941 8chuong iii 55m2q 20130111020258

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

CHƯƠNG III
CÁC HỆ THỐNG CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ
3.1 Hệ thống làm mát
3.1.1 Nhiệm vụ hệ thống làm mát:
Khi động cơ làm việc, các chi tiết của động cơ nhất là các chi tiết trong
buồng cháy tiếp xúc với khí cháy nên có nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ đỉnh pít
tơng có thể đến 6000C cịn nhiệt độ xu páp thải có thể lên đến 9000C. Nhiệt
độ các chi tiết cao có thể dẫn đến các tác hại đối với các động cơ như:
- Giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ các chi tiết
- Bó kẹt giữa các cặp chi tiết chuyển động như pít tơng– xy lanh, trục
khuỷu- bạc lót…
- Giảm hệ số nạp nên giảm cơng suất động cơ
- Kích nổ trong động cơ
Hệ thống làm mát có tác dụng tản nhiệt khỏi các chi tiết, giữ cho nhiệt độ
của các chi tiết không vượt quá giới hạn cho phép và do đó bảo đảm điều
kiện làm việc của động cơ.
Tuy nhiên nếu cường độ làm mát lớn quá, nhiệt độ các chi tiết thấp dẫn
đến hiện tượng hơi nhiên liệu ngưng tụ và đọng bám trên bề mặt các chi tiết,
rửa trôi dầu bôi trơn nên các chi tiết bị mài mịn dữ dội. Đồng thời độ nhớt
của dầu bơi trơn thấp nên ma sát giữa các chi tiết chuyển động tăng.
3.1.2 Các chi tiết chính:
Trên động cơ Toyota 7M- GTE sử dụng hệ thống làm mát bằng nước lưu
thông tuần hồn cưỡng bức nhờ bơm nước có các chi tiết chính trên hình 3.1
Trong hệ thống này tốc độ lưu động của nước chủ yếu do bơm quyết định.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát bằng nước của động cơ Toyota 7M-GE
được giới thiệu trên hình 3.1
21

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Hình 3.1: Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hồn kín một vịng
1.Thân máy; 2.Nắp xy lanh; 3. Đường nước ra khỏi động cơ; 4. Ống dẫn bọt nước; 5.Van
hằng nhiệt; 6.Nắp rót nước; 7.Két làm mát; 8.Quạt gió; 9.puly; 10. Ống nước nối tắt về
bơm; 11. Đường nước vào động cơ; 12.Bơm nước; 13.Két làm mát dầu; 14. Ống phân
phối nước.

a. Bơm nước và quạt gió :
Bơm nước trên hệ thống làm mát của động cơ là bơm ly tâm có nhiệm
vụ cung cấp nước tuần hoàn cưỡng bức trong hệ thống làm mát của động cơ.
Được dẫn động bằng đai từ trục khuỷu động cơ.
Quạt gió có nhiệm vụ tạo ra dịng khí hút đi qua két nước để tăng hiệu
quả làm nguội nước nóng sau khi đã làm mát cho động cơ. Quạt gió được
lắp trên đầu phía trước của trục bơm nước. Các cánh quạt được chế tạo bằng
thép lá. Để nâng cao năng suất và tạo hướng cho dịng khí vành quạt gió có
hom khí.
b. Két nước làm mát :

22


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Két nước là thiết bị trao đổi nhiệt dùng để truyền nhiệt từ nước làm mát
cho dịng khơng khí chuyển động qua.
Két làm măt nước của động cơ Toyota 7M- GTE được giới thiệu trên
hình 3.2

Hình 3.2: Két nước làm mát

1. Nắp két nước ; 2. Ống nước hồi ; 3. Ống nước đi.

Két nước làm mát bao gồm các ống dẫn bằng đồng đỏ. Các ống này
được hàn với các cánh tản nhiệt hình gợn sóng nhằm tăng tiết diện tiếp xúc
với khơng khí để tăng khả năng toả nhiệt của két làm mát. Ngăn trên có
miệng đổ nước và được đậy bằng nắp..
Nắp két nước có 2 van: van xả (1) có tác dụng giảm áp khi áp suất trong
hệ thống cao (khoảng 1,15

1.25 kG/cm2) do bọt hơi sinh ra trong hệ

thống, nhất là khi động cơ q nóng. Cịn van hút (2) sẽ mở để bổ sung
khơng khí khi áp suất chân khơng trong hệ thống lớn hơn giá trị cho phép
(khoảng 0,05 0,1 kG/cm2).
Nắp két nước của động cơ Toyota 7M- GTE được giới thiệu trên hình 3.3

