nghien cuu khai khacdong co 1NZ –FE, tren xe vios

LỜI MỞ ĐẦU
Giao thông là một lónh vực quan trọng trong bất cứ
thời đại nào của xã hội loài người. Ngày nay, với sự
phát triển mạnh mẽ của khoa học kó thuật cũng như
những tiến bộ vượt bậc trong đời sống xã hội, nhu cầu
về đi lại, vận chuyển của con người cũng tăng lên rất
nhiều. Nhắc đến lónh vực giao thông vận tải, người ta
không thể không nghó ngay đến lónh vực vận tải đường
bộ, là loại hình giao thông được phát triển khá sớm. Với
những thành tựu to lớn trong ngành công nghiệp sản xuất
ô tô đã và đang phát triển trong hơn 100 năm qua, lónh
vực giao thông vận tải đường bộ ngày càng chứng tỏ
được ưu điểm vượt trội và luôn giữ vững được vị thế trong
lónh vực giao thông vận tải.
Đối với Việt Nam, là một nước đang phát triển, lónh
vực giao thông vận tải đóng vai trò mấu chốt trong sự
phát triển về mọi mặt. Với mức độ phát triển của nước
ta hiện nay, giao thông vận tải đường bộ vẫn chiếm vị
thế quan trọng nhất trong lónh vực giao thông vận tải, với
hình thức vận tải bằng ô tô là chủ yếu. tô trở nên
thông dụng hơn với người Việt Nam, từ các tập đoàn vận
tải lớn của hợp tác xã nhà nước, cũng như các doanh
nghiệp vận tải tư nhân đến các cơ quan, xí nghiệp, và cả
những gia đình, cá nhân đều có thể sư dụng ô tô. Với
mức độ sử dụng ô tô hiện nay, cũng như với lượng xe hơi
tiêu thụ ở thị trường nước ta như hiện nay yêu cầu một
lượng lớn những kó thuật viên, những người hiểu biết về
ô tô. Việc hiểu và nắm rõ về sử dụng, khai thác, bảo
dưỡng, sữa chữa là những yếu tố cần thiết và quan
trọng đối với những sinh viên cơ khí ô tô.
Sau năm năm nghiên cứu học tập tại trường, với sự

đào tạo, hướng dẫn của các thầy cô của trường nói
chung và các thầy cô thuộc khoa cơ khí nói riêng,được sự
quan tâm giúp đỡ từ ban giám hiệu nhà trường, ban chủ
nhiệm khoa cơ khí, cùng với sự dẫn dắt của thầy chủ
nhiệm, hôm nay, chúng em – những SV đầu tiên của
ngành Cơ Khí Ô tô thuộc khoa Cơ Khí – ĐH Giao Thông Vận
Tải Tp. Hồ Chí Minh, đã được trang bị những kiến thức
chuyên môn nhất định, đủ sức tham gia vào sản xuất,
góp một phần công sức đóng góp cho xã hội, tham gia
vào tiến trình phát triển khoa học kó thuật của nước nhà.

-1-


Nhằm cũng cố và hệ thống lại khối lượng kiến thức
đã được học trong những ngày tháng qua, em đã viết bài
“nghiên cứu khai thác động cơ 1NZ –FE, được trang bị
trên xe Vios, do Toyota sản xuất và thiết kế mô hình
đánh lửa sử dụng trên động cơ do Toyota sản
xuất”. Đây sẽ là bài viết đánh giá toàn diện nhất
những kiến thức, những kó năng của em trong suốt quá
trình học tập và nghiên cứu tại trường. Qua bài viết này
đã giúp em cũng cố và hệ thống lại những kiến thức cơ
bản, giúp em hiểu biết thêm về những thành tựu khoa
học kó thuật hiện đại đã và đang được áp dụng trong lónh
vực công nghiệp ô tô. Trong quá trình nghiên cứu, do trình
độ cũng như điều kiện thời gian còn hạn chế, kinh nghiệm
thực tế chưa nhiều, mặt khác, đây là lần đầu tiên tiếp
xúc với một đồ án có tính chất quan trọng cao, đòi hỏi
sự chính xác và lượng kiến thức sâu rộng nên chắc chắn

không thể nào tránh khỏi sai sót trong quá trình nghiên
cứu. Em kính mong nhận được sự phê bình, chỉ bảo của
các thầy giáo trong ngành để em được mở rộng kiến
thức, hiểu rộng và sâu hơn đối với các vấn đề chuyên
môn.
Đồ án được hoàn thành đúng tiến độ nhờ có sự
giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong bộ
môn, cùng với sự đóng góp của bạn bè, đặc biệt là sự
chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn, Ths Nguyễn
Thành Sa. Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
thầy Nguyễn Thành Sa cùng các thầy trong bộ môn đã
hướng dẫn em thực hiện đồ án, cảm ơn sự quan tâm giúp
đỡ từ phía ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí cùng ban giám hiệu
nhà trường đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để em có thể
hoàn thành tốt khóa học. Em xin chân thành cảm ơn!
ĐH GTVT TP HCM ngày

