Do an tot nghiep khao sat he thong napthai tren dong co 1nzf rgrbj59bkf 20130110103330 4(fileminimizer)

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 cơng nghiệp hố, hiện đại hố 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 trị rất quan trọng trong việc cung cấp hồ khí cho
chu trình làm việc của động cơ cũng như đưa sản phẩm cháy trong mỗi chu trình ra
ngồi, đảm bảo u 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 địi hỏi sinh viên ngồi kiến thức về chun ngành cịn
phải có kỹ năng tìm kiếm những nguồn tài liệu mới, đặc biệt cần khai thác mạng
thơng tin tồn 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
cịn ít và điều kiện thời gian khơng cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không
tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cơ giáo trong bộ mơn chỉ bảo để đồ

án của em được hồn thiện hơn

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

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 Thơng 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

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

2


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................1
1.Tổng quan về hệ thống nạp thải..........................................................................6
1.1 Hệ thống nạp thải động cơ xăng........................................................................6
1.1.1 Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí.................................................7
1.1.2 Đường nạp động cơ phun xăng điện tử.............................................................8

1.1.3 Đường thải động cơ xăng...............................................................................10
1.1.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ xăng........11
1.2 Hệ thống nạp thải động cơ diezen....................................................................12
1.2.1 Đường nạp động cơ diezen.............................................................................12
1.2.2 Đường thải động cơ diezen.............................................................................13
1.2.3 Đường nạp thải của động cơ diezen tăng áp.................................................13
1.2.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ diezen.....14
1.3. Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải của động cơ đốt trong.............15
1.4. Đặc điểm quá trình nạp-thải trong động cơ đốt trong....................................15
1.4.1. Quá trình nạp................................................................................................16
1.3.2. Quá trình thải................................................................................................20
2. Giới thiệu chung về động cơ 1NZ-FE...............................................................21
2.1. Đặc điểm kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ 1NZ-FE.....................23
2.1.1.Cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền-piston..........................................................23
2.1.2. Nhóm thân máy –nắp máy.............................................................................24
2.1.3. Cơ cấu phân phối khí.....................................................................................26
2.1.4. Hệ thống bôi trơn...........................................................................................27
2.1.5. Hệ thống làm mát..........................................................................................28
2.1.6. Hệ thống đánh lửa.........................................................................................29
2.1.7. Hệ thống nhiên liệu........................................................................................30
2.1.8. Hệ thống khởi động.......................................................................................31
3. Khảo sát hệ thống nạp – thải động cơ 1NZ-FE...............................................32
3.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp-thải động cơ 1NZ-FE.....................................32

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

3


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE

3.2.Đường ống nạp.................................................................................................33
3.2.1. Lọc khơng khí................................................................................................33
3.2.2. Cổ họng gió...................................................................................................33
3.2.3. Bộ góp nạp.....................................................................................................36
3.2.4. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của các cảm biến trên đường nạp. .36
3.3.Đường ống thải.................................................................................................40
3.3.1. Bộ góp thải....................................................................................................41
3.3.2. Bộ xúc tác 3 chức năng kết hợp hệ thống điều khiển hồi tiếp nhiên liệu........41
3.3.3. Bộ giảm âm chính..........................................................................................46
3.4 Kết cấu nắp máy và phương án bố trí đường nạp- thải trên động cơ 1NZ-FE
................................................................................................................................. 47
3.5. Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải động cơ 1NZ-FE.....................47
3.5.1. Hệ thống thông hơi cạc te..............................................................................48
3.5.2. Hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải..............................................................50
3.5.3. Hệ thống kiểm sốt thải hơi xăng..................................................................52
4.Tính tốn các chu trình cơng tác của động cơ 1NZ-FE...................................54
4.1.Các số liệu ban đầu...........................................................................................55
4.2.Các thơng số chọn............................................................................................55
4.3.Tính tốn các chu trình cơng tác.....................................................................56
4.3.1. Q trình nạp................................................................................................56
4.3.2. Q trình nén.................................................................................................58
4.3.3. Q trình cháy...............................................................................................59
4.3.4. Q trình giãn nở..........................................................................................61
4.3.5. Tính tốn các thơng số của chu trình cơng tác..............................................62
4.3.6. Tính tốn các thơng số có ích........................................................................62
5. Kiểm tra bảo dưỡng các cụm chi tiết trong hệ thống nạp-thải động cơ 1NZFE............................................................................................................................ 65
5.1. Những hư hỏng thường gặp...........................................................................65
5.2. Kiểm tra hệ thống thông hơi cạc te.................................................................66
5.3. Kiểm tra hệ thống kiểm soát sự thải hơi xăng................................................67
5.4. Kiểm tra hệ thống hồi lưu khí thải..................................................................67