23


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Hình 3.3: Nắp két nước
1.Van xả; 2.Van hút.

c. Van hằng nhiệt :
Van hằng nhiệt có nhiệm vụ rút ngắn thời gian sấy nóng khi động cơ bắt
đầu khởi động và tự động duy trì chế độ nhiệt của động cơ trong giới hạn
cho phép.
Van hằng nhiệt của động cơ Toyota 7M- GTE được giới thiệu trên hình 3.4

Hình 3.4: Sơ đồ van hằng nhiệt
1.Hộp xếp; 2. Đường về bơm; 3.Van về bơm; 4.Van ra két,
5.Đường ra két; 6. Đường nước nóng đến từ động cơ; 7.Thân van.

Trên hệ thống làm mát của động cơ sử dụng van hằng nhiệt với chất giãn
nở là hỗn hợp gồm 30% rượu Etylic và 70% nước cất.

24


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn 750C, hỗn hợp chất lỏng trong hộp
(1) chưa bị giãn nở, van đóng (4) và nước sẽ đi qua đường dẫn (2) trở về
bơm mà không qua két làm mát.
Khi nhiệt độ nước tăng cao hơn 750C, hỗn hợp chất lỏng trong hộp giãn
nở, áp suất tăng nên đẩy cán lên làm mở van (4) và nước theo đường ống
đến két làm mát.
Khi nhiệt độ nước băng 900c thì van được mở hồn tồn.
3.2 Hệ thống bơi trơn
3.2.1 Nhiệm vụ hệ thống bơi trơn :
Hệ thống bơi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt làm việc
của các chi tiết để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ
cũng như tăng tuổi thọ của các chi tiết.
Dầu bơi trơn có nhiều cơng dụng trong đó một số cơng dụng quan trọng
nhất của dầu bơi trơn là:
- Bơi trơn các bề mặt có chuyển động trượt giữa các chi tiết nhằm giảm ma
sát do đó giảm mài mịn tăng tuổi thọ các chi tiết.
- Rửa sạch bề mặt ma sát của các chi tiết. Trên bề mặt ma sát trong quá

trình làm việc thường có các vẩy rắn tróc ra khỏi bề mặt. Dầu bơi trơn sẽ
cuốn trơi các vảy tróc, sau đó được giữ lại trong các phần tử lọc của hệ
thống bôi trơn, tránh cho bề mặt ma sát bị cào xước.
- Làm mát một số chi tiết.
- Bao kín khe hở giữa các chi tiết như cặp pít tơng – xy lanh – xéc măng để
giảm lọt khí.
Động cơ Toyota 7M- GTE sử dụng phương pháp bôi trơn cưỡng bức.
Dầu trong hệ thống bôi trơn được bơm đẩy đến các bề mặt ma sát với áp suất
nhất định, do đó hồn tồn có thể đủ lưu lượng để bảo đảm bôi trơn làm mát
và tẩy rửa các bề mặt ma sát.
25


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Sơ dồ cấu tạo HT bôi trơn của động cơ Toyota 7M- GTE được giới thiệu
trên hình 3.5.

Hình 3.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống bôi trơn
1.Cốc lọc; 2.Két làm mát dầu ; 3.Bơm dầu ; 4. Lưới lọc

3.2.2 Nguyên lý làm việc:
Dầu trong các te dầu được hút vào bơm qua phao hút dầu. Phao hút dầu
có lưới chắn để lọc sơ bộ những tạp chất có kích thước lớn. Dầu được bơm
đẩy qua két làm mát dầu (2), tại đây dầu được làm mát rồi tiếp tục đến
đường dầu chính, rồi đến cốc lọc, dầu theo các nhánh đi bơi trơn trục khuỷu
sau đó lên bơi trơn đầu to thanh truyền, chốt pít tơng, và đi bơi trơn trục
cam.
3.2.3 các chi tiết chính :
a. Bơm dầu :

Bơm dầu có nhiệm vụ cung cấp dầu dưới áp suất cao vào đường dầu
chính của động cơ và đến két làm mát.
Hệ thống bôi trơn của động cơ Toyota 7M- GTE sử dụng cặp bơm bánh
răng ăn khớp ngoài được bố trí bên trong vỏ bơm.
Bơm dầu của động cơ Toyota 7M- GTE được giới thiệu trên hình 3.6.

