Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây ngành công nghiệp chế tạo ô tô đang trên đà phát triển mạnh mẽ, đặc biệt cùng với việc ứng dụng khoa học kỹ thuật công nghệ vào trong ngành đã đưa ngành công nghiệp chế tạo ô tô hoà nhập cùng với tốc độ phát triển của sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Do điều kiện kinh tế ngày càng nâng cao nên xe VIOS là loại xe do hãng TOYOTA chế tạo được đưa vào nước ta trong những năm gần đây để phục vụ nhu cầu đi lại của người dân, đặc biệt là người dân sống ở khu vực thành thị. Vì vậy việc tìm hiểu về tính năng kỹ thuật của xe, cụ thể là hệ thống nạp - thải là hết sức cần thiết đối với một sinh viên thuộc chuyên ngành động lực. Do đó em đã chọn đề tài “Khảo sát hệ thống nạp - thải trên động cơ 1NZ-FE " lắp trên xe VIOS. Đây là một cơ hội vô cùng thuận lợi để em củng cố những kiến thức cơ bản về hệ thống nạp thải trên động cơ nói chung, đồng thời trên cơ sở đó tìm hiểu những đặc điểm mới về kết cấu của hệ thống nạp - thải trên một động cơ mới được phát triển trong thời gian gần đây. Hệ thống nạp - thải đóng vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp hoà khí cho chu trình làm việc của động cơ cũng như đưa sản phẩm cháy trong mỗi chu trình ra ngoài, đảm bảo yêu cầu nạp đầy và thải sạch của động cơ. Nó có ảnh hưởng rất lớn đến công suất động cơ và mức độ ô nhiễm môi trường do khí thải của động cơ. Vì vậy yêu cầu khi nghiên cứu về hệ thống nạp - thải là phải đặt nó trong mối quan hệ với các hệ thống khác của động cơ. Thực hiện đề tài này đòi hỏi sinh viên ngoài kiến thức về chuyên ngành còn phải có kỹ năng tìm kiếm những nguồn tài liệu mới, đặc biệt cần khai thác mạng thông tin toàn cầu internet. Bên cạnh đó cần trau dồi thêm khả năng ngoại ngữ chuyên ngành động cơ và ôtô. Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, 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 giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn 1 Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn NGUYỄN QUANG TRUNG, các thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí Giao Thông cùng tất cả các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Đà nẵng ngày 28 tháng 5 năm 2009 Sinh viên thực hiện PHAN MINH TRUNG 2 Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 Bảng 2-2 Động cơ 20 2.1.Đặc điểm kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ 1NZ-FE 21 3. Khảo sát hệ thống nạp – thải động cơ 1NZ-FE 30 Hình 3-16 Sơ đồ hiệu chỉnh phun nhiên liệu theo nồng độ oxy 43 Hình 3-17 Kết cấu cảm biến oxy 44 4.3.Tính toán các chu trình công tác 55 5. Kiểm tra bảo dưỡng các cụm chi tiết trong hệ thống nạp-thải động cơ 1NZ- FE 64 KẾT LUẬN 68 3 Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE 1.Tổng quan về hệ thống nạp thải Hệ thống nạp thải có nhiệm vụ đưa hỗn hợp không khí- nhiên liệu vào buồng cháy để thực hiện quá trình cháy của động cơ, đồng thời đưa sản phẩm cháy từ buồng cháy thoát ra ngoài. Hệ thống nạp thải phải đảm bảo cung cấp đủ lượng hỗn hợp có thành phần hoà khí thích hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ, thải sạch sản phẩm cháy ra ngoài trong quá trình thải, sao