Thiết Kế Mô Hình Động Cơ Nổ 1NZ-FE Cho Sinh Viên Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Mô Hình Động Cơ Nổ 1NZ-FE

• Tác giả: Đinh Duy Linh
• Người hướng dẫn: Phạm Văn Thức
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Thiết Kế Mô Hình Động Cơ Nổ 1NZ-FE Cho Sinh Viên Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp.HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
• 1.1. Mục tiêu đề tài
• 1.2. Nội dung đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Sơ lược về dòng xe Toyota Vios 2007
• 2.2. Giới thiệu về động cơ 1NZ_FE
• 2.3. Thông số kỹ thuật xe Toyota Vios 2007
• 2.4. Đặc điểm nổi bật của động cơ 1NZ_FE
• 2.5. Hệ thống phân phối khí VVT-I
• 2.5.1. Cấu tạo VVT-I
• 2.5.2. Nguyên lí hoạt động VVT-I
• 2.6. Hệ thống điều khiển động cơ
• 3. CHƯƠNG III: TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ 1NZ_FE
• 4. CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ XÂY DỰNG MÔ HÌNH
• 4.1. Thiết kế thi công mô hình động cơ
• 4.2. Bản vẻ thiết kế khung bố trí động cơ
• 4.3. Thiết kế Part gá động cơ
• 4.4. Thiết kế bàn đạp ga và hệ thống nhiên liệu
• 4.5. Bản vẻ thiết kế bảng điều khiển động cơ
• 4.6. Tiến hành thi công
• 4.6.1. Thi công mô hình khung động cơ
• 4.6.2. Thi công hệ thống nhiên liệu
• 4.6.3. Thi công hệ thống ống giảm thanh
• 4.6.4. Thi công nước làm mát
• 4.6.5. Mô hình tổng thể
• 5. CHƯƠNG V: KẾT LUẬN
• 5.1. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Mô Hình Động Cơ Nổ 1NZ FE

Thiết kế mô hình động cơ nổ 1NZ-FE là một phần quan trọng trong chương trình đào tạo sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô. Mô hình này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ mà còn tạo điều kiện cho việc thực hành và nghiên cứu. Động cơ 1NZ-FE được sử dụng rộng rãi trong các dòng xe Toyota, mang lại nhiều giá trị cho việc giảng dạy.

1.1. Động Cơ 1NZ FE Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động

Động cơ 1NZ-FE là động cơ xăng 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích 1.5L, sử dụng công nghệ VVT-i. Cấu tạo của động cơ bao gồm các bộ phận chính như trục khuỷu, trục cam, và hệ thống nhiên liệu. Nguyên lý hoạt động của động cơ dựa trên chu trình nạp, nén, đốt và xả.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Mô Hình Động Cơ Trong Giảng Dạy

Mô hình động cơ nổ 1NZ-FE giúp sinh viên có cái nhìn trực quan về các hệ thống trong động cơ. Việc thực hành trên mô hình giúp sinh viên củng cố kiến thức lý thuyết và phát triển kỹ năng thực hành cần thiết cho nghề nghiệp sau này.

II. Thách Thức Trong Thiết Kế Mô Hình Động Cơ Nổ 1NZ FE

Thiết kế mô hình động cơ nổ 1NZ-FE không chỉ đơn thuần là việc lắp ráp các bộ phận mà còn đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động và các yếu tố kỹ thuật liên quan. Các thách thức bao gồm việc đảm bảo tính chính xác trong thiết kế và khả năng hoạt động của mô hình.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Tìm Kiếm Tài Liệu

Việc tìm kiếm tài liệu chính xác và đầy đủ về động cơ 1NZ-FE là một thách thức lớn. Nhiều tài liệu có thể không cập nhật hoặc không đầy đủ thông tin cần thiết cho việc thiết kế mô hình.

2.2. Đảm Bảo Chất Lượng Mô Hình

Để mô hình hoạt động hiệu quả, cần phải chú ý đến chất lượng của các linh kiện và quy trình lắp ráp. Sự sai sót trong bất kỳ bước nào cũng có thể dẫn đến việc mô hình không hoạt động như mong đợi.

III. Phương Pháp Thiết Kế Mô Hình Động Cơ Nổ 1NZ FE Hiệu Quả

Để thiết kế mô hình động cơ nổ 1NZ-FE hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp nghiên cứu và thiết kế hiện đại. Việc sử dụng phần mềm thiết kế như AutoCAD và SolidWorks sẽ giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm Thiết Kế Hiện Đại

Phần mềm AutoCAD và SolidWorks cho phép tạo ra các bản vẽ 2D và 3D chính xác, giúp sinh viên dễ dàng hình dung và thực hiện các bước thiết kế mô hình động cơ.

3.2. Quy Trình Lắp Ráp Mô Hình

Quy trình lắp ráp mô hình cần được thực hiện theo các bước rõ ràng, từ việc chuẩn bị linh kiện đến lắp ráp và kiểm tra. Điều này đảm bảo mô hình hoạt động đúng cách và đạt hiệu quả cao nhất.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Mô Hình Động Cơ Nổ 1NZ FE

Mô hình động cơ nổ 1NZ-FE không chỉ phục vụ cho việc giảng dạy mà còn có thể được ứng dụng trong các nghiên cứu và phát triển công nghệ mới. Việc nghiên cứu và cải tiến mô hình sẽ giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy và học tập.