tháng
Sinh viên

Đặng Lê Phong

-2-

năm 2008


-3-

PHẦN 1 – KHAI THÁC ĐỘNG CƠ 1 NZ – FE CỦA
HÃNG Ô TÔ TOYOTA
CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU
1 - Mẫu xe Toyota Vios
Được giới thiệu lần đầu vào năm 2003 bởi Toyota
Soluna. Vios được biết đến là một chiếc Subcompact Car
dòng sedan 4 cửa tiêu thụ ở thị trường Đông Nam Á và
Trung Quốc.
Chiếc Vios đầu tiên được lắp ráp tại Thái Lan. Mẫu
Vios ở thị trường Thái Lan, Indonesia, Singapore, Brunei,
Malaysia và Đài Loan được trang bị động cơ 1NZ – FE 1.5l, 16
valve, DOHC cùng hệ thống VVT – i.
Mẫu Vios với động cơ 2NZ – FE nhỏ hơn với dung tích
1.3l được chào bán ở Philipines.
Ở thị trường Trung Quốc, Vios được trang bị động cơ 8A
– FE

Hình: Toyota Vios 2007

Hình: Toyota Vios 2003

Ngày 20 / 09 / 2007, công ty Toyota cho ra mắt mẫu Vios
2007 ở thị trường Việt Nam với 3 mẫu gồm Limo, 1.5E và
1.5G.
So với phiên bản cũ thì Vios 2007 được cải tiến nhiều
về ngoại thất và nội thất song các kó sư của Toyota vẫn
giữ nguyên động cơ 1.5 lít DOHC, trang bị hệ thống VVT – i
trên chiếc sedan bé nhỏ này. Vios 2007 tích hợp các chức
năng hiện đại, phù hợp với người Việt cả về chức năng
cũng như giá thành.

-4-


Thông số kó thuật của mẫu Toyota Vios phiên bản
2003:
Thông số kó thuật

Kích thước

Động cơ

1NZ – FE (1,5 lít)
2NZ – FE (1,3 lít)

Hộp số

Hộp số thường C150
tới

Chiều dài tổng thể

4285 mm

Chiều rộng tổng thể

1695 mm

Chiều cao tổng thể

1435 mm

Chiều dài cơ sở

2500 mm

Chiều rộng cơ sở
sau)

(trước/ 1455/1430 mm

Khoảng sáng gầm xe

150 mm

Trọng lượng toàn bộ xe

1480 kg

Vỏ và mâm xe

185/60R15 Mâm đúc

Bán kính
thiểu

quay

5 số

vòng

tối 4,9 m

Dung tích bình nhiên liệu

42 lít

Hệ thống treo trước

Loại độc lập Mc. Pherson

Hệ thống treo sau

Loại dầm xoắn

Hệ thống phanh

Phanh đóa (cả trước và sau)

-5-


2 - Động cơ 1NZ – FE
Ý nghóa của tên động cơ:
Thế hệ động cơ
Phun
nhiên
điện tử
Kiểm soát chặt chẽ

góc
mở liệu
cam (DOHC)

Họ động cơ

1 NZ–FE

Được ra mắt vào năm 1997, đến năm 2003 được trang
bị trên mẫu sedan Vios. Động cơ 1NZ – FE khá ấn tượng với
dung tích xy lanh 1497 cc được trang bị cam kép với hệ thống
điện tử điều khiển van nạp biến thiên VVT – i (variable valve
timing with intelligence). Sản sinh ra công suất 107 mã lực ở
mức 6000 (vòng / phút) và mômen xoắn cực đại 145 Nm ở
số vòng quay 4400 (vòng/phút). Ngoài ra, động cơ 1NZ – FE
còn được trang bị hệ thống phun nhiên liệu điện tử EFI
cùng hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS.
Năm 2007, động cơ 1NZ – FE trang bị trên phiên bản
Vios 2007 được hoàn thiện hơn với hệ thống điều khiển
bướm ga điện tử ETCS – i cùng với cảm biến bàn đạp ga
kiểu Hall. Động cơ đạt được tiêu chuẩn khí xả EURO IV.
Thông số cơ bản của động cơ 1NZ – FE
Loại động cơ
Số xylanh
Dung tích: cm3
Đờng kính ( hành trình (mm))
Tỷ số nén
Cơ cấu phối khí
Công suất tối đa

1NZ-FE
4-xylanh, thẳng hàng
1497
75 × 84.5
10.5 : 1
DOHC 16-xupáp
Dẫn động xích
78kW ở 6000 v/p

Mômen xoắn tối đa

145N×m ở 4400 v/p

Thời
điểm
phối khí

Nạp

Mở

Đóng
Xả
Mở
Đóng
Trị số ốctan của nhiên liệu
-6-

-70 ~ 330 BTDC
520 ~ 120 ABDC

340 BBDC
20 ATDC
91 hay hôn


CHƯƠNG 2 - ĐỘNG CƠ 1NZ – FE
Động cơ được cấu thành từ nhiều chi tiết, bộ phận
có sự tương quan chặt chẽ nhau trong quá trình hoạt động
nhằm mục đích chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng với
hiệu quả cao khi hỗn hợp nhiên liệu được đốt cháy.
1 – Nhóm chi tiết cố định.
Nhóm chi tiết cố định có
nhiệm vụ bao kín động cơ, làm
bệ đỡ cho các chi tiết chuyển
động bên trong động cơ và các
chi tiết, cụm chi tiết của các hệ
thống đặt bên trong và bên
ngoài động cơ. Đặc trưng cho các
chi tiết cố định là có khối lượng
lớn. Nhóm chi tiết này gồm :
1 - Nắp che nắp máy
2 - Nắp máy ( nắp quy lát)
3 - Thân máy
4 - Đế thân máy
5 - Các te
Trong đó, nắp máy và thân
máy là những chi tiết cố định
có khối lượng lớn, kết cấu
phức tạp, lắp ghép hầu hết
các cơ cấu và hệ thống của

