Đúng là loại động cơ đốt trong 2 thì với công suất thấp 2HP, sử dụng nguyên liệu là các loại khí thiên nhiên.. 1897 Loại động cơ đốt trong sử dụng dầu Diesel 4 thì đầu tiên được chế tạo
Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu của đối tượng
Lịch sử phát triển
Động cơ đốt trong được ra đời cách đây hơn 2 thế kỷ, trải qua quá trình phát triển và nghiên cứu, các nhà khoa học và kỹ sư đã không ngừng ứng dụng, cải tiến để nâng cao tính năng, mang đến những động cơ hiện đại, đáp ứng nhu cầu người dùng
Hình 1.1: Động cơ đốt trong thế kỷ trước
Hình 1.2: Động cơ đốt trong trong những năm gần đây
Bảng 1.1: Lịch sử hình thành và phát triển của động cơ đốt trong
Năm Lịch sử hình thành và phát triển
Chiếc động cơ đốt trong đầu tiên xuất hiện trên thế giới được phát minh bởi hai kỹ sư người Pháp gốc Bỉ (Giăng Echiên Lona) Đúng là loại động cơ đốt trong 2 thì với công suất thấp 2HP, sử dụng nguyên liệu là các loại khí thiên nhiên
Sau 17 năm kể từ trước động cơ 2 thì được phát minh vào năm 1877, bảy loại động cơ 4 thì, thì đầu tiên ra đời do Nicola Aogut Otto (kỹ sư người Đức) và Lăng Ghen (kỹ sư người Pháp) chế tạo
Kể từ đó tới nay động cơ 4 thì đã trở thành loại động cơ tiêu chuẩn trên hầu hết các phương tiện và máy móc sử dụng động cơ đốt trong
1885 Đúng 8 năm sau đó chiếc động cơ đốt trong 4 thì, thì với công suất 8HPlần đầu tiên được chế tạo bởi Golip Đemlo (kỹ sư người Đức) Động cơ này sử dụng nhiên liệu là than cho công suất đạt 8HP, tạo nên bước ngoặt mới so với các động cơ khí
Động cơ đốt trong 4 thì diesel được phát minh bởi kỹ sư người Đức Rudonpho Saclo Sredieng Dieze Động cơ này có công suất gấp 2,5 lần so với các động cơ đốt trong trước đó, đạt 20HP Ngoài ra, loại động cơ này có khả năng tạo ra vòng quay đạt tới hàng nghìn vòng trên phút.
Kể từ thời điểm đó các loại động cơ sử dụng dầu diesel và xăng ngày càng trở nên phổ biến với ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống.
Đặc điểm, tính chất và lĩnh vực sử dụng
1.2.1 Đặc điểm của động cơ đốt trong Động cơ đốt trong, động cơ nhiệt hay ICE (internal combustion engine) là tên gọi của một nhóm động cơ nhiệt, chúng giúp chuyển hóa từ nhiệt năng, thành động năng thông qua quá trình đốt cháy nhiên liệu bên trong buồng đốt (xi lanh), cung cấp hoạt động cho các phương tiện và máy móc Loại nguyên liệu chủ yếu sử dụng cho động cơ đốt trong là các loại nhiên liệu hóa thạch
Quá trình đốt cháy nhiên liệu và sinh công được xảy ra trong 2 hoặc 4 giai đoạn được gọi là các thì Khi hoàn thành tất cả các thì, thì người ta gọi là một chu kỳ của động cơ Các chu kỳ của động cơ diễn ra trong một thời gian cực ngắn và liên tục, đảm bảo các thiết bị sử dụng động cơ đốt trong hoạt động liên tục trong thời gian dài
Như vậy chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về động cơ đốt trong là gì cũng như lịch sử hình thành và phát triển của chúng Cùng với sự góp mặt của nhiều tập đoàn chế tạo động cơ lớn mỗi loại động cơ đốt trong sẽ mang trong mình những thiết kế riêng Tuy vậy chúng vẫn phải tuân thủ đầy đủ về mặt cấu tạo chung từ trước Cấu tạo của động cơ đốt trong như sau:
Bảng 1.2: Cấu tạo của động cơ đốt trong
STT Tên chi tiết Nhiệm vụ của chi tiết
Là bộ phận bao bọc bên ngoài Piston, vừa có nhiệm vụ làm buồng đốt, vừa có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động tịnh tiến
Piston là một trong những bộ phận quan trọng trong động cơ đốt trong Nó là bộ vận đảm nhiệm 2 công việc chính bao gồm: nén nhiên liệu, và tạo chuyển nhiệt năng thành động năng thông qua cơ cấu trượt bên trong xi lanh Ở giai đoạn 1, Piston sẽ nén phần nhiên liệu được bơm từ kim phun đến một áp xuất nhất định Sau khi lượng nhiên liệu đã được nén, chúng sẽ phát nổ đẩy piston trở lại vị trí ban đầu đồng thời sinh công
3 Thanh truyền Đây là cơ cấu kết nối trực tiếp piston và trục khuỷu, chúng còn được gọi là chi tiết tay biên Thanh truyền được thiết kế chắc chắn, bền bỉ bằng thép gia cường
Là bộ phận kết nối với thanh truyền làm nhiệm vụ chuyển từ chuyển động tịnh tiến sang chuyển động quay khi động cơ hoạt động Trục khuỷu vừa cung cấp động năng cho bánh đà, vừa tiếp nhận lực từ bánh đà tác động ngược lại piston để thực hiện một chu kỳ mới
Cơ cấu phân phối khí
Cơ cấu phân phối khi là tên gọi chung của các chi tiết trong động cơ làm nhiệm vụ nạp khí mới vào buồng đốt, và xả khí cũ từ buồng đốt ra ngoài Chúng làm nhiệm vụ đóng, mở các của nạp thải trong quá trình động cơ hoạt động
6 Hệ thống bôi trơn Được thiết kế nhằm tạo ra chuyển động trơn, mượt mà, giảm ma sát giữa các chi tiết khi động cơ hoạt động Chúng làm nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn từ bình chứa tới từng chi tiết bên trong động cơ
Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí
Hệ thống cung cấp nhiên liệu đảm nhận nhiệm vụ hòa trộn không khí sạch với nhiên liệu và đưa hỗn hợp này vào buồng đốt để bắt đầu chu kỳ hoạt động tiếp theo Các thành phần chính của hệ thống này bao gồm kim phun, bộ lọc, chế hòa khí và các chi tiết bọc.