4.1. Nghiên Cứu Và Phát Triển Công Nghệ

Mô hình động cơ có thể được sử dụng để nghiên cứu các công nghệ mới trong ngành ô tô, từ đó giúp sinh viên nắm bắt được xu hướng phát triển của ngành.

4.2. Tạo Điều Kiện Cho Thực Hành

Mô hình động cơ cung cấp cho sinh viên cơ hội thực hành trực tiếp, từ đó giúp họ phát triển kỹ năng và tự tin hơn trong công việc sau này.

V. Kết Luận Về Thiết Kế Mô Hình Động Cơ Nổ 1NZ FE

Thiết kế mô hình động cơ nổ 1NZ-FE là một bước quan trọng trong việc đào tạo sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô. Mô hình này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về động cơ mà còn tạo điều kiện cho việc thực hành và nghiên cứu.

5.1. Tương Lai Của Mô Hình Động Cơ Trong Giáo Dục

Mô hình động cơ sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong giáo dục, giúp sinh viên nắm bắt kiến thức và kỹ năng cần thiết cho nghề nghiệp trong tương lai.

5.2. Khuyến Khích Nghiên Cứu Và Sáng Tạo

Việc thiết kế và phát triển mô hình động cơ sẽ khuyến khích sinh viên tham gia vào các nghiên cứu và sáng tạo, từ đó đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh nền công nghiệp ô tô tại Việt Nam đang trên đà phát triển mạnh mẽ và trở thành phương tiện di chuyển phổ biến, ngành công nghệ kỹ thuật ô tô đòi hỏi sự cải tiến liên tục về chất lượng đào tạo, kỹ thuật và công nghệ vận hành. Tại Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh (HUTECH), chương trình đào tạo kỹ sư công nghệ kỹ thuật ô tô đặt trọng tâm vào việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết chuyên sâu và kỹ năng thực hành xưởng. Việc trang bị các thiết bị, mô hình học cụ trực quan là yêu cầu thiết yếu nhằm giúp người học tiếp cận sát với kết cấu thực tế của các dòng xe hiện đại.

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trong công tác giảng dạy của giảng viên và việc rèn luyện kỹ năng thực hành cho sinh viên, đề tài "Thiết kế xây dựng mô hình động cơ nổ 1NZ_FE" được nhóm tác giả lựa chọn thực hiện. Đề tài tập trung giải quyết bài toán thiết kế khung gá cơ khí, tích hợp đồng bộ các hệ thống phụ trợ (nhiên liệu, làm mát, bôi trơn, xả khí, điện điều khiển) để đưa một động cơ ô tô thương mại nguyên bản vào vận hành độc lập ở trạng thái nổ máy thực tế.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

1. Tổng hợp toàn bộ kiến thức chuyên ngành để thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh mô hình động cơ nổ 1NZ-FE phục vụ học tập và giảng dạy.
2. Phục vụ công tác giảng dạy lý thuyết kết cấu, nguyên lý vận hành và hỗ trợ hướng dẫn tạo các pan bệnh (pan chẩn đoán hư hỏng) trực tiếp trên mô hình.
3. Xây dựng bộ tài liệu tham khảo kỹ thuật cho sinh viên, bao gồm bản thuyết minh chi tiết, bản vẽ kết cấu và quy trình thực hành trên mô hình.
4. Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật để động cơ có thể khởi động, nổ máy và vận hành ổn định trong môi trường phòng thực hành.
5. Xác định các hư hỏng điển hình trong quá trình vận hành mô hình và đề xuất phương pháp bảo dưỡng, khắc phục.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Động cơ xăng 1NZ-FE (dung tích 1.5L, 4 xi-lanh thẳng hàng, DOHC, tích hợp công nghệ điều khiển van biến thiên thông minh VVT-i) trang bị trên dòng xe Toyota Vios 2007.
• Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế kết cấu cơ khí khung giá đỡ động cơ bằng phần mềm chuyên dụng; gia công chế tạo khung thép và các tai treo (part gá) chống rung; đấu nối hoàn thiện hệ thống điện điều khiển động cơ (ECU, cảm biến, cơ cấu chấp hành); tích hợp hệ thống cung cấp nhiên liệu, làm mát và ống giảm thanh xả khí phục vụ vận hành mô hình nổ tại xưởng thực hành ô tô.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng hệ thống lý thuyết về động cơ đốt trong, nguyên lý phân phối khí và hệ thống điều khiển điện tử trên ô tô hiện đại của hãng Toyota.