động cơ.
a – Nắp xylanh ( nắp quy lát)

-7-

Hình: Các chi tiết cố định
của động cơ


Nắp xylanh đậy kín một đầu của xylanh, cùng với
piston và xylanh tạo
thành
buồng
cháy.
Nhiều chi tiết cũng như
bộ phận của động cơ
được lắp đặt trên nắp
xylanh như bougie,cụm
xupap, cơ cấu trục cam….
Ngoài ra, trên nắp
xylanh còn bố trí đường
nạp, thải, đường nước
Hình: Nắp máy động cơ 1NZ - FE
làm mát, đường dầu
bôi trơn… điều này làm cho kết cấu của nắp xylanh phức
tạp.
Điều kiện làm việc của nắp xylanh rất khắc nghiệt,
nó chịu nhiệt độ cao ở áp suất lớn, bị ăn mòn hóa học
do các sản phẩm cháy.
Nắp xylanh được làm từ hợp kim nhôm, có đặc tính

nhẹ và dẫn nhiệt tốt.
Giữa nắp xylanh và thân máy là tấm gioăng nắp
máy, có tác dụng làm kín mối liên kết giữa hai khối để
chống lọt khí có áp suất cao, khí cháy, nước làm mát và
dầu động cơ.
Nắp xylanh liên kết với thân máy nhờ bulong biến
dạng dẻo. Thông thường, các bulong được xiết chặt trong
giới hạn đàn hồi với một mômen xiết tiêu chuẩn. trong
vùng biến dạng dẻo thì dường như không có sự thay đổi
sức căng theo mômen xiết chặt.
Phương pháp xiết chặt bulong trong vùng biến dạng
dẻo được dùng để ứng dụng để làm giảm sự không
đồng đều về sức căng khi có sự biến động về mômen
xiết lực.
b – Thân máy
Như đã nói ở trên, thân máy và nắp xylanh là nơi
lắp đặt và bố trí hầu hết các cụm, các chi tiết của
động cơ. Cụ thể trên thân máy bố trí xylanh, hệ trục
khuỷu và các bộ phận truyền động để dẫn động các cơ
cấu và các hệ thống khác của động cơ như trục cam, bơm
nước làm mát, bơm dầu trợ lực lái, máy phát ñieän…

-8-


Song nhiệm vụ chính là làm bệ đỡ lắp đặt xylanh.
Thân máy có tác dụng duy trì áp suất nén của piston và
tiếp nhận áp suất nổ.
Thân
gồm

xylanh

máy
thân
và lót
xylanh.

Kết
cấu
của
thân
xylanh
khá
phức
tạp,
được
chế
tạo
từ hợp
kim
nhôm,
trên
thân
xylanh
có bố
trí
Hình:
Thân
máy
của

động
cơ
1NZ
-FE
đường
nước
làm
mát
và đường dầu bôi trơn động cơ. Thân máy được chế tạo
bằng phương pháp đúc. Phía ngoài có các mặt bích để
lắp ráp các bộ phận của động cơ như máy phát, máy
bơm nước, máy bơm dầu trợ lực lái, các buli căng đai…
Lót xylanh của động cơ 1NZ – FE có dạng lót xylanh
khô, hình trụ được đúc bằng gang đúc mỏng, không lên
cốt, có độ chính xác gia công cao, không lắp chọn. Tuy
nhiên sau thời gian sử dụng, nó trở nên côn ở phần trên
của xylanh vì có nhiệt độ và áp suất cao, và vì là phía
nén ép của piston nên nó bị mòn. Do đó, lót xylanh có
dạng ovan hoặc côn do bị mài mòn từng phần.
Đường kính xylanh được chế tạo trong khoảng 75,000 –
75,013 mm.
 Cỡ cổ trục khuỷu.

Cổ trục khuỷu được gia công cùng với thân máy và
nắp bạc cổ trục. Kích thước các cổ trục khuỷu có sự
khác nhau do độ chính xác trong chế tạo. Vì vậy có một
số cỡ cổ trục khuỷu. Mã cỡ cổ trục khuỷu này được
dập ở đáy của thân máy.
Mã cỡ

Kích thước

Kích thước

Cỡ số 0

50,000 – 50,003

mm

Cỡ số 1

50,003 – 50,005

mm

-9-


Cỡ số 2

50,005 – 50,007

mm

Cỡ số 3

50,007 – 50,010

mm

Cỡ số 4

50,010 – 50,012

mm

Cỡ số 5

50,012 – 50,014

mm

Cỡ số 6

50,014 – 50,016

mm

Bảng: Kích thước các cỡ cổ trục khuỷu

Cần sử dụng mã cỡ này để chọn trục nhằm tăng
độ chính xác của khe dầu, chống hiện tượng gõ, bó và
tăng tiết kiệm nhiên liệu.
c – Đế thân máy.
Đế
thân
máy,
cùng với thân máy
làm nhiệm vụ lắp ghép

trục khuỷu động cơ.
Trên đế thân máy có
các khoang dẫn nước
làm mát và dẫn dầu
bôi trơn động cơ. Ngoài
ra, cũng có mặt bích
lắp ghép lọc dầu bôi
trơn, bơm dầu bôi trơn,
cũng như các te.

