Nghiên Cứu Kỹ Thuật Cơ Cấu Phân Phối Khí Trên Động Cơ Toyota Vios 2016

Nghiên cứu về cơ cấu phân phối khí trên động cơ Toyota Vios 2016 là một chủ đề quan trọng trong… 100 trang · Trường Đại Học Công Nghiệp Việt - Hung · 2023.

• Tác giả: Đoàn Mạnh Hùng
• Người hướng dẫn: ThS. Chu Đức Tạo
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Việt - Hung
• Chuyên ngành: Khoa Ô Tô
• Đề tài: Nghiên Cứu Khảo Sát Và Kỹ Thuật Cơ Cấu Phân Phối Khí Trên Động Cơ Toyota Vios 2016
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 0.2. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
• 0.3. ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 0.4. NỘI DUNG ĐỒ ÁN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Tổng quan về tình hình sản xuất và lưu hành xe ở Việt Nam và trên thế giới
• 1.2. Tổng quan về ô tô
• 1.3. Các loại phương tiện vận tải
• 1.4. Lịch sử phát triển của ô tô
• 1.5. Một số hãng sản xuất ô tô
• 1.6. Tổng quan về cơ cấu phân phối khí
• 1.6.1. Công dụng, phân loại yêu cầu
• 1.6.2. Phân phối khí loại không có xupap
• 1.6.3. Cơ cấu phân phối khí loại có xupap
• 1.6.3.1. Phân phối khí kiểu xupap treo
• 1.6.3.2. Phân phối khí kiểu xupap đặt
• 1.6.4. Các nhóm trong hệ thống phân phối khí
• 1.6.4.1. Nhóm dẫn động
• 1.6.5. Khái quát về hệ thống phân phối khí trên các hãng xe hiện nay
• 1.7. Lí do ra đời của cơ cấu phân phối khí thông minh
• 1.7.1. Công nghệ cam biến thiên Vanos của BMW
• 1.7.2. Công nghệ cam biến thiên VTEC của Honda
• 1.7.3. Công nghệ cam biến thiên Mivec của Mitsubishi
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ XE VIOS 2016
• 2.1. Giới thiệu xe TOYOTA VIOS 2016
• 2.2. Thông số kĩ thuật chi tiết hệ thống phân phối khí thông minh trên xe Toyota Vios 2016
• 2.3. Kết cấu cơ cấu phân phối trên xe TOYOTA VIOS 2016
• 2.3.1. Cơ cấu căng xích cam tự động
• 2.3.2. Kết cấu cơ cấu phân phối khí thông minh xe VIOS 2016
• 2.3.3. Giới thiệu cơ cấu phân phối khí thông minh Toyota Vios 2016
• 2.3.4. Cấu tạo bộ chấp hành trên động cơ xe VIOS 2016
• 2.3.5. Nguyên lý làm việc của cơ cấu VVT-i trên động cơ 2NR-FE
• 2.3.6. ECU điều khiển làm sớm thời điểm phối khí
• 2.3.7. ECU điều khiển làm muộn thời điểm phối khí
• 2.3.8. Giữ ổn định thời điểm phối khí
• 2.3.9. Tính toán chi tiết trên cơ cấu phân phối khí Toyota Vios 2016
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG QUY TRÌNH KIỂM TRA, SỬA CHỮA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN XE TOYOTA VIOS 2016
• 3.1. Những triệu chứng thường gặp trên cơ cấu phân phối khí Toyota Vios 2016
• 3.2. Thông số sửa chữa
• 3.3. Quy trình tháo lắp
• 3.3.1. Quy trình tháo bộ điều khiển VVT-i trên xe VIOS 2016
• 3.4. Quy trình kiểm tra
• 3.5. Quy trình sửa chữa
• 3.5.1. Sửa chữa trục cam
• 3.5.2. Sửa chữa ống dẫn hướng
• 3.5.3. Sửa chữa xupap
• 3.5.4. Quy trình lắp ráp trục cam
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu cơ cấu phân phối khí trên động cơ Toyota Vios 2016

Nghiên cứu về cơ cấu phân phối khí trên động cơ Toyota Vios 2016 là một chủ đề quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Động cơ này sử dụng công nghệ tiên tiến nhằm tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu. Việc hiểu rõ về cơ cấu này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất động cơ mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Bài viết sẽ đi sâu vào các khía cạnh kỹ thuật và ứng dụng thực tiễn của hệ thống phân phối khí trên động cơ này.

1.1. Giới thiệu về động cơ Toyota Vios 2016

Động cơ Toyota Vios 2016 được trang bị động cơ 1.5L với nhiều cải tiến về công nghệ. Hệ thống phân phối khí của động cơ này sử dụng công nghệ VVT-i, giúp tối ưu hóa thời điểm mở và đóng van, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm tiêu hao nhiên liệu.