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

4


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
5.5. Kiểm tra các cảm biến.....................................................................................68
KẾT LUẬN............................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................71

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

5


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 khơng khí- nhiên liệu vào buồng
cháy để thực hiện quá trình cháy của động cơ, đồng thời đưa sản phẩm cháy từ
buồng cháy thốt ra ngồi. Hệ thống nạp thải phải đảm bảo cung cấp đủ lượng hỗn
hợp có thành phần hồ khí thích hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ, thải
sạch sản phẩm cháy ra ngồi trong q 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

Hình1-1 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải
1-Bộ lọc khơng khí; 2-Cổ họng gió; 3- Bộ góp nạp; 4-Bộ góp thải;
5-Bộ xử lý khí thải; 6-Bộ giảm âm.
Khơng khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc khơng khí đến cổ họng

gió, ở động cơ dùng bộ chế hịa thì hịa khí được hình thành tại đây nhờ độ chân
khơng tại họng, từ đây khơng khí đến bộ góp nạp và đi vào buồng đốt. Sau khi hịa
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 vơ hại rồi
theo ống dẫn khí thải qua bộ giảm âm thốt ra ngồi mơi trường.
Mỗi cụm chi tiết trong hệ thống nạp thải đều có một vai trị quang trọng trong việc
đưa một lượng khơng khí sạch cần thiết vào trong buồng đốt động cơ và dẫn lượng
khí thải đã xỷ lý ra ngồi mơi trường.

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

6


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
1.1.1 Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí

Hình 1-2 Sơ đồ đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí
1-Bướm ga; 2-Đường ống nhiên liệu; 3-Van kim; 4-Buồng phao;
5-Phao; 6-Ziclơ; 7-Đường ống nạp; 8-Vịi phun; 9-Họng;
Khơng khí từ khí trời được hút qua bầu lọc vào đường ống nạp (7) qua
họng (9) của bộ chế hồ khí, họng (9) làm cho đường ống bị thắt lại vì vậy tạo nên
độ chân khơng khi khơng khí đi qua họng. Chỗ tiết diện lưu thông nhỏ nhất của
họng là nơi có độ chân khơng nhỏ nhất. Vịi 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 vịi phun. Nhờ có độ chân khơng ở họng nhiên liệu được hút khỏi vòi phun và
được xé thành những hạt sương mù nhỏ hỗn hợp với dịng khơng khí đi qua họng
vào động cơ. Để bộ chế hồ khí làm việc chính xác thì nhiên liệu trong buồng phao
ln ln 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 cịn có
bướm ga (1) dùng để điều chỉnh số lượng hỗn hợp đưa vào động cơ.

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

7


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
1.1.2 Đường nạp động cơ phun xăng điện tử

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
Khơng khí từ khí trời được hút qua bầu lọc, tín hiệu lưu lượng nhiệt độ khí nạp
được truyền về ECU thơng qua cảm biến MAF, từ đó ECU sẽ tính tốn và định
lượng phun cho phù hợp, sau đó dịng khí nạp tới cổ họng gió. Đây là thiết bị kiểm
sốt lượng khơng khí cho các động cơ dùng bộ chế hịa khí và phun nhiên liệu.
Lượng khơng khí đi vào động cơ được điều tiết bởi độ mở của bướm ga.

Hình 1-4 Cổ họng gió
1- Bướm ga; 2- Cổ họng gió; 3-Cảm biến vị trí bướm ga;
4-Mơtơ điều khiển bướm ga; 5-Cảm biến vị trí bàn đạp ga

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

8


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE

Trước đây góc mở bướm ga được điều khiển bằng cơ học thơng 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. Dịng 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 qn tính lưu động của dịng 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
Ngun 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
dịng khí nạp. Từ đó làm tăng lượng khí nạp thêm vào xylanh động cơ ở kỳ nạp.
Ngồi ra một số bộ góp nạp cịn 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.

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.

