩy lên, và khe hở xu páp sẽ được duy trì không đổi bằng không. 3.2.3. Hệ thống nhiên liệu 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 3-7 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 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 kích nổ; 20: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21: Cảm biến vị trí trục khuỷu; 22: Cảm biến ôxy 3.2.4. 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 khe giữa piston và thành xy lanh và khí xả. Vì các khí này có chứa những chất độc như: CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit). CO (cacbon oxit). CO được sinh ra khi lượng ôxy đưa vào buồng đốt không đủ (cháy không hoàn toàn). 2C +O2 = 2CO Khi CO được hít vào trong cơ thể, nó hòa tan vào máu và làm hạn chế khả năng tải ôxy của máu. Hít vào một lượng lớn CO có thể dẫn đến tử vong. HC (Hiđrô cacbon). HC được sinh ra trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn, cũng như CO. Ngoài ra HC còn sinh ra trong các trường hợp sau: Khi nhiệt độ ở khu vực dập lửa thấp, chưa đạt tới nhiệt độ bốc cháy. Khí nạp thổi qua trong thời gian lặp của xupap. Hỗn hợp không khí nhiên liệu càng giàu càng sinh ra nhiều HC. Hỗn hợp càng nghèo càng ít sinh ra HC. Lượng HC sinh ra càng trở nên lớn hơn khi hỗn hợp không khí nhiên liệu quá nghèo, vì nó không cháy được. Khi HC được hít vào cơ thể nó trở thành tác nhân gây ung thư. Nó cũng gây ra hiện tượng sương khói quang hóa. NOx (Nitơ ôxit). NOx được sinh ra do nitơ và ôxy trong hỗn hợp không khí nhiên liệu, khi nhiệt độ của buồng đốt tăng cao trên 1800oC. Nhiệt độ của buồng đốt càng cao, lượng NOx sản sinh ra càng nhiều. Khi hỗn hợp không khí nhiên liệu nghèo, NOx sinh ra nhiều hơn vì tỷ lệ ôxy trong hỗn hợp không khí nhiên liệu cao hơn. Như vậy, lượng NOx sinh ra tùy theo hai yếu tố: nhiệt độ cháy và hàm lượng ôxy. N2 + O2 = 2NO(NO2,N2…NOx) Khi NOx được hít vào cơ thể, nó gây kích thích mũi và họng. Nó cũng gây ra hiện tượng sương khói quang hóa.
Hình 3-8 Đồ thị biến thiên nồng độ các chất ô nhiễm theo hệ số dư lượng không khí Để giảm các chất khí có hại từ khí xả: Trước hết ta dùng bộ trung hòa khí xả (TWC) làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H2O, CO2, N2) 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. TWC hoạt động tốt nhất với tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu gần lý thuyết. Vì vậy cần có hệ thống thông tin phản hồi về tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu để giữ cho tỷ lệ này gần như tỷ lệ lý thuyết. Hệ thống thông tin phản hồi về hỗn hợp không khí nhiên liệu theo dõi lượng ôxy trong khí xả bằng cách sử dụng cảm biến ôxy gắn trong đường ống xả. Khi đó lượng nhiên liệu được ECU của động cơ điều chỉnh để kiểm soát tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu, giúp cho TWC làm việc có hiệu quả. Đối với nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu: Nhiên liệu này được hấp thụ bỡi bộ lọc than hoạt tính. Sau đó khi động cơ hoạt động, nhiên liệu trong bộ lọc than hoạt tính và không khí được dẫn vào đường ống nạp để đốt cháy. 3.2.5. 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 NOx (Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H2O, CO2, N2) 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.
Hình 3-9 Sơ đồ hệ thống xả động cơ 1TR-FE 1: Bộ trung hòa khí xả; 2: Bộ tiêu âm 3.2.6. Hệ thống làm mát Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức, nhiệt độ van hằng nhiệt mở là 800C, dung tích bình chứa 7,8lít. Quạt của hệ thống làm mát được điều khiển bằng khớp chất lỏng ba giai đoạn. Van hằng nhiệt có van đi tắt được đặt ở phía đầu ra của két nước.
