LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, cùng với hoạt động phát triển của xã hội, ngành công nghiệp ô tô là
một lĩnh vực quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Ô tô được sử dụng rộng rãi trong
các hoạt động vận tải, chuyên chở, du lịch và đặc biệt là trong lĩnh vực quốc phòng.
Với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ, nhiều hãng sản xuất ô tô đã áp
dụng những tiến bộ vào việc thiết kế chế tạo ô tô nhằm giảm nhẹ cường độ lao động
cho người lái tăng tính tiện nghi, tăng hiệu suất cho động cơ và làm giảm ô nhiễm môi
trường, nâng cao tính năng thơng qua của xe, phục vụ tốt cho quá trình khai thác và sử
dụng.
Nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển, hiện nay nhiều loại xe của nhiều
hãng xe trên thế giới đã được nhập về nước ta nhằm đáp ứng yêu cầu của người sử
dụng. Vì vậy, việc tìm hiểu, đánh giá, kiểm nghiệm các cụm các hệ thống, các cơ cấu
của xe là việc rất cần thiết nhằm có biện pháp khai thác sử dụng, bảo dưỡng xe một
cách hợp lý và hiệu quả phù hợp với điều kiện địa hình và thời tiết của nước ta.
Nhiệm vụ đồ án được giao là “Tính tốn kiểm nhiệm động cơ TOYOTA 2ADFTV ở chế độ Me max , Nemax ” với mục đích tìm hiểu về kết cấu của động cơ, khả năng
và hoạt động của động cơ ở chế độ tính tốn. Đây là cơ sở cho việc xem xét và so
sánh thực tế khai thác sử dụng động cơ để nâng cao chất lượng động cơ.

1


PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ
A. GIỚI THIỆU CHUNG
Động cơ TOYOTA 2AD – FTV là động cơ mới được phát triển, được sử dụng
trên nhiều dòng xe đời mới của hãng Toyota. Đây là loại động cơ diesel 4 kỳ, 4 xy
lanh với dung tích làm việc 2,2 lít, bố trí thẳng hàng với 16 xu páp và trục cam kép bố
trí trên nắp động cơ.
Động cơ sử dụng hệ thống làm mát trung gian bằng khơng khí kiểu tăng áp, hệ
thống phun nhiên liệu trực tiếp
Động cơ làm việc với mật độ công suất lớn, hạn chế tiếng ồn và độ rung, giảm
thiểu tính độc hại của khí thải thông qua việc sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực

tiếp và hệ thống dự trữ nhiên liệu.

Hình 1.1. Mặt cắt dọc động cơ

Hình 1.2. Xe Toyota RAV4 đời 2007

TOYOTA 2AD – FTV
2


Các thông số kỹ thuật của động cơ như sau:
Thông số kỹ thuật

Đơn vị

Đặc điểm

Số xy lanh và sắp xếp

4 xy lanh, thẳng hàng

Cơ chế xu páp

16 xu páp treo trên đỉnh và trục cam kép,
truyền động xích

Buồng cháy

Buồng cháy khơng phân chia


Hệ thống nhiên liệu

Kiểu ắc quy

Thể tích cơng tác

cm3

2231 (136,1)

Tỷ số D/S

mm

86,0/96,0 (3,39 x 3,78)

Tỷ số nén

16,8 : 1

Công suất cực đại

100 kw với 3600 v/ph

Mô men xoắn lớn nhất

310 Nm với 2000 ÷ 2800 v/ph
6,7

Cơng suất hệ thống bơi

trơn

lít

5,9
5,5

Loại dầu bơi trơn

ACEA B1, API CF-4 hoặc CF

Thứ tự xylanh công tác

1–3–4–2

Hệ thống làm mát

TOYOTA tuổi thọ cao hoặc tương đương

Chỉ số Xê tan của nhiên liệu

Ít nhất 48

Tiêu chuẩn khí thải

EURO IV

Khối lượng động cơ

kg


165

B. CÁC CƠ CẤU VÀ HỆ THỐNG CỦA ĐỘNG CƠ
I. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
Cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền của động cơ làm nhiệm vụ tiếp nhận lực do khí
cháy sinh ra trong xi lanh và biến chuyển động tịnh tiến lên xuống của pit tông thành
chuyển động quay của trục khuỷu.
3


Cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền của động cơ gồm hai nhóm chi tiết là :
Nhóm chi tiết chuyển động và nhóm chi tiết cố định. Nhóm chi tiết cố định gồm thân
xi lanh, nắp xi lanh, ống lót xi lanh và máng dầu. Nhóm chi tiết chuyển động gồm
nhóm pít tơng, thanh truyền, trục khuỷu và bánh đà.