Các cơ sở lý thuyết trọng tâm bao gồm:

• Nguyên lý cơ cấu phân phối khí DOHC 16 van kết hợp VVT-i: Hệ thống Variable Valve Timing – Intelligent sử dụng áp suất thủy lực thông qua van điều khiển dầu (OCV) và bộ điều khiển VVT-i để xoay trục cam nạp trong phạm vi 40 độ góc quay trục khuỷu. Cơ chế này điều chỉnh linh hoạt thời điểm mở và góc trùng lặp xupáp theo các chế độ tải và tốc độ động cơ (làm sớm, làm muộn, duy trì vị trí), giúp tối ưu hóa công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải độc hại.
• Hệ thống điều khiển điện tử động cơ (EFI/ECU): Cấu trúc thu nhận tín hiệu từ hệ thống cảm biến (khối lượng khí nạp MAF dạng dây nhiệt, vị trí bướm ga TPS dạng phần tử Hall, vị trí trục khuỷu CPS, vị trí trục cam CSS, nhiệt độ nước làm mát ECT, cảm biến kích nổ Knock sensor, cảm biến oxy) để bộ xử lý trung tâm (ECU/ECM) tính toán thời điểm phun nhiên liệu và góc đánh lửa sớm tối ưu.
• Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS (Distributorless Ignition System): Sử dụng các cụm IC-bobine độc lập cho từng bugi Iridium, nâng cao hiệu suất đánh lửa và độ bền vận hành.

Phương pháp nghiên cứu được triển khai kết hợp giữa lý thuyết, thiết kế mô phỏng và thực nghiệm chế tạo:

• Phương pháp thu thập, phân tích tài liệu: Khai thác sổ tay hướng dẫn sửa chữa chính hãng Toyota Vios 2007, tài liệu kỹ thuật về dòng động cơ 1NZ-FE, giáo trình chuyên ngành động cơ đốt trong và hệ thống điện động cơ.
• Phương pháp đo đạc và thiết kế CAD: Đo lấy kích thước thực tế các điểm bắt bu-lông trên thân động cơ; sử dụng phần mềm AutoCAD và SolidWorks để thiết kế mô hình 2D và mô hình không gian 3D của khung gá đỡ, chân part định vị, bảng điều khiển và bình nhiên liệu.
• Phương pháp gia công cơ khí và chế tạo thực nghiệm: Ứng dụng kỹ thuật hàn cắt kim loại để gia công khung thép hộp, tiện và hàn các chân gá động cơ (FR, RR, FL, RL), lắp đặt các đệm cao su giảm chấn nhằm triệt tiêu dao động khi động cơ nổ máy.
• Phương pháp thực nghiệm tích hợp hệ thống: Đấu nối mạch điện nguồn, rơ-le mở mạch, cụm đồng hồ táp-lô, bơm xăng, két nước tản nhiệt và ống xả giảm thanh; tiến hành nổ máy kiểm tra hoạt động của toàn bộ hệ thống.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu đề tài

Chương này tổng quan về vai trò của ngành công nghệ kỹ thuật ô tô trong hệ thống giao thông vận tải và nền kinh tế Việt Nam. Tác giả trình bày thực trạng đào tạo tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM (HUTECH), nhấn mạnh tầm quan trọng của việc trang bị học cụ thực hành trực quan. Từ đó, chương I xác lập 5 mục tiêu cụ thể, 5 nội dung triển khai và 4 phương pháp nghiên cứu nhằm thực hiện việc chế tạo mô hình động cơ nổ 1NZ-FE.

Chương II: Cơ sở lý thuyết

Chương II trình bày tổng quan về dòng xe Toyota Vios 2007 thế hệ thứ 2 (ra mắt tại Thái Lan từ năm 2002, bản nâng cấp 1.5G và 1.5E), bao gồm thông số hình học, trọng lượng và trang bị kỹ thuật. Nội dung đi sâu phân tích động cơ 1NZ-FE cùng cơ cấu van biến thiên thông minh VVT-i: cấu tạo bộ điều khiển VVT-i trên trục cam nạp, van OCV, các trạng thái làm sớm, làm muộn và giữ góc phối khí. Đồng thời, chương này phân tích ưu điểm (nhỏ gọn, bền bỉ, tiết kiệm nhiên liệu, dễ bảo dưỡng, trang bị hệ thống đánh lửa DIS) và nhược điểm (động cơ dạng I4 đặt ngang có độ ồn, rung lắc và trọng tâm tương đối cao), cùng sơ lược vị trí các cảm biến và hộp cầu chì trên xe.

Thông số kỹ thuật	Giá trị công bố trên Toyota Vios 2007 (Động cơ 1NZ-FE)
Kiểu bố trí động cơ	4 xi-lanh thẳng hàng (I4), trục cam đôi DOHC 16 van, VVT-i
Dung tích công tác	1.5 lít (1497 cc)
Đường kính x Hành trình piston	75.0 x 84.7 mm
Tỉ số nén	10.5 : 1
Công suất cực đại	107 bhp (107 mã lực) tại 6.000 vòng/phút
Mô-men xoắn cực đại	14.m (141 Nm) tại 4.200 vòng/phút
Hệ thống nhiên liệu	Phun xăng điện tử EFI, kim phun 12 lỗ
Hệ thống đánh lửa	Đánh lửa trực tiếp không bộ chia điện (DIS), bugi Iridium
Tiêu chuẩn khí thải	Euro 4
Kích thước tổng thể xe (Dài x Rộng x Cao)	4.300 x 1.700 x 1.460 mm
Chiều dài cơ sở / Khoảng sáng gầm	2.550 mm / 150 mm
Trọng lượng không tải / Toàn tải	1.055 - 1.110 kg / 1.520 kg
Dung tích bình nhiên liệu xe nguyên bản	42 lít