Hình: Đế thân máy

- 10 -


d – Các te
Có nhiệm vụ bao kín động cơ và chứa dầu bôi trơn
động cơ. Các te được dập từ thép
tấm, được gia cố bởi các gân nhằm
tăng độ cứng.
Cácte có lỗ để tháo dầu bôi trơn.
Được lắp ghép với đế thân máy
bằng các bulong có gioăng bao kín.
Hình: Cácte động cơ

2 – Nhóm các chi tiết phát lực
Nhóm các chi tiết phát lực có nhiệm vụ biến áp lực
của khí cháy trong xylanh thành mômen quay của trục
khuỷu động cơ để dẫn động cho máy công tác.
a – Trục khuỷu.

Có nhiệm vụ biến chuyển động tịnh tiến của piston
thành chuyển động quay. Cấu tạo của trục khuỷu được
mô tả như hình vẽ.

Chú thích:
1 – Trục khuỷu
2 – Bánh răng cảm
biến tốc độ trục
khuỷu
3 – Bánh xích dẫn
động trục cam
4 – Đối trọng
5 – Cổ trục khuỷu
6 – Cổ biên
7 – Phớt đuôi trục
khuỷu
8 – Vòng đệm chặn
9 – Bạc lót cổ trục
chính
10 – Bạc lót cổ trục
chính
11 – Nắp đầu to thanh
truyền
12
–
Bulong
thanh
truyền

6

5
4
3
2
1

8

9

2
7

10
5
11
12

Hình: Trục khuỷu động cơ 1NZ - FE

- 11 -


Cấu tạo của trục khuỷu được mô tả như hình trên, bao
gồm đầu trục khuỷu, các cổ trục khuỷu nối với các cổ
biên bởi các má khuỷu. Để đảm bảo cân băng khi quay,
trên các má khuỷu có bố trí các đối trọng. Đuôi trục
khuỷu có mặt bích để lắp ghép với bánh đà.
Đầu trục khuỷu có đóa xích để dẫn động cho trục cam
và có một đóa cảm biến tốc độ của trục khuỷu.

Để tiếp nhận những ứng lực lớn và quay ở tốc độ
cao, trục khuỷu phải có đủ độ bền, cứng vững, chịu mài
mòn và phải được cân bằng tónh cũng như cân bằng
động để đảm bảo quay êm. Các cổ biên và cổ khuỷu
được gia công tăng cứng để làm cho nó cứng chắc và
chịu được mài mòn. Để bôi trơn cho cổ khuỷu, trên cổ

Hình: Đường dầu bôi trơn trục khuỷu

biên và cổ khuỷu có các lỗ dẫn dầu bôi trơn từ thân
máy đến bôi trơn bạc lót thanh truyền và bạc cổ trục.
Đường kính cổ trục được chế tạo trong khoảng 46,000 –
46,012 mm được chia thành 6 cỡ cổ trục khuỷu khác nhau,
mỗi cỡ có kích thước chênh lệch nhau 0,002 mm. Cỡ cổ
trục này được dập trên má khuỷu. Cần sử dụng mã cỡ
này trong quá trình lắp ráp để chọn cổ khuỷu và bạc trục
chính nhằm tăng độ chính xác của khe dầu trong cổ trục.
Đường kính cổ biên được chế tạo trong khoảng 39,992 –
40,000 mm.

- 12 -


Nhằm mục đích nâng
cao năng suất của động
cơ, trục khuỷu của động
cơ 1NZ – FE được dịch
chỉnh lệch tâm một
khoảng 12 mm về phía
nạp. Với phương pháp

dịch chỉnh lệch tâm đã
mang lại nhiều ưu điểm:
• Áp

suất nổ do
piston tiếp nhận được
truyền đến trục khuỷu
với hiệu quả tối đa
• Bằng

cách giảm
lực đẩy theo chiều ngang
của piston, tổn thất ma
sát được giảm xuoáng

- 13 -


 Bạc trục khuỷu

Là chi tiết lót giữa cổ trục khuỷu và thân máy.
Bạc trục khuỷu được chế tạo từ vật liệu mềm hơn
trục khuỷu để trong quá trình làm việc, bạc trục sẽ bị
mòn thay vì trục khuỷu. Và khi sữa chữa chỉ việc thay bạc
trục khuỷu. Do bạc trục có chuyển động tương đối so với
trục khuỷu cho nên bạc được chế tạo có độ nhẵn bề mặt
cao.
Khi có một màng dầu thích hợp trên bề mặt của
bạc, nó sẽ hấp thụ tải trọng nặng và va đập từ các chi
tiết quay trong hành trình nổ. Màng dầu cũng ngăn ngừa

