Hiện nay, động cơ đốt trong gần như đã trong giai đoạn phát triển đỉnh điểm cũng như giới hạn của nó. Rất nhiều công nghệ được áp dụng để tối ưu hóa quá trình đốt cháy cũng như hiệu quả, hiệu suất động cơ. Trên các loại phương tiện hiện nay, động cơ đốt trong có nhiều kiểu bố trí xi-lanh, mỗi kiểu bố trí này được xếp vào loại động cơ tương ứng (Phân loại theo cách bố trí xi-lanh).
CÁC KIỂU ĐỘNG CƠ
Động cơ thẳng hàng, chữ I – Inline engine
Hiện nay, động cơ đốt trong gần như đã trong giai đoạn phát triển đỉnh điểm cũng như giới hạn của nó Rất nhiều công nghệ được áp dụng để tối ưu hóa quá trình đốt cháy cũng như hiệu quả, hiệu suất động cơ Trên các loại phương tiện hiện nay, động cơ đốt trong có nhiều kiểu bố trí xi-lanh, mỗi kiểu bố trí này được xếp vào loại động cơ tương ứng (γ < 900 và γ = 900)Phân loại theo cách bố trí xi-lanh).
Các loại động cơ theo cách bố trí xi-lanh gồm: Động cơ thẳng hàng I, động cơ chữ
V, động cơ phẳng Flat hay Boxer, động cơ W, động cơ Wankel,… Hãy cùng tìm hiểu các loại động cơ đốt trong này.
Hình 1 1 Động cơ thẳng hàng, chữ I – Inline Engine Động cơ thẳng hàng là động cơ phổ biến nhất hiện nay trong các dòng xe cỡ nhỏ, xe gia đình Gọi là thẳng hàng, chữ I, viết tắt của Inline bởi vì xi-lanh của nó được bố trí theo một đường thẳng, và nó chỉ có 1 hàng xi-lanh. Động cơ thẳng hàng được tìm thấy hầu hết trong các xe có động cơ 3, 4 và 6 xi-lanh. Ưu điểm:
Nếu cùng số xi-lanh thì động cơ thẳng hàng dài hơn động cơ V nhưng bề rộng lại hẹp hơn, cho nên chúng thường được đặt ngang (γ < 900 và γ = 900)Động cơ I6) để giảm tối đa chiều dài của khoang động cơ, giúp mở rộng tối đa diện tích khoang hành khách.
Do có kích thước khá nhỏ gọn nên động cơ I4 có thể đặt dọc hoặc đặt ngang tùy thuộc vào nhà sản xuất Ngoài ra, chúng có:
Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ và ít các chi tiết chuyển động tối ưu hóa cho việc bố trí các thành phần khác trong khoang động cơ.
Chi phí sản xuất thường sẽ thấp hơn các loại động cơ khác (γ < 900 và γ = 900)V, W, Boxer) nên việc sửa chữa, thay thế cũng không quá tốn kém.
Tiết kiệm nhiên liệu hơn các loại động cơ ô tô chữ V.
Động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng nhỏ và gọn, nó dễ dàng phù hợp với hầu hết mọi khoang động cơ.
Nó cũng nhẹ và thường chỉ có một ống xả, do đó trọng lượng được giảm hơn nữa.
Với chỉ một đầu xi lanh (γ < 900 và γ = 900)Nắp quy lát), có ít bộ phận chuyển động hơn so với động cơ có nhiều khối xi lanh Điều này có nghĩa là ít năng lượng bị mất hơn, làm giảm xác suất trục trặc.
Các lực sơ cấp cân bằng vì hai piston bên ngoài chuyển động ngược chiều với hai piston bên trong.
Động cơ bốn xi-lanh dễ dàng bảo trì và sửa chữa.
Động cơ bốn xi-lanh đòi hỏi chi phí chế tạo thấp hơn.
Động cơ 6 xi-lanh thẳng hàng có độ cân bằng tối ưu.
Cách bố trí kết hợp với thứ tự nổ của nó dẫn đến cơ bản là động cơ hoạt động trơn tru nhất.
V12 và Flat-12 là bước tiếp theo trong việc giảm rung động hơn nữa, vì chúng là hai I6 khớp với nhau.
Chi phí sản xuất thấp hơn khối xi lanh đơn với tất cả các xi-lanh ở một hướng.
Thiết kế đơn giản, dễ làm việc giống như I4.
Các lực thứ cấp không cân bằng, điều này sẽ giới hạn kích thước của động cơ.
Dung tích động cơ bị giới hạn, với động cơ 4 xi-lanh hiếm khi vượt quá 3.0 lít.