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

9


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
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 qn tính khí nạp, lượng khơng khí nạp được
tăng lên, mô-men xoắn của động cơ cũng tăng lên ở vịng 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 qn 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 mơ-men xoắn của động cơ
cũng tăng lên theo ở tốc độ cao.
1.1.3 Đường thải động cơ xăng

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
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 ngồi
mơi 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 thốt ra ngồi mơi trường ít gây ô nhiễm môi trường.
Trên đường thải của động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí khơng 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

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

10


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
thông tin phản hồi về hỗn hợp khơng 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 hịa khí do đặc điểm hịa khí được hình
thành ngồi buồng cháy, tại họng khuếch tán nhờ độ chân khơng tai họng, do vậy
hịa khí hình thành chưa được đồng nhất, để tạo điều kiện cho khơng khí và nhiên
liệu hịa trộn tốt hơn thì nhiệt độ cao của dịng khí thải đã được tận dụng để sấy
nóng dịng khí nạp bằng cách bố trí đường nạp và thải sen kẻ nhau.

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 dịng khí nạp.

Hình 1-9 Sơ đồ bố trí đường nạp và thải khác phía
1- Nắp máy; 2- Đường thải; 3- Đường nạp

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

11


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
Còn đối với động cơ phun xăng điện tử, hịa khí được hình thành rất tốt nhờ
kim phun, đường nạp chỉ có nhiệm vụ nạp khơng khí vào buồng đốt nên để tránh sự
truyền nhiệt từ nắp máy và dịng 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

Hình 1-10 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ diezen
1-Bộ lọc khơng 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

Hình 1-11 Sơ đồ đường nạp động cơ diezel có bộ sưỡi khơng khí
1-Bộ sưỡi khơng khí; 2-Ống góp nạp; 3-Đường ống nạp
Khơng khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc khơng khí rồi đến ống góp
nạp, đối với các nước có khí hậu lạnh trên động cơ có hệ thống sưỡi ấm khơng khí
được trước khi vào các xylanh động cơ bằng dây điện trở đặt tại ống góp nạp, hoặc
bugi sưỡi trong buồng đốt động cơ, điều này giúp máy dễ nỗ khi khởi động lạnh
Còn đối với động cơ diezen sử dụng ở các nước có khí hậu nóng thì khơng có bộ
sưỡi khơng khí.

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

12


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
Ở động cơ cummunrai, là động cơ diezen hiện đại nên trên đường nạp cịn có
cảm biến để đo lưu lượng nhiệt độ khí nạp (MAF), và ln có máy nén tăng áp.
1.2.2 Đường thải động cơ diezen

Hình 1-12 Sơ đồ đường thải động cơ diezel
1- Đường ống thải ;2- Ống góp thải; 3-Bộ giảm âm
Hỗn hợp nhiên liệu sau khi cháy được dẫn ra khỏi xylanh động cơ bỡi các
nhánh ống thải, đi vào ống góp thải tới bộ giảm âm rồi thải ra ngồi mơi trường
1.2.3 Đường nạp thải của động cơ diezen tăng áp

Hình 1-13 Sơ đồ nạp thải của động cơ diezen tăng áp
1-Động cơ; 2-Mạch giảm tải; 3-Van điều tiết; 4-Máy nén ;
5-Bầu lọc khơng khí; 6-Bộ làm mát trung gian;7- Khoang khí nạp.
Ở động cơ diezen, tận dụng dụng năng lượng của dịng khí thải, trên đường ống thải
có bố trí tuabin tăng áp để tăng áp dịng khí nạp
Dịng khí thải đi vào bánh tuabin truyền động năng làm quay trục dẫn động
bánh nén, khí nạp được tăng áp đi vào đường ống nạp động cơ. Áp suất tăng áp khí
nạp phụ thuộc vào tốc độ động cơ (tốc độ dịng khí thải hay tốc độ quay của bánh
tuabin ). Với mục đích ổn định tốc độ quay của bánh tuabin trong khoảng hoạt động