cho hiệu suất động cơ là lớn nhất và giảm ô nhiễm môi trường, giảm tiếng ồn. 1.1 Hệ thống nạp thải động cơ xăng 1 2 3 4 5 6 Hình1-1 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải 1-Bộ lọc không khí; 2-Cổ họng gió; 3- Bộ góp nạp; 4-Bộ góp thải; 5-Bộ xử lý khí thải; 6-Bộ giảm âm. Không khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc không khí đến cổ họng gió, ở động cơ dùng bộ chế hòa thì hòa khí được hình thành tại đây nhờ độ chân không tại họng, từ đây không khí đến bộ góp nạp và đi vào buồng đốt. Sau khi hòa 4 Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE khí được đốt cháy, khí thải được dẫn vào đường ống thải tới bộ góp thải đi vào bộ xúc tác ba chức năng tại đây khí thải độc hại được khử thành các chất vô hại rồi theo ống dẫn khí thải qua bộ giảm âm thoát ra ngoài môi trường. Mỗi cụm chi tiết trong hệ thống nạp thải đều có một vai trò quang trọng trong việc đưa một lượng không khí sạch cần thiết vào trong buồng đốt động cơ và dẫn lượng khí thải đã xỷ lý ra ngoài môi trường. 1.1.1 Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí Hình 1-2 Sơ đồ đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí 1-Bướm ga; 2-Đường ống nhiên liệu; 3-Van kim; 4-Buồng phao; 5-Phao; 6-Ziclơ; 7-Đường ống nạp; 8-Vòi phun; 9-Họng; Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc vào đường ống nạp (7) qua họng (9) của bộ chế hoà khí, họng (9) làm cho đường ống bị thắt lại vì vậy tạo nên độ chân không khi không khí đi qua họng. Chỗ tiết diện lưu thông nhỏ nhất của họng là nơi có độ chân không nhỏ nhất. Vòi phun (8) được đặt tại tiết diện lưu thông nhỏ nhất của họng. Nhiên liệu từ buồng phao (4) qua ziclơ (6) được dẫn động tới vòi phun. Nhờ có độ chân không ở họng nhiên liệu được hút khỏi vòi phun và được xé thành những hạt sương mù nhỏ hỗn hợp với dòng không khí đi qua họng vào động cơ. Để bộ chế hoà khí làm việc chính xác thì nhiên liệu trong buồng phao 5 Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE luôn luôn ở mức cố định vì vậy trong buồng phao có đặt phao (5). Nếu mức nhiên liệu trong buồng phao hạ xuống thì phao (5) cũng hạ theo, van kim (3) rời khỏi đế van làm cho nhiên liệu từ đường ống (2) đi vào buồng phao. Phía sau họng còn có bướm ga (1) dùng để điều chỉnh số lượng hỗn hợp đưa vào động cơ. 1.1.2 Đường nạp động cơ phun xăng điện tử 4 5 3 21 6 Hình 1-3 Sơ đồ đường nạp động cơ phun xăng điện tử 1-Bộ lọc khí; 2-Cảm biến MAF; 3-Bướm ga; 4-Cổ họng gió; 5-Cảm biến vị trí bướm ga; 6-Đường ống nạp Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc, tín hiệu lưu lượng nhiệt độ khí nạp được truyền về ECU thông qua cảm biến MAF, từ đó ECU sẽ tính toán và định lượng phun cho phù hợp, sau đó dòng khí nạp tới cổ họng gió. Đây là thiết bị kiểm soát lượng không khí cho các động cơ dùng bộ chế hòa khí và phun nhiên liệu. Lượng không khí đi vào động cơ được điều tiết bởi độ mở của bướm ga. 6 Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE 1 2 ECU Caïc tên hiãûu khaïc nhau 5 2 3 4 1 Hình 1-4 Cổ họng gió 1- Bướm ga; 2- Cổ họng gió; 3-Cảm biến vị trí bướm ga; 4-Môtơ điều khiển bướm ga; 5-Cảm biến vị trí bàn đạp ga Trước đây góc mở bướm ga được