Động cơ 4 xi-lanh lớn hơn thường sẽ yêu cầu trục cân bằng để loại bỏ rung động gây ra bởi sự mất cân bằng thứ cấp.
Trọng tâm cao so với một số cách bố trí (γ < 900 và γ = 900)Động cơ H hay phẳng).
Không vững chắc và bền bỉ như một số cách bố trí (γ < 900 và γ = 900)Động cơ V6, V8).
Việc bố trí trong khoang động cơ có thể khó khăn do chiều dài của I6.
Động cơ I6 hông lý tưởng cho xe FWD.
Động cơ chữ V
Hình 1.1 Động cơ chữ V Đây là loại động cơ phổ biến cho các dòng xe hiệu suất Động cơ có cách bố trí xi-lanh theo kiểu chữ V, thường là 60 hoặc 90 độ và một số ít 120 độ Với kiểu bố trí này, thông thường thì thanh truyền của từng cặp piston gần nhau sẽ gắn trên một khuỷu trục (γ < 900 và γ = 900)Một số loại đặc biệt mỗi thanh truyền một khuỷu trục) Các loại động cơ V phổ biến là V6, V8, V12. Ưu điểm:
Động cơ chữ V nhỏ gọn hơn động cơ thẳng hàng cùng số lượng xi-lanh và có thể dễ dàng sử dụng cho cả xe FWD và RWD.
Cân bằng tốt hơn Đặc biệt là động cơ V8 và V12 sẽ cần bằng tốt nhất.
Cho phép tạo ra hành trình piston lớn hơn động cơ xi-lanh thẳng hàng, điều này có nghĩa là mạnh hơn.
Thiết kế cứng cáp hơn.
Động cơ cần có 2 đầu xi lanh (γ < 900 và γ = 900)Nắp quy lát), cần đến 2 bộ góp xả và 2 ống xả, điều này có nghĩa là chi phí, độ phức tạp và trọng lượng tăng thêm.
Quán tính quay và ma sát lớn (γ < 900 và γ = 900)Nhiều bộ phận chuyển động hơn).
Trọng tâm cao so với động cơ phẳng.
Chi phí thường lớn hơn động cơ thẳng hàng vì độ phức tạp của khối xi-lanh và các bộ phận khác.
Sự mất cân bằng thứ cấp ở động cơ V6 đòi hỏi trọng lượng bổ sung trên trục khuỷu.
Động cơ ngang – đối: Flat, Boxer
Động cơ này có các xi-lanh nằm ngang ở hai bên với trục khuỷu nằm ở giữa.Cần phân biệt động cơ này với động cơ có piston đối nhau (γ < 900 và γ = 900)hai piston đối nhau trên một xi-lanh, có hai trục khuỷu).
Hình 1.2 Động cơ ngang – đối: Flat, Boxer Động cơ chiều Ngang – Đối này thường được phân biệt: động cơ phẳng Flat và động cơ Boxer Bản chất của nó thì xi-lanh vẫn là được nằm ngang, chỉ khác ở trục khuỷu.
Trong đó, động cơ phẳng Flat là trường hợp đặc biệt của động cơ V với góc mở bằng 180 độ, các cặp thanh truyền đều gắn với một khuỷu trục; động cơ Boxer khác ở chỗ là mỗi thanh truyền sẽ gắn với một khuỷu trục. Ưu điểm:
Lực sơ cấp và lực thứ cấp cân bằng tốt Do vậy đây là một động cơ hoạt động rất trơn tru Điều này cho phép giảm trọng lượng trên trục khuỷu (γ < 900 và γ = 900)Không cần trọng lượng bổ sung để cân bằng), dẫn đến ít mất công suất do quán tính quay hơn.
Hiệu suất động cơ cao hơn.
Trọng tâm thấp, bố trí dễ dàng cho phép xe xử lý tốt hơn.
Kích thước bao của động cơ rất rộng, do đó nó chiếm khoảng không gian ngang lớn.
Động cơ phẳng đã từng được sử dụng trong công thức 1 vì lợi thế về hiệu suất của chúng, nhưng do chiều rộng của chúng, chúng cản trở luồng không khí và không còn được sử dụng nữa.
Độ phức tạp hai đầu xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)Nắp quy lát) hệ thống van.
Một cặp rung lắc (γ < 900 và γ = 900)sự mất cân bằng của mặt phẳng) do các piston bù lại để cho phép các thanh truyền kết nối với trục khuỷu.
Việc bảo trì có thể khó khăn nếu tổng thành đóng gói chặt chẽ.