1.2. Tầm quan trọng của cơ cấu phân phối khí

Cơ cấu phân phối khí đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lượng không khí và nhiên liệu vào buồng đốt. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến công suất và hiệu suất của động cơ. Việc nghiên cứu và cải tiến cơ cấu này giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của động cơ.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu cơ cấu phân phối khí

Mặc dù công nghệ phân phối khí trên động cơ Toyota Vios 2016 đã có nhiều cải tiến, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức cần giải quyết. Các vấn đề như độ bền của các chi tiết trong cơ cấu, khả năng điều chỉnh chính xác thời điểm phối khí và ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến hiệu suất động cơ là những vấn đề cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.

2.1. Các vấn đề thường gặp trong cơ cấu phân phối khí

Một số vấn đề thường gặp bao gồm sự cố trong việc điều chỉnh thời điểm mở van, dẫn đến giảm hiệu suất động cơ. Ngoài ra, các chi tiết như xupap và trục cam cũng có thể bị mài mòn theo thời gian, ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ.

2.2. Thách thức trong việc cải tiến công nghệ

Cải tiến công nghệ phân phối khí đòi hỏi sự đầu tư lớn về nghiên cứu và phát triển. Các nhà sản xuất cần phải tìm ra các giải pháp mới để nâng cao hiệu suất mà vẫn đảm bảo độ bền và độ tin cậy của động cơ.

III. Phương pháp nghiên cứu cơ cấu phân phối khí hiệu quả

Để nghiên cứu hiệu quả về cơ cấu phân phối khí trên động cơ Toyota Vios 2016, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng mô hình mô phỏng và phân tích dữ liệu sẽ giúp hiểu rõ hơn về hoạt động của hệ thống này.

3.1. Mô hình hóa và mô phỏng cơ cấu phân phối khí

Mô hình hóa giúp tạo ra các kịch bản khác nhau để kiểm tra hiệu suất của cơ cấu phân phối khí. Sử dụng phần mềm mô phỏng sẽ giúp dự đoán được các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình hoạt động của động cơ.

3.2. Phân tích dữ liệu và đánh giá hiệu suất

Phân tích dữ liệu thu thập từ các thử nghiệm thực tế sẽ giúp đánh giá chính xác hiệu suất của cơ cấu phân phối khí. Các chỉ số như công suất, tiêu hao nhiên liệu và khí thải sẽ được xem xét để đưa ra các giải pháp cải tiến.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu cơ cấu phân phối khí

Nghiên cứu về cơ cấu phân phối khí không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Việc áp dụng các công nghệ mới vào sản xuất động cơ sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

4.1. Cải tiến quy trình sản xuất động cơ

Việc áp dụng công nghệ mới vào quy trình sản xuất động cơ sẽ giúp giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu suất. Các nhà sản xuất cần chú trọng đến việc cải tiến cơ cấu phân phối khí để đáp ứng yêu cầu khắt khe của thị trường.

4.2. Tăng cường độ bền và hiệu suất động cơ

Nghiên cứu và cải tiến cơ cấu phân phối khí sẽ giúp tăng cường độ bền và hiệu suất của động cơ. Điều này không chỉ mang lại lợi ích cho nhà sản xuất mà còn cho người tiêu dùng khi sử dụng sản phẩm.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu cơ cấu phân phối khí

Nghiên cứu về cơ cấu phân phối khí trên động cơ Toyota Vios 2016 mở ra nhiều hướng đi mới cho ngành công nghiệp ô tô. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến đáng kể, giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ phân phối khí

Công nghệ phân phối khí sẽ tiếp tục phát triển với nhiều cải tiến mới. Các nhà nghiên cứu cần tiếp tục tìm kiếm các giải pháp sáng tạo để nâng cao hiệu suất động cơ.

5.2. Tác động đến ngành công nghiệp ô tô

Sự phát triển của công nghệ cơ cấu phân phối khí sẽ có tác động lớn đến ngành công nghiệp ô tô. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật động cơ đốt trong, cơ cấu phân phối khí giữ vai trò then chốt trong việc kiểm soát quá trình nạp khí mới và thải sạch khí đã cháy khỏi xi-lanh, trực tiếp quyết định đến công suất phát ra, suất tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải độc hại ra môi trường. Trên các dòng động cơ truyền thống, góc mở sớm và đóng muộn của các xu-páp được thiết kế cố định theo biên dạng cam, dẫn đến việc động cơ chỉ có thể đạt hiệu suất tối ưu tại một dải vận tốc nhất định (hoặc chạy tốt ở dải tốc độ thấp, hoặc tối ưu ở dải tốc độ cao). Để giải quyết mâu thuẫn này, các nhà sản xuất ô tô đã phát triển các hệ thống điều khiển pha phối khí biến thiên thông minh nhằm tối ưu hóa chu trình nạp - xả thích ứng liên tục với từng chế độ tải và tốc độ động cơ.