8 Hệ thống làm mát Động cơ hoạt động dựa trên việc đốt nhiên liệu, vì vậy nhiệt độ động cơ tỏa ra là vô cùng lớn Không một loại kim loại nào có thể chịu được nhiệt độ tăng lên mãi mãi Chính vì vậy bộ phận làm mát trên động cơ là bắt buộc Chúng hoạt động giúp giữ nhiệt độ của động cơ ổn định ở mức độ cho phép
Hệ thống khởi động cho phép tạo ra chu kỳ đầu tiên của động cơ trong một phiên làm việc mới Chúng bao gồm cả hệ thống đánh lửa đối với động cơ đốt trong
1.2.2 Một số ứng dụng phổ biến của động cơ đốt trong Động cơ đốt trong hiện nay đang có vai trò quan trọng trong việc tạo ra nguồn động lực cơ khí để ứng dụng vào các ngành và lĩnh vực sản xuất Chính bởi vậy, các bạn có thể tìm thấy các ứng dụng của động cơ đốt trong: ô tô, tàu thủy, máy phát điện, máy bay, các máy móc tĩnh ở những nơi không có nguồn cung cấp điện… Ứng dụng của động cơ đốt trong với phương tiện di chuyển Ứng dụng của động cơ đốt trong trong sản xuất các phương tiện di chuyển hàng ngày là ứng dụng phổ biến và quan trọng nhất Bạn có thể dễ dàng bắt gặp các loại phương tiện sử dụng động cơ đốt trong như: ô tô, xe máy, xe đầu kéo, xe tải,… Động cơ đốt trong sử dụng cho các loại phương tiện thường là động cơ xăng hoặc dầu diesel Chúng được thiết kế với kích thước nhỏ cho tới lớn vòng rất lớn tùy thuộc vào mục đích và các loại phương tiện mà chúng phục vụ Người ta có thể sử dụng 1 xilanh, 2 xilanh cho tới 8 hoặc 32 xi lanh trong một khối động cơ Ứng dụng của động cơ đốt trong trong lĩnh vực quân sự Ứng dụng lớn thứ hai của động cơ đốt trong cả hoạt động trong các lĩnh vực liên quan tới quân sự Đôi khi người ta còn cho rằng động cơ đốt trong chính là động lực để tạo nên hai cuộc chiến tranh thế giới Chúng có mặt trong hầu hết các phương tiện kỹ thuật quân sự và khí tài Một số phương tiện sử dụng động cơ đốt trong trong lĩnh vực quân sự như: xe tăng, xe tải, các loại tàu thuyền,… Ứng dụng trong sản xuất máy công cụ nông nghiệp
Hiện nay, động cơ đốt trong vẫn là lựa chọn không thể thay thế trong sản xuất máy công cụ phục vụ nông nghiệp Sở hữu ưu điểm bền bỉ, dễ bảo trì, động cơ đốt trong được ứng dụng trong chế tạo máy thu hoạch, máy bơm, máy sơ chế nông sản đến máy cắt cỏ, máy cưa Ngay cả các loại máy tự chế của người nông dân cũng ưu tiên sử dụng động cơ đốt trong Không chỉ vậy, động cơ này còn đóng vai trò quan trọng trong sản xuất máy phát điện.
