Đồ án Tốt nghiệp- Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE

MỤC LỤC Mục lục 1 Lời nói đầu 5 1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài 6 2. Giới thiệu về khái quát động cơ 1TR-FE 6 2.1. Giới thiệu chung 6 2.1.1. Trọng lượng và kích thước xe 7 2.1.2. Động cơ 7 2.1.3. Khung xe 8 2.2. Các cơ cấu của động cơ 1TR-FE 9 2.2.1. Piston 12 2.2.2. Thanh truyền 13 2.2.3. Trục khuỷu 13 2.2.4. Cơ cấu phối khí 14 2.3. Các hệ thống của động cơ 1TR-FE 15 2.3.1. Hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE 15 2.3.2. Hệ thống kiểm soát khí xả 16 2.3.3. Hệ thống xả 19 2.3.4. Hệ thống bôi trơn 20 2.3.5. Hệ thống đánh lửa 20 2.3.6. Hệ thống khởi động 22 2.3.7. Hệ thống nạp 23 3. Giới thiệu chung về hệ thống làm mát động cơ 23 3.1. Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát 23 3.1.1. Mục đích của hệ thống làm mát 23 3.1.2. Yêu cầu của hệ thống làm mát 24 3.2. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát 24 3.2.1. Làm mát động cơ và máy nén 24 3.2.2. Làm mát dầu bôi trơn. 25 3.3. Hệ thống làm mát bằng nước 25 3.3.1. Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi 25 3.3.2. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên 27 3.3.3. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức 28 3.3.3.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng 28 3.3.3.2. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng 29 3.3.3.3. Hệ thống làm mát một vòng hở 30 3.3.4. Hệ thống làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao 31 3.3.4.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài 31 3.3.4.2. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và nhiệt của khí thải 32 3.4. Hệ thống làm mát động cơ bằng không khí (gió) 33 3.4.1. Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên 33 3.4.2. Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức 34 4. Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát bằng nước 35 4.1. Kết cấu két làm mát 35 4.2. Kết cấu của bơm nước 39 4.2.1. Bơm ly tâm 39 4.2.2. Bơm piston 41 4.2.3. Bơm bánh răng 41 4.2.4. Bơm cánh hút 42 4.2.5.Bơm guồng 44 4.3. Kết cấu quạt gió 45 4.3.1. Quạt gió dẫn động bằng đai 45 4.3.2. Quạt gió chạy bằng điện 46 4.3.2.1. Khái quát 46 4.3.2.2. Nguyên lý hoạt động 46 4.4. Van hằng nhiệt 47 5. So sánh ưu khuyết điểm của kiểu làm mát bắng nươc và kiểu làm mát bằng không khí 49 6. Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE 50 6.1. Sơ đơ hệ thống làm mát 50 6.2. Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát bằng nước động cơ 1TR-FE 52 6.2.1. Két làm mát 52 6.2.1.1. Công dụng và yêu cầu 52 6.2.1.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc 52 6.2.1.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 53 6.2.2. Nắp két 54 6.2.2.1. Công dụng và yêu cầu 54 6.2.2.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc. 55 6.2.2.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 56 6.2.3. Bơm nước 56 6.2.3.1. Công dụng và yêu cầu 56 6.2.3.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc 56 6.2.3.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 57 6.2.4. Quạt gió dẫn động bằng đai 58 6.2.4.1. Công dụng và yêu cầu 58 6.2.4.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc 59 6.2.4.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 59 6.2.4. Van hằng nhiệt 60 6.2.4.1. Công dụng và yêu cầu 60 6.2.4.2. Kết cấu và nguyên lý hoạt động 60 6.2.4.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 61 6.2.5. Khớp chất lỏng 61 6.2.5.1. Công dung và yêu cầu 61 6.2.5.2. Kết cấu và nguyên lý hoạt động 62 6.2.5.2. Nguyên lý hoạt động 63 6.2.5.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 64 7. Tính toán nhiệt động cơ 1TR-FE 64 7.1. Các số liệu ban đầu 64 7.2. Các thông số chọn 65 7.3. Tính toán các quá trình công tác 66 7.3.1 Tính toán quá trình nạp. 66 7.3.2 Tính toán quá trình nén. 67 7.3.3 Tính toán quá trình cháy 68 7.3.4. Quá trình giãn nở 70 7.3.5. Tính toán các thông số của chu trình công tác 71 7.4. Xây dựng đồ thị công 73 7.4.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén. 73 7.4.2. Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở. 73 7.4.3. Lập bảng tính 74 7.4.4. Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công. 74 7.4.5 Vẽ đồ thị công 75 8. Tính toán hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE 76 8.1. Tổng quan về truyền nhiệt qua vách có cánh 76 8.2. Các thông số của két nước, bơm nước và quạt gió 80 8.3. Xác định lượng nhiệt của động cơ truyền cho nước làm mát. 81 8.4. Tính kiểm nghiệm bơm nước 83 8.5. Tính kiểm nghiệm quạt gió 86 8.6. Tính két giải nhiệt làm mát động cơ 91 8.6.1. Tính các thông số của két nước 91 8.6.2. Xác định lượng nhiệt của két làm mát truyền ra môi trường bên ngoài 93 9. Kết luận 98 Tài liệu tham khảo 99 LỜI NÓI ĐẦU 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. 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. Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE. Phương pháp kiểm tra sửa chữa hệ thống làm mát. Tính toán nhiệt của động cơ 1TR-FE. Vận dụng lý thuyết truyền nhiệt, tính toán kiểm tra nhiệt két làm mát theo các thông số thực tế và rút ra nhận xét. Với mục đích trên đề tài này có ý nghĩa rất lớn đối với sinh viên ngành động lực chúng ta. Thông qua việc làm đề tài này đã góp phần cho sinh viên chúng em củng cố lại các kiến thức đã được học và thực tập, giúp cho sinh viên chúng em cách nghiên cứu, làm việc một cách độc lập. Từ đó, tạo điều kiện thuận lợi cho công việc sau này của người kỹ sư tương lai. 2. Giới thiệu về khái quát động cơ 1TR-FE 2.1. Giới thiệu chung Xe Toyota Innova là loại xe du lịch 8 chỗ ngồi. Xe được trang bị động cơ 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 ả cho mọi hành khách trong xe trên mọi nẻo đường. Toyota Innova có 2 loại: Innova G và Innova J Bảng 2-1 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   2.1.1. Trọng lượng và kích thước xe Bảng 2-2 Loại xe  Innova G  Innova J   Trọng lượng toàn tải  2170 kg  2600 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   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 cm3   Đường kính xy lanh D  86 mm   Hành trình piston S  86 mm   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  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   2.1.3. Khung xe Bảng 2-4 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   2.2. Các cơ cấu của 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. 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.