Chương III: Tổng quan động cơ 1NZ-FE

Chương III phân tích cấu tạo chi tiết các cụm tổng thành trên động cơ 1NZ-FE, phân chia thành các nhóm hệ thống chính:

• Phần tĩnh của động cơ: Thân máy hợp kim nhôm đúc liền khối tích hợp áo nước làm mát và đường dầu, ống lót xi-lanh bằng gang mỏng không lắp chọn; nắp máy đúc liền khối với buồng đốt dạng vát hình côn; đáy cacte bằng tôn dập có vách ngăn chống sóng dầu và nút xả nhớt; ron nắp máy bằng thép mỏng phủ carbon và bột chì chống dính.
• Các bộ phận di động: Piston hợp kim nhôm thân dạng oval để bù giãn nở nhiệt; xécmăng gang hợp kim (gồm xécmăng khí làm kín và xécmăng dầu); chốt piston; 4 thanh truyền bằng thép rèn có lỗ phun dầu làm mát đáy piston; trục khuỷu bằng thép rèn chịu lực với các cổ trục, chốt khuỷu và đối trọng; bánh đà cân bằng và truyền lực.
• Hệ thống phân phối khí: DOHC 16 van dẫn động bằng xích, trục cam nạp tích hợp cơ cấu VVT-i, trục cam xả, ống dẫn xupáp, lò xo xupáp (chiều dài tự do tiêu chuẩn 45.x mm), móng hãm và con đội xupáp.
• Hệ thống bôi trơn: Sử dụng bơm nhớt kiểu rotor ăn khớp trong dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu, lưới lọc thô đặt ngập trong đáy cacte, bầu lọc tinh có tích hợp van an toàn (tự mở khi chênh lệch áp suất vào - ra vượt quá 1 kg/cm²) và van một chiều chống chảy ngược.
• Hệ thống làm mát: Làm mát bằng dung dịch cưỡng bức sử dụng nước làm mát chuyên dụng Toyota SLLC (Super Long Life Coolant màu hồng), bơm nước ly tâm, van hằng nhiệt, két nước và quạt tản nhiệt điều khiển bằng điện tử.
• Hệ thống điện và điều khiển động cơ: Sơ đồ mạng điện đánh lửa DIS, máy khởi động, máy phát điện, cấu tạo và nguyên lý của 8 loại cảm biến chính (MAF, IAT, TPS, CPS, CSS, KNK, ECT, Oxygen sensor) cùng khối điều khiển trung tâm ECU.

Chương IV: Thiết kế xây dựng mô hình

Chương IV trình bày toàn bộ quá trình tính toán, thiết kế và thi công chế tạo mô hình thực tế:

• Thiết kế bản vẽ 2D và 3D khung giá đỡ động cơ, đảm bảo khả năng chịu tải trọng bản thân của động cơ và triệt tiêu lực quán tính khi động cơ nổ.
• Thiết kế và gia công 4 chân part gá động cơ chuyên biệt: chân Part FR (phía trước bên phải), chân Part RR (phía sau bên phải), chân Part FL (phía trước bên trái) và chân Part RL (phía sau bên trái), kết hợp lót các đệm cao su giảm chấn tại điểm liên kết với khung.
• Thiết kế bảng layout táp-lô điều khiển trung tâm (bố trí ổ khóa điện, đèn báo Check Engine, công tắc, đồng hồ hiển thị).
• Thiết kế và gia công hệ thống cấp nhiên liệu độc lập gồm bình chứa xăng thu nhỏ, cụm bơm xăng điện và bàn đạp ga.
• Thi công hệ thống đường ống xả và bầu giảm thanh nhằm giảm độ ồn trong phòng học.
• Lắp đặt két nước làm mát, quạt tản nhiệt, hoàn thiện bề mặt khung sắt bằng sơn bảo vệ và lắp ráp tổng thể mô hình.

Chương V: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương V tổng kết các kết quả đạt được sau quá trình thi công và đề xuất các định hướng nâng cấp, phát triển mô hình trong tương lai.

Thiết kế và triển khai mô hình kỹ thuật

Quá trình thi công mô hình động cơ 1NZ-FE được tiến hành theo quy trình kỹ thuật chặt chẽ, kết hợp giữa kết cấu cơ khí định vị và hệ thống điều khiển điện động cơ:

[Khung thép chịu lực + Đệm cao su] ---> [Gá đặt Động cơ 1NZ-FE]
[Hệ thống Nhiên liệu]                  [Hệ thống Làm mát & Xả]                [Hệ thống Điện & Điều khiển]
- Bình xăng thu nhỏ                    - Két nước + Quạt điện 12V             - ECU trung tâm 1NZ-FE
- Bơm xăng điện tử                     - Ống dẫn + Nước SLLC                  - 8 cảm biến động cơ
- Cụm bàn đạp ga cơ khí                - Ống xả + Bầu giảm thanh              - Táp-lô điều khiển & Giắc DLC3

1. Kết cấu khung gá và chân Part chống rung:

   • Khung giá đỡ được gia công từ thép hộp định hình chịu lực, thiết kế thanh bảo vệ xung quanh các chi tiết quay (puli, dây đai).
   • Động cơ được cố định lên khung thông qua 4 cụm chân part gia công riêng (Part FR, Part RR, Part FL, Part RL). Giữa các chân gá và thân động cơ được lót đệm cao su chuyên dụng giúp hấp thụ dao động, chống hiện tượng rung giật truyền xuống khung khi động cơ nổ máy ở các dải tốc độ khác nhau.