hiện tượng bó máy và mất công suất do ma sát.
Chú thích:
1 2

4

3

1 – Rãnh dầu

5

2 – Vòng đệm chặn
3 – Rãnh dầu
4 – Nữa bạc trên
5 – Lỗ dầu

6

7

8

Hình: Bạc cổ trục chính

6 – Nữa bạc dưới
7 – Ngạnh khóa
8 – Mã cỡ bạc

Nữa bạc trên

có một lỗ dầu và một rãnh dầu, chúng cung cấp dầu
bôi trơn cho bạc và cổ khuỷu. Nghạnh khóa nhằm chống
sự xoay của bạc trục khuỷu.
Các vòng đệm chặn có nhiệm vụ hấp thụ lực tác
dụng lên trục khuỷu theo chiều trục. Nữa vòng trên có
các rãnh dầu trên bề mặt tiếp xúc với trục khuỷu.
Rãnh này có tác dụng lưu thông dầu đã bôi trơn cho trục
khuỷu. Nữa vòng dưới có vấu để giữ cho nó không bị
xoay.
Chiều dày của bạc trục khuỷu được chế tạo trong
khoảng 1,992 – 2,004 mm. Được chia thành 4 cấp.
Mã cỡ bạc trục
khuỷu

Kích thước cỡ bạc

Đơn vị

1

1,992 – 1,995

mm

2

1,995 – 1,998

mm

3

1,998 – 2,001

mm

- 14 -


4

2,001 – 2,114

mm

Bảng: Kích thước mã cỡ bạc trục khuỷu.

b – Nhóm thanh truyền.
Thanh truyền là chi tiết trung
gian, nhận áp lực từ piston và
truyền áp lực này đến trục
khuỷu, làm trục khuỷu chuyển
động.
Nhóm thanh truyền bao gồm:
đầu nhỏ thanh truyền, bạc đầu
nhỏ thanh truyền, nắp đầu to
thanh truyền, bạc đầu to thanh
truyền và bulong thanh truyền.
Thanh truyền được chia làm ba
phần: đầu to, đầu nhỏ và thân.

Đầu nhỏ được đúc liền với
thân, được gia cố các gân chịu
lực. Đầu nhỏ được gia công hình
trụ để lắp ghép với bạc đầu
nhỏ thanh truyền.
Đầu to được chế tạo thành 2
phần: phần trên được đúc liền Hình: Nhóm thanh truyền
động cơ 1NZ – FE
với thân thanh truyền, liên kết Chú thích: 1 – Bạc đầu
với nắp đầu to thanh truyền bằng nhỏ thanh truyền;2 –
các bulong thanh truyền.
Thanh truyền;3 – Bạc đầu
to thanh truyền;4 – Nắp

Trên đầu to thanh truyền có đầu to thanh truyền;5 –
lỗ phun dầu để bôi trơn đầu to Bulong thanh truyền
thanh truyền. Dầu bôi trơn được
cung cấp qua lỗ dầu trên trục khuỷu.
Thanh truyền có chuyển động phức tạp. Đầu nhỏ
chuyển động tịnh tiến theo chuyển động của piston. Đầu
to có chuyển động quay cùng với trục khuỷu động cơ.
Còn thân thanh truyền thì chuyển động lắc. Do có chuyển
động phức tạp nên lực tác dụng lên hai đầu thanh truyền
luôn thay đổi về chiều và độ lớn. Điều này khiến thân
thanh truyền luôn chịu ứng suất kéo và nén theo chu kì.
Chiều dày thanh truyền được chế tạo trong khoảng: 19,788 –
19,840 mm.
 Bulong thanh truyền

- 15 -

Bulong thanh truyền là chi tiết liên kết hai nữa đầu to
thanh truyền. Trong quá trình làm việc, bulong thanh truyền
chịu tác dụng của nhiều thành phần lực phức tạp. Ngoài
lực siết ban đầu, bulong thanh truyền còn chịu lực tác dụng
của lực quán tính của nhóm piston thanh truyền. Các lực
này tác dụng lên bulong thanh truyền theo chu kì cho nên
bulong thanh truyền phải có sức bền mỏi cao.
Đường kính bu lông thanh truyền từ 6,6 – 6,7 mm
 Bạc đầu to thanh truyền.

Là chi tiết lắp ghép giữa thanh truyền và cổ biên
của trục khuỷu. Bạc thanh truyền là chi tiết chịu mái
mòn, do đó bạc được làm bằng vật liệu mềm hơn trục
khuỷu.
Kết cấu của bạc đầu to thanh truyền được mô tả như
hình vẽ.
Trên bạc có lỗ dầu, trùng
với lỗ dầu trên thanh
truyền, có nhiệm vụ dẫn
dầu bôi trơn cho đầu nhỏ
thanh truyền.