Động cơ VR
Động cơ VR xuất phát từ chữ cái đầu trong tiếng Đức của động cơ V (γ < 900 và γ = 900)tiếng Đức: V-Motor) và động cơ thẳng hàng (γ < 900 và γ = 900)inline) (γ < 900 và γ = 900)tiếng Đức: Reihenmotor), do đó động cơ VR được mô tả là “động cơ Vee-Inline” (γ < 900 và γ = 900)VR-Motor ) Đây cũng được coi là một biến thể đặc biệt của động cơ V và động cơ thẳng hàng Hai dãy xi-lanh, tương ứng các xi-lanh nghiêng một góc nhỏ (γ < 900 và γ = 900)thường là 15 độ) Điều đặc biệt của nó là chỉ sử dụng một đầu xi-lanh cho cả hai dãy xi-lanh.
Tập đoàn Volkswagen giới thiệu động cơ VR6 đầu tiên vào năm 1991 và động cơ VR6 hiện vẫn được sản xuất Từ năm 1997-2006, Volkswagen cũng sản xuất động cơ VR5 năm xi-lanh dựa trên VR6. Ưu điểm:
Động cơ chỉ dùng một đầu xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)nắp quy lát) như động cơ thẳng hàng nhưng lại ngắn hơn, nó vẫn có cấu trúc 2 hàng xi- lanh như các loại động cơ ô tô chữ V Do đó:
Kết cấu đơn giản hơn, chi phí cũng tương đối thấp.
Khả năng cân bằng tốt, độ rung thấp hơn nhiều so với động cơ V6.
Trọng lượng giảm so với động cơ chữ V do có một đầu xi-lanh và một bộ góp ống xả.
Động cơ VR6 dùng chung một đầu xi lanh cho hai dãy xi-lanh Chỉ cần hai trục cam cho động cơ, bất kể động cơ có hai hay bốn van trên mỗi xi-lanh. Điều này giúp đơn giản hóa việc chế tạo động cơ và giảm chi phí.
Vì các xi-lanh không nằm trên đường tâm của đầu xi-lanh kết hợp, cho nên chiều dài của các cổng nạp và xả khác nhau ở mỗi dãy xi-lanh Nếu không có sự bù trừ, độ dài cổng nạp xả thay đổi này sẽ dẫn đến việc hai dải xi-lanh tạo ra lượng công suất khác nhau ở một RPM của động cơ cụ thể.
Thiết kế phức tạp hơn động cơ thẳng hàng, bề rộng lớn hơn.
Chiều cao trọng tâm cao hơn động cơ V.
Cần có khoảng cách tối thiểu giữa các dãy xi-lanh để vẫn có không gian cho các kênh nước làm mát và đường dẫn dầu.
Thành xi-lanh phải có độ dày tối thiểu nhất định, nếu không thành giữa các xi lanh riêng lẻ có thể bị quá nhiệt.
Động cơ W
Hình 1.5 Động cơ W Động cơ W là một loại động cơ piston trong đó ba hoặc bốn dãy xi-lanh sử dụng cùng một trục khuỷu, giống như chữ W khi nhìn từ phía trước. Động cơ W với ba dãy xi-lanh còn được gọi là động cơ “Broad Arrow” (γ < 900 và γ = 900)“Mũi tên rộng”), do hình dạng của chúng giống với nhãn hiệu thuộc tính mũi tên rộng của chính phủ Anh. Động cơ W với bốn dãy xi-lanh thường là được tọa bở hai động cơ VR ghép lại với một góc độ lớn (γ < 900 và γ = 900)khoảng 72 độ). Ưu điểm:
Với cùng số lượng xi-lanh lớn, động cơ W có kết cấu ngắn hơn so với động cơ chữ V.
Tạo ra mô men xoắn lớn hơn với độ cân bằng tốt hơn.
Kết cấu phức tạp hơn động cơ V, do đó chi phí sản xuất cũng như bảo dưỡng và sửa chữa cao hơn.
Tạo ra tiếng ồn khá lớn.
Động cơ chữ H
Hình 1.6 Động cơ chữ H Đây thực sử là một loại động cơ khá dị và phức tạp Nó giống như hai động cơ phẳng được xếp chồng lên nhau theo chiều thẳng đứng, tương ứng nó có 2 trục khuỷu và được kết nối với nhau ở đuôi để tạo ra một đầu ra.
Nhìn thẳng theo đầu trục khuỷu thì nó đúng là có hình chữ H, do đó gọi nó là động cơ chữ H.
