Đồ án Tốt nghiệp: Nghiên cứu và Khai thác Động cơ 2AZ-FE trên Toyota Camry 2.4

Tài liệu nghiên cứu chi tiết động cơ 2AZ-FE trên Toyota Camry 2.4. Khám phá cấu tạo, nguyên lý hoạt động, hệ thống điện và phương pháp sửa chữa.

• Tác giả: Võ Anh Tuấn
• Người hướng dẫn: ĐỖ Nhật Trường
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Động Cơ 2AZ-FE: Toàn Tập Cấu Tạo, Nguyên Lý & Sửa Chữa
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung về Động cơ 2AZ FE

Động cơ 2AZ-FE là một trong những động cơ xăng tiên tiến được lắp đặt trên các dòng xe Toyota như Camry 2.4. Đây là động cơ 4 xi lanh, trang bị công nghệ TCCS (Toyota Computer Control System) và hệ thống VVT-i (Variable Valve Timing – intelligent) cho phép điều chỉnh thời gian van một cách thông minh. Động cơ này được thiết kế để cung cấp hiệu suất cao, tiết kiệm nhiên liệu và tuân thủ các tiêu chuẩn khí thải hiện đại. Với dung tích 2.4L, công suất tối đa đạt 167 mã lực, 2AZ-FE trở thành lựa chọn phổ biến trong lĩnh vực vận tải hành khách và công nghiệp ô tô. Sự kết hợp giữa các hệ thống điện tử hiện đại và cấu trúc cơ khí vững chắc làm cho động cơ này đạt độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng.

1.1. Cấu tạo cơ bản của Động cơ 2AZ FE

Động cơ 2AZ-FE sở hữu cấu trúc 4 xy lanh xếp theo hàng dọc, trang bị hệ thống van dẫn (OHC) với 2 trục cam điều khiển 4 van trên mỗi xy lanh. Các thành phần chính bao gồm: thân máy (block), đầu máy (cylinder head), pittông, trục khuỷu, trục cam và các dụng cụ phụ trợ. Hệ thống PCV (Positive Crankcase Ventilation) đảm bảo thông khí bao tầng xilanh. Động cơ sử dụng ống phun nhiên liệu điện tử thay vì bộ chế hòa khí truyền thống, nâng cao độ chính xác trong quá trình đánh lửa.

1.2. Thông số kỹ thuật chính

2AZ-FE có dung tích 2362cc, tỉ nén 9.6:1 và công suất tối đa 167 PS tại 5600 vòng/phút. Mô-men xoắn cực đại đạt 225 Nm tại 4100 vòng/phút. Động cơ tuân theo tiêu chuẩn khí thải Euro II/III với hệ thống OBD-II tự chuẩn đoán. Khối lượng động cơ hoàn chỉnh khoảng 180 kg, được tối ưu hóa cho mục tiêu cân bằng giữa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.

II. Hệ thống Đánh lửa và Phun xăng điện tử

Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) trên 2AZ-FE sử dụng bobine đơn tích hợp mô-đun điều khiển IC, loại bỏ cáp cao áp truyền thống. Hệ thống nhận tín hiệu từ các cảm biến vị trí trục khuỷu (CKPS) và trục cam (CMPS) để xác định chính xác thời điểm đánh lửa. Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) được điều khiển bởi ECM (Engine Control Module), tối ưu hóa lưu lượng nhiên liệu dựa trên các thông số như lưu lượng không khí nạp (MAF), nhiệt độ nước làm mát (ECTS) và cảm biến oxy (O2). Sự kết hợp này đảm bảo hiệu suất năng lượng tối ưu và tuân thủ tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt.

2.1. Cảm biến và Mô đun điều khiển

ECM trên 2AZ-FE nhận tín hiệu từ 7 cảm biến chính: CKPS, CMPS, ECTS, cảm biến dòng khí (MAF), cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT), cảm biến oxy và cảm biến bàn đạp chân ga. Mỗi cảm biến cung cấp thông tin real-time để ECM điều chỉnh thời gian đánh lửa, lưu lượng xăng và chi phối máy một cách chính xác, đạt độ phản ứng cao.

