Chương 1 : ĐỘNG CƠ
I. Động cơ đốt trong
1. Tổng quan và phân loại
Động cơ là các máy biến một dạng năng lượng này (hóa năng, nhiệt năng...) thành một năng lượng khác (cơ năng). Động cơ có nhiều loại, trên ô tô thường dùng động cơ nhiệt. Động cơ nhiệt là loại thiết bi ̣cơ khí có nhiệm vụ biến đổi nhiệt năng (do đốt cháy nhiên liệu) thành cơ năng (làm quay trục khuỷu). Động cơ nhiệt hoạt động với hai quá trình cơ bản như sau:
- Đốt cháy nhiên liệu, giải phóng hóa năng thành nhiệt năng và gia nhiệt cho môi chất công tác. Trong giai đoạn này xảy ra các hiện tượng hoá - lý rất phức tạp.
- Biến đổi trạng thái của môi chất công tác, hay nói cách khác, môi chất công tác thực hiện chu trình nhiệt động để biến đổi một phần nhiệt năng thành cơ năng. Trên cơ sở đó có thể phân loại động cơ nhiệt thành hai loại chính là động cơ đốt ngoài và động cơ đốt trong.
Phân loại động cơ đốt trong
Tiêu chí phân loại các loại động cơ
- Theo cách thực hiện chu trình công tác.
Động cơ bốn kỳ: là động cơ có chu trình công tác thực hiện sau bốn hành trình của piston hay hai vòng quay của trục khuỷu.
Động cơ hai kỳ: là động cơ có chu trình công tác thực hiện sau hai hành trình của piston hay một vòng quay của trục khuỷu.
-Theo nhiên liệu Động cơ nhiên liệu lỏng: như xăng, diesel, cồn pha xăng hoặc diesel, dầu thực vật... Động cơ nhiên liệu khí: nhiên liệu khí bao gồm khí thiên nhiên (Compressed Natural Gas - CNG), khí hoá lỏng (Liquidfied Petroleum Gas - LPG), khí lò ga, khí sinh vật (Biogas)...
Động cơ nhiên liệu kép: (Dual Fuel) ví dụ như động cơ gas + xăng, ga + diesel… Động cơ đa nhiên liệu: (Multi Fuel) như động cơ có thể dùng được cả diesel và xăng, hoặc động cơ dùng cả xăng và khí đốt.
-Theo phương pháp hình thành khí hỗn hợp Hình thành hỗn hợp bên ngoài xylanh: như động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí hoặc hệ thống phun xăng gián tiếp (phun vào đường nạp). Hình thành hỗn hợp bên trong xylanh: như động cơ diesel hay động cơ phun xăng trực tiếp (Gasoline Direct Injection - GDI) vào xy lanh.
-Theo phương pháp đốt cháy Động cơ đốt cháy cưỡng bức: như động cơ xăng. Động cơ tự bốc cháy: như động cơ diese
2.Phân loại theo cách đặt xy lanh
a. Xi lanh đặt thẳng hàng: Loại động cơ này bố trí được ít xy lanh hơn, nhưng nhỏ gọn khi bố trí ít xy lanh.
Động cơ 4 xy lanh đặt thẳng hàng
b. Xy lanh đặt hình chữ VGóc chữ V600 hoặc 900 bố trí được nhiều xy lanh hơn, công suất lớn hơn và diện tích nhỏ hơn so với cách bố trí thẳng hàng cùng số xi lanh. Có 2 trục cam riêng, đường ống nạp riêng cho mỗi hàng xy lanh
Động cơ hình chữ V
3.1 Tổng quan
Là nguồn tạo ra động năng từ quá trình cháy của nhiên liệu cho các hoạt động của ôtô. Các cụm chi tiết chính của cơ cấu sinh lực gồm: nắp máy, thân máy, cụm xylanh– piston (còn gọi là bộ hơi), cụm trục khuỷu– thanh truyền, cácte và bánh đà.
a.Nắp máy
- Nắp máy động cơ dùng cơ cấu phân phối khí dạng xupáp đặt: nắp máy cấu tạo đơn giản, khác so với nắp máy động cơ dùng cơ cấu phân phối khí dạng xupáp treo là bugi gần xupáp nạp để tránh kích nổ.Nắp máy động cơ diesel Phức tạp hơn nắp máy động cơ xăng, trên nắp máy phải bố trí rất nhiều chi tiết: đường nạp, thải, cụm xupáp. Ngoài ra còn rất nhiều chi tiết như: vòi phun, buồng cháy phụ, van khí nén, bugi sấy…
b.Gioăng quy lát
c.Thân máy
- Thân máy Thân máy có tác dụng duy trì áp suất nén của piston và tiếp nhận áp lực nổ. Thân máy gồm thân xylanh làm bằng nhôm và áo xylanh. Tuy nhiên, cũng có những thân máy không có áo xylanh. Cũng có những thân máy làm bằng gang. Lòng của xylanh có hình trụ. Tuy nhiên, người ta chế tạo có dạng côn ở phần trên của xylanh vì khi làm việc với nhiệt độ và áp suất cao, nó sẽ giãn nở lớn hơn để tạo thành hình trụ.
d.Cụm piston
- Cụm piston và vị trí bố trí trong xylanh động cơ. Dấu lắp ghép và cốt piston (mã cỡ piston) Để thuận lợi phân tích kết cấu có thể chia piston thành những phần như đỉnh, đầu, thân và chân piston.