Hình 1.7 Động cơ chữ H Động cơ H là một kiểu bố trí tương đối hiếm, với mục đích sử dụng chính là động cơ máy bay trong những năm 1930 và 1940 Chiếc xe Lotus 43 Formula One năm 1966 sử dụng động cơ H 16 xi-lanh và động cơ H 8 xi-lanh được sử dụng cho các cuộc đua xuồng máy vào những năm 1970. Ưu điểm:
Lợi ích của động cơ H là khả năng chia sẻ các bộ phận chung với động cơ phẳng mà nó dựa trên đó và sự cân bằng động cơ tốt giúp ít rung động hơn (γ < 900 và γ = 900)Điều khó đạt được ở nhiều loại động cơ bốn xi-lanh khác).
Cấu tạo phức tạp, cần thêm một kết cấu truyền động hợp nhất 2 trục khuỷu.
Do đó chi phí tăng cao.
Động cơ H tương đối nặng và có trọng tâm cao Do nó có 2 trục khuỷu chồng lên nhau, và động cơ cũng phải đủ cao so với mặt đất để có khoảng trống bên dưới cho các ống xả.
Động cơ Wankel
Hình 1.8 Động cơ Wankel Động cơ Wankel hay còn được biết đến là động cơ piston quay Nó được cấu tạo từ một xi-lanh hình oval và piston hình tam giác thực hiện chuyển động quay bên trong nó Động cơ Wankel Ưu điểm:
Tính ổn định cao, do có ít chi tiết chuyển động hơn so với các động cơ piston trụ có sức mạnh tương đương.
Kết cấu đơn giản, nhỏ, gọn và nhẹ.
Hoạt động êm do chuyển động của piston là quay theo một hướng, không có các thành phần tịnh tiến, nó có cơ chế tự cân bằng khiến động cơ hoạt động mà hầu như không có rung động Dòng công suất mượt mà hơn nhưng cũng có khả năng tạo ra nhiều công suất hơn bằng cách chạy ở vòng tua máy cao hơn.
Nhiên liệu có trị số octan rất thấp có thể được sử dụng mà không gây ra đánh lửa sớm hoặc kích nổ.
Lợi ích an toàn đáng kể khiến nó hữu ích khi sử dụng trên máy bay.
Động cơ được cấu tạo với một rôto bằng thép bên trong vỏ làm bằng nhôm, có khả năng giãn nở nhiệt lớn hơn Điều này đảm bảo rằng ngay cả khi động cơ Wankel quá nóng cũng không bị kẹt hay bó máy.
Nó có diện tích phía trước nhỏ hơn một động cơ piston tịnh tiến có công suất tương đương Sự đơn giản trong thiết kế và kích thước nhỏ hơn của động cơ Wankel cũng cho phép tiết kiệm chi phí sản xuất so với động cơ piston tịnh tiến có công suất tương đương.
Hỗn hợp nhiên liệu-không khí không thể được lưu trữ trước vì không có van nạp.
Thời gian để nhiên liệu được bơm vào động cơ Wankel ngắn hơn đáng kể. Công nghệ phun nhiên liệu quá phức tạp.
Về khả năng tiết kiệm nhiên liệu, động cơ Wankel nói chung kém hiệu quả hơn so với động cơ piston tịnh tiến.
Khả năng làm kín kém, độ mài mòn buồng đốt cao.
Tỷ số nén thấp hơn Điều này làm giảm hiệu suất nhiệt và do đó tiết kiệm nhiên liệu kém.
Khó có thể mở rộng động cơ lên nhiều hơn hai rôto.
Có thể có nhiều Carbon Monoxide và Hydrocacbon chưa cháy trong dòng khí thải của Wankel Do đó ô nhiễm không khí hơn.
Động cơ Wankel rất nhạy cảm với bỏ nửa vì động cơ sẽ mất động lực từ hành trình bị mất và bị đập trở lại chuyển động sau khi buồng tiếp theo cháy.Chăm sóc hệ thống đánh lửa là điều quan trọng nhất để tránh sự cố.
Động cơ hướng tâm – hình sao
Hình 1.9 Động cơ hướng tâm hình sao Động cơ gồm các xi-lanh được bố trí xung quanh một trục khuỷu Số lượng xi-lanh từ 5 trở nên, và nhìn nó như ngôi sao Tất cả các chuyển động của piston đều hướng về tâm quay nên gọi nó là hướng tâm.
Trục của các xi-lanh là đồng phẳng, các thanh truyền sẽ không gắn trực tiếp với chốt khuỷu mà gắn qua một trục trung gian.
Hình 1.10 Động cơ hướng tâm hình sao Ưu điểm của động cơ hình sao là ngắn và cân bằng tốt Nó thường được sử dụng cho máy bay Tuy nhiên độ phức tạp về kết cấu và chi phí cao.