2. Thi công các hệ thống phụ trợ:

   • Hệ thống nhiên liệu: Thay thế bình xăng 42 lít nguyên bản cồng kềnh bằng bình nhiên liệu nhỏ gọn gắn trực tiếp trên khung, tích hợp bơm xăng điện chìm, đường ống dẫn xăng chịu áp lực cao và cơ cấu bàn đạp chân ga điều khiển bướm ga.
   • Hệ thống làm mát: Gá lắp két nước làm mát và cụm quạt điện tản nhiệt lên vị trí đón gió phía trước khung mô hình; kết nối các đường ống mềm dẫn nước làm mát SLLC tuần hoàn qua áo nước thân máy và nắp máy.
   • Hệ thống khí xả: Lắp ghép đường ống dẫn khí thải từ cổ góp xả động cơ nối tiếp qua bầu giảm âm (ống giảm thanh) để triệt tiêu tiếng ồn của khí cháy thoát ra ngoài môi trường phòng thí nghiệm.

3. Tích hợp bảng điều khiển và mạng điện động cơ:

   • Xây dựng bảng điều khiển trung tâm (layout điều khiển) bao gồm: ổ khóa khởi động, rơ-le mở mạch nhiên liệu, cầu chì bảo vệ, giắc chẩn đoán tín hiệu DLC3 và đèn cảnh báo hư hỏng Check Engine.
   • Đấu nối chính xác hệ thống giắc cắm từ các cảm biến (MAF, ECT, CPS, CSS, TPS, KNK, Oxy) về các chân giắc của bộ xử lý trung tâm ECU, đảm bảo ECU nhận đầy đủ tín hiệu đầu vào và điều khiển góc đánh lửa trực tiếp qua IC-bobine cũng như điều khiển lượng phun xăng qua kim phun 12 lỗ.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

• Chế tạo thành công mô hình động cơ nổ 1NZ-FE độc lập trên khung thép có bánh xe di chuyển thuận tiện trong xưởng thực hành.
• Động cơ khởi động nhạy bén, nổ máy êm dịu, hệ thống chân gá và đệm cao su triệt tiêu hiệu quả hiện tượng rung lắc ở cả chế độ không tải và khi tăng ga.
• Các hệ thống phụ trợ (làm mát bằng dung dịch SLLC, bôi trơn cưỡng bức, cung cấp nhiên liệu EFI, đánh lửa DIS) hoạt động đồng bộ và ổn định.
• Bảng điều khiển hiển thị đầy đủ các thông số cơ bản và đèn báo trạng thái động cơ; hệ thống điện cho phép kết nối máy chẩn đoán thông qua giắc DLC3.

Đóng góp cho công tác đào tạo

• Cung cấp cho Khoa Công nghệ Kỹ thuật Ô tô một thiết bị giảng dạy trực quan, giúp sinh viên quan sát rõ ràng vị trí bố trí, kết cấu cơ khí thực tế của động cơ DOHC 16 van tích hợp VVT-i.
• Cho phép giảng viên chủ động tạo các pan bệnh chẩn đoán thực tế (như ngắt tín hiệu cảm biến MAF, ECT, rút giắc kim phun, lỗi mạch đánh lửa) để hướng dẫn sinh viên quy trình đo kiểm, đọc mã lỗi (DTC) và sửa chữa hư hỏng.
• Đóng góp bộ tài liệu thuyết minh kỹ thuật chi tiết làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các khóa sau khi học tập các học phần Thực hành Động cơ xăng, Hệ thống điện - điện tử ô tô và Đồ án tốt nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Mô hình tập trung chủ yếu vào phần cơ khí khung gá và vận hành độc lập của động cơ, chưa tích hợp đầy đủ hệ thống truyền lực (hộp số tự động 4 cấp hoặc số sàn 5 cấp nguyên bản của dòng Vios 2007).
• Hệ thống chẩn đoán pan lỗi hiện tại chủ yếu thực hiện bằng thao tác cơ - điện thủ công (ngắt giắc cắm vật lý), chưa được tự động hóa thông qua các hộp điều khiển tạo pan chuyên dụng.
• Động cơ 1NZ-FE với đặc thù 4 xi-lanh thẳng hàng dung tích nhỏ vẫn có độ ồn nhất định khi hoạt động ở dải vòng tua cao trong không gian kín của phòng học.