điều khiển bằng cơ học thông qua các cơ cấu cơ khí nối từ bàn đạp ga đến bướm ga, hiện nay điều này đã được thay thế bằng hệ thống điều khiển bằng điện tử hiện đại. Dòng khí nạp từ cổ gió đi vào bộ góp nạp sau đó phân ra các nhánh đi vào xylanh động cơ Ở các động cơ hiện đại ngày nay hình dạng đường ống nạp đã được thiết kế cải tiến nhằm lợi dụng lực quán tính lưu động của dòng khí nạp để nạp thêm, những vật liệu mới như nhựa tổng hợp, sợi cacbon cho phép tạo dáng đường nạp có hệ số cản nhỏ, kích thước gọn nhẹ mà độ cách nhiệt cao hơn vật liệu kim loại. Hình 1-5 Bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc 1- Đường ống nạp; 2- Buồng tích áp Nguyên lý làm việc của bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc là dựa vào hình dạng thiết kế đặc biệt dạng xoắn ốc của đường nạp để tạo ra hiệu ứng lưu động dòng khí nạp. Từ đó làm tăng lượng khí nạp thêm vào xylanh động cơ ở kỳ nạp. Ngoài ra một số bộ góp nạp còn có đường nạp được phân khúc- khi động cơ chạy ở tốc độ thấp, đường nạp dài; khi động cơ chạy ở tốc độ cao, đường nạp ngắn nhờ sự đóng mở của van biến thiên đường nạp. 7 Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE Hình 1-6 Bộ góp nạp có đường nạp biến thiên. a) Van biến biến thiên đường nạp đóng; b) Van biến biến thiên đường nạp mở 1 - Buồng tích áp; 2 - Van biến thiên đường nạp. Nguyên lý làm việc của bộ góp nạp có chiều dài đường nạp biến thiên Khi tốc độ động cơ nhỏ, van biến thiên đường nạp đóng. Ở điều kiện này, chiều dài khoảng tác động của đường nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp là đường nạp dài, với tác dụng của lực quán tính khí nạp, lượng không khí nạp được tăng lên, mô-men xoắn của động cơ cũng tăng lên ở vòng quay từ thấp đến trung bình. Khi tốc độ động cơ lớn, van biến thiên đường nạp mở. Ở điều kiện này, chiều dài khoảng tác động đường nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp là đường nạp ngắn ( như hình-a). Lực quán tính khí nạp đã đạt được ở tốc độ động cơ cao nên cổ nạp ngắn lại làm tăng lượng khí nạp vào trong xilanh và mô-men xoắn của động cơ cũng tăng lên theo ở tốc độ cao. 1.1.3 Đường thải động cơ xăng 3 1 2 4 5 ECU Hình 1-7 Sơ đồ đường thải động cơ xăng 1- Đường ống thải; 2- Cảm biến oxy chính ;3- Bộ xúc tác 3 chức năng 8 Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE 4- Cảm biến oxy phụ; 5- Bộ giảm âm Đường ống thải của động cơ có nhiệm vụ đưa khí cháy từ buồng cháy ra ngoài môi trường qua đó tạo điều kiện cho việc nạp đầy môi chất mới vào trong xilanh động cơ. Bên cạnh đó đường ống thải của động cơ cũng cần đảm bảo cho việc khí xả thoát ra ngoài môi trường ít gây ô nhiễm môi trường. Trên đường thải của động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí không được trang bị bộ lọc khí thải 3 thành phần (TWC) và cảm biến oxy, chỉ ở động cơ phun xăng điện tử mới trang bị TWC, vì nó chỉ có thể hoạt động có hiệu quả khi đi kèm với hệ thống thông tin phản hồi về hỗn hợp không khí-nhiên liệu bằng cách theo dõi lượng oxy trong khí thải bỡi cảm biến oxy đặt trên đường ống thải. Ở một số xe đời mới có trang bị 2 cảm biến oxy, cảm biến oxy chính dùng để xác định nồng độ oxy trong khí thải, gửi tín hiệu điện về ECU xử lý để định lượng nhiên liệu phun thích hợp. Các hư hỏng của bộ lọc khí thải có thể phát hiện bằng cách so sánh tín hiệu của hai cảm biến oxy chính và phụ. 1.1.