1
2
3

Hình: Bạc lót đầu to thanh
truyền

Chú thích: 1 – lỗ dầu; 2 – ngạnh
khóa;
3 – cỡ bạc

Khi có một màng dầu thích
hợp trên bề mặt của bạc,
nó sẽ hấp thụ tải trọng
nặng và va đập từ các chi
tiết quay trong hành trình
nổ. Màng dầu cũng ngăn
ngừa hiện tượng bó máy

và mất công suất do ma sát.
Trên bạc lót cũng có nghạnh khóa nhằm chống sự
chuyển động tương đối của bạc trong đầu to thanh truyền.
Ngoài ra, cỡ bạc cũng được ghi trên nắp bạc. Chiều dày
bạc lót đầu to thanh truyền được chế tạo trong khoảng
1,488 – 1,500 mm và được chia thành 3 cấp tiêu chuẩn.
Mã cỡ bạc đầu to thanh
truyền

Kích thước tiêu
chuẩn

Đơn vị

1

1,488 – 1,492

mm

2

1,492 – 1,496

mm

3

1,496 – 1,400

mm

Bảng: Mã cỡ bạc đầu to thanh truyền
- 16 -


c – Nhóm piston
Piston là chi tiết trực tiếp nhận áp lực khí cháy, cùng
với nắp xylanh và thân máy tạo thành buồng đốt cho
động cơ.
Điều kiện làm việc của piston hết sức khắc nghiệt.
Piston chuyển động tịnh tiến trong xylanh với tốc độ cao,
cùng với nhiệt độ cao và điều kiện bôi trơn khó khăn.
Mặt khác trong quá trình làm việc, piston chịu nhiều lực có
chiều và độ lớn khác nhau tác dụng theo chu kì.
Nhóm piston bao gồm nhiều chi tiết: piston, chốt piston,
vòng chặn chốt piston, segment khí, segment dầu.
Kết cấu piston có thể chia ra gồm ba phần:

Đỉnh piston có nhiệm vụ cùng với xylanh và nắp
xylanh tạo thành buồng đốt của động cô. Đỉnh piston có
kết cấu lõm tạo thành hình dáng buồng đốt tạo xoáy lốc
trong quá trình nén hỗn hợp không khí nhiên liệu và quá
trình cháy hỗn hợp đó.
Đầu piston có các rãnh để lắp segment, làm nhiệm
vụ bao kín buồng đốt. Đầu piston tiếp xúc trực tiếp với khí
cháy ở nhiệt độ cao nên có sự giãn nở nhiệt lớn. Vì
vậy đầu piston được gia công có đường kính nhỏ hơn

Hình: Cấu tạo piston của động cơ 1NZ - FE

đường kính của thân piston, nhằm tránh hiện tượng bó,
kẹt piston.
Chú thích:
1 – Đỉnh piston; 2 – Đầu piston; 3 – Thân piston; 4 – Rãnh segment; 5 – Lỗ
chốt piston; 6 – Hình dạng đỉnh piston

Thân piston có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston
chuyển động trong xylanh. Thân xylanh có thành mỏng,
trên thân piston còn có bệ đỡ chốt piston. Đường kính
- 17 -


piston theo hướng chốt piston nhỏ hơn so với đường kính phía
vuông góc với chốt piston do phần bệ chốt piston có
nhiều kim loại nên sự giãn nở vì nhiệt cũng lớn hơn so với
phía còn lại.
Nhìn tổng thể, piston vừa có hình côn, vừa ôvan.
Đường kính piston đo được ở 27 mm tính từ đỉnh piston:

74,945 – 74,955 mm
Piston chuyển động tịnh tiến trong xylanh nên giữa
piston và xylanh phải được duy trì một khe hở. Khe hở dầu
tiêu chuẩn: 0,045 – 0,068 mm. Khe hở dầu lớn nhất: 0,08
mm. Và khe hở này được segment làm kín.
Piston là chi
cháy nên piston
phức tạp. Thành
độ bền và khả
lực ép ngang.

tiết tiếp nhận trực tiếp áp lực từ khí
bị tác động bởi nhiều thành phần lực
phần lực có hại, có thể ảnh hưởng đến
năng làm việc của piston là thành phần

- 18 -


 Chốt piston.

Là chi tiết nối
piston và thanh truyền,
có kết cấu hình trụ
rỗng, được chế tạo từ
thép hợp kim, có độ
nhẵn bóng bề mặt
cao.
Tuy có kết cấu
đơn giản nhưng chốt

piston có vai trò quan
trọng để đảm bảo
Hình: Lắp rắp chốt piston
điều kiện làm việc
Chú thích: 1 – bệ đỡ chốt piston; 2 –
bình thường của động vòng chặn; 3 – chốt piston; 4 – thanh
cơ.
truyền; 5 – bạc đầu nhỏ thanh truyền;
6 – lỗ dầu

Chốt piston có
điều kiện làm việc phức tạp. Chốt piston chịu lực va đập
thay đổi tuần hoàn có chu kì trong điều kiện nhiệt độ cao
và bôi trơn khó khăn.
Đường kính ngoài của chốt piston: 17,988 – 18,007 mm.
Chốt piston được lắp ghép theo kiểu tự do ở cả hai
mối ghép (với piston và với thanh truyền).
Mối ghép giữa chốt piston và bạc đầu nhỏ thanh
truyền là mối ghép lỏng, còn mối ghép giữa chốt piston
và bệ chốt là mối ghép trung gian.
Trong quá trình làm việc, do nhiệt độ cao nên phần
bệ chốt giãn nở nhiều hơn chốt piston, tạo ra khe hở ở
mối ghép này nên chốt piston có thể tự xoay. Khi đó mặt
phẳng chịu lực thay đổi nên chốt piston mòn đều hơn và
chịu mỏi tốt hơn.
Chốt piston được định vị theo phương dọc trục bằng
vòng hãm.
 Segment