Hình 2-1 Mặt cắt ngang động cơ 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
Hình 2- 2 Mặt cắt dọc động cơ 1TR-FE 1-Bánh đà; 2-Áo nước; 3-Thanh truyền; 4-Piston; 5-Nắp Máy; 6-Bôbin đánh lửa- 7-dây điện; 8-Trục cam; 9-Lò xo xupap; 10-Xupap; 11-Bugi; 12- Lưới lộc dầu; 13- Cate; 14-Trục khuỷu 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.với các góc phối khí: Bảng 2-5 Nạp  Mở  520~00 BTDC    Đóng  120~640 ABDC   Xả  Mở  440 BTDC    Đóng  80 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 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   2.2.2. Thanh truyền Thanh truyền được đúc bằng thép hợp kim có đường kính đầu to- (52,989 đến (53,002mm.
Hình 2-4 Kết cấu thanh truyền 1-Thân thanh truyền; 2-Bu lông thanh truyền; 3-Nắp đầu to. 2.2.3. Trục khuỷu 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 2-5 Kết cấu trục khuỷu. 1-Rãnh then lắp đĩa xích; 2-Chốt khuỷu; 3-Lỗ dầu; 4-Má khuỷu; 5-Cổ trục chính. 2.2.4. 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 loại con lăn dùng 1 vòng bi kim giúp giảm ma sát, do đó cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu.
Hình 2-6 Kết cấu cò mổ 1-Ổ bi kim; 2-Cò mổ. Cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực duy trì khe hở xu páp luôn bằng “0” nhờ áp lực của dầu và lực lò xo.
Hình 2-7 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 pitton 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. 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 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 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 bóc 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 2-9 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 như 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.
Hình 2-10 Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí xả 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-Van điện từ; 7-Bướm ga; 8-Ống góp nạp; 9-Bộ ổn định áp suất; 10-Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 11-Ống phân phối nhiên liệu; 12-Vòi phun; 13-Cảm biến ôxy; 14-bộ trung hòa khí xả trước; 15-bộ trung hòa khí xả phía sau. 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 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 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 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 2-12 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; 7,8-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. 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 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 nóng mãnh liệt-nhiệt độ đỉnh pittông có thể lên tới 600oC,còn nhiệt độ của nấm xupap có thể lên 900oC. Nhiệt độ của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả xấu như: - Phụ tải nhiệt làm giảm sức bền làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ của các chi tiết máy - Do nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăng tổn thất ma sát. - Có thể gây bó kẹt piston trong cylinder do hiện tượng giản nở nhiệt. - Giảm hệ số nạp. - Đối với động cơ xăng dễ phát sinh hiện tượng cháy kích nổ. Để khắc phục các hậu quả xấu trên.Vì vậy cần thiết phải làm mát động cơ. Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy rồi đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ của các chi tiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội. Động cơ quá nóng sẽ gây ra các hiện tượng như đã nói, còn quá nguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều vì vậy tổn thất nhiệt cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít do đó hiệu suất nhiệt của động cơ thấp, ngoài ra do nhiệt độ động cơ thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn, độ nhớt của dầu bôi trơn tăng, dầu bôi trơn khó lưu động vì vậy làm tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát, ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và công suất động cơ. Động cơ 1TR-FE có hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức. 3.1.2. Yêu cầu của hệ thống làm mát Đối với động cơ 1TR-FE cũng như các động cơ lắp trên xe ô tô khách thì hệ thống làm mát phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - 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(950C và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95÷1150C. - 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 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 trơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ. Khi nước làm mát động cơ đồng thời làm mát luôn cho dầu bôi trơn, nhằm hạ nhiệt độ cho dầu bôi trơn. 3.3. Hệ thống làm mát bằng nước Hệ thống làm mát bằng nước được chia ra nhiều kiểu khác nhau như: làm mát bằng nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu tuần hoàn cưỡng bức và làm mát ở nhiệt độ cao. Mỗi kiểu làm mát đều có những ưu nhược điểm khác nhau và thích hợp cho từng điều kiện làm việc của từng động cơ.