- Đỉnh Piston Cùng với xylanh, nắp xylanh tạo thành buồng cháy, về mặt kết cấu có các loại đỉnh sau:
+ Đỉnh bằng: có diện tích chịu nhiệt nhỏ, kết cấu đơn giản. Thường được sử dụng trong động cơ diesel buồng cháy dự bị và buồng cháy xoáy lốc.
+ Đỉnh lồi: có sức bền lớn, đỉnh mỏng nhẹ nhưng diện tích chịu nhiệt lớn.
+ Đỉnh lõm: có thể tạo xoáy lốc nhẹ, tạo thuận lợi cho quá trình hình thành hòa khí và cháy. Tuy nhiên sức bền kém và diện tích chịu nhiệt lớn. Loại đỉnh này thường được sử dụng ở cả động cơ xăng và động cơ diesel .
+ Đỉnh chứa buồng cháy: thường gặp trên động cơ diesel
d.Cácte (đáy dầu, máng dầu)
- Cácte để chứa dầu bôi trơn, bảo vệ phía dƣới thân máy, bảo vệ trục khuỷu và làm mát động cơ, Cácte động cơ ô tô Đáy dầu lắp với thân máy bằng bulông hoặc vít. Đệm máy làm bằng giấy hoặc loại gioăng cao su.
e. Bánh đà
- Bánh đà được lắp vào trục khuỷu, là chi tiết tích lũy năng lượng từ các quá trình cháy (kỳ sinh công) rời rạc của các xylanh trong động cơ, tạo ra năng lượng quán tính để thực hiện các kỳ nạp – nén – xả (các kỳ không sinh công). - Giữ cho tốc độ góc của trục khuỷu đồng đều ở mọi kỳ làm việc của động cơ, giúp cho trục khuỷu quay đều và êm hơn.
f.Cụm thanh truyền– trục khuỷu
- Thanh truyền (tay biên) Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu hoặc guốc trượt, nhận lực từ piston và truyền cho trục khuỷu, làm quay trục khuỷu, biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. Bởi vì nó thường xuyên bị tác động bởi lực kéo và nén nên nó phải có đủ độ bền và cứng chắc. Đầu to của thanh truyền có một lỗ phun dầu để bôi trơn và làm mát. Dầu được cung cấp qua đường dầu trong trục khuỷu. Thanh truyền liên kết với nắp bạc, vì vậy cần kiểm tra dấu phía trước để tránh nhầm lẫn khi lắp ráp hai bộ phận này.
4.Hệ thống phân phối khí (hệ thống phối khí)
Thực hiện việc đóng – mở các xupáp đúng thời điểm quy định để động cơ có thể thực hiện được các quá trình làm việc hút (nạp) – nén – nổ - xả (thải).
Các kiểu hệ thống phối khí có thể được phân loại như sau:
-Theo cách bố trí trục cam: cơ cấu phối khí dùng xupáp – trục cam đơn; cơ cấu phối khí dùng xupáp – trục cam đôi; kiểu trục cam đẩy; kiểu trục cam đặt trên cùng (cam đè).
-Theo cách dẫn động trục cam: dẫn động dây đai răng; dẫn động xích (có loại một tầng xích, loại hai tầng xích); dẫn động bánh răng; dẫn động bánh răng và dây đai răng.
-Theo cách đặt thời điểm cam: loại đặt có dấu; loại đặt không dấu.
-Theo cách thay đổi thời điểm pha phối khí: cơ cấu phối khí dùng xupáp có hành trình cố định; cơ cấu phối khí dùng xupáp có hành trình thay đổi; cơ cấu phối khí thay đổi thời điểm đóng mở xupáp. Pha phối khí Pha phối khí là một giản đồ vòng, phản ảnh các kỳ làm việc của động cơ, trong đó xác định thời điểm đóng, mở của các xupáp theo vị trí của góc quay của trục khuỷu. Các góc đóng, mở của các xupáp được tính ở thời điểm so với các vị trí điểm chết trên (ĐCT) và điểm chết dưới (ĐCD) của trục khuỷu.
5.Hệ thống bôi trơn
a. Chức năng Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt ma sát để giảm tổn thất công suất do ma sát gây ra và làm sạch các bề mặt. Ngoài ra hệ thống bôi trơn còn có các nhiệm vụ làm mát, bao kín buồng cháy và chống ôxy hóa.
- Bôi trơn bề mặt ma sát làm giảm tổn thất ma sát.
- Làm mát bề mặt làm việc của các chi tiết có chuyển động tương đối.
- Tẩy rửa bề mặt ma sát.
- Bao kín khe hở các cặp ma sát.
- Chống ôxy hóa.