Là chi tiết che kín

khe hở giữa piston và
xylanh.
Chú thích:
1 – Segment khí số 1
2 – Segment khí số 2
- 19 -

Hình: Segment động cơ 1NZ - FE


3 – Vòng gạt dầu trên
4 – Vòng căng segment dầu
5 – Vòng gạt phía dưới

Segment có hai loại:
- Segment dầu gồm 3 lớp, có nhiệm vụ gạt dầu bôi
trơn trên thành xylanh, tránh hiện tượng dầu bôi trơn lọt
vào buồng đốt.
- Segment khí, gồm hai vòng, có nhiệâm vụ che kín
buồng đốt, tránh hiện tượng lọt khí cháy, làm giảm công
suất của động cơ.
Bên cạnh đó, segment còn có tác dụng truyền nhiệt
từ piston sang thành xylanh, giúp piston tản nhiệt

quá
làm

Hình: Lắp ráp segment

- 20 -

Trong
trình
việc,


segment chịu tải trọng cơ học lớn từ áp suất khí cháy, lực
quán tính lớn có chu kì và chịu va đập ở nhiệt độ cao.
Ngoài ra, điều kiện hoạt động của của segment cũng
rất khắc nghiệt, hoạt động trong điều kiện ma sát lớn,
ăn mòn hóa học cao và chịu ứng suất uốn ban đầu khi
lắp ráp. Cấu tạo của ba loại segment cũng có điểm khác
biệt nhau. Trên segment có ghi tên nhà chế tạo và kích cỡ
của segment.
Khi lắp ráp, điều cần thiết là phải lắp ráp đúng
thứ tự và đúng chiều của từng segment. Mặt có dấu
phải quay lên phía trên, để giảm tối đa lượng khí lọt qua
khe hở miệng của segment, miệng của các segment phải
cách xa nhau.
Khe hở miệng tiêu chuẩn của segment
Segment

Khe hở tiêu chuẩn

Đơn vị

Segment khí số 1

0.25 - 0.35 mm

mm

Segment khí số 2

0.35 - 0.50 mm

mm

Segment dầu

0.10 - 0.35 mm

mm

3 – Cơ cấu phân phối khí
Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá
trình trao đổi khí trong xylanh. Yêu cầu cơ bản đối với cơ
cấu phân phối khí là phải thải sạch và nạp đầy.
Cơ cấu phân phối khí của động cơ 1NZ – FE kiểu xupap
treo, dẫn động xupap trực tiếp. Trục cam được dẫn động
trực tiếp từ trục khuỷu qua bộ truyền xích. Chuyển động
của trục khuỷu được truyền cho trục cam thông qua xích
cam, làm cam quay.
Chú thích:
1 – Bộ chấp hành VVT – i
2 – Bộ căng xích cam tự
động
3 – Ray trượt
4 – Ray đỡ xích
5 – Trục cam

6 – Cam
7 – Xích cam

- 21 Hình: Cơ cấu phối khí của động cô 1NZ FE


Số răng của đóa xích trên trục cam gấp hai lần số
răng của đóa xích trên trục khuỷu, đảm bảo tỉ số truyền
1 : 2. Khi đó trục khuỷu quay hai vòng ứng với trục cam quay
một vòng, tương ứng với một lần mở xupap.
a - Xupap
Xupap có vai trò đóng mở đường thải và đường nạp
để thực hiện quá trình trao đổi khí. Điều kiện làm việc
của xupap cũng rất khắc nghiệt. Xupap tiếp xúc trực tiếp
với khí cháy nên chịu áp lực rất lớn ở nhiệt độ cao.
Nấm xupap va đập với đế xupap nên dễ bị biến dạng,
cong vênh và mòn rỗ bề mặt nấm.
Để tăng lượng hỗn hợp không
khí nạp, xupap nạp có đường kính nấm
xupap lớn hơn xupap thải.
Các xupap được đóng lại nhờ lực
ép ban đầu của lò xo xupap và nhờ
hoạt động của cam mà chúng được
đẩy xuống theo bạc dẫn hướng trong
nắp xylanh
Kết cấu của xupap có thể chia
làm ba phần:
- Nấm xupap

Hình: Kết cấu xupap

Chú thích: 1 –đuôi
xupap:
2 – thân xupap: 3 –
Nấm xupap; 4 – Mặt
xupap; 5 – đầu xupap

Phần quan trọng nhất của nấm
xupap là bề mặt làm việc với góc
vát α. Góc vát α càng nhỏ thì tiết
diện thông qua của xupap càng lớn
nhưng dòng khí càng bị ngoặt làm tăng sức cản lưu động
của dòng khí nạp. Mặt khác sẽ làm mỏng bề mặt của
nấm, ảnh hưởng đến sức bền của nấm. Góc vát xupap
của động cơ 1NZ – FE là 44,50
- Thân xupap
Có nhiệm vụ dẫn hướng và tản nhiệt cho nấm
xupap. Phần tiếp nối giữa đế và thân xupap được làm
nhỏ lại nhằm mục đích tránh kẹt xupap do giãn nở nhiệt
trong quá trình hoạt động.
- Đuôi xupap
Đuôi xupap có dạng rãnh vòng để lắp móng hãm
dùng định vị lò xo xupap.
- 22 -