Tại những khu vực mà điện lưới quốc gia không thể với tới, thì máy phát điện sử dụng động cơ đốt trong được sử dụng rất phổ biến Tại cơ quan, bệnh viện, tổ chức nhà nước, hay các hộ gia đình cũng thường được trang bị máy phát điện sử dụng động cơ đốt trong
Người ta sẽ chạy phát điện bằng cách khởi động động cơ đốt trong Sau đó tạo ra động năng, làm quay hệ thống máy phát Nhờ ưu điểm hoạt động ổn định, mà dòng điện tạo ra điện áp liên tục, và đều đặn hơn Ứng dụng trong sản xuất xe nâng hàng
Các phương pháp nghiên cứu
1.3.1 Phương pháp khởi động động cơ
Phương pháp khởi động sử dụng cần khởi động/tay quay khởi động
Phương pháp này thường được sử dụng trên những động cơ cỡ nhỏ do nó yêu cầu về mô men để quay trục khuỷu không quá lớn Mô men quay để khởi động được sinh ra bằng cách dùng chân/tay tác động vào cần/tay quay khởi động Mô men quay này sẽ được truyền trực tiếp đến trục khuỷu hoặc bánh đà làm trục khuỷu quay giúp động cơ thực hiện được quá trình cháy giãn nở sinh công Khi tốc độ quay của động cơ đạt đến vòng quay tối thiểu ổn định thì nó tự duy trì được sự hoạt động Quá trình khởi động kết thúc
Phương pháp khởi động điện
Trong phương pháp khởi động này, mô men làm quay trục khuỷu được tạo ra bởi một động cơ điện 1 chiều Trục ra của động cơ điện này có gắn bánh răng và khi khởi động động cơ nó sẽ ăn khớp với vành răng trên bánh đà để kéo trục khuỷu quay theo Phương pháp khởi động điện hiện nay được dùng rất phổ biến trên các động cơ ôtô, xe máy… Trên một số dòng xe của hãng Honda, hệ thống khởi động điện còn được cải tiến kết hợp máy khởi động cùng với máy phát (bộ đề tích hợp ACG) Trong hệ thống này bộ máy phát/ máy khởi động được nối trực tiếp với trục khuỷu đảm bảo việc vừa phát điện vừa khởi động động cơ
Phương pháp khởi động khí nén
Trên một số động cơ đốt trong cỡ lớn và siêu lớn yêu cầu mô men quay khởi động lớn, việc trang bị động cơ điện sẽ không phù hợp do kích thước của động cơ điện khi đó sẽ rất lớn Lúc này, người ta sử dụng khí nén có áp suất cao để khởi động động cơ a Khởi động dùng tua bin khí nén
Phương pháp này về cơ bản là giống với phương pháp khởi động điện được trình bày ở trên Trong đó động cơ điện 1 chiều sẽ được thay thế bằng một tua bin khí nén Dòng khí được nén với áp suất cao sẽ thổi vào cánh tua bin làm tua bin quay kéo bánh đà và trục khuỷu động cơ quay theo giúp khởi động động cơ So với kích thước của động cơ điện thì tua bin khí nén có kích thước nhỏ gọn hơn rất nhiều, trong khi đó vẫn đảm bảo cung cấp được mô men quay lớn để khởi động động cơ b Khởi động dùng khí nén cấp trực tiếp vào buồng đốt động cơ
Nguyên lý của phương pháp này là dùng năng lượng của khí nén thay thế cho quá trình cháy giãn nở trong xi lanh động cơ để làm cho piston chuyển động Do đó, khí nén phải được cung cấp vào buồng đốt động cơ ở đúng kỳ cháy giản nở Phương pháp khởi động này thích hợp với động cơ có nhều xi lanh Quy luật cung cấp khí nén trùng với thứ tự nổ của động cơ Do động cơ có góc mở sớm của xu páp xả/cửa xả nên quá trình cung cấp khí nén vào động cơ phải kết thúc trước thời điểm xu páp xả/cửa xả mở
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Phương pháp nghiên cứu định tính thường được dùng trong phân tích văn hóa, hành vi của con người hoặc một nhóm người Phương pháp này sử dụng các chiến thuật như tường thuật học, dân tộc học, nghiên cứu tình huống Những phân tích này thường mang quan điểm cá nhân của nhà nghiên cứu dựa trên kinh nghiệm, kiến thức để phân loại và đánh giá
Một số kỹ thuật phân tích định tính thông dụng như: phỏng vấn, nhóm tập trung, quan sát, phân tích tài liệu, lịch sử truyền miệng hoặc những câu chuyện cuộc sống
Phương pháp nghiên cứu định lượng sử dụng các dữ liệu số để lượng hóa các mối quan hệ, mô hình hoặc giả thiết Các hiện tượng được giải thích thông qua phân tích toán học Kỹ thuật định lượng bao gồm khảo sát, quan sát, sàng lọc dữ liệu, thí nghiệm và các công cụ khác, giúp kiểm định tính đúng đắn của các giả thiết.
Phương pháp thực nghiệm là phương pháp thu thập thông tin dưới dạng quan sát, ghi nhận số liệu do thay đổi điều kiện xung quanh hay biến đổi đối tượng khảo sát
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm phổ biến không chỉ trong nghiên cứu tự nhiên, môi trường, y học mà còn trong xã hội và cả những lĩnh vực khác Trên thực tế, người ta thường sử dụng phương pháp phi thực nghiệm hơn thực nghiệm
Phương pháp phi thực nghiệm
Phương pháp nghiên cứu phi thực nghiệm là phương pháp thu thập số liệu dựa trên quan sát sự vật, hiện tượng từ đó rút ra quy luật của chúng
Có các dạng nghiên cứu phi thực nghiệm
1) Phương pháp phỏng vấn - trả lời:
Phỏng vấn là phương pháp thu thập dữ liệu bằng cách đặt câu hỏi cho người trả lời Có hai loại phỏng vấn chính: có cấu trúc và phi cấu trúc Phỏng vấn có cấu trúc tuân theo một tập hợp các câu hỏi được xác định trước, trong khi phỏng vấn phi cấu trúc cho phép người trả lời có nhiều tự do hơn trong việc trả lời.
2) Phương pháp điều tra bảng hỏi:
Bảng hỏi là một loạt các câu hỏi được thiết kế bởi người nghiên cứu cho đối tượng nghiên cứu trả lời Cấu trúc bảng câu hỏi thường ở dạng đánh giá mức độ, trả lời theo những câu trả lời đã được phân loại sẵn, người nghiên cứu cũng có thể sử dụng dạng câu hỏi mở để người trả lời điền câu trả lời của mình vào bảng Đôi khi người nghiên cứu sẽ sử dụng câu hỏi phân loại để phân loại đối tượng nghiên cứu tùy vào mục tiêu nghiên cứu
3) Phương pháp hỏi ý kiến chuyên gia:
Trong phương pháp này, người nghiên cứu sẽ đưa chủ đề hoặc đặt câu hỏi cho một nhóm các chuyên gia thảo luận Ưu điểm của phương pháp này là tính chính xác của nội dung phân tích cao nhưng nhược điểm là người nghiên cứu sẽ nghiêng về ý kiến các chuyên gia mà không nêu bật lên quan điểm của mình
Người nghiên cứu tự thu thập số liệu, tư liệu qua quan sát, theo dõi, nghe, nhìn từ đó đem lại cho mình những số liệu và tìm ra được bản chất vấn đề Nhưng nhược điểm của phương pháp này là tốn nhiều thời gian, chi phí và quy mô thực hiện nhỏ
Phương pháp phân tích và tổng hợp
Cơ sở lý thuyết về của đối tượng chính của đồ án
Nguyên lý chung
2.1.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu, gồm xi lanh lắp piston và xéc măng, chốt piston, thanh truyền nối piston với trục khuỷu, bánh đà gắn trục khuỷu Piston chuyển động thẳng đứng trong xi lanh, trục khuỷu quay trong vòng bi đặt trong các te liền với xi lanh Động cơ đậy kín bằng các te bên dưới chứa dầu bôi trơn.