Hướng nghiên cứu và phát triển

• Thiết kế và tích hợp thêm hộp tạo pan chẩn đoán lỗi thông minh bằng công tắc chuyển mạch hoặc vi điều khiển, cho phép cài đặt các lỗi đứt mạch, chạm mass hoặc sai lệch tín hiệu cảm biến mà không cần rút giắc cắm trực tiếp.
• Lắp đặt thêm hệ thống cảm biến đo đạc thứ cấp và màn hình LCD/máy tính hiển thị thời gian thực các đồ thị dạng sóng tín hiệu điện áp từ cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam, kim phun và xung đánh lửa.
• Nghiên cứu phát triển tích hợp thêm hộp số và bán trục để mô phỏng đầy đủ trạng thái tải của hệ thống truyền lực trên ô tô.

Giá trị tham khảo

Mô hình và bản thuyết minh đồ án mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao:

• Đối với sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô: Là tài liệu tham khảo trực quan phục vụ các môn học Kết cấu động cơ đốt trong, Hệ thống điện thân xe và điều khiển động cơ, Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô. Sinh viên có thể tham khảo phương pháp tính toán chân part gá động cơ và quy trình đấu nối dây điện ECU 1NZ-FE để thực hiện các đồ án chuyên ngành.
• Đối với giảng viên và kỹ thuật viên xưởng thực hành: Mô hình là học cụ trực tiếp để minh họa bài giảng, tổ chức các bài thi tay nghề thực hành về đo kiểm cảm biến, kiểm tra áp suất nén, đo áp suất bơm xăng và chẩn đoán pan bệnh hệ thống phun xăng điện tử.
• Phần nội dung đáng tham khảo nhất: Bản vẽ chi tiết các chân part định vị (FR, RR, FL, RL), sơ đồ chân giắc ECU động cơ 1NZ-FE và nguyên lý điều khiển chi tiết của cơ cấu phối khí van biến thiên thông minh VVT-i.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ 1NZ-FE trên mô hình có thông số công suất và cơ cấu phân phối khí như thế nào?
Động cơ 1NZ-FE là loại động cơ xăng 4 kỳ, 4 xi-lanh thẳng hàng, dung tích 1.5 lít, trang bị trục cam kép DOHC 16 van dẫn động bằng xích. Động cơ sản sinh công suất cực đại 107 bhp tại 6.000 vòng/phút và mô-men xoắn cực đại 14.m (141 Nm) tại 4.200 vòng/phút, đạt tiêu chuẩn khí thải Euro 4.

2. Cơ cấu VVT-i trên động cơ 1NZ-FE điều khiển thời điểm phối khí trong phạm vi bao nhiêu độ và dựa trên nguyên lý nào?
Hệ thống VVT-i trên động cơ 1NZ-FE điều khiển trục cam nạp xoay trong phạm vi 40 độ của góc trục khuỷu. Hệ thống sử dụng áp suất thủy lực của dầu bôi trơn thông qua van điều khiển dầu phối khí trục cam (OCV) do ECU điều khiển để làm sớm, làm muộn hoặc giữ nguyên thời điểm đóng/mở xupáp nạp theo điều kiện vận hành.

3. Để khắc phục hiện tượng rung giật khi động cơ nổ máy trên mô hình, nhóm tác giả đã thực hiện giải pháp cơ khí nào?
Nhóm tác giả đã thiết kế và gia công 4 chân part gá chuyên biệt (Part FR, Part RR, Part FL, Part RL) bằng thép được hàn cố định, đồng thời bố trí các tấm đệm cao su giảm chấn tại các điểm liên kết giữa chân part và khung thép nhằm hấp thụ và triệt tiêu dao động cơ học.

4. Bầu lọc tinh trong hệ thống bôi trơn động cơ 1NZ-FE có cơ chế bảo vệ an toàn như thế nào?
Bên trong bầu lọc nhớt tinh có bố trí một van an toàn song song với lõi lọc. Khi lõi lọc bị tắc nghẽn khiến độ chênh lệch áp suất giữa đường vào và đường ra vượt quá 1 kg/cm², van an toàn sẽ tự động mở để cho một phần nhớt đi tắt qua lõi lọc, đảm bảo cấp dầu bôi trơn liên tục cho động cơ.

5. Hệ thống làm mát trên mô hình sử dụng loại dung dịch làm mát nào và có đặc tính gì nổi bật?
Hệ thống sử dụng nước làm mát Toyota SLLC (Super Long Life Coolant màu hồng). Dung dịch này có đặc tính làm giảm điểm đông đặc, tăng điểm sôi, đồng thời hỗ trợ bôi trơn phớt bơm nước và chống rỉ sét, ăn mòn bên trong các áo nước của động cơ.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế xây dựng mô hình động cơ nổ 1NZ_FE" của nhóm sinh viên Trường Đại học Công nghệ TP.HCM (HUTECH) đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu thiết kế và thi công một mô hình học cụ kỹ thuật chất lượng cao. Đề tài kết hợp thành công giữa thiết kế cơ khí khung giá đỡ chống rung giật và đấu nối đồng bộ hệ thống điện điều khiển động cơ EFI/VVT-i, đảm bảo động cơ nổ máy vận hành ổn định và an toàn. Công trình mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho công tác đào tạo thực hành và nghiên cứu chẩn đoán pan bệnh của ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I : Giới thiệu đề tài Chương II : Tổng quan về động cơ 1NZ_FE Chương III : Thiết kế thi công mô hình động cơ Chương IV : Tổng quan về điện trên động cơ Chương V : Kết luận 2 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Sơ lược về dòng xe Toyota Vios 2007. Xe Toyota Vios 2007 [1] Toyota Vios là dòng xe Sedan lần đầu tiên được ra mắt tại Thailand vào năm 2002. Sau hơn 20 năm kinh doanh và hoạt động trên thị trường, Vios đã trãi qua 4 lần nâng cấp và phát triễn.