Hình 3-10 Hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE 1: Két nước; 2:Van hằng nhiệt; 3: Đường nước đến cổ họng gió; 4: Đường nước về 3.2.7. 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: 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. 3.2.8. 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 mạch bán dẫn dùng transitor. Hệ thống đánh lửa điện tử luôn luôn gắn liền với hệ thống phun nhiên liệu, nó điều khiển tia lửa, góc đánh lửa luôn phù hợp với góc phun của nhiên liệu nhờ các cảm biến để thực hiện quá trình đốt cháy tốt hơn và nhiên liệu được cháy hoàn toàn, ít tốn nhiên liệu, tăng công suất động cơ, chất thải ít độc hại.
Hình 3-11 Sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ 1TR-FE 1: Cầu chì dòng cao; 2: Khóa điện; 3: Cầu chì; 4: Cuộn đánh lửa số 1; 5: Cuộn đánh lửa số 2; 6: Cuộn đánh lửa số 3; 7: Cuộn đánh lửa số 4; 8: Bọc chống nhiễu; 9: Cảm biến vị trí trục khuỷu; 10: Cảm biến vị trí trục cam; 11: Bộ lọc ồn ECU căn cứ vào tín hiệu nhận được từ cảm biến vị trí trục khuỷu và căn cứ vào góc đánh lửa cơ sở đã ghi sẵn trong bộ nhớ cũng như trong các thông số hiệu chỉnh để xác định góc đánh lửa sớm cho động cơ. Việc tạo ra các tín hiệu dạng xung để cung cấp dòng điện cho cuộn dây đánh lửa được lập trình sẵn để các cuộn dây cung cấp dòng điện trong thời gian định mức trước với giá trị tính toán để đảm bảo cho: Từ thông sinh ra trong các cuộn dây đạt giá trị lớn nhất, đảm bảo cuộn dây đủ năng lượng để đánh lửa. Điều khiển sự phát ra và chấm dứt tia lửa được ECU tính toán sau khi các dữ liệu được nhập vào bởi: + Tốc độ động cơ. + Cảm biến vị trí trục khuỷu. + Cảm biến vị trí trục cam. + Cảm biến nhiệt độ động cơ. + Cảm biến vị trí bướm ga. + Cảm biến vị trí bàn đạp ga. + Cảm biến kích nổ. 3.2.9. 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 3-12 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. 3.2.10. Hệ thống nạp Hệ thống nạp dùng một bộ điều áp để điều chỉnh điện mà nó tạo ra bỡi sự quay của cuộn dây rôto và nạp điện vào ắc quy.
Hình 3-13 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 4. Tính toán nhiệt 4.1. Tính toán nhiệt khi động dùng xăng. 4.1.1. Các số liệu ban đầu Bảng 4-1 Thông số ban đầu Tên thông số  Ký hiệu  Thứ nguyên  Giá trị   Công suất có ích  Ne  Kw  98,624   Tỷ số nén  (   9,8   Số vòng quay  n  Vòng/ phút  5600   Đường kính xi lanh  D  mm  86   Hành trình piston  S  mm  86   Số xi lanh  i   4   Số kỳ  (   4   Góc mở sớm xupáp nạp  (1  Độ  520~00   Góc đóng muộn xupáp nạp  (2  Độ  120~640   Góc mở sớm xupáp thải  (3  Độ  440   Góc đóng muộn xupáp thải  (4  Độ  80   4.1.2. Các thông số chọn Bảng 4-2 Thông số chọn Tên thông số  Ký hiệu  Thứ nguyên  Giá trị   Áp suất khí nạp  Pk  MN/m2  0,1   Nhiệt độ khí nạp  Tk  K  298   Hệ số dư lượng không khí  (   1   Áp suất cuối kỳ nạp  Pa