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ xăng Đối với động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí do đặc điểm hòa khí được hình thành ngoài buồng cháy, tại họng khuếch tán nhờ độ chân không tai họng, do vậy hòa khí hình thành chưa được đồng nhất, để tạo điều kiện cho không khí và nhiên liệu hòa trộn tốt hơn thì nhiệt độ cao của dòng khí thải đã được tận dụng để sấy nóng dòng khí nạp bằng cách bố trí đường nạp và thải sen kẻ nhau. 3 2 1 Hình 1-8 Sơ đồ bố trí đường nạp và thải cùng phía sen kẻ 1-Nắp máy ;2- Đường thải ;3- Đường nạp Hoặc có thể bố trí đường nạp và thải về hai phía, ở trường hợp này nhiệt độ của nước làm mát động cơ được sử dụng để gia nhiệt cho dòng khí nạp. 9 Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE 3 2 1 Hình 1-9 Sơ đồ bố trí đường nạp và thải khác phía 1- Nắp máy; 2- Đường thải; 3- Đường nạp Còn đối với động cơ phun xăng điện tử, hòa khí được hình thành rất tốt nhờ kim phun, đường nạp chỉ có nhiệm vụ nạp không khí vào buồng đốt nên để tránh sự truyền nhiệt từ nắp máy và dòng khí thải, đường ống nạp được làm bằng nhựa cách nhiệt rất tốt và đường nap-thải được bố trí về hai phía khác nhau. 1.2 Hệ thống nạp thải động cơ diezen 5 3 2 1 4 Hình 1-10 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ diezen 1-Bộ lọc không khí ; 2-Đường ống nạp; 3-Đường ống thải; 4-Bộ xúc tác; 5-Bộ giảm âm 1.2.1 Đường nạp động cơ diezen 1 2 3 10 [...]... c 1NZ-FE Hỡnh 2-5 Thõn mỏy 1- ng tõm trc khuu; 2- ng tõm cỏc xi lanh; A- Phớa u ng c; B- Phớa ng thi; C- Phớa ng hỳt 2.1.3 C cu phõn phi khớ 24 Kho sỏt h thng np-thi trờn ng c 1NZ-FE Hỡnh 2-6 S b trớ c cu phõn phi khớ 1-Tay cng xớch; 2-Thit b kộo cng; 3- B iu khin phi khớ (VVT-i); 4-Xớch dn ng trc cam; 5-Trc cam np; 6-Trc cam thi; 7-B phn dn hng xớch Thụng thng thi im phi khớ c c nh nhng ng c 1NZ-FE. .. h thng np-thi trờn ng c 1NZ-FE ng kớnh thõn(mm) 5 5 2.1.4 H thng bụi trn Hỡnh 2-8 S h thng bụi trn H thng bụi trn cú nhim v a u n bụi trn cỏc b mt ma sỏt, lm gim tn tht ma sỏt, lm mỏt trc, ty ra cỏc b mt ma sỏt v bao kớn khe h gia piston vi xylanh, gia xecmng vi piston, ngoi ra trong ng c 1NZ-FE du bụi trn cũn tham gia iu khin thi im trc cam Loi du bụi trn s dng trờn ng c 1NZ-FE l loi du API SM,... 3- Cụng tc khoỏ in; 4- R le ct dũng; 5- Cụng tc s khụng; 6- ECU ng c; 7- R le mỏy khi ng; a-Tớn hiu tc ng c v tớn hiu nc lm mỏt 3 Kho sỏt h thng np thi ng c 1NZ-FE 3.1 S nguyờn lý h thng np-thi ng c 1NZ-FE 30 Kho sỏt h thng np-thi trờn ng c 1NZ-FE 4 2 3 6 1 5 7 19 17 18 16 15 8 9 10 11 13 14 12 Hỡnh 3-1 S h thng np - thi 1-B lc khụng khớ; 2-Cm bin lu lng khớ np; 3- Cm bin nhit khớ np; 4- Mụ t bc;... ~ 530 BTDC 520 ~ -80 ABDC 420 BTDC 20 ABDC 5W-30 2.1.c im kt cu cỏc cm chi tit chớnh ca ng c 1NZ-FE 2.1.1.C cu trc khuu-thanh truyn-piston a) Trc khuu Hỡnh 2-1 Trc khuu 1- u trc khuu ; 2- Rotor cm bin v trớ trc khuu ; 3- L dn du bụi trn ; 4- C trc ;5- Cht khuu ; 6- i trng; 7- uụi trc khuu Trc khuu ca