4


1. Nắp máy
Nắp máy nhẹ và bền được đúc bằng hợp kim nhơm. Nắp máy được dùng để đậy
kín phía trên của xi lanh và kết hợp với xi lanh tạo nên buồng cháy.
Nắp máy còn là nơi gá lắp các chi tiết khác như: xu páp, giàn cò mổ, tạo ra các
rãnh để đưa hỗn hợp vào xi lanh và các đường thải để thải sản phẩm cháy ra bên
ngoài. Nắp máy và khối thân xi lanh được cố định với nhau bởi các bu lơng, giữa
chúng có đệm làm kín bằng cao su chịu nhiệt, độ bền cao.

2. Thân xy lanh
Là chi tiết chính có khối lượng lớn nhất trong các chi tiết của động cơ. Nhiệm vụ
của khối thân xi lanh là tạo vị trí gá lắp cho các chi tiết khác như trục khuỷu, trục

cam, xy lanh, nắp máy,...Ngoài ra, khối thân xi lanh cùng với cácte tạo thành khoang
Hình 2.1 Nắp máy
chứa dầu bơi trơn, cùng với nắp máy, lót xi lanh tạo thành khoang chứa nước làm mát
cho động cơ
Thân xy lanh được làm bằng hợp kim nhơm. Các vịi phun nằm trên trục đối
xứng của các xi-lanh, làm tăng chất lượng và quy trình làm việc, giảm số lượng sản
phẩm cháy độc hại
Nó sử dụng chốt cắm nhiệt để tạo thuận lợi cho sự khởi động của động cơ, nằm
giữa đầu vào rãnh. Để nâng cao hiệu quả làm mát gần các rãnh đầu vào và đầu ra có
các áo nước để cung cấp chất lỏng làm mát.
5


Hình 2.2 Đầu thân xy lanh
Giữa các xy lanh được bố trí áo nước làm mát. Do thực tế nước làm mát chảy
giữa các xy lanh nên nó làm mát đồng đều các thành xy lanh.
Ống lót xy lanh có các bề mặt gân cải thiện độ tản nhiệt, nó làm giảm nhiệt độ
tổng thể và giảm biến dạng nhiệt của ống lót xy lanh.
Tồn bộ nắp vịng bi làm tăng độ cứng của thân xy lanh và giảm tiếng ồn.

6


Hình 2.3 Thân xy lanh
3. Pít tơng
Pít tơng được làm bằng hợp kim nhơm, dưới cùng của pít tơng là buồng đốt.
Hình dạng buồng đốt được tối ưu hóa để tận dụng ưu thế mức độ nén thấp
Để giảm tổn thất do ma sát trên bề mặt pít tơng được tráng một lớp polymer
Cải thiện tính chính xác của ống xy lanh sẽ giảm thiểu được sự co piston có dạng
đỉnh lõm, do đó có thể tạo xốy lốc nhẹ tạo thuận lợi cho q trình hình thành khí hỗn

hợp và cháy. Trên phần đầu piston có xẻ 3 rãnh để lắp các xéc măng khí và xéc măng
dầu
Để giảm khối lượng của pit tông, trong khi đúc người ta đã tạo ra một lỗ hổng ở
phần đáy của đỉnh pit tơng gần với chốt pit tơng.

Hình 2.4 Pít tơng
4. Thanh truyền
7


Thanh truyền là bộ phận trung gian liên kết pit tơng với trục khuỷu và cho phép
biến chuyển động tính tiến của pit tông thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Thanh truyền của động cơ 2AD - FTV làm từ thép tốt, được chế tạo bằng
phương pháp rèn vừa có độ bền cao lại có thể giảm được tải trọng.
Thanh truyền có cấu tạo gồm 3 phần: đầu nhỏ, thân và đầu to. Đầu nhỏ, thân và
nửa trên của đầu to thanh truyền được rèn liền thành một chi tiết. Nửa dưới của đầu to
được liên kết với nửa trên bởi các bulông. Để hạn chế sự dịch chuyển của bạc biên khi
lắp vào đầu to thanh truyền, người ta dùng chốt định vị ở bề mặt ăn khớp giữa bạc
biên và thanh truyền
Bu lơng thanh truyền có đầu bọc nhựa được dùng để ghép 2 nửa của đầu to thanh
truyền. Bạc lót của thanh truyền được làm từ nhơm và được phủ lớp nhựa đặc biệt lên
bề mặt, chiều rộng của bạc lót được giảm đi để hạn chế ma sát