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

13


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
tối ưu theo số vòng quay của động cơ trên đường nạp có bố trí mạch giảm tải. Mạch
giảm tải làm việc nhờ van điều tiết thơng qua đường khí phản hồi và cụm xi lanh.
Khi áp suất tăng van mở 1 phần khí thải khơng qua bánh tuabin, thực hiện giảm tốc
độ cho bánh nén khí nạp, hạn chế sự gia tăng quá mức của áp suất khí nạp.
Van điều tiết và mạch giảm tải: Van điều tiết được gắn vào vỏ tuabin. Khi
động cơ làm việc ở tải cao, áp suất khí thải rất lớn, vì thế cánh tuabin làm việc với
tốc độ cao làm tăng cao áp suất không khí nạp, nạp vào động cơ. Mạch giảm tải làm
nhiệm vụ điều khiển van điều tiết thải bớt khí thải động cơ từ trước cửa vào tuabin,
ra trực tiếp ống thải.
1.2.4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ diezen
Để tránh sự truyền nhiệt từ đường dẫn khí thải làm giảm lượng khí nạp vào
động cơ dẫn tới làm giảm công suất động cơ, nên đường nạp và đường thải ở động
cơ diezen thường được bố trí về hai phía

Hình 1-14 Sơ đồ bố trí đường nạp và thải hai phía khác nhau
1- Nắp máy;2- Đường thải; 3- Đường nạp

Hình 1-15 Sơ đồ bố trí đường nạp và thải hai phía khác nhau
1- Nắp máy;2- Đường thải; 3- Đường nạp

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

14


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
1.3. Các hệ thống phụ trợ cho quá trình nạp thải của động cơ đốt trong
Để hạn chế các chất ô nhiễm trong khí thải và tối ưu hố q trình làm việc
của động cơ. Trong động cơ đốt trong cịn có các hệ thống phụ trợ sau:
+ Hệ thống thông hơi cạc te
Khe hở giữa pittơng và xylanh được bít kín nhờ xéc măng nhưng bản thân xec
măng cũng không làm kín được hồn tồn, hơi xăng và khí cháy sẽ len lỏi qua khe
hở này trong các trường hợp: xì qua khe hở có sẵn; xì qua khi áp suất trong xylanh
tăng cao vào kỳ nén và kỳ nỗ; hoặc xì ngược lại khi áp suất trong xylanh giảm
xuống hay áp suất trong cạc te tăng cao.
Khí lọt xuống hộp trục khuỷu gồm có HC, CO, bồ hóng, muội than, hơi nước,
lưu huỳnh và axit. Các chất này nếu không đưa ra khỏi cạc te sẽ làm cho chi tiết
máy bị ăn mịn bởi lưu huỳnh và axít, nhớt bị phân hủy tạo thành sình bùn đọng
dưới đáy cạc te gây tắc nghẽn mạch nhớt. Để tránh ô nhiễm môi trường và giữ sạch
cacte nên trên các động cơ có bố trí hệ thống thơng hơi cạc te kín.
+ Hệ thống điều khiển hồi lưu khí thải
Hệ thống hồi lưu khí thải ( EGR ) là một hệ thống dùng để đưa một phần khí
thải vào tái tuần hồn trong hệ thống nạp khí, khí thải được trộn lẫn với hỗn hợp

khơng khí-nhiên liệu thì sự lan truyền ngọn lửa trong buồng đốt bị chậm lại, bởi vì
phần lớn khí thải là trơ (không cháy được) nhiệt độ cháy cũng giảm xuống (vì khí
trơ hấp thụ nhiệt tỏa ra) từ đó làm giảm lượng khí độc hại NOx sinh ra.
+ Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng
Hệ thống kiểm soát thải hơi xăng là một hệ thống tạm thời hấp thụ hơi nhiên
liệu vào bộ lọc than hoạt tính và dẫn nó vào động cơ để đốt cháy, nhờ vậy mà không
cho nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu lọt ra ngồi khí quyển gây ơ nhiễm mơi
trường.
Các hệ thống phụ trợ này sẽ được tìm hiểu kỹ hơn ở phần khảo sát động cơ 1NZ-FE
1.4. Đặc điểm quá trình nạp-thải trong động cơ đốt trong.
Hai quá trình nạp và thải liên quan mật thiết với nhau, tuỳ theo số kỳ của động
cơ và phương pháp thải nạp, có những thời điểm chúng xảy ra cùng một lúc. Vì vậy
khi phân tích q trình nạp cần lưu ý đến những thơng số đặc trưng của q trình
thải, tức là phải xét chung các hiện tượng của quá trình thay đổi mơi chất.