26


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Hình 3.6: Bơm bánh răng ăn khớp ngồi

b. Bầu lọc dầu:
Bầu lọc dầu có nhiệm vụ lọc sạch các tạp chất cơ học do sự mài mòn cơ
học các chi tiết của động cơ, các loại bụi từ khơng khí lẫn vào các sản vật
cháy có chứa trong dầu. Hệ thống bơi trơn của động cơ Toyota 7M- GTE sử
dụng bầu lọc thô. Kiểu bầu lọc được dùng là kiểu bầu lọc cơ khí loại bầu lọc
thấm dùng tấm kim loại.
Cấu tạo bầu lọc dầu của động cơ toyota 7M- GTE được giới thiệu trên
hình 3.7.

Hình 3.7: Bầu lọc dầu thấm dùng tấm kim loại
1.Nắp bầu lọc; 2. Đường dầu ra; 3.Thân bầu lọc; 4. Đường dầu vào;
5.Phiến lọc; 6.Phiến gạt; 7.Phiến cách; 8. Trục của lưới lọc.

Bầu lọc có lõi lọc gồm các phiến kim loại dập (5) và (7) sắp xếp xen kẽ
nhau tạo thành khe lọc có kích thước bằng chiều dày của phiến cách (7)
27

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

(khoảng 0,07  0,08mm). Các phiến gạt cặn (6) có cùng chiều dày với
phiến cách (7) và được lắp với nhau trên một trục cố định trên nắp bầu lọc.
Còn các tấm (5) và (7) được lắp trên trục (8) có tiết diện vng và có tay vặn
nên có thể xoay được. Dầu bẩn theo đường dầu (4) vào bầu lọc, đi qua các
khe hở giữa các tấm (5) để lại các cặn bẩn có kích thước lớn hơn khe hở rồi
theo đường dầu (2) ra đi bôi trơn.Khi xoay tay vặn của trục (8), lõi lọc quay
theo nên các phiến gạt (6) sẽ gạt cặn bẩn bám bên ngoài lõi lọc tránh cho lõi
lọc bị tắc.
c. Két làm mát dầu:
Ở chế độ nhiệt làm việc ổn định của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn
cần nằm trong giới hạn 80  900C. Nhưng trong sử dụng do nhiệt độ của
môi trường tương đối cao, do động cơ thường phải làm việc ở những chế độ
phụ tải cao trong thời gian dài , nhiệt độ của dầu bôi trơn sẽ vượt quá giới
hạn cho phép và do đó cần được làm mát trong két làm mát dầu. Trên hệ
thống bôi trơn của động cơ sử dụng két làm mát dầu kiểu ống được làm mát
bằng khơng khí, bố trí trước két nước của động cơ.
d. Đồng hồ đo áp suất dầu:
Đồng hồ áp suất dầu nối với đường dầu chính để kiểm tra tình hình hoạt
động của hệ thống.
3.3 Hệ thống đánh lửa
3.3.1 Nhiệm vụ hệ thống đánh lửa:
Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ tạo tia lửa điện cao áp từ 12 14 kV để
đốt cháy hồ khí trong động cơ vào cuối kỳ nén. Để giúp cho sự cháy đạt
hiệu quả cao, hệ thống đánh lửa phải đốt cháy hỗn hợp không khí nhiên liệu
ngay tức thì. Thời điểm đánh lửa chính xác được tạo ra vào đúng ngay thời
điểm liên quan đến vị trí của pít tơng. Bộ ECU động cơ nhận các tín hiệu từ
các cảm biến liên quan và điều chỉnh thời điểm đánh lửa.

28


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

3.3.2 Các chi tiết chính:
Sơ đồ hệ thống đánh lửa của động cơ Toyota 7M- GTE được thể hiện
trên hình 3.8.

Hình 3.8: Sơ đồ hệ thống đánh lửa của động cơ Toyota 7M- GTE

Khi động cơ nguội hoặc làm việc ở vùng cao thời điểm đánh lửa được
điều khiển hơi sớm hơn để tối ưu hố đặc tính của động cơ.
3.4 Hệ thống kiểm sốt khí thải
3.4.1 Nhiệm vụ của hệ thống kiểm sốt khí thải:
Hệ thống kiểm sốt khí thải của động cơ bao gồm hệ thống kiểm sốt khí
thốt ra từ các te, hệ thống điều khiển sự bốc hơi nhiên liệu , hệ thống hồi lưu khí
xả và bộ xử lý khí thải. Nhiệm vụ chung của toàn bộ hệ thống là giảm đến mức
tối đa lượng khí độc hại gây ơ nhiễm môi trường như: oxit cacbon, Hidrocacbon,
oxit nitơ , và các chất khí khác .
3.4.2 Các chi tiết chính:
a. Hệ thống kiểm sốt hơi khí thốt từ các te trục khuỷu:
Là hệ thống có nhiệm vụ giảm tối đa lượng hỗn hợp khí từ các te động cơ
thốt ra bầu khí quyển. Khi động cơ hoạt động , khơng khí sạch được đưa từ
29