Tại thị trường Việt Nam, ngành công nghiệp sản xuất ô tô đang trong quá trình phát triển với 12 liên doanh lắp ráp ô tô đạt tổng công suất thiết kế trên 150.000 xe/năm cùng 9 doanh nghiệp nội địa có sản lượng khoảng 60.000 xe/năm. Tuy nhiên, phần lớn hoạt động sản xuất trong nước vẫn ở dạng lắp ráp CKD và phụ thuộc lớn vào nguồn linh kiện nhập khẩu (cả nước chỉ có khoảng 60 công ty sản xuất linh kiện, trong khi Thái Lan có 1.809 nhà cung ứng và Trung Quốc có gần 5.000 nhà cung cấp). Giá thành xe trong nước cao hơn từ 1,6 đến 2,9 lần so với thế giới, trong khi năng lực khai thác và tỷ lệ nội địa hóa theo Quyết định số 115/2004/QĐ-BCN của Bộ Công nghiệp vẫn còn nhiều thách thức. Do đó, việc nghiên cứu chuyên sâu về cấu tạo, nguyên lý làm việc và quy trình kỹ thuật sửa chữa các hệ thống động cơ hiện đại lưu hành phổ biến như Toyota Vios là yêu cầu kỹ thuật thực tiễn.

Đề tài đặt ra các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau:

1. Làm rõ vai trò, vị trí và các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống phân phối khí trong động cơ đốt trong.
2. Phân tích kết cấu, ưu điểm và nhược điểm của các dạng cơ cấu phân phối khí có xu-páp (xu-páp treo, xu-páp đặt), cơ cấu van trượt và các phương án dẫn động trục cam (bánh răng, xích, đai răng).
3. Khảo sát cấu tạo chi tiết, thông số hình học và nguyên lý điều khiển của hệ thống phân phối khí thông minh VVT-i trên động cơ 2NR-FE của xe Toyota Vios 2016.
4. Tổng hợp các triệu chứng hư hỏng điển hình, phân tích nguyên nhân và xây dựng quy trình công nghệ tháo lắp, kiểm tra, sửa chữa phục hồi các chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí.
5. Cung cấp tài liệu kỹ thuật có tính hệ thống phục vụ công tác học tập, nghiên cứu và làm cơ sở tham khảo cho việc khai thác các dòng động cơ tương tự.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Cơ cấu phân phối khí sử dụng công nghệ van biến thiên thông minh VVT-i trang bị trên động cơ xe Toyota Vios 2016 (mã động cơ 2NR-FE).
• Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát cấu trúc cơ khí, mạch thủy lực điều khiển vị trí góc quay trục cam, các cảm biến đầu vào của bộ điều khiển điện tử (ECU) và quy trình thực hành tháo lắp, đo kiểm, sửa chữa cơ khí (trục cam, ống dẫn hướng, xu-páp, lò xo, bộ chấp hành VVT-i) dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật của nhà sản xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết nguyên lý động cơ đốt trong và kết cấu ô tô. Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ nạp đầy không khí sạch (hoặc hòa khí) vào xi-lanh trong kỳ nạp và thải sạch khí cháy ra ngoài trong kỳ thải, đồng thời bảo đảm độ kín khít buồng cháy trong các kỳ nén và sinh công. Hệ thống phân loại chính bao gồm: loại không có xu-páp (động cơ 2 kỳ dùng pít-tông làm van trượt điều khiển 3 cửa nạp, quét, thải) và loại có xu-páp (xu-páp treo trên nắp máy hoặc xu-páp đặt trong thân máy). Phương thức dẫn động trục cam từ trục khuỷu tuân thủ nghiêm ngặt tỷ số truyền $2:1$ đối với động cơ 4 kỳ và $1:1$ đối với động cơ 2 kỳ để bảo đảm đúng góc pha phối khí.

Bên cạnh công nghệ VVT-i (Variable Valve Timing – Intelligent) của hãng Toyota, đồ án khảo sát cơ chế điều khiển pha phối khí biến thiên của các hãng xe khác:

• Vanos (BMW): Sử dụng bánh răng then hoa nghiêng di chuyển dọc trục cam dưới tác động của áp suất thủy lực điều khiển bởi ECU để thay đổi vị trí góc quay tương đối của trục cam so với đĩa xích.
• VTEC (Honda): Sử dụng các vấu cam có kích thước và biên dạng khác nhau trên cùng một trục cam, kết hợp với cơ cấu chốt thủy lực để thay đổi hành trình nâng và thời gian mở của xu-páp theo tốc độ động cơ.
• MIVEC (Mitsubishi): Hệ thống van biến thiên kết hợp điều khiển thời điểm và độ mở van.