Động cơ chữ X
Hình 1.11 Động cơ chữ X Động cơ X là động cơ piston với bốn nhánh xi-lanh quanh một trục khuỷu ,
Hình 1.12 Động cơ chữ X Ưu điểm của động cơ X là ngắn hơn động cơ V có cùng số xi-lanh, tuy nhiên nhược điểm là trọng lượng và độ phức tạp cao hơn so với động cơ hướng tâm Do đó, cấu hình này ngày nay đã ít được sử dụng.
Động cơ piston đối đỉnh
Hình 1.13 Động cơ piston đối đỉnh Động cơ pistong đối đỉnh là động cơ piston trong đó mỗi xi lanh có một piston ở cả hai đầu, và không có đầu xi-lanh. Động cơ pistong đối đỉnh chạy bằng xăng và diesel đã được sử dụng, hầu hết trong các ứng dụng quy mô lớn như tàu thủy, xe tăng quân sự và trong các nhà máy.
Hình 1.14 Động cơ piston đối đỉnh Ưu điểm của động cơ này là: Loại bỏ đầu xi lanh và hệ thống van, giúp giảm trọng lượng, độ phức tạp, chi phí, tổn thất nhiệt và mất ma sát của động cơ; Chiều cao giảm của động cơ.
Hạn chế chính là sức mạnh từ hai piston đối nhau phải được truyền cùng nhau Điều này làm tăng thêm trọng lượng và độ phức tạp khi so sánh với động cơ piston thông thường, sử dụng một trục khuỷu duy nhất làm đầu ra công suất.
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ CHỮ V
Động cơ chữ V
Động cơ là một trong những bộ phận quan trọng nhất trên xe ô tô Tuy nhiên, trước khi quyết định lựa chọn mua ô tô, bạn cần tìm hiểu xe chiếc xe đó sử dụng loại động cơ gì, ưu và nhược điểm vì trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại động cơ Mỗi loại động cơ sẽ mang đặc điểm riêng và phù hợp với một số mẫu xe nhất định Trong đó, được sử dụng rộng rãi nhất là động cơ V và I Động cơ V là một loại động cơ phổ biến và được sử dụng khá rộng rãi trong giới ô tô Về cơ bản, động cơ V chia sự sắp xếp các xi lanh sang hai bên tạo thành hình chữ V một góc 45 độ, 60 độ hay 90 độ tùy thuộc vào kích cỡ, yêu cầu công suất và mục đích của nhà sản xuất.
Hình 2.1 Động cơ chữ V Động cơ V chia sự sắp xếp các xi-lanh sang 2 bên tạo thành hình chứ V Thông thường, động cơ hình chữ V có khoảng 6 xi lanh (γ < 900 và γ = 900)V6), 8 xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)V8),
10 xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)V10), 12 xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)V12) Trong đó, động cơ V6 và V8 phổ biến hơn các loại động cơ kiểu V10 và V12 thường chỉ lắp đặt trên các mẫu xe đắt tiền, đòi hỏi công suất cao hoặc thậm chí là ít rung động khi hoạt động.
2.1.1 Lịch sử ra đời Động cơ V loại đầu tiên, động cơ V với 2 xi lanh, được Daimler chế tạo vào năm 1889, theo thiết kế của Wilhelm Maybach Vào năm 1903, các động cơ V8 đã được Societe Antoinette sản xuất để đua thuyền cho các thiết kế của Leon Levavasseur, dựa trên kinh nghiệm có được với động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng Nằm
1904, Putney Motor Works đã hoàn thành động cơ 18,4 lít V12 đầu tiên được sản xuất Động cơ đã bị nước chui vào và đánh lửa cuộn dây nóng tạo ra nổ khi chỗ phun xăng bị ướt Robert Bosch đã cung cấp các Magneto đầu tiên và vấn đề đã được giải quyết.
Cấu tạo của động cơ V
Các bộ phận chính trong động cơ V đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển động và làm cùng nhau để tạo năng lượng và đẩy xe Dưới đây là các bộ phận quan trọng trong động cơ V:
Xupap (Valve): Mở và đóng để kiểm soát luồng nhiên liệu và hỗn hợp nhiên liệu/ khí trong và ra khỏi buồng đốt.
Piston: Tạo chuyển động linh hoạt bằng cách di chuyển lên và xuống trong xi lanh Khi nén khí và nhiên liệu, piston tạo ra áp suất và thực hiện công việc chuyển động.
Trục cam (Camshaft): Quay để mở và đóng xupap theo thứ tự chính xác.
Nói cách khác, trục cam điều khiển thời điểm mở và đóng xupap.