- Rút ngắn quá trình chạy rà của động cơ.
b. Yêu cầu đối với hệ thống bôi trơn
- Áp suất bôi trơn phải đảm bảo đủ lƣợng dầu đi bôi trơn.
- Áp suất của dầu bôi trơn trong hệ thống phải đảm bảo từ 2- 6 kg/cm2 .
- Dầu bôi trơn trong hệ thống phải sạch, không bị biến chất, độ nhớt phải phù hợp.
- Dầu bôi trơn phải đảm bảo đi đến tất cả các bề mặt làm việc của các chi tiết để bôi trơn và làm mát cho các chi tiết.
c.Phân loại và phương pháp bôi trơn động cơ 4 kỳ
- Bôi trơn ma sát khô: bề mặt lắp ghép của hai chi tiết có chuyển động tương đối với nhau mà không có chất bôi trơn. Ma sát khô sinh ra nhiệt làm nóng các bề mặt ma sát khiến chúng nhanh mòn hỏng, có thể gây ra mài mòn dính.
- Bôi trơn ma sát ướt: là dạng bôi trơn mà giữa hai bề mặt của cặp lắp ghép luôn luôn được duy trì bằng một lớp dầu bôi trơn ngăn cách.
- Bôi trơn ma sát nửa ướt: là dạng bôi trơn mà giữa hai bề mặt của cặp lắp ghép được duy trì bằng một lớp dầu bôi trơn ngăn cách không liên tục, mà chủ yếu là nhờ độ nhớt của dầu để bôi trơn.
- Bôi trơn bằng phương pháp vung té là phương án thường dùng trong các động cơ cỡ nhỏ công suất vài mã lực hoặc động cơ một xylanh kiểu nằm ngang, tốc độ thấp.
6.Hệ thống làm mát
- Tổng quan Trong tổng số năng lượng sinh ra do quá trình đốt cháy hòa khí, khoảng 24-32 % năng lượng biến thành cơ năng để giúp các hoạt động kéo tải (chạy xe; đẩy xuồng, thuyền; kéo máy phát điện v.v…), 29-36 % năng lượng theo khí thải ra ngoài, 7% mất do bức xạ, 32-33 % được truyền ra nước làm mát. Nếu năng lượng truyền từ buồng cháy ra không được làm mát kịp thời, piston và xylanh có thể bị biến dạng nhiệt, màng dầu bôi trơn có thể bị phá vỡ. Nếu năng lượng truyền ra nước làm mát quá nhiều thì hiệu suất của động cơ sẽ giảm. Do đó, hệ thống làm mát phải được điều khiển duy trì nhiệt độ động cơ ở điều kiện làm việc tốt nhất, hiệu quả nhất. Trong hệ thống làm mát cưỡng bức bằng nước của động cơ, nước làm mát đi qua các đường nước, áo nước bên trong động cơ sau đó đi ra két nước.
7.Hệ thống cung cấp nhiên liệu
- Nhiên liệu lỏng Phần lớn động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu lỏng. Nhiên liệu lỏng có nhiều loại, nhưng theo nguồn gốc có thể chia thành hai loại. Loại thứ nhất có gốc hoá thạch như: xăng, dầu hoả, dầu diesel.... Loại thứ hai có nguồn gốc thực vật như: methanol (CH3OH), ethanol (C2H5OH), dầu thực vật như dầu dừa, dầu hạt cải... Đa số động cơ nhiên liệu lỏng hiện nay dùng nhiên liệu gốc hoá thạch như xăng và dầu diesel.
- Phân loại hệ thống nhiên Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí
Sơ đồ hệ thống Xăng từ bình xăng được bơm xăng hút qua lọc xăng đến bầu phao của bộ chế hoà khí. Cơ cấu van kim - phao giữ cho mức xăng ổn định trong quá trình làm việc.
-Hệ thống nhiên liệu cho động cơ xăng
-Hệ thống nhiên liệu cho động cơ Diesel
Hệ thống nhiên liệu Dùng bộ chế hòa khí
Phun xăng Gián tiếp
Trực tiếp GDI
Loại có bơm cao áp
Loại ống phân phối (CRS-i)
Loại bơm kim phun tích hợp Bơm dãy (PE)
Bơm đơn (PF)
Bơm phân phối (VE)
Loại cơ khí (UI)
Loại điện tử EUI HEUI I
Kiểu cơ khí (K-Jetronic, KE-Jetronic)
Kiểu điện tử (BTI, EFI) 122
Trong quá trình nạp, không khí được hút vào động cơ phải lưu động qua họng khuếch tán có tiết diện bị thu hẹp. Tại đây, do tác dụng của độ chân không Dph, xăng được hút ra từ bầu phao qua gíclơ. Sau khi ra họng khuếch tán, nhiên liệu được dòng không khí xé tơi, đồng thời bay hơi và hoà trộn tạo thành hỗn hợp (hòa khí) nạp vào động cơ.
Xem thêm: >> Các kiểu thiết kế động cơ ô tô
>> So Sánh Động Cơ Chữ I Và Chữ V
...Xem thêm