ng c 1NZ-FE c ch to gm mt khi lin, vt liu ch to bng thộp cacbon, cỏc b mt gia cụng t búng cao, cú... cú dng hỡnh ụvan ng kớnh v b rng ca cht khuu v c trc chớnh c gim gim khi lng b) Thanh truyn 21 Kho sỏt h thng np-thi trờn ng c 1NZ-FE Hỡnh 2-2 Thanh truyn 1- Np u to thanh truyn; 2- Bu lụng thanh truyn; 3- Thõn thanh truyn; 4- u nh thanh truyn Tit din thanh truyn ca ng c 1NZ-FE cú dng ch I u nh thanh truyn cú dng hỡnh tr rng v c lp t do vi cht piston u to thanh truyn c ct thnh hai na phn trờn ni lin... ra + H thng kim soỏt thi hi xng 13 Kho sỏt h thng np-thi trờn ng c 1NZ-FE H thng kim soỏt thi hi xng l mt h thng tm thi hp th hi nhiờn liu vo b lc than hot tớnh v dn nú vo ng c t chỏy, nh vy m khụng cho nhiờn liu bay hi t thựng nhiờn liu lt ra ngoi khớ quyn gõy ụ nhim mụi trng Cỏc h thng ph tr ny s c tỡm hiu k hn phn kho sỏt ng c 1NZ-FE 1.4 c im quỏ trỡnh np-thi trong ng c t trong Hai quỏ trỡnh np... trờn ton b bung chỏy >1 nhm gim lng CO v NO X - Lp thờm mt h thng van v ng ng m bo cho ng c hot ng tt ch khụng ti cng bc, khụng gõy ụ nhim mụi trng khi hot ng ch ny 2 Gii thiu chung v ng c 1NZ-FE ng c 1NZ-FE c lp trờn xe Toyota Vios Xe Toyota Vios l loi xe du lch 5 ch ngi vi ba loi Vios Limo, Vios 1.5E (s dng hp s thng C50) v Vios 1.5G (s dng hp s t ng U340E) Kh nng gim xúc, chng rung tt, h thng... nhit n nh, thớch hp mi iu kin lm vic ca ng c ng c 1NZ-FE cú h thng lm mỏt bng nc kiu kớn, tun hon theo ỏp sut cng bc trong ú bm nc to ỏp lc y nc lu thụng vũng quanh ng c H thng bao gm: ỏo nc xi lanh, np mỏy, kột nc, bm nc, van hng nhit, qut giú v cỏc ng ng dn nc Nu nhit nc lm mỏt vt quỏ nhit cho phộp thỡ van hng 26 Kho sỏt h thng np-thi trờn ng c 1NZ-FE nhit s m lu thụng nc lm mỏt i qua kột nc ... cho nc t ng c qua kột lm mỏt, ti õy nc s c lm mỏt bng giú ri v li bm Nh vy nc s c tun hon cng bc trong quỏ trỡnh lm vic ca ng c 2.1.6 H thng ỏnh la 27 Kho sỏt h thng np-thi trờn ng c 1NZ-FE Hỡnh 2-10 S h thng ỏnh la ng c 1NZ-FE trang b h thng ỏnh la trc tip iu khin bng in t H thng ỏnh la trc tip khụng s dng b chia in giỳp cho thi im ỏnh la c chớnh xỏc, gim s st th in ỏp v cú tin cy cao mi xylanh c... 1460mm 2550 mm 1480 mm 150 mm Bng 2-2 ng c Loi ng c Kiu Dung tớch cụng tỏc ng kớnh xy lanh D Hnh trỡnh piston S T s nộn Cụng sut ti a 1NZ-FE 4 xilanh thng hng, 16 van, cam kộp DOHC cú VVT-I, dn ng xớch 1497 cm3 75 mm 84,7 mm 10,5 81Kw/6000 rpm 20 Kho sỏt h thng np-thi trờn ng c 1NZ-FE Mụ men xon ti a H thng phun nhiờn liu Ch s Octan ca nhiờn liu RON C cu phi khớ Thi Np M im úng phi X M khớ úng Cht lng du . dưỡng các cụm chi tiết trong hệ thống nạp-thải động cơ 1NZ- FE 64 KẾT LUẬN 68 3 Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE 1.Tổng quan về hệ thống nạp thải Hệ thống nạp thải có nhiệm vụ đưa. lượng khí độc hại NOx sinh ra. + Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng 13 Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng là một hệ thống tạm thời hấp thụ hơi nhiên liệu. 19 Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE - Cải thiện chất lượng hình thành hoà khí . - Giảm công suất tổn hao ma sát và dẫn động các cơ cấu phụ của động cơ. - Tối ưu hoá quá trình đánh