Phương pháp nghiên cứu được tác giả triển khai bao gồm:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập, đối chiếu các bản vẽ kết cấu, sổ tay bảo dưỡng chính hãng của Toyota, các tiêu chuẩn cơ khí động lực và quy định quản lý chuyên ngành ô tô.
• Phương pháp khảo sát kết cấu thực tế: Khảo sát trực tiếp các chi tiết tháo rời của cụm phân phối khí động cơ 2NR-FE (trục cam, bộ chấp hành VVT-i, cụm vòi phun, van điều khiển OCV, con đội, lò xo, nấm xu-páp) tại xưởng thực hành.
• Phương pháp đo kiểm và chẩn đoán kỹ thuật: Sử dụng các dụng cụ đo cơ khí chính xác (panme đo ngoài, thước cặp, đồng hồ so, khối V) để xác định độ đảo, độ mòn vấu cam, đường kính thân xu-páp; dùng nguồn cấp khí nén để thử nghiệm khả năng xoay và khóa của bộ chấp hành VVT-i.
• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu kỹ thuật, bảng tra kích thước sửa chữa tiêu chuẩn của động cơ Toyota Vios 2016, tài liệu giáo trình chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô Trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung và số liệu ghi nhận trong quá trình thực tập tại các cơ sở bảo dưỡng sửa chữa ô tô.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài

Chương 1 trình bày bức tranh tổng thể về ngành công nghiệp ô tô và hệ thống hóa lý thuyết về cơ cấu phân phối khí trên động cơ đốt trong:

• Tổng quan sản xuất và lưu hành ô tô: Thống kê lịch sử phát triển từ các động cơ đốt trong sơ khai năm 1860 công suất 2 mã lực đến các dòng xe hiện đại tải trọng từ 0,5 đến 60 tấn; phân loại xe theo trọng tải (hạng nhẹ $\le 1,5$ tấn, hạng vừa $1,5 - 3,5$ tấn, hạng lớn $\ge 3,5$ tấn, hạng nặng $> 20$ tấn), nhiên liệu (xăng, diesel, gas, điện) và công dụng. Phân tích hiện trạng thị trường Việt Nam so với các nước trong khu vực và toàn cầu.
• Phân loại và kết cấu cơ cấu phân phối khí: Phân tích chi tiết nguyên lý làm việc của cơ cấu van trượt trên động cơ 2 kỳ và cơ cấu xu-páp treo, xu-páp đặt trên động cơ 4 kỳ.
• Phân tích các cụm chi tiết trong hệ thống:
  • Nhóm xu-páp: Kết cấu nấm xu-páp (nấm bằng dùng phổ biến, nấm lõm chịu nhiệt, nấm lồi tối ưu dòng khí xả; thân xu-páp xả có chứa Natri để dẫn nhiệt; góc vát mặt tiếp xúc nấm và đế thường là $45^\circ$), đế xu-páp làm rời bằng thép hợp kim hoặc gang trắng, lò xo xu-páp bằng dây thép lò xo đường kính $3 - 5\text{ mm}$ (bố trí $1 - 3$ lò xo lồng ngược chiều chống gãy và triệt tiêu dao động cộng hưởng), các dạng móng hãm (móng côn, móng côn có vấu, móng ngựa, chốt dẹt).
  • Nhóm dẫn động: So sánh 4 phương án dẫn động trục cam: bánh răng thẳng/nghiêng ăn khớp trực tiếp, bánh răng trung gian, bộ truyền xích có guốc dẫn hướng và bộ căng xích tự động, bộ truyền đai răng dẹt êm dịu.
  • Nhóm truyền động: Trục cam chế tạo từ thép các-bon thấp ($15\text{X}, 15\text{MH}, 12\text{XH}$) hoặc thép các-bon trung bình ($40, 45$), bề mặt vấu cam và cổ trục được thấm than tôi cứng đạt $50 - 65\text{ HRC}$ với chiều sâu thấm tôi $0,7 - 2\text{ mm}$; số cổ trục $Z = i + 1$ (loại đủ cổ cho diesel) hoặc $Z = i/2 + 1$ (loại trốn cổ cho động cơ xăng); kết cấu ổ chắn dọc trục; phân loại con đội (hình nấm/hình trụ có mặt cầu lõm lớn hơn đầu đũa đẩy $0,2 - 0,3\text{ mm}$, con đội con lăn giảm ma sát, con đội thủy lực tự động triệt tiêu khe hở nhiệt).
• Hệ thống phân phối khí thông minh: Phân tích sự cần thiết của việc thay đổi góc phối khí theo tốc độ động cơ; so sánh nguyên lý cấu tạo giữa hệ thống Vanos (BMW) dùng trục then hoa nghiêng và hệ thống VTEC (Honda) dùng nhiều tầng vấu cam.