2.2. Nguyên lý hoạt động hệ thống

Khi piston chuyển động, CKPS phát hiện và gửi tín hiệu vị trí đến ECM. ECM tính toán thời gian đánh lửa lý tưởng dựa trên dữ liệu từ MAF, ECTS và tốc độ động cơ. Bobine đánh lửa tạo ra điện áp cao để nhả tia lửa tại bugi, đốt cháy hỗn hợp xăng-khí trong phòng cháy. Đồng thời, bơm xăng điều khiển bởi relay được ECM kích hoạt để cấp xăng từ bộ lọc qua ống phun.

III. Hệ thống Tự chuẩn đoán OBD II và Cảm biến Oxy

Hệ thống OBD-II (On-Board Diagnostic) trên động cơ 2AZ-FE tự động theo dõi các thông số hoạt động và lưu trữ mã lỗi khi phát hiện bất thường. Giắc chẩn đoán DLC03 cho phép kỹ thuật viên kết nối thiết bị chẩn đoán để đọc mã lỗi DTC (Diagnostic Trouble Code) và xác định vấn đề nhanh chóng. Cảm biến oxy (O2 sensor) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phun xăng điện tử, liên tục đo nồng độ oxy trong khí thải để ECM điều chỉnh tỉ lệ xăng-khí, đảm bảo cháy hoàn toàn và giảm khí thải độc hại. Hệ thống này tuân thủ tiêu chuẩn Euro III và cải thiện hiệu quả nhiên liệu đáng kể.

3.1. Cấu trúc giắc DLC03 và cách đọc mã lỗi

Giắc DLC03 gồm 16 chân được sắp xếp theo tiêu chuẩn OBD-II. Chân 4, 5 nối đất; chân 6, 14 nối dữ liệu CAN. Để đọc mã lỗi, kết nối thiết bị quét vào giắc này, khởi động động cơ và chờ hệ thống quét hoàn tất. Mã lỗi hiển thị giúp xác định nhanh vấn đề về cảm biến, van điều khiển hay hệ thống khác.

3.2. Vai trò của cảm biến oxy trong điều khiển phun xăng

O2 sensor đo điện áp từ khí thải, nếu hỗn hợp quá loãng (thừa khí) hoặc quá đậm (thừa xăng). ECM nhận tín hiệu và điều chỉnh thời lượng mở van phun để đạt tỉ lệ stoichiometric 14.7:1. Quá trình này lặp lại liên tục, bảo đảm hiệu suất cháy tối ưu, tiết kiệm xăng và kiểm soát khí thải.

IV. Phương pháp Kiểm tra Sửa chữa và Bảo dưỡng

Bảo dưỡng động cơ 2AZ-FE yêu cầu kiểm tra định kỳ các cảm biến, bugi, lọc dầu, lọc xăng và hệ thống làm mát. Để kiểm tra cảm biến vị trí trục khuỷu (CKPS), ngắt nguồn điện, tháo cảm biến và đo điện trở với vôn kế số; giá trị bình thường trong khoảng 200-300 Ohm. Cảm biến trục cam (CMPS) được kiểm tra tương tự. Cảm biến nhiệt độ nước (ECTS) đo bằng ôm kế khi tháo lắp; điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Kiểm tra cảm biến lưu lượng khí (MAF) bằng cách quan sát tín hiệu tần số hoặc điện áp khi động cơ chạy. Các chi tiết cơ khí như pittông, trục khuỷu, trục cam cần đo với cặp đo chính xác cao để phát hiện mài mòn. Ngoài ra, định kỳ vệ sinh bugi, thay dầu động cơ mỗi 10,000km và kiểm tra hệ thống làm mát giúp kéo dài tuổi thọ động cơ.

4.1. Quy trình kiểm tra cảm biến và thiết bị điện tử

Kiểm tra cảm biến bắt đầu bằng tắt nguồn, ngắm các kết nối và xem rõ vị trí. Sử dụng vôn kế số hoặc ôm kế để đo điện trở/điện áp theo tiêu chuẩn nhà sản xuất. Nếu giá trị ngoài phạm vi quy định, thay cảm biến mới. Kiểm tra bugi bằng nhìn đầu điện cực; nếu bụi bẩn hoặc mòn, vệ sinh hoặc thay mới. Kiểm tra điện áp pin đảm bảo ≥ 12.6V khi không chạy.