Hình 2.5 Thanh truyền
5.Trục khuỷu
8


Hình 2.6 Trục khuỷu
Trục khuỷu có cơng dụng nhận lực từ pit tông để tạo ra momen quay sinh công

đưa ra các bộ phận công tác và nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại cho pit tông để
thực hiện các q trình sinh cơng. Trong q trình làm việc, trục khuỷu chịu tác động
của các lực khí thể, lực quán tính và lực ly tâm.
Trục khuỷu của động cơ 2AD - FTV được chế tạo từ thép bằng phương pháp rèn
để tăng độ cứng vững và khả năng chống mài mịn cho trục khuỷu. Trục khuỷu của
động cơ có 5 cổ trục chính, 4 cổ biên, 7 đối trọng và bánh răng cân bằng trục.
6. Bánh đà trục khuỷu
Bánh đà của động cơ kết cấu dạng đĩa như sau:

Hình 2.7 Bánh đà
9


7. Trục cân bằng
Tổng quan:
-

Có 2 trục cân bằng để giảm bớt độ rung của động cơ
Cân bằng trực tiếp trục khuỷu là trục cân bằng 1
Để giảm tiếng ồn, trục cân bằng 1 được gia công cắt gọt theo quy trình rất tỉ mỉ.
Cân bằng trục 1 là trục cân bằng 2

II. Cơ cấu phối khí
Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển q trình đóng mở của các xupáp
nạp và thải trong quá trình động cơ làm việc. Cơ cấu phân phối khí phải chịu tải trọng
cơ học cao, nhiệt độ cao, tải trọng va đập lớn trong quá trình làm việc. Các yêu cầu
đối với cơ cấu phân phối khí: đóng mở đúng quy luật và thời điểm; độ mở lớn; đóng
kín, xupáp thải khơng tự mở trong q trình nạp; ít mịn, tiếng ồn nhỏ, dễ dàng điều
chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp.
2.1. Tổng quan về cơ cấu phối khí của động cơ 2AD – FTV

10


Hình 2.8 Cơ cấu phối khí
Mỗi xy lanh có 2 van nạp và 2 van xả. Do diện tích lớn hơn nên hiệu quả của quá
trình nạp và thải đều được tăng lên.
Động cơ sử dụng cò mổ kiểu con lăn có gắn với ổ đũa kim. Qua đó giảm được
ma sát xảy ra giữa các vấu cam và cò mổ, tăng tính kinh tế nhiên liệu. Để điều chỉnh
khe hở giữa vấu cam và cò mổ, người ta sử dụng một con đội thủy lực hoạt động
thông qua áp lực của dầu và lò xo ép.
Để giảm trọng lượng và kích thước, bơm nhiên liệu được điều khiển bởi trục
cam xả và bơm chân không được điều khiển bởi trục cam nạp.
2.2 Xích dẫn động trục cam và cơ cấu căng xích

11


Hình 2.9 Cơ cấu căng xích
Xích GRM sử dụng kiểu xích con lăn với bước xích 9,525 mm (0,375 inch),
được bơi trơn bằng đường dầu.
Để điều chỉnh độ căng xích cơ cấu sử dụng vít lị xo điều chỉnh với áp suất dầu.
2.3 Cơ cấu điều chỉnh khe hở giữa vấu cam và cò mổ
Con đội thủy lực được đặt ở điểm tựa của cò mổ, bao gồm các chi tiết chính là
chốt đẩy, lị xo chốt đẩy, bi điều chỉnh và lò xo bi điều chỉnh.
Con đội thủy lực hoạt động nhờ dầu bôi trơn cung cấp từ nắp máy và các lò xo
gắn bên trong. Áp lực của dầu và lực đẩy từ lò xo đã tác động lên chốt đẩy, ép cị mổ
ln tiếp xúc với vấu cam, qua đó điều chỉnh khe hở giữa vấu cam và cò mổ. Nhờ vậy
mà giảm được tiếng ồn phát ra trong q trình xupáp đóng và mở, dẫn tới giảm được
tiếng ồn của động cơ .