Chương 2: Tổng quan về hệ thống phân phối khí xe Vios 2016

Chương 2 đi sâu vào cấu tạo và cơ chế vận hành của cơ cấu phân phối khí trên xe Toyota Vios 2016:

• Đặc tính kỹ thuật động cơ 2NR-FE: Động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng, trục cam kép DOHC dẫn động bằng xích, sử dụng con đội thủy lực và tích hợp bộ chấp hành VVT-i tại đầu trục cam.
• Cấu tạo cụm chấp hành VVT-i: Bộ chấp hành bao gồm phần vỏ liền với đĩa xích cam được dẫn động từ trục khuỷu và phần cánh gạt (rotor) bắt cố định vào đầu trục cam nạp. Cụm van điện từ điều khiển dầu phân phối khí (OCV) nhận tín hiệu điều khiển dạng xung (Duty Cycle) từ ECU để đóng/mở các đường dẫn dầu cao áp vào các khoang làm việc bên trong bộ chấp hành.
• Nguyên lý làm việc theo 3 chế độ vận hành:
  1. Chế độ làm sớm thời điểm phối khí (Advance): Khi động cơ tăng tốc hoặc chịu tải nặng, ECU điều khiển van OCV dịch chuyển lõi van để dẫn dầu có áp suất vào khoang làm sớm, đẩy cánh gạt xoay trục cam cùng chiều quay đĩa xích, làm xu-páp nạp mở sớm hơn nhằm tăng lượng hòa khí nạp vào xi-lanh.
  2. Chế độ làm muộn thời điểm phối khí (Retard): Ở chế độ không tải, tốc độ thấp hoặc khởi động nguội, ECU điều khiển van OCV chuyển đường dầu vào khoang làm muộn, xoay trục cam ngược chiều quay để giảm góc trùng điệp xu-páp, giữ động cơ hoạt động ổn định và hạn chế khí thải.
  3. Chế độ giữ ổn định (Hold): Khi góc quay trục cam đạt giá trị mục tiêu theo tính toán của ECU, van OCV dịch chuyển về vị trí trung gian đóng kín cả hai khoang dầu, duy trì góc phối khí cố định tại thời điểm đó.
• Tính toán khảo sát: Phân tích đồ thị pha phối khí của động cơ 2NR-FE, biên dạng hình học vấu cam và cơ chế tự động căng xích cam bằng pít-tông thủy lực kết hợp lò xo nén.

Chương 3: Xây dựng quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thống phân phối khí trên xe Toyota Vios 2016

Chương 3 xây dựng hoàn chỉnh quy trình kỹ thuật phục vụ công tác bảo dưỡng và sửa chữa:

• Các hư hỏng thường gặp: Tiếng gõ kim loại bất thường ở khu vực nắp quy-lát (do mòn vấu cam, kẹt con đội thủy lực, chùng xích cam), động cơ bị rung giật ở chế độ không tải, giảm công suất khi tăng tốc, rò rỉ dầu bôi trơn tại phớt đầu trục cam, báo mã lỗi hệ thống điều khiển pha phối khí trên bảng đồng hồ taplo.
• Quy trình tháo rời các chi tiết: Trình tự các bước chuẩn kỹ thuật:
  • Tháo nắp che bụi động cơ, tháo nắp đổ dầu và cụm van thông hơi (PCV).
  • Tháo nắp đậy nắp quy-lát (nắp giàn cò), tháo cụm van điện từ điều khiển dầu OCV.
  • Tháo ống phân phối nhiên liệu, tháo bạc cách ống phân phối số 1, tháo đệm cao su giảm chấn và cụm vòi phun.
  • Tháo giắc cắm cảm biến vị trí trục cam (CMP).
  • Quay trục khuỷu về điểm chết trên máy số 1, căn đúng dấu phối khí trên bánh răng cam và xích dẫn động.
  • Tháo cơ cấu căng xích, tháo trục cam số 2 (cam xả), tháo vành răng phân phối khí trục cam số 2.
  • Tháo trục cam số 1 (cam nạp) cùng cụm vành răng bộ chấp hành VVT-i.
• Quy trình kiểm tra kỹ thuật:
  • Kiểm tra bộ chấp hành VVT-i: Dùng băng keo bịt các lỗ dầu không liên quan, cấp khí nén áp suất thấp vào đường dầu mở chốt hãm, dùng tay xoay cụm cánh gạt để kiểm tra độ trơn tru và khả năng khóa chốt hãm tự động.
  • Kiểm tra trục cam: Đặt trục cam lên hai khối V, dùng đồng hồ so đo độ đảo hướng kính tại cổ trục giữa; dùng panme đo chiều cao vấu cam nạp và vấu cam xả; đo đường kính các cổ trục để xác định độ mòn côn, mòn ô-van.
  • Kiểm tra cụm xích và xu-páp: Đo chiều dài giới hạn của mắt xích dẫn động số 1; đo đường kính thân xu-páp, đo khe hở giữa thân xu-páp và ống dẫn hướng; kiểm tra chiều dài tự do và độ vuông góc của lò xo xu-páp.
• Quy trình sửa chữa và phục hồi:
  • Mài bóng các cổ trục cam nếu có vết xước nhẹ trong giới hạn cho phép; thay mới trục cam nếu độ mòn vấu cam vượt quá dung sai kỹ thuật.
  • Thay thế ống dẫn hướng xu-páp khi độ mòn côn hoặc độ rơ vượt giới hạn; doa lỗ ống dẫn hướng theo kích thước tiêu chuẩn.
  • Rà kín mặt côn tiếp xúc giữa nấm xu-páp và đế xu-páp bằng bột rà và máy rà xu-páp chuyên dụng; kiểm tra độ kín buồng cháy bằng bột màu hoặc dầu hỏa.
  • Lắp ráp hoàn thiện các trục cam, siết nắp ổ trục cam theo đúng thứ tự và lực siết quy định, cân chỉnh chính xác các dấu phối khí.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã khảo sát toàn diện và chuẩn hóa quy trình kỹ thuật cho cơ cấu phân phối khí trên dòng xe Toyota Vios 2016. Các kết quả kỹ thuật và thông số được tổng hợp như sau:

Hạng mục kỹ thuật	Chi tiết kết cấu / Thông số quy chuẩn	Phương pháp kiểm tra / Xử lý kỹ thuật
Hệ thống điều khiển	Công nghệ VVT-i trên động cơ 2NR-FE (trục cam kép DOHC)	Điều khiển thủy lực 3 chế độ (Làm sớm, Làm muộn, Giữ ổn định) thông qua van điện từ OCV và ECU
Vật liệu chế tạo trục cam	Thép hợp kim thấp/trung bình ($15\text{X}, 15\text{MH}, 40, 45$), tôi cứng bề mặt đạt $50 - 65\text{ HRC}$	Thấm than tôi cứng sâu $0,7 - 2\text{ mm}$; kiểm tra độ đảo cổ trục bằng khối V và đồng hồ so
Cụm xu-páp và đế	Góc nghiêng mặt côn nấm $45^\circ$; thân xu-páp xả có khoang chứa Natri tản nhiệt	Đo đường kính thân bằng panme; rà kín bề mặt tiếp xúc đế xu-páp bằng máy rà chuyên dụng
Lò xo xu-páp	Dây thép đàn hồi đường kính $3 - 5\text{ mm}$, bố trí lò xo trụ lồng ngược chiều	Đo chiều dài tự do, kiểm tra độ võng và độ vuông góc của lò xo
Bộ chấp hành VVT-i	Cụm rotor cánh gạt gắn liền đầu trục cam nạp, có chốt hãm cơ khí	Thử nghiệm chuyển động quay và khả năng tự khóa bằng nguồn cấp khí nén

Các đề xuất kỹ thuật từ tác giả:

1. Khuyến nghị quy trình bảo dưỡng định kỳ dầu bôi trơn động cơ đúng phẩm cấp và áp suất, do chất lượng dầu ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhạy của van điện từ OCV và độ bền của bộ chấp hành VVT-i.
2. Thiết lập quy trình 5 bước tháo lắp và kiểm tra chuyên biệt cho hệ thống VVT-i, kết hợp phương pháp kiểm tra không phá hủy bằng khí nén đối với cụm cánh gạt trước khi quyết định thay thế.
3. Chuẩn hóa quy trình rà phục hồi bề mặt côn nấm - đế xu-páp bằng thiết bị chuyên dụng thay thế phương pháp thủ công nhằm bảo đảm áp suất nén buồng cháy.

Đóng góp của đồ án:

• Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý luận và sơ đồ nguyên lý mạch dầu của hệ thống VVT-i trên động cơ Toyota 2NR-FE từ tài liệu gốc.
• Xây dựng bản hướng dẫn chi tiết quy trình chẩn đoán, tháo lắp, đo kiểm hình học và sửa chữa có giá trị ứng dụng trực tiếp tại xưởng thực hành công nghệ ô tô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo

• Hạn chế: Phạm vi đồ án tập trung vào khảo sát kết cấu cơ khí, nguyên lý thủy lực và quy trình sửa chữa cơ khí trên dòng động cơ xăng truyền thống 2NR-FE (Except Hybrid) của xe Toyota Vios 2016. Đề tài chưa đi sâu vào việc mô phỏng số động lực học dòng chảy chất lưu (CFD) trong buồng dầu của bộ chấp hành hoặc phân tích giải thuật vi điều khiển chi tiết bên trong phần mềm của hộp ECU.
• Hướng phát triển: Mở rộng nghiên cứu sang hệ thống điều khiển van biến thiên điện tử kép (Dual VVT-iE) sử dụng mô tơ điện trên các thế hệ động cơ Hybrid mới; kết hợp ứng dụng thiết bị chẩn đoán chuyên dụng (Diagnostic Scan Tool) để phân tích đồ thị dữ liệu động (Data Stream) và kiểm tra kích hoạt van OCV qua cổng giao tiếp OBD-II.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

• Sinh viên và giảng viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực: Sử dụng làm tài liệu học tập, thực hành cho các học phần Động cơ đốt trong, Kết cấu ô tô và Thực hành bảo dưỡng - sửa chữa động cơ.
• Kỹ thuật viên tại các trung tâm dịch vụ, gara sửa chữa ô tô: Tham khảo trực tiếp quy trình tháo lắp, bảng thông số sửa chữa tiêu chuẩn và phương pháp thử nghiệm kiểm tra bộ chấp hành VVT-i bằng khí nén trong công tác bảo dưỡng dòng xe Toyota Vios.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống VVT-i trên động cơ 2NR-FE của xe Toyota Vios 2016 vận hành theo các trạng thái điều khiển nào? Hệ thống vận hành theo 3 trạng thái điều khiển bởi ECU thông qua van điện từ OCV: (1) Làm sớm thời điểm phối khí khi động cơ chịu tải để tăng lượng nạp; (2) Làm muộn thời điểm phối khí ở tốc độ thấp/không tải để giảm góc trùng điệp xu-páp; (3) Giữ ổn định thời điểm phối khí khi góc quay trục cam đã đạt giá trị tối ưu.

2. Điểm khác biệt về kết cấu giữa cơ cấu Vanos (BMW) và cơ cấu VVT-i (Toyota) là gì? Cơ cấu Vanos của BMW sử dụng pít-tông thủy lực đẩy bánh răng có các rãnh then hoa nghiêng di chuyển dọc theo trục cam để làm xoay góc trục cam so với đĩa xích. Trong khi đó, hệ thống VVT-i của Toyota sử dụng cánh gạt quay (rotor) đặt bên trong vỏ đĩa xích cam và dùng áp suất dầu tác động trực tiếp vào hai bên cánh gạt để xoay trục cam.

3. Yêu cầu vật liệu và phương pháp xử lý nhiệt đối với trục cam trong cơ cấu phân phối khí được quy định như thế nào? Trục cam được chế tạo từ thép các-bon thấp ($15\text{X}, 15\text{MH}, 12\text{XH}$), thép các-bon trung bình ($40, 45$) hoặc thép hợp kim ($15\text{Cr}, 15\text{Mn}$). Bề mặt các vấu cam và cổ trục phải được thấm than và tôi cứng với chiều sâu lớp thấm $0,7 - 2\text{ mm}$, đạt độ cứng từ $50\text{ HRC}$ đến $65\text{ HRC}$, các bề mặt còn lại đạt độ cứng từ $30 - 40\text{ HRC}$.

4. Tại sao một số xu-páp xả lại có kết cấu rỗng và chứa Natri bên trong thân? Xu-páp xả làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao do tiếp xúc trực tiếp với dòng khí cháy. Kim loại Natri (Na) có nhiệt độ nóng chảy thấp được nạp vào khoang rỗng bên trong thân xu-páp; khi động cơ làm việc, Natri hóa lỏng và dao động lên xuống theo chuyển động của xu-páp, giúp truyền nhiệt nhanh chóng từ nấm xu-páp lên thân, qua ống dẫn hướng và tản ra nắp máy để làm mát.