4.2. Sửa chữa và thay thế các bộ phận chính

Khi phát hiện lỗi qua mã OBD-II, tháo lắp bộ phận bị lỗi theo hướng dẫn sửa chữa chính thức. Thay thế pittông, piston ring nếu phát hiện mài mòn quá mức. Thay trục cam nếu có vết cích hoặc mài mòn. Kiểm tra xupap bằng cách nhìn chặt hay hở; nếu cần thay, điều chỉnh khe van sau lắp mới. Sau khi sửa, xóa mã lỗi OBD-II, khởi động động cơ và chạy thử để đảm bảo hoạt động bình thường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: Giới thiệu đề tài. - Chương II: Tổng quan, giải pháp. - Chương III: Phương pháp giải quyết, thi công và thực nghiệm. - Chương IV: Kết luận và hướng phát triển.

3 CHƯƠNG II TỔNG QUAN, GIẢI PHÁP 2.1 Động cơ tại xưởng thực hành ô tô - Cải tạo – nâng cấp mô hình học tập động cơ Toyota 2AZ-FE là một đề tài nhằm cải tiến mới lại mô hình sẵn có, từ đó nâng cao chất lượng học tập và giảng dạy của ngành công nghệ kỹ tuật ô tô HUTECH. Với tình trạng động cơ hiện tại như sai lệch các thông số trong việc đo kiểm, các tín hiệu cảm biến bị sai lệch, các cụm kết cấu cơ khí đang bị lão hoá và không đảm bảo sự liên kết,.sẽ gây khó khăn rất lớn trong việc học tập của sinh viên và giảng dạy của giảng viên. Từ đó, việc cải tạo và nâng cấp mô hình học tập là điều tất yếu và cần thiết. - Việc khôi phục tình trạng động cơ để phục vụ cho việc giảng dạy và học tập.

Tuy nhiên trong quá trình học một số trường hợp sinh viên đo kiểm không đúng cách làm cho chất lượng các chi tiết, dây điện bị giảm chất lượng, các chi tiết trên động cơ bị mất không đầy đủ làm cho động cơ không hoạt động được.1 Đánh giá tình trạng mô hình động cơ 2AZ-FE tại xưởng thực hành. STT Hệ thống Trạng thái Hình ảnh Hệ thống Không có 1 đánh lửa Bobine, Bugi. Hộp ECU bị Hệ thống 2 hỏng. ECU - Bình xăng: bị hở, rò rỉ.

Hệ thống - Bơm xăng: hoạt 3 bơm xăng động không ổn định. - Lọc xăng bẩn. - Gioăng kim Hệ thống phun bị hở. 4 kim phun - Kim phun bị hỏng.

5 - Dầu bôi trơn: bẩn, không đảm Hệ thống bảo cho quá 5 bôi trơn trình bôi trơn. - Lọc nhớt: quá cũ. Lọc không khí Hệ thống bẩn, đường ống 6 nạp nạp không kín. - Két nước làm mát bẩn.

Hệ thống - Không có 7 làm mát nước làm mát. - Van hằng nhiệt hỏng. Hệ thống - Dây điện bị điện điều đứt, rối. 8 khiển động - Một số cảm cơ biến bị hư hỏng 6 - Bánh xe bị hư.

Giá đỡ 9 - Khung động cơ động cơ bị gãy một bên. → Nhận xét: Tình trạng động cơ tại xưởng thực hành quá cũ, không hoạt động được, thiếu các chi tiết quan trọng trong hệ thống điều khiển động cơ, dây điện bị đứt, khó khăn cho việc đo kiểm phục vụ giảng dạy và học tập. - Bảng điều khiển bị hư hỏng, các chi tiết hầu như không còn sự kết nối với hộp điều khiển hoặc bộ phận cơ cấu chấp hành → Không đảm bảo tính trực quan và thẩm mỹ của mô Hình 2.2 Bảng điều khiển trên khung động cơ hình. - Khung mô hình động cơ bị hỏng bánh xe, kết hợp với khối lượng động cơ lớn → Việc di chuyển mô hình khó khăn.3 Bánh xe trên khung động cơ hư hỏng 7 2.

Cải tạo hệ thống điện điều khiển động cơ. Các bài học thực hành liên quan đến động cơ từ kết cấu cho đến điều khiển quá trình hoạt động của động cơ thì các mô hình động cơ nổ là một giải pháp tối ưu, bởi tính thực tế cao. Vì vậy, ngoài hệ thống dây dẫn điện, giắc cắm, các cổng kết nối trung gian của nhiều bộ phận của động cơ hiện đang bị hỏng, cần được bảo dưỡng, sửa chữa và thay mới nhằm đạt được trạng thái hoạt động ổn định: - Sửa chữa, thay thế làm mới lại hệ thống dây điện bị hư hỏng. - Sử dụng giắc chữ T trên dây dẫn có thể giúp cho việc đo kiểm của sinh viên được thuận tiện hơn mà không cần dùng đến việc đâm que đo trực tiếp vào dây điện gây hư hỏng dây dẫn và các nguy cơ hở mạch, ngắn mạch.

