Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động lực cho ngành sản xuất hát triển Ô tô của nước ta. Động cơ đốt trong là nguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới. Chính vì vậy việc hiểu được kết cấu cả các chi tiết, các mối liên hệ giữa các phần trong động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quan trọng đối với các sinh viên chuyên nghành Công nghệ kỹ thuật Ô tô. Báo cáo kết thúc học phần: Kết cấu động cơ là báo cáo đòi hỏi người thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức. Trong quá trình hoàn thành báo cáo không những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức tổng hợp khác. Mặc dù đã cố gắng, nhưng do kiến thức có hạn và thời gian khống chế, thiếu kinh nghiệm thực tế nên sẽ không tránh những thiếu sót. Em rất mong các thầy góp ý, chỉ bảo tận tâm để kiến thức của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, thầy giáo duyệt đề tài, các thầy giáo bộ môn động lực đã hết sức tận tình giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành tốt nội dung đề tài của mình. Em xin chân thành cảm ơn giảng viên: NGUYỄN XUÂN KHOA đã hướng dẫn và tạo điều kiện giúp em hoàn thành báo cáo một cách tốt nhất.
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
-BÀI TẬP LỚN
MÔN: KẾT CẤU ĐỘNG CƠ Ô TÔ
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN XUÂN KHOA
Họ và tên: Trần Tuấn Anh
Mã Sinh Viên: 2023500233
Khóa: K25
Lớp: CDOTO2
Hà Nội 2024
LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động lực cho ngành sản xuất hát triển Ô tô của nước ta Động cơ đốt trong là nguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới Chính vì vậy việc hiểu được kết cấu cả các chi tiết, các mối liên hệ giữa các phần trong động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quan trọng đối với các sinh viên chuyên nghành Công nghệ kỹ thuật Ô tô
Báo cáo kết thúc học phần: Kết cấu động cơ là báo cáo đòi hỏi người thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức Trong quá trình hoàn thành báo cáo không những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức tổng hợp khác
Mặc dù đã cố gắng, nhưng do kiến thức có hạn và thời gian khống chế, thiếu kinh nghiệm thực tế nên sẽ không tránh những thiếu sót Em rất mong các thầy góp ý, chỉ bảo tận tâm để kiến thức của em được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, thầy giáo duyệt đề tài, các thầy giáo bộ môn động lực đã hết sức tận tình giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành tốt nội dung đề tài của mình
Em xin chân thành cảm ơn giảng viên: NGUYỄN XUÂN KHOA đã hướng dẫn và tạo điều kiện giúp em hoàn thành báo cáo một cách tốt
nhất
GV hướng dẫn
Trang 2PHẦN MỞ ĐẦU:
I Giới thiệu tổng quan về kết cấu động cơ
1.1 Giới thiệu về 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 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 kì của động cơ Các chu kỳ của động cơ diễn ra trong 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
1.2 Lịch sử phát triển:
Động cơ đốt trong ra đời đã tạo ra cuộc cách mạng về công nghiệp và quân sự Chúng góp phần làm thay đổi hoàn toàn cách mà thế giới vận hành trong quá trình sản xuất, lao động và di chuyển của con người Động cơ đốt trong có lịch sử phát triển hơn hai thế kỷ với nhiều bước tiến lớn Động cơ đốt trong ngày nay sử dụng ít nhiên liệu hơn, thân thiện với môi trường và tạo ra công suất ngày càng lớn hơn Quá trình hình thành và phát triển của động cơ đốt trong qua các giai đoạn cụ thể như sau:
Năm 1860 chiếc động cơ đốt trong đầu tiên xuất hiện trên thế giới được phát minh bởi 2 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
Năm 1877 sau 17 năm kể từ trước động cơ 2 thì 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
Năm 1855 Đúng 8 năm sau đó chiếc động cơ đốt trong 4 thì thì với công suất 8hp lần 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
Năm 1897 Loại động cơ đốt trong sử dụng dầu Diesel 4 thì đầu tiên được chế tạo bởi Kỹ sư người Đức (Rudonpho Saclo Sredieng Dieze) Đây