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

15


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
Trong động cơ 4 kỳ, q trình thay đổi mơi chất được thực hiện lúc bắt đầu mở
xu páp thải (điểm b’ ). Từ b’ đến ĐCD nhờ chênh áp, sản vật cháy tự thốt ra đường
thải. Sau đó, từ ĐCD tới ĐCT, nhờ sức đẩy cưỡng bức của piston, sản vật cháy
được đẩy tiếp. Tại ĐCT (điểm r ), sản vật cháy chứa đầy thể tích buồng cháy V c với
áp suất pr > pthải, tạo ra chênh áp Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độpr. Chênh áp Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độ
dịng khí n qua xu páp thải và vào trở lực của bản thân đường thải.
Xu páp thải thường được đóng sau ĐCT (đóng muộn ) nhằm tăng thêm giá trị
“ tiết diện - thời gian “ mở cửa thải, đồng thời để tận dụng chênh áp Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độpr và qn
tính của dịng khí thải tiếp tục đẩy khí sót ra ngồi.

1.4.1. Q trình nạp.
Q trình nạp mơi chất mới vào xi lanh được thực hiện khi piston đi từ ĐCT
xuống ĐCD. Lúc đầu ( tại điểm r ), do p r > pk (pk – áp suất môi chất mới trước xu
páp nạp ) và do p r> pth nên một phần sản vật cháy trong thể tích V c vẫn tiếp tục
chạy ra ống thải, bên trong xi lanh khí sót giãn nở đến điểm r o rồi từ đó trở đi, mơi
chất mới có thể bắt đầu nạp vào xi lanh.

Hình 1-16. Đồ thị cơng của q trình trao đổi khí trong động cơ 4 kỳ
Q trình nạp lệ thuộc vào rất nhiều yếu tố, khiến cho môi chất mới nạp vào xi
lanh trong mỗi chu trình nhỏ hơn lượng nạp lý thuyết, được tính bằng số mơi chất
mới chứa đầy thể tích cơng tác Vh có nhiệt độ Tk và áp suất pk của mơi chất mới ở
phía trước xu pap nạp (đối với động cơ điêden) hoặc của mơi chất mới ở phía trước
bộ chế hồ khí (đối với động cơ xăng). Các thơng số sau đây ảnh hưởng chính tới
q trình nạp :

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

16


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
+ Áp suất cuối quá trình nạp pa
Áp suất cuối quá trình nạp có ảnh hưởng lớn tới cơng suất động cơ. Muốn tăng
áp suất cuối quá trình nạp người ta sử dụng các biện pháp sau :
- Tạo đường nạp có hình dạng khí động tốt, tiết diện lưu thơng lớn và phương
hướng lưu động thay đổi từ từ, ít ngoặt.
- Dùng xu páp có đường kính lớn hoặc dùng nhiều xu páp. Động cơ 1NZ-FE
sử dụng hai xu páp nạp và hai xu páp thải cho mỗi máy, do đó tăng được lượng khí
lưu thơng trong mỗi chu trình, tăng áp suất pa.
+ Lượng khí sót :

Cuối q trình thải, xi lanh cịn lưu lại 1 ít sản vật cháy gọi là khí sót. Trong
q trình nạp, số khí sót trên sẽ giãn nở, chiếm chỗ trong xi lanh và trộn với khí nạp
mới ,làm giảm lượng khí nạp mới. Vì vậy giảm lượng khí sót sẽ làm tăng lượng khí
nạp vào , làm tăng cơng suất động cơ. Các biện pháp sau làm giảm lượng khí sót :
- Dùng động cơ tăng áp. Phương pháp này thường được sử dụng trên động cơ
điêden do không bị hạn chế bởi khả năng kích nổ.
- Tăng góc trùng điệp các xu páp nạp và thải. Phương pháp này áp dụng cho cả
động cơ xăng và điêden.
+ Nhiệt độ sấy nóng mơi chất mới Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độT
Đi trên đường nạp và vào xi lanh, môi chất mới tiếp xúc với các bề mặt nóng
của động cơ, được sấy nóng và tăng nhiệt độ lên một gia số Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độT.
Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độT = Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độT t – Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độT b.h
Trong đó :
Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độT t- mức tăng nhiệt độ của môi chất mới do sự truyền nhiệt từ các bề mặt nóng
Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độT b.h - mức giảm nhiệt độ của môi chất mới do bay hơi của nhiên liệu .
Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độT = 20 ÷ 40oC - đối với động cơ điêden;
Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độT = 0 ÷ 20oC - đối với động cơ xăng.
+ Nhiệt độ môi chất cuối q trình nạp Ta
Nhiệt độ mơi chất cuối q trình nạp T a cũng ảnh hưởng tới mật độ môi chất
mới nạp vào xi lanh. Tăng Ta làm giảm mật độ môi chất mới nạp vào xi lanh và
ngược lại. Nhiệt độ mơi chất cuối q trình nạp T a lớn hơn Tk ( nhiệt độ mơi chất
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