Thanh truyền (Connecting Rod): Liên kết piston với trục khuỷu, giúp chuyển động tuyến tính của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Trục khuỷu (Crankshaft): Chuyển động lên 2xuống của piston thông qua thanh chuyển động quay Đồng thời, trục khuỷu còn chịu trách nhiệm truyền động năng lượng từ đốt cháy trong xi lanh đến hệ thống truyền động.
Hình 2.2 Cấu tạo của động cơ V
Cấu tạo của động cơ chữ V
Mỗi bộ phận đều đóng vai trò quan trọng trong chu trình động cơ để tạo ra sức mạnh và động lực cho xe Sự hiệu quả và đồng đều của các bộ phận này đóng góp phần quan trọng vào hiệu suất và tiêu thụ nhiên liệu của động cơ V.
Phân loại động cơ V
Động cơ V thường phân loại theo số xi lanh: V2, V4, V6, V8, V10 và V12. Trong đó, V6 và V8 chiếm tỷ lệ đến 80% Cách phân loại này rất dễ hiểu nhưng về mặt chuyên môn, động cơ V được phân loại theo kết cấu của thanh truyền 3 loại như sau:
2.3.1 Động cơ V dùng thanh truyền động dạng Ở loại động cơ này thanh truyền của 2 dãy xi-lanh có kết cấu hoàn toàn giống nhau, hai thanh truyền cùng lắp chung trên một chốt khuỷu vì vậy 2 hàng xi- lanh phải bố trí lệch nhau theo phương đường tâm trục khuỷu Ưu điểm của loại động cơ V này là tính năng động học và động lực học của 2 hàng xi-lanh hoàn toàn giống nhau vì vậy hiện nay 90% động học chữ V đều thuộc nhóm này.
Hình 2.3 Động cơ V dùng thanh truyền động dạng 2.3.2 Động cơ V dùng thanh truyền trung tâm
Loại động cơ này dùng 2 thanh truyền khác hẳn nhau lắp lồng lên nhau trên cùng một chốt khuỷu Vì vậy, 2 hàng xi lanh không lệch nhau Ưu điểm của loại động cơ này là động cơ ngắn gọn hơn loại trên và vẫn giữ được quy luật động học như nhau nhưng thanh truyền có kết cấu rất phức tạp và không thể lắp lẫn nhau.
Hình 2.4 Động cơ V dùng thanh truyền trung tâm2.3.3 Động cơ V dùng thanh truyền chính thanh truyền phụ
Loại động cơ này cũng dùng 2 loại thanh truyền có kết cấu hoàn toàn khác nhau, chỉ có thanh truyền chính lắp trên trục khuỷu, thanh truyền phụ lắp vào các chốt trên đầu to thanh truyền chính Tuy trục khuỷu của loại động cơ này ngắn, 2 hàng xi lanh không lệch nhau nhưng thanh truyền rất phức tạp và điều đáng chú ý là công suất của 2 hàng xi lanh không bằng nhau như 2 loại trên và quy luật động lực học của piston cũng hoàn toàn khác nhau.
Hình 2.5 Động cơ V dùng thanh truyền chính thanh truyền phụ
Ưu nhược điểm của động cơ V
2.4.1 Ưu điểm Động cơ V có một số ưu điểm nổi bật như sau:
Động cơ V có thiết kế linh hoạt để áp dụng trên cả dòng xe sử dụng hệ dẫn động cầu trước lẫn cầu sau.
Động cơ V cho phép xi-lanh có dung tích lớn Từ đó cải thiện tối đa được khả năng sinh công của xe.
Động cơ V có cấu trúc vuông vắn hơn so với động cơ chữ I Điều này góp phần hạn chế tối đa lực ly tâm khi xe vào cua ở những dải tốc độ cao.
Với thiết kế động cơ hình chữ V, trọng lực được phân bổ đều ra 2 bên của động cơ Điều này làm giảm thiểu tối đa các rung lắc gây ra trong quá trình chuyển động của piston.
Tính linh hoạt trong việc mở rộng dung tích xi lanh, thậm chí là 6.0L (γ < 900 và γ = 900)V8).
Động cơ V có khả năng vận hành rất mạnh mẽ.
Bên cạnh những ưu điểm, động cơ V có một số điểm hạn chế như sau:
Với thiết kế có 2 nắp máy, 2 hàng xi lanh đồng nghĩa có 2 cổ xả độc lập, động cơ phức tạp và nặng, động cơ chữ V thường có chi phí sản xuất và sử dụng khá cao.
So với động cơ I, động cơ V có mức tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn.
Động cơ V có mức độ hao tổn động năng do ma sát lớn bởi có nhiều thành phần chuyển động.