Cơ cấu phân phối khí dùng để nạp đầy hoà khí vào xi lanh và xả sạch khí cháy ra khỏi xi lanh Cơ cấu phân phối khí gồm: xu páp nạp và xu páp xả, lò xo, ống dẫn hướng xu páp, ống dẫn hướng xu páp, con đội, đũa đẩy, cần đẩy xu páp, trục cam đặt trong các ổ đỡ của cácte, các bánh răng truyền chuyển động quay từ trục khuỷu tới trục cam
Hệ thống làm mát có bơm nước, dùng để toả nhiệt từ xi lanh và nắp xi lanh
Hệ thống bôi trơn gồm bơm dầu nhờn và các bầu lọc dùng để đưa dầu nhờn đến các bề mặt chi tiết có ma sát
Hệ thống nhiên liệu dùng để chuẩn bị hoà khí cung cấp cho động cơ Ngoài bộ chế hoà khí, hệ thống nhiên liệu còn bao gồm thùng nhiên liệu, bơm nhiên liệu, các bầu lọc nhiên liệu và bầu lọc không khí, các đường ống nạp, ống xả và ống tiêu âm
Hệ thống đánh lửa dùng để đốt cháy hoà khí trong xi lanh động cơ Nó bao gồm: nguồn điện, ống tăng điện, bộ chia điện, dây dẫn và bu gi đánh lửa
- Trong kỳ nạp của động cơ xăng 4 kỳ : Xu páp nạp mở piston chuyển động đi xuống, tạo ra độ chân không phía trên piston (áp suất giảm)
- Lúc này áp suất khí quyển đẩy hỗn hợp nhiên liệu đi theo đường ống hút qua cửa hút vào xi lanh Khi piston đến ĐCD thì xu páp hút và thải đều đóng lại và hỗn hợp cháy đã điền đầy trong xi lanh
- Đồng thời góc quay của trục khuỷu quay từ 0 o đến 180 o Cuối quá trình hút áp suất và nhiệt độ hỗn hợp trong xi lanh vào khoảng:
Trong thực tế quá trình nạp được bắt đầu từ điểm d1
Tương ứng với góc 1 Trước điểm ĐCT được gọi (góc mở sớm xu pap nạp)
Thời điểm áp suất trong Xilanh bằng áp suất trên đường ống nạp pk đến piston đến ĐCD tại r’ thì khí nạp mới được hút vào xi lanh
Mở sớm xúp páp nạp nhằm mục đích khi hỗn hợp khí thực sự đi vào xi lanh (điểm r′) thì diện tích thông lưu của xúp páp nạp đã khá lớn Nhờ đó, sức cản khí động nhỏ, xe nạp được nhiều khí nạp mới.
Tận dụng quán tính của dòng khí nạp, xu pap nạp chưa đóng ngay tại ĐCD mà đóng sau đó một góc 2 (gọi là góc đóng muộn xupap nạp) từ a→ d2 thời kỳ nạp thêm Để đánh giá quá trình nạp người ta đưa ra hệ số nạp 𝜂𝑣 đây là tỷ số giữ khối lượng môi chất thực tế nạp vào xilanh Gtt và môi chất theo lý thuyết Glt ở nhiệt độ tk và áp suất pk trên đường ống nạp
Piston chuyển động từ ĐCD lên ĐCT cả xu páp hút và thải đều đóng kín, hỗn hợp khí trong xi lanh bị nén dần lại Đồng thời trục khuỷu tiếp tục quay từ 180 o đến 360 o Đến cuối quá trình nén, áp suất và nhiệt độ hỗn hợp khí trong xi lanh vào khoảng: Pc = (5 - 15) kg/cm 2 Tc = (350 - 450) o C
Piston đi từ ĐCD lên ĐCT
Xu páp nạp đóng muộn một góc 2 tại điểm d2 nhằm tận dụng quán tính của dòng khí Tại thời điểm d2 môi chất thực sự được nén
Trong quá trình nén, nhiệt độ và áp suất trong xi lanh tăng dần Giữa môi chất và các chi tiết trong xi lanh diễn ra quá trình trao đổi chất rất phức tạp Để đơn giản hoá, người ta coi quá trình nén là là quá trình đa biến với chỉ số nén đa biến trung bình n1 trên cơ sở đó ta có thể tính toán được nhiệt độ và áp xuất tại c (không cháy) theo công thức: 𝑇𝑐 =𝑇𝑎𝜀 𝑛1−1 𝑝𝑐 =𝑝𝑎𝜀 𝑛1 Đối với động cơ diesel nhiên liệu có thể tự cháy 𝑇𝑐 thì phải lớn hơn nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu
Cuối quá trình nén tại góc quay trục khuỷu = s trước điểm chết trên ở vị trí c', nhiên liệu có áp suất cao được phun vào buồng cháy qua vòi phun (đối với động cơ diesel) Đối với động cơ xăng, bugi bật tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp Góc s được gọi là góc phun sớm (đối với động cơ diesel) hoặc góc đánh lửa sớm (đối với động cơ xăng).