17


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
mới trước xu páp nạp ) và nhỏ hơn T r ( nhiệt độ khí sót ) là do kết quả của việc
truyền nhiệt từ các bề mặt nóng tới mơi chất mới khi tiếp xúc và việc hồ trộn của
mơi chất mới với khí sót nhiều hơn. Các q trình trên diễn ra riêng lẻ trên đường

nạp hoặc đồng thời trên xi lanh động cơ.
- Hệ số nạp :
Hệ số nạp ηv là tỉ số giữa lượng môi chất mới thực tế nạp vào xi lanh ở đầu quá
trình nén khi đã đóng các cửa nạp và cửa thải so với lượng mơi chất mới lý thuyết
có thể nạp đầy vào thể tích cơng tác của xi lanh V h ở điều kiện áp suất và nhiệt độ
mơi chất phía trước xu páp nạp. Môi chất mới của động cơ điêden là khơng khí , của
động cơ xăng là hồ khí của khơng khí và hơi xăng tạo thành. Các yếu tố ảnh hưởng
đến hệ số nạp của động cơ 4 kỳ bao gồm: áp suất p a và nhiệt độ Ta của mơi chất cuối
q trình nạp ; nhiệt độ sấy nóng mơi chất mới Δpr. Chênh áp Δpr phụ thuộc vào hệ số cản, tốc độT ; hệ số khí sót γ r ; nhiệt độ Tr và
áp suất pr ; tỉ số nén ε; hệ số quét buồng cháy λ 2 và hệ số nạp thêm λ1. Những thơng
số trên có liên hệ qua lại mật thiết với nhau và mỗi thông số lại phụ thuộc vào các
yếu tố khác. Vì vậy song song với việc phân tích ảnh hưởng của từng thơng số riêng
biệt phải phân tích ảnh hưởng tổng hợp của chúng tới hệ số nạp η v theo các chế độ
làm việc cụ thể của động cơ
- Các biện pháp chính làm tăng hệ số nạp và giảm cản cho đường nạp :
Hệ thống đường nạp của động cơ gồm: bình lọc khí, bộ chế hồ khí, đường
nạp chung, các nhánh nạp của các xi lanh và xu pap đều gây cản đối với dòng khí
nạp. Làm thế nào để giảm cản cho hệ thống này là vấn đề đáng lưu ý. Muốn giảm
trở lực của hệ thống cần có tiết diện lớn của đường thơng qua đó giảm tốc độ của
dịng chảy, cần chú ý đặc biệt đến lực cản cục bộ do chuyển hướng dòng hoặc do
tăng giảm đột ngột tiết diện lưu thơng của dịng tạo ra. Khi tìm biện pháp giảm cản
cho đường nạp cần phải lưu ý tới nhiều yếu tố khác nhau.
+ Bình lọc
Khi tìm cách giảm cản cho bình lọc, trước tiên phải chú ý tới hiệu quả lọc.
Phải đòi hỏi giảm trở lực tới mức nhỏ nhất trên cơ sở đảm bảo tốt hiệu quả lọc.
Trong lúc sử dụng cần thường xuyên bảo dưỡng bình lọc, tuyệt đối tránh không để
dầu bẩn gây tắc lõi lọc giấy, phải thay lõi lọc kịp thời.
+ Bộ chế hồ khí