Với kích thước lớn, nặng nên động cơ V thường chỉ phù hợp cho các loại xe to hay xe cao cấp.
Hình 2 6 Thường xuyên kiểm tra và bảo dưỡng để động cơ hoạt động hiệu quả
Khi sử dụng động cơ V, có một số điều quan trọng cần chú ý để bảo dưỡng và duy trì hiệu suất của xe Dưới đây là một số điều cần lưu ý:
Thực hiện bảo dưỡng đúng hạn: Tuân thủ lịch trình bảo dưỡng theo hướng dẫn của nhà sản xuất để đảm bảo rằng động cơ được kiểm tra và bảo dưỡng đúng cách.
Sử dụng dầu động cơ chất lượng: Sử dụng loại dầu động cơ được đề xuất bởi nhà sản xuất và thay đổi nó theo lịch trình Dầu chất lượng giúp bảo vệ và làm mát các bộ phận của động cơ
Hạn chế đạp ga quá mức: Tránh đạp ga quá mức hoặc thực hiện các malevo mạnh liên tục, điều này có thể ảnh hưởng đến hệ thống truyền động và làm tăng cảm giác mệt mỏi của động cơ.
Hạn chế khởi động và tắt động cơ liên tục: Việc khởi động và tắt động cơ liên tục có thể tăng mức hao mòn Nếu có thể, hạn chế số lần khởi động lại trong một khoảng thời gian ngắn.
Kiểm tra hệ thống làm mát: Hệ thống làm mát quan trọng để giữ động cơ ở nhiệt độ làm việc lý tưởng Kiểm tra mức làm mát và bảo dưỡng hệ thống làm mát đúng cách.
Chú ý đến cảm biến và hệ thống điện tử: Cảm biến và hệ thống điện tử đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất của động cơ V Kiểm tra và làm sạch chúng đều đặn.
Chú ý đến đèn cảnh bảo: Chú ý đến bất kỳ đèn cảnh bảo nào trên bảng đồng hồ Đối với động cơ V hiện đại, có thể cung cấp thông báo sớm về các vấn đề tiềm ẩn.
Chú ý đến tiếng ồn không bình thường: Nếu nghe thấy tiếng ồn lạ hoặc không bình thường từ động cơ, hãy kiểm tra ngay lập tức để tránh tình trạng hỏng hóc nghiêm trọng.
CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ CHỮ V
Cân bằng động cơ 2 xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)γ < 900 và γ = 900)
Hình 3.1 Quy cách và kích thước động cơ chữ V Động cơ đốt trong có hai hàng xi-lanh thường bố trí theo kiểu chữ V để rút ngắn chiều dài của động cơ Do hai hàng xi- lanh dùng chung một trục khuỷu, nên trên mỗi khuỷu trục đều có hai thanh truyền nối với hai nhóm piston Do kết cấu của thanh truyền của hai hàng xi- lanh có thể khác nhau tùy theo kiểu động cơ, nên lực quán tính của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền của hai hàng xi-lanh cũng có thể khác nhau Tuy vậy, ta vẫn có thể coi động cơ chữ V là tập hợp của hai động cơ một hàng xi- lanh bố trí theo những góc độ nhất định.
Nếu số xi-lanh của động cơ chữ V là i thì mỗi hàng của nó sẽ có1 / 2 xi-lanh Nếu coi động cơ chữ V có Z xi-lanh là tập hợp của hai động cơ có z / 2 xi-lanh, thì mỗi động cơ này có góc công tác sẽ xác định theo công thức: δ k 0.τ z
60.τ i Để các xi-lanh trong mỗi hàng xi-lanh làm việc cách đều nhau cần phải làm cho các xi-lanh của hai hàng làm việc xen kẽ Do đó góc giữa hai đường tâm xi-lanh của hai hàng xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)góc nhị diện của hai mặt phẳng chứa các đường tâm xi-lanh của hai hàng xi-lanh) được xác định bằng công thức: δ z =δ k
Nếu coi động cơ chữ V là tập hợp của hai động cơ một hàng xi-lanh là 1 2 , khi các lực quán tính nào của động cơ một hàng xi-lanh đã được cân bằng rồi thì ở động cơ chữ V lực quán tính ấy cũng được cân bằng.