12


Hình 2.10 Con đội thủy lực

13


2.3.1 Hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn của động cơ có chức năng lọc sạch rồi đưa dầu bơi trơn đến
các bề mặt cần bôi trơn.
Dầu bôi trơn cung cấp tới động cơ theo một chu kỳ hoàn toàn khép kín và qua bộ
lọc dầu. Bơm dầu sử dụng rơto dạng xicloit, bộ lọc dầu có thể thay thế được phần tử
lọc. Bộ làm mát dầu bằng nước được lắp đặt theo sự lựa chọn của khách hàng.
Cánh quạt của máy bơm nằm ở vỏ khoang trước của động cơ, do đó đơn giản
hóa việc thiết kế và kích thước nhỏ gọn hơn.
Để làm giảm nhiệt độ của động cơ sử dụng nước và dầu nhờn bôi trơn. Để giảm
tổng trọng lượng, bình chứa dầu được làm bằng vật liệu polymer. Dầu cao áp được sử
dụng để làm mát pít tơng.
14


Hình 2.12 Bơm dầu

Hình 2.13 Vịng tuần hồn của dầu bơi trơn
2.3.2 Vịi phun dầu
15



Bộ lọc dầu được đặt dưới động cơ theo chiều dọc. Có 4 vịi phun dầu có nhiệm
vụ bơi trơn và làm mát các pít tơng. Trong mỗi vịi phun có van một chiều để ngăn
khơng cho dầu cung cấp thêm khi áp suất của dầu thấp. Điều này giữ cho áp suất của
tồn bộ dầu trong động cơ khơng bị tụt xuống q thấp.

Hình 2.14 Vịi phun dầu
2.3.3 Bộ lọc dầu

Hình 2.1 Bộ lọc dầu
16


Với công nghệ mới, bộ lọc dầu sử dụng một phần tử lọc có thể thay thế được.
Phần tử lọc này là một loại giấy lọc có khả năng lọc cao để cải thiện chất lượng lọc
dầu. Loại giấy lọc này cũng có thể đốt được để bảo vệ mơi trường sau khi thay thế.
Nắp bộ lọc dầu được làm từ nhựa để giảm khối lượng. Bộ lọc dầu này có cấu
trúc để có thể rút được tồn bộ dầu cịn lại bên trong. Qua đó ngăn việc dầu bị văng
tung tóe ra ngồi khi thay thế phần tử lọc và giúp các kỹ thuật viên không phải tiếp
xúc với dầu nóng.
3. Hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát có chức năng giải nhiệt từ các chi tiết nóng (pít tông, xy lanh,
nắp xy lanh, xupáp, …) để chúng không bị q tải nhiệt. Ngồi ra làm mát động cơ
cịn có tác dụng duy trì nhiệt độ dầu bơi trơn trong một phạm vi nhất định để duy trì
các chỉ tiêu kỹ thuật của chất bơi trơn.

Hình 3.1 Hệ thống làm mát

17



Hệ thống làm mát của động cơ 2AD – FTV là hệ thống làm mát kiểu khép kín,
tuần hồn cưỡng bức và có két nước làm mát. Để kiểm sốt nhiệt độ trong ống hút gió
của hệ thống làm mát người ta gắn 1 van đường vòng (van phụ). Điều này ngăn cản
sự nóng lên đột ngột của động cơ.
Máy bơm nước làm mát dạng xoắn ốc được đặt ở phía trước nắp động cơ giúp
đơn giản hóa việc thiết kế và giảm kích thước động cơ. Lõi của bộ tản nhiệt được làm
bằng nhôm để giảm trọng lượng.
Cấu trúc của hệ thống làm mát động cơ xe 2AD – FTV bao gồm làm mát bằng
dầu và khí xả (dầu làm mát và máy lạnh OG). Hệ thống làm mát chính hãng mà
TOYOTA sử dụng là SLLC lỏng (có tuổi thọ rất cao).

Hình 3.2 Vịng tuần hồn của nước làm mát

18


4. Hệ thống nạp và thải

19


Hình 4.1 Hệ thống nạp xả
Để làm mát khơng khí nạp sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu khí – khơng khí.
Làm mát khơng khí nạp sẽ nâng cao năng suất động cơ và giảm lượng khí thải.
Bướm ga là thiết bị cơ điện, vị tric của nó được xác định bằng cảm biến. Các bộ
truyền động và bộ mã hóa được tích hợp vào vỏ của các van điều tiết khơng khí.
Các thơng số có ích của hệ thống tái chế được cung cấp bằng cách sử dụng van
EGR với một cuộn dây hình ống tuyến tính và bộ trao đổi nhiệt làm mát khí xả.
4.1 Bộ lọc khí