• Khi piston tới ĐCT kỳ nén hoàn thành hai xu páp vẫn đóng kín, lúc này buzi đánh tia lửa điện (đối với động cơ xăng) làm cho hỗn hợp khí cháy đã bị nén bốc cháy rất nhanh và giãn nở mãnh liệt, tạo ra một áp suất lớn pz = 25 - 50 kg/cm 2 tác dụng lên đỉnh piston và đẩy nó đi xuống từ ĐCT xuống ĐCD qua thanh truyền làm trục khuỷu quay từ 360 o đến 540 o và truyền mô men xoắn ra ngoài
• Nhiệt độ ở quá trình cháy lên tới Tz = 2000 - 2800 o C
• Kỳ này hai xu páp vẫn đóng, khi piston đi xuống ĐCD là kết thúc kỳ nổ
Bản chất của quá trình cháy là sự oxy hóa của nhiên liệu sau một khoảng thời gian chuẩn bị ngắn 𝜏𝑖 được tính từ lúc bắt đầu phun nhiên liệu (đối với động cơ Diesel) hoặc bắt đầu bật tia lửa điện (đối với động cơ xăng) Khoảng thời gian 𝜏𝑖 này được gọi là thời gian cháy trễ.
Trong động cơ diesel được hình thành bên trong xilanh nên hỗn hợp được hình thành bên trong xi lanh nên đầu tiên thành phần hỗn hợp được chuẩn bị và tích tụ trong giai đoạn cháy trễ sẽ rất nhanh tốc độ tăng áp Δ𝑝 Δ𝜑 rất lớn, tạo ra tiếng gõ đanh đặc trưng của động cơ diesel Tiếp theo đó là giai đoạn vừa chuẩn bị hỗn hợp vừa cháy nên cháy từ từ hơn Vì thế chu trình làm việc của động cơ diesel giống như chu trình cấp nhiệt hỗn hợp Động cơ xăng do hốn hợp có thành phần tương đối đồng đều khi vào trong xilanh nên hỗn hợp cháy rất nhanh sau thời gian cháy trễ vì thế chu trình làm việc của động cơ xăng gần với chu trình cấp nhiệt đẳng tích
Tuy nhiên ở cả 2 loại động cơ sau khi cháy phần lớn hỗn hợp quá trình cháy còn tiếp tục với tốc độ cháy nhỏ kéo dài trên đường giãn nở do cháy nốt phần hỗn hợp chưa cháy gọi là cháy rớt, cháy rớt chỉ làm nóng các chi tiết hiệu quả nhiệt thấp nên người ta cố gắng nghiên cứu các biện pháp như hạn chế cháy rớt: như chọn góc phối khí, đánh lửa sớm, phun sớm…
Tiếp theo quá trình cháy là quá trình giãn nở sinh công (từ điểm z tới điểm 𝑏′) Thực ra đầu quá trình giãn nở còn có quá trình giãn nở còn có quá trình cấp nhiệt do cháy rớt Mặt khác còn có hiện tượng trao đổi nhiệt của môi chất với các thành vách các chi tiết, vì vậy quá trình giãn nở là quá trình nhiệt động phức tạp, tương tự quá trình nén, người ta coi gần đúng đây là quá trình đa biến với chỉ số giãn nở đa biến 𝑛2
Giới thiệu về tay quay con trượt lệch tâm
Là cơ cấu dùng để biến đổi chuyển động quay tròn của tay quay thành chuyển động tịnh tiến của con trượt hoặc biến đổi chuyển động tịnh tiến của con trượt thành chuyển động quay tròn của tay quay
Cơ cấu tay quay con trượt là biến thể của cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng, gồm 4 khâu được nối động với nhau bằng 4 khớp + 4 khâu: tay quay, thanh truyền, con trượt, giá + 4 khớp: 3 khớp bản lề, khớp tịnh tiến Cơ cấu tay quay con trượt: cơ cấu bốn khâu có một tay quay và một con trượt kề giá
Khi tay quay 1 quay quanh trục A, đầu B của thanh truyền 2 chuyển động tròn làm con trượt 3 chuyển động tịnh tiến qua lại trên giá đỡ 4, chuyển động quay của tay quay biến thành chuyển động tịnh tiến qua lại của con trượt Ứng dụng của tay quay con trượt trong cuộc sống:
Cơ cấu pít tông – xi lanh trong Ôtô, xe máy
Ngoài ra còn có cơ cấu bánh răng - thanh răng và cơ cấu vít đai ốc
Dùng để nâng hạ mũi khoan Ứng dụng
Cơ cấu bánh răng - thanh răng Ứng dụng cơ cấu vit đai ốc Ê tô
Gá kẹp của thợ mộc
Phân tích thông số và chức năng
Phân tích thông số và chức năng của động cơ đốt trong
- Thông số của động cơ đốt trong
Cấu hình xy lanh I-4 (4 xy lanh thẳng hàng)
Hệ thống van điều khiển với cam đôi trên thân máy (DOHC)
Sử dụng nhiên liệu xăng
Hệ thống đánh lửa điện tử
Hệ thống nhiên liệu phun đa điểm điều khiển điện tử MPI
Dung tích công tác 1.5 Đường kính X Hành trình píton (mm) 75 x 84.7
Công suất cực đại 107bhp tại 6000 vòng/phút
Mô-men xoắn cực đại 14.4 kg.m tại 4200 vòng/phút
Số van 16 Điều khiển van biến thiên VTT-i
Tiêu chuẩn khí thải Eur 4
- Chức năng của động cơ đốt trong
Giúp chuyển hóa từ nhiệt năng, thành động năng thông qua quá trình đốt cháy nhiên liệu bên trong buồng đốt (xi lanh), cung cấp hoạt động cho các phương tiện và máy móc
Lựa chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền
- Chọn động cơ a) Xác định công suất của động cơ
Công suất yêu cầu của động cơ được xác định theo công thức
Trong đó Pct= Fv (kw)= 3500 X 1,3 = 4.55 (kw)
Hiệu suất hệ dẫn động η :
Theo sơ đồ đề bài thì: η = ηbr1.η br2 ηbt3.η ổ lăn.η k
Trong hệ thống truyền động, hiệu suất tổng thể được xác định bằng tích hiệu suất của từng bộ phận, bao gồm: ηbr1 (hiệu suất bánh răng trụ nghiêng che kín), ηbr2 (hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ), ηbrc (hiệu suất bánh răng trụ thẳng che kín), ηbt3 (hiệu suất bộ truyền đai dẹt, để hở), ηổ lăn (hiệu suất ổ lăn), ηk (hiệu suất nối trục), k (số cặp ổ lăn).