3.1.1 Xét trường hợp cân bằng của động cơ chữ V, 2 xi-lanh (có góc γ < 90 0 )
Loại động cơ chữ V, 2 xi-lanh này, trục khuỷu chỉ có 1 khuỷu, thanh truyền bên trái và bên phải đều lắp chung trên chốt khuỷu (γ < 900 và γ = 900)Thanh truyền đồng dạng, lắp song song)
Hình 3.2 Hợp lực của các lực quán tính
Cơ cấu thanh truyền trục khuỷu của động cơ chữ chuyển động tịnh tiến cấp 1 Pj1
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 của xi-lanh thứ 1 P (1) jl
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 của xi-lanh thứ 2 P
Hợp lực của lực quán tính cấp 1 có thể tính theo công thức lượng giác:
∑ P jl =√ ( p ( jl 1 ) ) 2 + ( p ( jl 2 ) ) 2 −2 P ( jl 1 ) 2 P ( jl 2 ) cos (180 0 −γ ) ¿√ ( m R ω 2 cosαα ) 2 + [ m R ω 2 cos ( α −γ ) ] 2 + ¿ 2 ( m R ω 2 cosαα ) [ m R ω 2 cos ( α −γ ) ] cosαλ ¿C √ cos 2 α + cos 2 ( α +γ )+2 cosαα cos (α +γ ) cosαγ
Phân lực của Pj1 trên các trục tọa độ Ox và Oy cũng bằng tổng phân lực quán tính trên các trục tọa độ Ox và Oy:
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 ∑Pj1 hướng từ dưới lên và hợp với phương thẳng đứng một góc θ Với tgθ được xác định thông qua công thức sau: tgφφ=(∑ P jl ) x
Hợp lực của các lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 Pj2
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 của xi-lanh thứ 1
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 của xi-lanh thứ 2:
Giá trị hợp lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 theo công thức sau:
∑ P j2 =√ ( p ( j 1 2 ) ) 2 + ( p ( j2 2 ) ) 2 − 2 P ( j2 1 ) P ( j 2 2 ) cos (180 0 −γ ) ¿√ ( m R ω 2 λ cosαα ) 2 + [ m R ω 2 λ cos (α −γ ) ] 2 +¿ 2 ( m R ω 2 λ cosαα ) [ m R ω 2 λ cos ( α − γ ) ] cosαγ ¿C λ √ cos 2 2 α + cos 2 2( α + γ )+2 cos2 α cos2 ( α + γ ) cosαγ
Hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 hợp với phương thẳng đứng (γ < 900 và γ = 900)trục Oy) tgφφ=(∑ P jl ) x
3.1.2 Xét trường hợp cân bằng của động cơ chữ V, 2 xi-lanh (có góc γ = 90 0 )
Hình 3 3 Cân bằng của động cơ chữ V, 2 xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)có góc γ = 90 0 )
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của động cơ chữ V, 2 xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)Góc giữa hai đường tâm bằng γ 0 )
Hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 :
Lực quán tính chuyển động tiến cấp 1 của xi-lanh thứ 1
Lực tuyến tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 xi-lanh 2 (γ < 900 và γ = 900)2)
Như vậy hợp lực của quán tính cấp 1 là một hằng số, hợp lực này hợp với trục Oy một góc và được xác định qua biểu thức:
Hay : ar ctg tg[ (γ < 900 và γ = 900) 45 ) o tg 2 45 ] o 45 o
Do hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1 là một hằng số, phương lại luôn luôn trùng với đường tâm má khuỷu, nên ta có dùng đối trọng đặt trên phương kéo dài của má khuỷu để cân bằng Khối lượng Δmm d cần tăng thêm cho đối trọng xác định theo phương trình sau: Δmm ρ.ω2 = m.R.ω2 d
Trong đó: ρ – khoảng cách từ tâm đối trọng đến tâm trục khuỷu. Δmm d – khối lượng tăng thêm cho đối trọng.
2 a) Hợp lực tuyến tính chuyển động tịnh tiến cấp 2: P j 1
Lực quán tính chuyển động tính tiến của xylanh thứ 1: (γ < 900 và γ = 900)1)
Lực quán tính chuyển động tính tiến của xi-lanh thứ 1: (γ < 900 và γ = 900)1)
2 (γ < 900 và γ = 900) 2 ) (γ < 900 và γ = 900) 2 ) cos 2 sin 2 2 cos 2 j j j
Do đó hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 trong động cơ chữ V, 2 xi-lanh có góc γ = 90 0 luôn thay đổi theo góc α. nên có góc θ chỉ có thể có hai trị số: θ = 900 và θ = 2700 Điều này chứng tỏ rằng, chiều hợp lực của quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2 của động cơ chữ V, 2 xi-lanh có góc γ = 90 0 luôn luôn trên phương nằm ngang.
Do lực quán tính cấp chuyển động tịnh tiến cấp 1 và cấp 2 của xi-lanh thứ nhất và xi-lanh thứ hai cùng nằm trong một mặt phẳng vuông góc với đường tâm trục khuỷu nên chúng không sinh ra mômen.