- Thiết kế công tắc đánh pan. - Thiết kế lại và làm mới bảng điều khiển mô hình, cổng giao tiếp DLC. Cải tạo các bộ phận khác.2 Giải pháp cải tạo các bộ phận khác STT Các bộ phận cải tạo Chi tiết bộ phận cải tạo + Hệ thống ống dẫn nước làm mát hư hỏng. + Hệ thống đường ống khí nạp bị hử, Khôi phục lại tình trạng kỹ thuật 1 vỡ ống dẫn vào cổ góp nạp kết cấu của động cơ: + Van hằng nhiệt hư hỏng + Máy khởi động mòn chổi than + Quạt két nước hư hỏng Thay hộp ECU và nối lại các giắc đến 2 Thay thế hộp ECU động cơ.

Thay dầu bôi trơn, thay nước làm mát 3 Bảo dưỡng động cơ động cơ, thay mới lọc gió,. Sửa chữa bơm xăng, thay mới ống dẫn 4 Sửa chữa hệ thống nhiên liệu xăng, thay mới kim phun,… 8 5 Sửa chữa hệ thống đánh lửa Thay bobin, thay bugi + Thiết kế lại giao diện bảng điều khiển nhằm tăng độ cứng, độ thẩm mỹ cho mô hình động cơ. 6 Sửa chữa khung mô hình + Thay thế bánh xe. + Khắc phục lại khung mô hình (Hàn lại khung).

9 CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT, THI CÔNG VÀ THỰC NGHIỆM 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 2AZ-FE. - Động cơ 2AZ-FE là động cơ DOHC i4, 2,4L, 16 van thẳng hàng. Động cơ này sử dụng hệ thống VVT-i (Hệ thống phân phối khí thông minh), DIS (Hệ thống đánh lửa trực tiếp), ETCS-i (Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử). Đã được nhà sản xuất phát triển để đạt được hiệu suất cao, hoạt động êm ái hơn, tiết kiệm nhiên liệu và chất lượng khí thải được nâng cao.1 Mặt cắt ngang động cơ 2AZ-FE 1-Các te; 2- Hộp trục khuỷu ; 3- Bánh răng chủ động; 4- Thanh truyền; 5-Piston; 6-Áo nước; 7-Vòi phun; 8-Cam nạp; 9-Bobine đánh lửa; 10-Cam xả; 11- Nắp đậy; 12-Nắp xy lanh; 13-Que thăm dầu; 14- 16-Thân xy lanh; 15-Van hằng nhiệt.

10 ➢ Sơ đồ điều khiển động cơ.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ 11 ➢ Thông số động cơ 2AZ-FE: Bảng 3.1 Thông số động cơ 2AZ – FE. Loại động cơ 2AZ-FE Số xy lanh và cách bố trí I4 16 xupap, trục cam kép DOHC, hệ Cơ cấu xupap thống VVT-i, dẫn động bằng xích. Dung tích (cm3 ) 2362 Tỉ số nén 9,8 Loại nhiên liệu xăng Công suất phát cực đại 123 kW tại 6000 v/p Momen xoắn tối đa 224 Nm tại 4000 v/p Thời điểm xúpap Nạp mở 3o ~ 43o BTDC Nạp đóng 60o ~20o ABDC Xả mở 37o BBDC Xả đóng 3o ATDC Dầu động cơ API SL/SM Tiêu chuẩn khí thải EURO II - Trục khuỷu được đỡ bởi 5 ổ đỡ của thân máy. Các bạc ổ đỡ này đều làm bằng hợp kim nhôm.

- Trục khuỷu được đúc liền với 8 đối tượng để cân bằng. Các đường dầu được khoan bên trong trục khuỷu để đưa dầu lên thanh truyền, ổ đỡ, piston và các chi tiết khác. - Thứ tự nổ là 1 – 3 – 4 – 2. - Nắp máy được làm bằng hợp kim nhôm có các cửa hút xả ở hai bên, buồng cháy hình nệm.