Tra bảng 2.3 [1] ta có: ηbr1 = 0,98; ηbr2 = 0,98; ηbr3 = 0,96; ηk = 1 η ổ lăn= 0,995; ηk= 0,99; n=1
0,894 = 4.54 (kW) b) xác định vòng quay cơ sở
- số vòng quay cơ sở được xác định theo công thức η cs= usb ηct trong đó η ct là số vòng quay trên trục công tác η ct = 60 000 v/(πD)
= 60000 1,3 / (3,14 410) = 60,58 (v/p) usb: là tỷ số truyền sơ bộ
Với usb = Uh Un (Uh =8…40)
Vì hộp giảm tốc bánh răng 2 cấp ta chọn Uh và Un =2,2 Suy ra số vòng quay sơ bộ của động cơ là nsb= nlv ut = 60,58 x15x2,2 99(v/p)
theo bảng P3.1 phụ lục ([1]/Tr243) ta có thông số của động cơ K123M2
P=5,5 (kw) η= 85% ms (kg) n= 2900(v/p) cos =0,93 T T k dm
- Thiết kế bộ truyền đai c) Chọn thiết kế bộ truyền đai
1) Các thông số o Công suất cần truyền
+) Pdc=5,5(kw) +) n= 908,6363(v/p) Theo công thức o Đường kính kích thước của bánh đai nhỏ là : d 1 (5, 2 6, 4) 3 T 1
Trong đó T1(Nmm) là mô men xoắn trên trục bánh đai nhỏ (chính là mô mem của trục động cơ)
Chọn đường kính theo tiêu chuẩn d10(mm) +Vận tốc bánh đai nhỏ
V bánh đai nhỏ = d 1 n 1 3,14.180.1999 18,83(m / s) o Đường kính bánh đai lớn :
Theo bảng 4.21 [1] ta lấy trị số tiêu chuẩn của d2= 400 (mm)
Tỷ số truyền thực tế U tt
Sai lệch tỷ số truyền
U 4 {theo ý a [1]/tr49} => ĐẠT YÊU CẦU
Theo 4.4 [1] chiều dài đai được xác định
4) Tính góc Ôm 1 theo bảng 4.7[1]
Vậy với a s 00 (mm) thỏa mãn yêu cầu
5) Xác định tiết diện đai và chiều rộng đai
Theo bảng 4.8 [1] tỷ số max nên dùng là 1 đai vải cao su d 1 40
Do đó d 1 180 4.5(mm) =>Theo bảng 4.1 [1] dùng loại đai 800 có lớp lót
40 40 thị số =4,5 (mm) với số lớp là 3
6) Xác định ứng suất có ích cho phép
0,97 trị số ảnh hưởng góc ôm -Ta có C v
Trị số ảnh hưởng vận tốc C v v v v Áp dụng công thức C 1 k (0, 01v 2 1) k v = 0,04 đối với đai vải, đai cao su
-Ta có C 0 hệ số ảnh hưởng vị trí bộ truyền ở đây C 0 1 vì truyền động thông thường
[ ] k k 2 (trong đó là chiều dày của đai) f 0 1
Với bộ truyền ta thiết kế ở đây là
ứng suất ban đầu [ ] 0 1,8MPa theo bảng 4.11 [1] với [ ] 0 1,8MPa => k 1 = 2,5, k 2
ứng suất có ích cho phép là
7) xác định chiều rộng bánh đai lớn
F t : lực vòng k d : hệ số tải trọng động
[ f ] : ứng suất có ích cho phép
: chiều dày của đai b: chiều rộng của đai thay các giá trị vào công thức (1) ta có: b 272, 43.1, 25 53, 67(mm)
Theo bảng 4.1 [1] lấy trị tiêu chuẩn bP (mm)
chiều rộng bánh đai lớn
Chọn B tiêu chuẩn Bp (mm)
8) Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
Theo 4.12 [1] ta tính được lực căng ban đầu
Theo 4.13 [1] lực tác dụng lên trục
Từ đó ta có bảng tính toán sau:
Bảng 3.1: Số liệu tính toán động cơ Đường kính bánh đai nhỏ d 1 180(mm) Đường kính bánh đai lớn d 2 400(mm)
Chiều rộng bánh đai lớn Bp(mm)
Lực đai 800 (đai vải cao su)
Chiều dài của đại =4,5mm
Công nghệ chế tạo
Thiết kế hệ thống giá đỡ
- Đảm bảo độ chắc chắn và an toàn khi vận hành động cơ chạy
- Giúp dễ dàng thao tác các chi tiết
- Đảm bảo độ cứng vững của hệ thống máy
- Thuận lợi cho việc di chuyển dễ dàng hơn
- Các thanh dọc chịu kéo nén hướng tâm (mặt của giá cứng tuyệt đối phải chia đều cho 4 chân giá)
Lưa chọn phương án thiết kế
- Khối lượng sắt hộp 50x50 là 20kg
- Bánh xe loại nhựa đặc nguyên khối
- Mặt bàn dày 2 cm và được làm bằng gỗ ép
- Cắt 14 đoạn các thanh sắt để hàn vị trí giá đỡ
- Có 4 thanh dài 1m2, 6 thanh dài 80cm, 4 thanh dài 1m
Quy trình chế tạo giá
- Tổng sắt hộp là 16kg so với thục tế 16.5kg
- Sau khi cắt thành các đoạn theo kích thước ta bắt đầu hàn theo các góc để thành khuân cố định, sau khi hàn thành khuân cố định là hàn hoàn chỉnh thành gá như bản vẽ Rồi tiến hành mài các cạnh được phẳng, sau đó tiến hành đánh bóng toàn thể gá đỡ và tiến hành sơn Sau khi khung hoàn thiện ta tiến hành cắt mặt phẳng gỗ và cho lên giá bắt ốc cố định.