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

18


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
Muốn cho họng đạt được tác dụng mong muốn lại giảm bớt trở lực, người ta
lắp nối tiếp hai, ba họng lớn nhỏ khác nhau để nhiên liệu được phun vào họng nhỏ,
nơi có độ chân khơng cao nhất, phần đi của họng nhỏ, đặt tại nơi thắt nhỏ nhất
của họng lớn. Tiết diện lưu thông của họng lớn được chọn theo u cầu nạp mơi
chất mới của động cơ, cịn họng nhỏ được chọn theo yêu cầu về độ chân không để
hút và xé tơi nhiên liệu.
+ Đường ống nạp :
Hình dạng, kích thước của ống nạp gây ảnh hưởng lớn tới hệ số nạp, tới mức
độ phun tơi và bay hơi của nhiên liệu và sự phân phối về số lượng và thành phần
hồ khí vào các xi lanh, đây là vấn đề tương đối phức tạp. Nếu làm tiết diện ống nạp
lớn để giảm cản thì sẽ làm tăng tiêu hao nhiên liệu và thành phần hồ khí vào các xi
lanh khơng đều nhau. Vì vậy một số động cơ xăng, muốn đạt yêu cầu ít tiêu hao
nhiên liệu ở tải nhỏ, phải chấp nhận mất mát 1 ít cơng suất bằng cách dùng ống nạp
có tiết diện nhỏ một chút. Và để hồ khí có thành phần và khối lượng đều nhau
người ta còn cố ý gây ngoằn ngoèo ở một vài đoạn ống.
+ Các nhánh ống nạp tới các xi lanh và xu páp nạp:
Trong hệ thống nạp của động cơ, xu páp nạp là nơi có tiết diện lưu thông nhỏ
nhất nên trở thành bộ phận quan trọng nhất của lực cản đường nạp. Người ta thường
giảm đường kính xu páp thải để tăng đường kính xu páp nạp, tăng hành trình cực
đại, tăng tốc độ đóng mở các xu páp, tăng thời gian giữ xu páp ở vị trí mở lớn nhất
để tăng khả năng lưu thông qua xu páp.
Cấu tạo của nhánh ống nạp, nhất là phần sát với xu páp gây ảnh hưởng lớn tới
lực cản của đường nạp. Muốn có hình dạng đường nạp tốt nhất phải thử nghiệm trên
mơ hình làm bằng vật liệu dẻo cho tới khi đạt hiệu quả cao nhất.
Các thử nghiệm đã đem lại những kết quả có giá trị. Phía trước xu páp nạp,

thêm một vấu nhơ trơn trịn tạo họng thắt hợp lý có thể làm giảm cản cho đường
nạp. Nếu lắp ống Laval trên miệng đi vào xu páp nạp sẽ làm tăng lưu lượng hồ khí
một cách rõ rệt khi chạy ở tốc độ cao. Mở rộng đường nạp và tránh những đường
ngoặt gấp sẽ có thể giảm bớt lực cản .v.v…

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

19


Khảo sát hệ thống nạp-thải trên động cơ 1NZ-FE
Dạng cửa vào phải được thiết kế để cho khơng khí vào sẽ quay hoặc xoáy
quanh trục của xi lanh. Độ xoáy được thay đổi với mỗi kiểu và kích cỡ buồng cháy
được sử dụng.
1.3.2. Quá trình thải
Nhiều vấn đề của quá trình thải đã được trình bày khi nghiên cứu về quá trình
nạp, ở đây chỉ giới thiệu bổ sung một số vấn đề.
a- Thải sạch và công tiêu hao cho q trình thay đổi mơi chất :
Để thải sạch khí sót và nạp đầy mơi chất mới vào xi lanh, hầu hết các động cơ
hiện đại đều sử dụng hiệu ứng động của dao động áp suất trong hệ thống nạp thải
nhằm tạo nên sóng áp dương ở khu vực xu páp nạp trước khi kết thúc quá trình nạp
và tạo nên sóng áp âm ở khu vực xu páp xả trước khi kết thúc quá trình thải. Ở động
cơ tăng áp người ta lợi dụng chênh áp từ đường nạp– xi lanh - đường thải để mở
rộng, kéo dài thời kì trùng điệp của các xu páp để quét buồng cháy, thải sạch khí sót
và nạp đầy mơi chất mới vào xi lanh.
Cơng tiêu hao cho q trình thay đổi mơi chất được thể hiện bằng diện tích đồ
thị p – V giữa đường nạp và đường thải. Nếu đường thải nằm cao hơn đường nạp
(động cơ không tăng áp hình 1.10a ) thì cơng tiêu hao cho thời kì thay đổi mơi chất
là cơng âm. Nếu đường thải thấp hơn đường nạp (động cơ tăng áp hình 1.10b ) thì
đó là cơng dương.

Hình 1-17 Diễn biến q trình thải trong động cơ 4 kỳ
a) Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ, không tăng áp
b) Diễn biến quá trình thải trong động cơ 4 kỳ, tăng áp

Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục

20