Toyota Vios 2007 là dòng xe sản xuất vào thế hệ thứ 2, trước đó thế hệ thứ nhất là đời 2002-2006. Với phiên bản 1.5G nâng cấp và 1.5E trang bị động cơ 1.5L I4 1NZ- FE, DOHC tích hợp công nghệ điều khiển van biến thiên thông minh VVT-i, công suất cực đại 107 mã lực tại vòng tua 6,000 vòng/phút, mô-men xoắn cực đại 14.m tại vòng tua 4,200 vòng/phút.5G sử dụng hộp số tự động 4 cấp còn phiên bản 1.5E được lắp hộp số tay 5 cấp.5G có nội thất và tay lái bọc da, hàng ghế sau có thể gập theo tỷ lệ 60:40, các phím điều khiển âm thanh được tích hợp trên tay lái. Hệ thống âm thanh 1 đĩa tương thích định dạng MP3 và WMA nối với 6 loa được trang bị cho cả 2 phiên bản. 3 Ở thế hệ này, kích thước xe được nới rộng hơn so với thế hệ cũ với chiều dài cơ sở 2,550 mm, chiều dài tổng thể 4,300 mm, chiều rộng 1,700 mm, chiều cao 1,460 mm.

Động cơ được trang bị là động cơ xăng với 3 lựa chọn 1.5L 1NZ-FE và 1. Giới thiệu về động cơ 1NZ_FE. Động cơ 1NZ_FE [2] Động cơ 1NZ_FE được lắp đặt và sử dụng rộng rãi trong nhiều dòng xe khác nhau của hãng xe Toyota ví dụ như: Vios, Yaris, Vitz… 2. Thông số kỹ thuật xe Toyota Vios 2007.

- Hệ thống van điều khiển với cam đôi trên thân máy (DOHC) - Sử dụng nhiên liệu xăng, hệ thống đánh lửa điện tử - Dung tích công tác 1.5 (lít) - Đường kính, hành trình piston 75 x 84.7 (mm) - Hệ thống nhiên liệu điện tử EFI. - Tỉ số nén 10.5 - Công suất cực đại 107 bhp tại 6000 vòng/phút - Momen xoắn cực đại 14.m 4200 vòng/phút - Số van 16 - Điều khiển biến thiên VVT-I - Tiêu chuẩn Euro 4 4 * Trọng lượng: - Trọng lượng không tải: 1055-1110 (kg) - Trọng lượng toàn tải: 1520 (kg) * Kích thước: Bảng 2. Kích thước của xe [1] Chiều dài tổng thể (mm) 4300 Chiều rộng tổng thể (mm) 1700 Chiều cao tổng thể (mm) 1460 Chiều dài cơ sở (mm) 2550 Khoảng cách sáng gầm tối thiểu 150 Thể tích khoang hành lí (lít_SAE) 475 Dung tích bình nhiên liệu (lít) 42 Khoảng cách 2 bánh trước (mm) 1470 Khoảng cách 2 bánh sau (mm) 1460 2. Đặc điểm nổi bật của động cơ 1NZ_FE 2.

Hệ thống phân phối khí VVT-I. Hệ thống VVT-I [3] Hệ thống phân phối khí VVT-I được viết tắt Variable Valve Timing – Intelligent hay còn gọi là thời điểm phối khí thay đổi thông minh. Hệ thống VVT-I được Toyota sản xuất lắp đặt hầu hết trên các dòng xe của mình giúp tăng hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải. Hệ thống VVT-I được điều khiển bằng điện tử giúp thay đổi thời điểm đóng mở các van nạp bằng cách điều chỉnh mối quan hệ chuyển động trục cam, dây đai hoặc xích với trục cam nạp.

5 VVT-I dùng áp suất thủy lực để chỉnh vị trí trục cam từ đó thay đổi thời điểm phối khí sau thời điểm đóng van xả và mở van nạp trình khớp với nhau. VVT-I có ý nghĩa với động cơ đốt trong dòng khí nạp và xã ra từ buồng đốt tự điều khiển bởi các van xupap. Thời điểm đóng mở các van này ảnh hưởng rất lớn đến quá trình đốt cháy và sinh công tuy nhiên thời điểm đóng mở và độ mở van lại giống nhau ở tất cả tốc độ và điều kiện vận hành động cơ nó không thể thay đổi linh hoạt theo từng tình huống điều này gây ra lãng phí rất lớn. Mục đích của VVT-I là để khắc phục tình huống trên giảm thiểu khí thải, thải ra môi trường hơn.