Thiết kế mô hình cắt bổ động cơ
Như chúng ta đã biết phần động cơ, hộp số và hệ thống phanh chiếm một vị trí quan trọng trong ôtô Để thuận tiện cho việc giảng dạy lý thuyết và thực hành nên ta chọn cắt bổ động cơ Toyota Ưu điểm của việc cắt bổ trên động cơ Toyota gồm bốn xylanh thẳng hàng là nhỏ gọn, dễ cắt bổ Đặc biệt trong khi dạy lý thuyết, thực hành ta có thể mang lên trực quan cho học sinh hiểu rõ hơn các chi tiết bên trong của động cơ Liên hệ giữa lý thuyết với thực hành Khi dạy thực hành để học sinh có thể tái hiện được những cấu tạo và nguyên lý làm việc của từng bộ phận làm việc bên trong của từng động cơ, hộp số, hệ thống phanh Khi có mô hình cắt bổ giáo viên còn đưa ra chú ý cần thiết cho học sinh thấy được những mối tương quan lắp ghép quan trọng cần yêu cầu độ chính xác cao, chiều lắp ghép của các chi tiết với nhau Quan trọng hơn nữa trong việc kiểm tra các chi tiết, bởi vì các giáo viên có thể làm mẫu các thao tác của mình trên những mô hình cắt bổ, phân tích rõ hơn cho học sinh khi thao tác thực tế không bị bỡ ngỡ Dùng mô hình cắt bổ này còn giúp cho giáo viên có thể truyền đạt được một lượng kiến thức tương đối lớn với một số lượng học sinh trong lớp đông Ngoài ra trong một thời gian lên lớp ít mà muốn truyền đạt hoặc uốn nắn từng thao tác của học sinh là mất rất nhiều thời gian Lúc đó người giáo viên có thể phân tích những sai hỏng trên mô hình cắt bổ khi ta thao tác để học sinh từ đó rút được kinh nghiệm khi vào thực tế trên mỗi động cơ và hộp số khác nhau
Mô hình cắt bổ luôn thao tác được tính tích cực cho học tập của học sinh, làm cho giáo viên dạy mất ít thời gian để giải thích
Trong khi thực hành nhiều lúc học sinh tháo lắp các chi tiết nhưng không chú ý trong việc mình tháo lắp có thể không lắp được hoặc lắp nhưng vẫn thừa các chi tiết
Lúc này từ mô hình cắt bổ học sinh có thể biết được mình lắp thiếu hoặc thừa những chi tiết gì
4.2.2 Yêu cầu đối với mô hình cắt bổ động cơ Điều quan trọng nhất đối với mô hình cắt bổ phải thể hiện được tất cả các chi tiết bên trong mà học sinh không thể quan sát được Trong chi tiết của động cơ, hộp số, hệ thống phanh có rất nhiều cơ cấu, hệ thống lúc đó ra cũng phải cắt bổ theo cơ cấu hoặc hệ thống để khi dạy đến phần nào thì giáo viên tập trung chỉ vào khu vực động cơ, hộp số, hệ thống phanh mà ta cần giảng dạy
Vị trí cắt bổ phải thể hiện được toàn bộ cấu tạo của chi tiết: Đối với động cơ Toyota-38 về phần động cơ ta cắt bổ 1/2 thân máy bởi vì ở đây thể hiện được tất cả phần bên trong của xylanh từ đó học sinh có thể phân biệt đâu là xylanh đâu là xylanh ướt đâu là xylanh khô Đối với phần thân máy thì học sinh thấy được các đường đi của dấu trong thân động cơ, đường nước trong thân máy
Trong 4 xylanh của động cơ, thì ta sẽ cắt bổ ẳ của piston mục đích để học sinh quan sát được phần trong của piston để thấy rõ hơn phần bệ chốt piston, gầm chịu lực Khi cắt bổ còn thể hiện cho học sinh vị trí lắp ghép xéc măng khí xéc măng dầu trên piston Vị trí chiều lắp piston như thế nào cho đúng để tránh hiện tượng gây ra tiếng gõ piston trong quá trình làm việc Giáo viên trong quá trình dạy lý thuyết và thực hành phân tích được tác dụng của khoảng lệch tâm trong piston
Khi quan sát các mô hình cắt bổ thấy được cấu tạo của thanh truyền, vị trí lắp ghép của các vị trí lắp ghép của các chi tiết với nhau Đặc biệt đối với học sinh đó là thấy được chiều lắp của các thanh truyền sao cho đúng dấu, dấu trên thanh truyền phải nằm ở đâu mà ta tính từ đầu động cơ lỗ dầu trên thanh truyền lắp quay về hướng nào Giúp học sinh trong quá trình thực hành nhận biết được mã kích thước được đánh dấu trên đầu to, thanh truyền từ đó học sinh tra tài liệu để biết được mã kích thước của bạc, thanh truyền từ đó phục vụ cho quá trình sửa chữa Khi quan sát bên trong xylanh phần cắt bổ thể hiện được cách lắp ghép của piston với chốt đầu nhờ thanh truyền Học sinh biết được đâu là cách lắp tự do, lắp chặt chốt piston với bệ chốt hay là lắp chặt đầu nhỏ với thanh truyền Từ đó học sinh rút ra được ưu điểm, nhược điểm của việc lắp ghép này