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

bộ lọc gió vào trong các te trục khuỷu qua ống thông hơi để được hồ trộn

với các khí lọt ở bên trong các te trục khuỷu. Các khí lọt xuống ở bên trong
các te trục khuỷu được rút vào của họng nạp qua van thông hơi PCV
(Positive crankcase ventilation).
Van PCV được thiết kế để điều hịa lượng khí thơng hơi thích hợp ,
piston của van PCV có thể dịch chuyển tương ứng với độ chân không của
họng nạp. Khi động cơ hoạt động ở chế độ tải thấp hay hoạt động ở chế độ
cầm chừng, lượng khí đi qua van PCV được hạn chế để duy trì sự hoạt động
ổn định của động cơ.
Khi động cơ hoạt động ở tải lớn hay toàn tải, lượng khơng khí đi qua van
PVC tăng lên đảm bảo cho q trình thơng hơi trong các te động cơ.
Sơ đồ hệ thống kiểm sốt khí thốt từ các te trục khuỷu của động cơ
Toyota 7M- GTE được giới thiệu trên hình 3.9.

Hình 3.9: sơ đồ hệ thống kiểm sốt khí thốt từ các te trục khuỷu

30


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

b. Hệ thống hồi lưu khí xả EGR (Exhaust gas recirculation valve ):
Hệ thống hồi lưu khí xả có nhiệm vụ giảm lượng ơxit nitơ (NOx) sinh ra
trong q trình cháy thốt ra ngồi mơi trường. Khi nhiệt độ cháy của hỗn
hợp cháy cao, một lượng lớn khí oxit nitơ sẽ được tạo ra ở trong buồng
cháy. Vì vậy hệ thống ERG hồi lại một phần khí xả từ đường ống xả đoạn
lắp trên nắp máy vào trong buồng đốt thông qua họng nạp. Khi khí xả được
trộn lẫn với hỗn hợp cháy thì sự lan truyền ngọn lửa trong buồng đốt bị
chậm lại, bởi vì phần lớn khí xả là trơ khơng cháy được. Nhiệt độ cháy do đó
giảm xuống và làm giảm lượng NOx sinh ra vì khí trơ hấp thụ nhiệt toả ra.
Hệ thống hồi lưu khí xả của động cơ toyota 7M- GTE được giới thiệu

trên hình 3.10.

Hình 3.10: Sơ đồ hệ thống hồi lưu khí xả

31


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

c. Hệ thống kiểm sốt hơi nhiên liệu:
Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu EVAP (Evaporative emission system)
tạm thời hấp thụ hơi nhiên liệu vào bộ lọc than hoạt tính và dẫn nó vào động
cơ để đốt cháy, nhờ thế mà ngăn không cho nhiên liệu bay hơi từ thùng
nhiên liệu lọt ra ngồi khí quyển.
Hoạt động theo nguyên lý: hơi nhiên liệu bốc lên từ bình nhiên liệu (4),
đi qua van một chiều (1) và đi vào bộ lọc than hoạt tính, than sẽ hấp thụ hơi
nhiên liệu lượng hơi được hấp thụ này sẽ được hút vào cửa lọc của họng gió
vào xylanh để đốt cháy khi động cơ đang chạy. Van một chiều (2) và van
chân khơng (3) của nắp bình nhiên liệu được mở ra để hút khơng khí từ bên
ngồi vào bình nhiên liệu khi trong thùng có áp suất chân khơng (do nhiệt độ
bên ngồi thấp).
Trên động cơ Toyota 7M- GTE ECU điều khiển dịng khí bằng cách điều
chỉnh độ mở của van VSV.
Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu trên động cơ toyota 7M- GTE được
giới thiệu trên hình 3.11

Hình 3.11: Hệ thống kiểm sốt hơi nhiên liệu trên động cơ Toyota 7M- GTE
1,5. van một chiều; 2. thùng chứa than hoạt tính;
3.van chân khơng của thùng nhiên liệu; 4.Thùng nhiên liệu.
32