Hình 4.2 Bộ lọc khí
Mơtơ điều khiển bướm ga là loại môtơ điện một chiều với độ nhạy cao và tiêu
hao điện năng ở mức nhỏ nhất. Động cơ chuyển mạch bằng điện tử (ECM) thực hiện
chu trình biến dịng xoay chiều thành một chiều và điều chỉnh cưởng độ dòng điện
của dòng cung cấp tới motơ điều khiển bướm ga để điều chỉnh góc mở của bướm ga.
Bướm ga được xác định bởi cảm biến bướm ga.
5. Hệ thống tuần hồn khí thải

20


Hình 4.3 Van tuần hồn khí thải
EGR – tuần hồn khí thải là cho khí thải trở lại hệ thống nạp động cơ trong điều
kiện có tải. Mục đích là làm giảm nhiệt độ cháy đoạn nhiệt hay làm giảm nồng độ oxy
trong động cơ diesel. Ngồi ra nó cịn làm tăng nhiệt dung riêng của hịa khí nên nhiệt
độ cháy giảm xuống, qua đó làm ngăn cản q trình sinh NOx, giảm nồng độ chất này
trong khí thải.
EGR sử dụng đường nối giữa bộ góp xả với bộ góp nạp được gọi là tuần hồn
khí thải ngồi. Van kép điều khiển đảm nhiệm số lần mở và kiểm soát dịng khí. Khí
thải tuần hồn trước khi trộn với khí nạp được làm mát bởi nếu khơng, nó làm tăng
nhiệt độ khí nạp, ảnh hưởng tới cơng suất động cơ.

21


Hình 4.4 Hệ thống làm mát khí thải
5.1 Turbo tăng áp

Để kiểm soát các cánh quạt dẫn hướng của bộ turbo tăng áp sử dụng bộ truyền
động chân không.


22


Điều khiển được thực hiện phù hợp với tình trạng hiện tại của động cơ và được
thiết kế để tăng cơng suất, giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu và khí thải.

Hình 4.6 Bộ turbo tăng áp
6. Hệ thống nhiên liệu
6.1 Tổng quan
Động cơ 2AD – FTV sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail. Với hệ thống
được điều khiển hoàn toàn bằng điện từ các chức năng như: áp suất phun, thời điểm
phun, số lần phun trong 1 chu kỳ động cơ sẽ cải tiến rất nhiều đến tính kinh tế nhiên
liệu, đến chất lượng khí thải và đặc biệt hơn là tính êm dịu của động cơ nhờ vào sự
điều khiển số lần phun trong 1 chu kỳ làm quá trình cháy diễn ra êm dịu.

23


Hình 6.1 Hệ thống nhiên liệu 2AD – FTV
1 - Cảm biến áp suất nhiên liệu, 2 – đường ống nhiên liệu, 3 – van áp lực, 4 – kim
phun, 5 – khối động cơ, 6 – các đơn vị dẫn động ( EDU), 7 – bình nhiên liệu, 8 –
làm mát nhiên liệu, 9 – bộ lọc nhiên liệu, 10 – máy bơm, 11 – van điều
(SCV), 12 – cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
6.2 Vịi phun

Hình 5.2 Vịi phun
24

khiển



Các thành phần chính của vịi phun gồm kim phun, pít tơng và van solenoid.
Hoạt động của van solenoid:
Khi khóa, van có 1 lị xo, áp suất nhiên liệu giữ cho pít tơng ở vị trí dưới cùng,
do đó khóa kim vào vị trí đóng (áp suất nhiên liệu hoạt động ở phía dưới của kim là
khơng đủ để mở nó)
Khi cấp điện cho cuộn dây, các van mở ra các kênh, từ đó nhiên liệu chảy vào
đáy của pít tơng. Nó làm giảm áp suất trong buồng điều khiển và tăng áp suất bên
dưới pít tơng, làm pít tơng di chuyển lên trên. Đồng thời kim mở ra và phun nhiên liệu
xảy ra
Khi van đóng, lõ xo làm đóng các kênh. Lúc này áp suất trong buồng điều khiển
tăng, pít tơng đi xuống, kim đóng và ngừng phun.
6.3 Bơm nhiên liệu

Hình 6.3 Bơm nhiên liệu.
1 – van kiểm tra (nạp), 2 – van kiểm tra (xả), 3 – pít tông, 4 – trục lệch tâm, 5 –
bơm nhiên liệu, 6 – cam, 7 – vòng cam
Hoạt động của bơm nhiên liệu:

25