Thuận lợi cho giáo viên truyền đạt được nhiều nội dung cùng một lúc trên mô hình Đồng thời tái hiện được nội dung mà giáo viên truyền đạt ở các phần trước Ngoài ra khi dạy các bộ phận về cơ cấu, hệ thống trên mô hình giáo viên so sánh sự giống và khác nhau về động cơ Toyota với một vài động cơ của các hãng khác nhau giúp học sinh khi ra thực tế không bị bỡ ngỡ và làm quen ngay Khi sử dụng mô hình trong phòng giảng dạy thì ta có thể dẫn động quay động cơ bằng động cơ điện, nó có ưu điểm giúp được họ biết được chiều quay của các chi tiết Nhưng khi dạy trên lý thuyết với một số lượng học sinh và nhiều lớp học còn giúp việc không gây ra tiếng ồn và tránh gây ô nhiễm môi trường Khi sử dụng động cơ điện ta có thể thay đổỉ được nhiều tốc độ quay cuả động cơ nên giúp học sinh có thể quan sát và tiếp thu được tốt hơn và lưu lại được những kiến thức lâu hơn trong từng giờ dạy
Khi tính toán đến phần thiết kế ta phải tính toán sao cho hợp lý và một trong những phần cần thiết phẩi đề ra đó là ghép chung hộp số và động cơ Từ phần thiết kế ghép chung này giảng viên và học viên sẽ nắm rõ hơn về những hoạt động của chi tiết liên qua đến nhau và rất linh động trong công việc
1) Quy trình tháo và vệ sinh động cơ
- Dụng cụ vệ sinh bao gồm:
- Giẻ sạch: số lượng 2 kg
- Chất tẩy rửa: xăng A92 số lượng: 10 lít
- Dụng cụ tháo lắp chuyên dụng: bộ tháo lắp xéc măng, bộ tháo lắp xu pháp, tô vít, bộ lục giác, bộ hoa thị, cân lực…
Quy trình tháo lắp theo đúng tài liệu sửa chữa bảo dưỡng của Toyota, dưới sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn Th.S Phí Hoàng Trình
1) Phần cắt bổ Đối với mô hình cắt bổ của động cơ điều đầu tiên yêu cầu là phải đòi hỏi độ chính xác cao Để đạt được mục đích này, thì việc chế tạo vỏ động cơ phải thật chính xác Tiếp đến là việc thiết kế chế tạo các chi tiết khác như piston, xylanh, trục khuỷu,
Để đạt được độ chính xác cao, các linh kiện và thiết bị cần được gia công và mua mới, đòi hỏi một quy trình làm việc chi tiết và tỉ mỉ.
Sau khi các chi tiết được chế tạo chính xác thì công việc tiếp theo là lựa chọn vị trí cắt thích hợp với mô hình Tất cả các vị trí cắt phải làm sao thể hiện được tại sao lại cắt taị vị trí này và cắt để làm gì a Hệ thống xylanh Đối với hệ thống xylanh cần phải thể hiện được quá trình di chuyển của piston từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới Vì vậy đối với xylanh ta cần phải cắt bổ từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới và 1/3 đường kính piston sao cho xylanh vẫn ôm được piston bên trong và đảm bảo quá trình di chuyển của piston trong xylanh
Piston cũng phải được cắt bổ để cấu tạo của piston được thể hiện chính xác như các rãnh vòng găng, xec măng…
Tất cả quá trình nén, nổ, xả, hút đều được thể hiện bằng chuyển động của xupap, tất cả các chuyển động của xupap được diễn ra theo chuyển động của piston lên xuống b Thanh truyền
Tiếp đến là thanh truyền dùng để nối piston với trục khuỷu của động cơ và biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay của trục khuỷu Do vậy ta phải cắt bổ sao cho phải nhìn thấy cấu tạo của thanh truyền gồm 3 phần: đầu nhỏ, thân, đầu to
- Phần cắt bổ phải được thể hiện sao cho các đầu to và nhỏ được nối với piston bằng gì và đầu nhỏ sẽ quay nên cắt bổ phải thể hiện được bạc đồng nằm ở giữa
- Phần thân và đầu to được thể hiện cấu tạo của nó Những phần quan trọng cần phải được cắt bổ hợp lý c Trục khuỷu
Trục khuỷu dùng để nhận lực piston truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến thành chuyện động quay của nó Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của tải trọng máy thay đổi theo chu kỳ, chịu ma sát mài mòn tại các bề mặt tiếp xúc, chịu dao động ngang và dao động dọc do các momen uốn và xoắn thành không đồng đều về trị số gây ra