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

3.5 Hệ thống tăng áp
3.5.1 Sự cần thiết phải có tua bin tăng áp:
Cơng suất động cơ được xác định bởi lượng hỗn hợp không khí- nhiên
liệu đốt cháy trong quãng thời gian nhất định. Tức là lượng hỗn hợp khơng
khí- nhiên liệu càng tăng thì cơng suất động cơ càng tăng.
Điều đó có nghĩa là để tăng cơng suất động cơ thì phải tăng dung tích
động cơ hoặc tăng tốc độ của động cơ. Tuy nhiên khi tăng dung tích động cơ
thì trọng lượng cũng tăng lên và các yếu tố như tổn thất do ma sát, rung
động, tiếng ồn lại hạn chế khả năng tăng tốc độ động cơ.
Với tua bin tăng áp đã đáp ứng được cả 2 yêu cầu mâu thuẫn nhau
này: tăng công suất động cơ mà vẫn giữ cho động cơ gọn nhẹ, bằng cách
cung cấp khối lượng hỗn hợp khơng khí- nhiên liệu lớn hơn mà khơng thay
đổi kích thước động cơ.
3.5.2 Nhiệm vụ của tua bin tăng áp:
Tua bin tăng áp có nhiệm vụ nén khơng khí vào xi lanh, với áp suất
cao hơn áp suất khí quyển để tăng cơng suất động cơ.

Hình 3.12: Tua bin tăng áp

33


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

3.5.3 Nguyên lý làm việc của tua bin tăng áp:
Khi động cơ làm việc, tận dụng năng lượng của dịng khí xả để làm

quay bánh tua bin với tốc độ cao. Bánh nén khí được lắp trên cùng 1 trục với
bánh tua bin, nó có tác dụng nén khơng khí vào xi lanh. vì thế, công suất
động cơ được tăng lên.
Van cửa xả và bộ điều khiển có tác dụng ngăn ngừa áp suất nạp tăng
lên quá cao.
Bộ làm mất trung gian để làm giảm nhiệt độ của khơng khí nạp và
tăng hiệu quả nạp.

Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý làm việc của tua bin tăng áp
trên động cơ Toyota 7M- GTE

34


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

3.5.4 Các chi tiết chính:
Các chi tiết chính của tua bin tăng áp trên động cơ Toyota 7M- GTE
(hình 3.14) bao gồm: khoang tua bin, khoang nén khí, khoang trung tâm,
bánh tua bin, bánh nén khí, các ổ trục tự lựa hồn tồn, van cửa xả, bộ chấp
hành.

Hình 3.14: Các chi tiết chính của tua bin tăng áp
trên động cơ Toyota 7M- GTE

a. Bánh tua bin và bánh nén khí (hình 3.15):
Bánh tua bin và bánh nén khí được lắp trên cùng 1 trục. Khi bánh tua
bin quay với tốc độ cao nhờ có áp suất cao của luồng khí xả thì bánh nén khí
cũng quay theo và nén khơng khí vào xi lanh.

35


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Bánh tua bin phải chịu được nhiệt và có độ bền cao vì nó tiếp xúc trực
tiếp với khí xả, quay với tốc độ cao và trở nên rất nóng. Vì vậy nó được làm
bằng hợp kim siêu chịu nhiệt hoặc làm bằng gốm.

Hình 3.14: Bánh tua bin và bánh nén khí

b. Khoang trung tâm ( hình 3.15):
Khoang trung tâm đỡ bánh tua bin và bánh nén khí thơng qua trục của
chúng. Trong khoang trung tâm có đường dẫn dầu để bơi trơn, làm mát cho
trục và các ổ trục.
Nước làm mát động cơ cũng được tuần hoàn qua kênh làm mát trong
khoang trung tâm để nhiệt độ dầu động cơ không bị tăng lên và tránh hủy
hoại dầu.

36


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Hình 3.15: Khoang trung tâm

c. Các ổ trục tự lựa hồn tồn (hình 3.16):
Các bánh tua bin và nén khí chạy với tốc độ đến 100000 v/ph, nên
phải sử dụng các ổ trục tự lựa hoàn toàn để đảm bảo hấp thụ các dung động
của trục và bôi trơn trục. Những ổ trục này được bôi trơn bằng dầu động cơ,

và quay tự do giữa trục và vỏ hộp, nhằm giảm ma sát, cho phép trục quay
với tốc độ cao.

Hình 3.16: Các ổ trục tự lựa
37


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

d. Van cửa xả và bộ chấp hành (hình 3.17):
Van cửa xả được lắp trong khoang tua bin.Khi van này mở thì 1 phần
khí xả sẽ đi qua ống xả, nhờ thế mà giữ ổn định cho áp suất nạp, khi áp suất
nạp đạt đến trị số đã định (khoảng 0,7 kg/cm2). Việc đóng mở van được
kiểm sốt bởi bộ chấp hành.

Hình 3.17: Van cửa xả và bộ chấp hành

38