Một số kích thước của xupap.
Thông số

Xupap nạp

Xupap xả

Đơn vị

Chiều dài tổng
thể

89,25

87,90

mm

Góc côn nấm
xupap

44,50

44,50

Đường kính thân
xupap

4,970 – 4,985

4,965 –
4,980

mm

Khe hở dầu

0,025 – 0,06

0,03 –
0,065

mm

Bảng: Kích thước xupap

b - Đế xupap
Đế xupap được chế tạo
riêng rồi lắp ép vào nắp
xylanh, tiếp xúc với bề
mặt làm việc của xupap
khi xupap đóng. Ngoài ra
đế xupap cũng có nhiệm
vụ truyền nhiệt từ xupap
sang nắp xylanh, làm mát
xupap.

1.3

30°

60°

44,5

Đế xupap cũng có
dạng côn 44,50 để kín khít
Hình: Đế xupap
với bề mặt làm việc của
nấm xupap. Chiều rộng tiếp xúc từ 1 - 1,4 mm.
c - Bạc dẫn hướng xupap và phớt dầu.
Bạc dẫn hướng xupap có kết cấu đơn giản là một trụ
rỗng, được lắp ép vào nắp xylanh, nó có tác dụng bảo
đảm chuyển động cho xupap, bảo đảm cho bề mặt làm
việc của nấm xupap và đế xupap chồng khít lên nhau.

- 23 -


Hình: Bạc dẫn hướng xupap

Bề mặt của bạc dẫn hướng và thân xupap được bôi
trơn bằng dầu động cơ. Để ngăn dầu thừa lọt vào buồng
đốt, đầu trên của bạc dẫn hướng xupap có lắp phớt dầu
bằng cao su.
Đường kính trong của bạc dẫn hướng xuap: 5,010 – 5,030
mm

d - Lò xo xupap
Lò xo xupap có nhiệm vụ tạo ra
lực căng ban đầu để đóng xupap.
Lò xo xupap hoạt động trong điều
kiện nhiệt độ cao, ngoài sức căng
ban đầu, lò xo xupap còn chịu tải
trọng thay đổi đột ngột và tuần

hoàn trong quá trình xupap đóng
mở.
Lò xo xupap được chế tạo bằng
thép lò xo dây.
Lò xo xupap là loại lò xo trụ, hai
đầu được mài bằng để lắp ráp
với đóa xupap và đế lò xo.

Hình: Lò xo xupap

Chiều dài ở trạng thái tự do:
45,1 mm.
- 24 -


p lực nén tiêu chuẩn khi nén đến 32,5 mm trong
khoảng: 149 – 165N.
Nhằm tránh hiện tượng cộng hưởng khi lò xo dao
động, trên một xupap thường sử dụng hai lò xo có chiều
xoắn khác nhau, lồng vào nhau. Phương pháp này đảm
bảo sự an toàn cao trong trường hợp một lò xo bị gãy,
xupap vẫn có thể hoạt động ổn định.
e - Trục cam
Trục cam mang các cam dẫn động cơ cấu phối khí. Về
mặt tải trọng, trục cam không phải chịu điều kiện làm
việc nặng nhọc. Các bề mặt của cam thường tiếp xúc ở
dạng trượt nên hư hỏng chủ yếu của trục cam là mài
mòn.
Trục cam lắp ghép với nắp xylanh bằng bạc cổ trục
cam. Kích thước cổ trục cam số 1 được gia công trong

khoảng: 34,449 – 34,465 mm. Các cổ trục còn lại trong
khoảng: 22,949 – 22,965 mm.
Các cam được làm liền trục với trục cam. Chiều cao
của vấu cam: 44.617 - 44.717 mm. Ở đầu trục cam cố định
cánh gạt của hệ thống VVT – i. Vỏ của bộ chấp hành VVT
– i có đóa xích, được dẫn động bởi trục khuỷu thông qua
bộ truyền xích.


Hình: Khe hở xupap

Khe hở xupap.

Vì mỗi bộ phận của động cơ
( nắp xylanh, thân máy, xupap…) đều
giãn nở vì nhiệt, cho nên giữa cam
và con đội xupap phải có khe hở để
xupap vẫn có thể hoạt động bình
thường ngay khi bị ảnh hưởng của
giãn nở. Khe hở này gọi là khe hở
của xupap.

Nếu khe hở xupap quá lớn có thể gây ra tiếng ồn
bất thường cho động cơ và làm sai lệch thời điểm đánh
lửa.
Nếu khe hở không đủ có thể gây ra hiện tượng
piston thúc vào xupap, gây hư hỏng động cơ.
Vì lí do đó, rất cần thiết phải có khe hở xupap tiêu
chuẩn và khe hở này phải được chỉnh định kì.
f - Bộ căng xích cam tự động

Bộ căng xích cam tự động có cấu tạo gồm một lò xo
và một piston đẩy cần đẩy để duy trì sức căng thích hợp
- 25 -