Cấu tạo VTT-I. Hệ thống VVT-I được thiết kế điều khiển truc cam nạp trong phạm vi 40 độ (của góc trục khuỷu). Để cung cấp thời gian van phù hợp tối ưu với điều kiện động cơ, điều này nhận ra mômen xoắn thích hợp trong tất cả phạm vi tốc độ cũng như khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải. Chia làm hai phần gồm: Hệ thống VVT-i và Hệ thống chấp hành của VVT-i A) Hệ thống VVT-I gồm: - Bộ xử lý trung tâm ECU - Bơm dầu và đường dẫn dầu - Bộ điều khiển phối khí Van điều khiển dầu trục cam Cảm biến bướm ga Cảm biến trục cam Cảm biến nhiệt độ nước làm Đồng hồ đo lưu lượng mát không khí Cảm biến vị trí trục khuỷu Hình 2.

Cấu tạo của hệ thống VVT-I. [4] 6 - Hệ thống cảm biến: cảm biến vị trí cam VVT, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến nhiệt độ nước làm mát. B) Hệ thống chấp hành của VVT-i gồm: - Bộ điều khiển VVT-i xoay trục cam nạp - Áp suất dầu tạo lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i - Van điều khiển đường đi của dầu Ngoài ra, hệ thống VVT-i còn được kết hợp đồng bộ với bướm ga điện tử, kim phun nhiên liệu 12 lỗ, bộ chia điện cùng các bugi loại Iridium. Khi xe di chuyển với tải trọng nhẹ, nhiệt độ thấp: Thời điểm phối khí trục cam nạp được làm trễ và độ trùng lập xupap giảm đi để giảm khí xả chạy ngược về phía nạp.

Khi xe tải vừa, tốc độ xe thấp khi ở tải vừa và nặng: Thời điểm phối khí trục cam nạp được làm sớm và độ trùng lập xupap tăng lên, để tăng lên tuần hoàn khí thải (ERG). Điều này cải thiện ô nhiễm khí thải và tiêu hao nhiên liệu. Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xupap nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp. Trục cam nạp Thân VVT Chốt khóa Cánh quạt Áp suất dầu Dừng lại Đang hoạt động Hình 2.1 Cấu tạo hệ thống VVT-I [4] 7 Ống lót Lò xo Pittong Hồi dầu Hồi Cuộn dây Ống chỉ Đường dầu đến Hình 2.2 Cấu tạo hệ thống VVT-I [4] 2.

Nguyên lí hoạt động VVT-I. Van điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều khiển VVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ. Bộ điều khiển VVT-i quay trục cam nạp tương ứng với vị trí nơi mà đặt áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí. ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupap tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van điều khiển dầu phối khí trục cam.

Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn. Làm sớm thời điểm phối khí: Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được đặt ở vị trí như trên hình vẽ bằng ECU động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí. Van điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều khiển VVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ. Bộ điều khiển VVT-i quay trục cam nạp tương ứng với vị trí nơi mà đặt áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí.

ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupap tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van điều khiển dầu phối khí trục cam. Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm 8 phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn. Làm sớm thời điểm phối khí: Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được đặt ở vị trí như trên hình vẽ bằng ECU động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí. Làm muộn thời điểm phối khí: Khi ECU đặt van điều khiển thời điểm phối khí trục cam ở vị trí như chỉ ra trong hình vẽ, áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí để làm quay trục cam nạp theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí.

Giữ: ECU động cơ tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành. Sau khi đặt thời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầu đóng như được chỉ ra trên hình vẽ để giữ thời điểm phối khí hiện tại. Hệ thống điều khiển động cơ.1 Ưu nhược điểm của động cơ 1 NZ-FE * Ưu điểm: Là động cơ xăng không chì có 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích xylanh 1.5L, trục cam kép DOHC 16 xu pap dẫn động bằng xích, hệ thống van nạp thông minh VVT-i Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS được sử dụng trong động cơ này để đạt được hiệu suất cao, êm ái, tiết kiệm nhiên liệu và thải sạch hơn Chi phí bảo dưỡng rẻ, phụ tùng dễ dàng tìm kiếm và thay thế Động cơ nhỏ gọn thích hợp cho trang bị trên các dòng xe phổ thông và gia đình, động cơ 1NZ-FE được Toyota trang bị trên dòng xe Vios qua nhiều đời xe, thích hợp làm mô hình động cơ phục vụ trong công tác giảng dạy và học tập của sinh viên ngành ô tô * Nhược điểm: Là động cơ bố trí xi lanh hình chữ I nằm ngang, dung tích xi lanh nhỏ nên công suất động cơ còn bị giới hạn, động cơ khá ồn, rung lắc và trọng tâm cao Vận hành chưa thực sự êm ái và hoạt động không bền bỉ, chưa êm bằng một số loại động cơ khác. Sơ lược hệ thống điều khiển động cơ Hình 2.6: Vị trí các cảm biến trên động cơ 1NZ-FE [4] 2.1 Các loại cảm biến của động cơ 1NZ-FE và vị trí các hộp trên xe.

Động cơ 1NZ-FE gồm có các cảm biến: 1.