5. Bộ chấp hành VVT-i sau khi tháo rời khỏi động cơ được kiểm tra bằng phương pháp nào? Bộ chấp hành VVT-i được kiểm tra bằng cách bịt kín các đường dẫn dầu không liên quan, sau đó cấp khí nén áp lực thấp vào lỗ dầu giải phóng chốt hãm. Kỹ thuật viên dùng tay xoay cụm cánh gạt theo chiều làm sớm và làm muộn để kiểm tra độ trơn tru, không bị kẹt rơ và kiểm tra khả năng tự động khóa chốt hãm khi xoay về vị trí muộn nhất.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Đoàn Mạnh Hùng đã hoàn thành việc nghiên cứu, khảo sát kết cấu cơ khí và cơ chế điều khiển thủy lực của hệ thống phân phối khí thông minh VVT-i trên động cơ 2NR-FE của xe Toyota Vios 2016. Công trình đã phân tích mạch lạc nguyên lý hoạt động của các cụm chi tiết chính, từ trục cam, xu-páp, con đội thủy lực đến cụm van chấp hành biến thiên góc mở xu-páp. Đồng thời, đồ án đã chuẩn hóa một quy trình công nghệ toàn diện từ các bước tháo rã, đo kiểm kỹ thuật đến phục hồi sửa chữa các sai hỏng thường gặp. Đây là tài liệu tổng hợp có tính hệ thống cao, đáp ứng tốt yêu cầu học thuật và có giá trị tham khảo thực tiễn trong ngành công nghệ kỹ thuật ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1: Tổng quan v tình hình sản xuất và lưu hành xe ở Việt Nam và trên thế giới. Tổng quan về tình hình ô tô ở Việt Nam. Chúng ta còn nhớ, khoảng 30 năm trước, chiếc xe đạp Thống nhất đến tay người tiêu dùng hoạ may đi theo con đường tem phiếu cán bộ. Thời gian sau, chiếc xe gắn máy đến với người sử dụng trong nước cũng thực sự khó khăn, cho đến những năm mở cửa nó mới thật sự đến với mọi nhà.

Còn bây giờ, người tiêu dùng và nhà sản xuất lại tiếp tục trăn trở với ô tô. Điểm qua một số quốc gia Châu Á lúc khởi đầu ngành công nghiệp ô tô để thấy được khả năng công nghiệp ô tô của ta hiện nay. Nhật Bản khởi điểm ngành công nghiệp ô tô lúc GDP chỉ đạt 65 USD/người. Hàn Quốc bắt tay vào sản xuất ô tô lúc GDP đạt 200 USD/người.

Họ đã khởi nghiệp đúng thời cơ và đã thành công. Việt Nam thì sao? Ngành công nghiệp ô tô trong nước hiện có 12 liên doanh lắp ráp ô tô. công suất dự kiến mỗi năm khoảng trên 150 ngàn xe các loại. Bên cạnh các liên doanh, chúng ta còn có 9 công ty vốn trong nước đã mạnh dạn đầu tư vào lĩnh vực này, mỗi năm lượng xe xuất xưởng cũng khoảng 60 ngàn chiếc.

Có thể nói, thị trường ô tô trong nước và khu vực đang hấp dẫn nhà đầu tư. Tuy nhiên, sản xuất ô tô theo những quy định như hiện nay liệu có đủ sức cạnh tranh trên đường hội nhập và đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng? Trên thực tế, giá xe ô tô của Việt Nam cao gấp 1,6 đến 2,9 lần giá xe của thế giới. Dự án tham gia vào lĩnh vực sản xuất ô tô không phải là ít nhưng cái chính là các ngành công nghiệp hỗ trợ để phát triển sản xuất ô tô chưa theo kịp. Thực tế, các liên doanh và doanh nghiệp trong nước tham gia vào ngành ô tô hiện chỉ mới dừng lại ở dạng lắp ráp CKD.

Theo quy định của Chính phủ, các nhà sản xuất ô tô trong nước phải đảm bảo được tỷ lệ nội địa hoá. Đây là quy định rất đúng dẫn, hợp lý, nhưng để thực hiện không phải dễ. Cả nước hiện nay mới có khoảng 60 công ty sản xuất linh kiện thì không thể nào đáp ứng được nhu cầu trên 200 ngàn chi tiết của một chiếc ô tô xuất xưởng, ở 6 Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ([e-mail]) lOMoARcPSD|2935381 Thái lan có 15 hãng sản xuất ô tô với 17 nhà máy lắp ráp ô tô trong khi đó có đến 709 công ty lớn và 1.100 công ty vừa và nhỏ cung cấp linh kiện. Trung Quốc có 125 nhà máy lắp ráp ô tô của hơn 60 Tập đoàn, công ty nhưng có gần 5.000 nhà cung ứng linh kiện phụ tùng ô tô.

Bởi thế, hơn 13 năm qua, các liên doanh cũng như một số doanh nghiệp trong nước hầu như chỉ hoạt động ở mức 10-30% công suất thiết kế và dĩ nhiên lại phải phụ thuộc vào linh kiện nhập khẩu. Sở dĩ họ không sản xuất linh kiện là vì ngành công nghiệp sản xuất ô tô trong nước chưa đủ mạnh để đáp ứng thị trong linh kiện. Vừa có tín hiệu mừng sẽ phát triển được nhiu dự án đầu tư, sản xuất ô tô, thì bất ngờ trong số này có không ít đơn vị đã làm để được phê duyệt rồi chỉ đơn thuần lắp ráp bán lấy lãi, không tuân thủ quy định nội địa hoá cũng như các tiêu chuẩn theo Quy định 115/2004/QĐ-BCN của Bộ Công nghiệp.