- Nến điện được bố trí ở bên phải buồng cháy. -Trên động cơ 2AZ-FE, nước làm mát được đưa vào áo nước của cụm đường nạp không khí để làm tăng khả năng vận hành xe khi động cơ đang còn nguội. 12 - Các lò xo nấm hút và làm bằng thép lò xo có khả năng chịu tải ở tất cả các chế độ vòng quay động cơ. - Trục cam được dẫn động bằng xích.

Trục cam có 5 ổ đỡ nằm giữa các con đội của từng xylanh và ở phía đầu xylanh số 1. Việc bôi trơn các ổ trục cam được thực hiện nhờ có đường dầu từ nắp máy. - Việc điều chỉnh khe hở nhiệt được tiến hành bằng cách thay đĩa đệm ở trên con đội mà không cần phải tháo trục cam. - Nắp hộp xích cam bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt, trên đỉnh piston có chỗ lõm để tránh bị xupap va đập.

- Chốt piston kiểu bơi toàn phần không ép chặt vào piston hoặc đầu nhỏ thanh truyền mà có vòng hãm ở hai đầu để tránh bị tuột ra ngoài. - Vòng găng hơi số 1 làm bằng thép không gỉ, vòng găng hơi số 2 làm bằng gang. Vòng găng hơi số 1 và 2 ngăn khí cháy từ bên trong buồng cháy ra ngoài. - Vòng găng dầu làm bằng thép không gỉ.

Đường kính bên ngoài của vòng găng hơi lớn hơn đường kính piston, độ bung tự do của vòng găng cho phép chúng tự ép sát vào thành xylanh khi bị lắp trên piston. Vòng găng dầu có tác dụng gạt dầu bám trên thành xylanh tránh làm lọt dầu vào trong buồng cháy. - Thân máy làm bằng gang. Tất cả có 4 xylanh, chiều dài mỗi ống gần gấp đôi chiều dài piston.

Bên trên xylanh là nắp máy, bên dưới xylanh là trục khuỷu có 5 ổ đỡ. Ngoài ra, thân máy còn có áo nước bên trong có nước được dẫn từ bơm nước lên làm mát xylanh. - Cacte dầu được bắt bằng bu lông vào mặt dưới thân máy. Trong cacte dầu có vách ngăn để giữ lượng dầu đủ cần thiết khi xe bị nghiêng.

Tấm vách ngăn còn tránh cho bơm dầu khỏi hút không khí và bọt, giữ tuần hoàn dầu trong hệ thống được ổn định ngay cả khi xe phanh hãm đột ngột. - Hệ thống làm mát của động cơ là kiểu tuần hoàn cưỡng bức dưới áp suất của bơm nước và có van hằng nhiệt ở đường nước vào bơm. - Hệ thống bôi trơn của động cơ là kiểu cưỡng bức và vung té có lọc dầu toàn phần, dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động. 13 ➢ Vị trí các cảm biến trên động cơ 2AZ-FE.3 Vị trí cảm biến trên động cơ 2AZ-FE 3.

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CỦA ĐỘNG CƠ. ➢ Chú thích. (1) Hiệu suất và độ tin cậy cao (2) Tiếng ồn và độ rung thấp (3) Thiết kế nhẹ và nhỏ gọn (4) Khả năng vận hành tốt (5) Khí thải sạch và tiết kiệm nhiên liệu ® : Chọn 14 Bảng 3.2 Tổng quan về kết cấu động cơ. Hệ Tiêu chí đánh giá 1 2 3 4 5 thống Một khối xy-lanh được làm bằng hợp kim nhôm cùng với nắp đầu xy-lanh đúc bằng hợp kim magiê ® Tổng được sử dụng.

quan Một hình dạng hình côn được sử dụng cho buồng ® ® động cơ đốt. Một trục cân bằng bánh răng bằng nhựa được sử ® ® dụng. Một chuỗi thời gian và bộ căng xích được sử dụng. ® ® ® Hệ thống Các bộ nâng van loại không có miếng đệm được sử ® ® supap dụng.

Hệ thống VVT-i được sử dụng. ® ® Một bộ lọc than được sử dụng trong nắp máy lọc ® không khí. Hệ thống Ống nạp làm bằng nhựa được sử dụng. ® nạp và xả Thân van tiết lưu kiểu không liên kết được sử dụng.