là loại động cơ với công suất gấp 2,5 lần động cơ đốt trong trước đó đạt 20HP Không chỉ vậy loại động cơ này bài có thể tạo ra vòng quay 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
1.3 Nguyên lí làm việc của động cơ đốt trong:
Nguyên lý hoạt động của động cơ 4 kỳ được chia thành kỳ 1, kỳ 2, kỳ 3, kỳ 4 hoặc kỳ nén, kỳ nạp, kỳ nổ, kỳ xả
Kỳ nạp: Trước tiên, piston sẽ di chuyển từ điểm chết trên xuống tới điểm chết dưới Lúc này xupap nạp sẽ được mở ra để dẫn hòa khí đi vào buồng đốt Xupap xả sẽ đóng lại Piston chuyển động xuống dưới cylinder (xi-lanh) tạo ra một khoảng không trong xi-lanh để chứa nhiên liệu phun sương từ bộ chế hoà khí
Kỳ nén: Xupap nạp và xupap xả lúc này đều được đóng lại Piston chuyển động lên trên xi-lanh, nén hỗn hợp khí và xăng
Kỳ nổ: Bugi lúc này sẽ là nhiệm vụ đánh lửa để đốt cháy hòa khí, cung cấp năng lượng cho piston Khi có năng lượng, Piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới Cả Xupap nạp và xả đều đóng Trục khuỷu vẫn quay 180 độ
Trang 3Kỳ xả: Lúc này Piston sẽ di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên Xupap nạp sẽ mở ra để lượng khí thải được thoát ra ngoài Xupap nạp vẫn đóng Thanh truyền sẽ quay góc 180 độ
1.4 Vai trò của Động cơ đốt trong:
- Nguồn động lực chính dẫn động các phương tiện giao thông vận tải như: ô tô, xe máy, tàu thủy, máy bay và các máy công tác khác (máy phát điện, bơm nước, …)
- Chiếm vị trí quan trọng trong quá trình cơ giới hóa sản xuất trong mọi lĩnh vực: giao thông vận tải, nông nghiệp, lâm nghiệp, xây dựng, công nghiệp, …
- Biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, chủ yếu biến đổi từ nhiệt năng sang cơ năng
- Có tác động tương hỗ với nhiều lĩnh vực khác: cơ khí, điện, điện tử, điều khiển tự động, vật liệu kim loại và phi kim loại, vật liệu mới, xăng dầu…
- Hiện nay nhiều loại động cơ khác đang được nghiên cứu và chế tạo những động cơ chạy bằng nhiên liệu sạch nhưng vẫn chưa được sản xuất hàng loạt vì còn khuyết điểm như: giá thành chế tạo cao, kích thước không nhỏ gọn, không tiện dụng, …
=> Vì vậy, ĐCĐT dùng nhiên liệu lỏng (xăng và Diesel) vẫn chiếm vai trò quan trọng và hiện nay vẫn đang được sử dụng
1.5 Lịch sử phát triển của ĐCĐT
- 1860, J.J E Lenoir (1822 - 1900) (Pháp) đã chế tạo động cơ đốt trong đầu tiên bằng sự đốt cháy khí đốt ở áp suất môi trường, không có sự nén hỗn hợp trước quá trình cháy
- 1876, Nicolaus A Otto (1832- 1891) và Eugen Langen (1833-1895) tận dụng sự gia tăng áp suất trong quá trình cháy, để cải tiến dòng khí nạp sau đó Otto đã gợi ý các chu trình (nạp, nén, cháy dãn nở và thải) cho 4 hành trình piston của động cơ đốt trong
- 1886, Hãng Daimler – Maybach xuất xưởng động cơ xăng đầu tiên
- 1892, Rudolf Diesel (1858-1913) đã gợi ý một dạng động cơ đốt trong mới có hiệu suất khoảng 26% được biết như động cơ Diesel ngày nay
- 1957, Động cơ đốt trong kiểu piston quay (Động cơ Wankel) được chế tạo rất gọn nhẹ => Từ đó đến nay, người ta liên tục cải tiến và phát triển và hoàn thiện để động cơ có thể đạt năng suất cao
1.6 Động cơ và động cơ đốt trong:
Động cơ đốt trong (internal combustion engine - ICE) là một loại động cơ nhiệt có hoạt động đốt cháy, chuyển hóa bên trong buồng đốt của máy móc hay phương tiện Quá trình hoạt động này giúp đốt cháy nhiên liệu, chuyển nhiệt năng thành công năng và tác động lên một số thành phần của động cơ như cánh quạt, piston, cánh tuabin… Lực tác động đó giúp cho máy móc vận hành hoặc phương tiện di chuyển trên một quãng đường nhất định
Động cơ thường hoạt động phổ biến với các loại nhiên liệu như xăng, dầu diesel và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều loại thiết bị máy móc
và là nguồn sinh công năng quan trọng cho các loại phương tiện như ô tô, tàu thủy, máy bay… Đây cũng là lý do các loại phương tiện này thường được gọi là các “phương tiện động cơ đốt trong”
Trang 4Câu 1: Nắp Máy
1.1 Nhiệm vụ
- Nắp xi lanh là chi tiết dùng để đậy kín buồng cháy, là nơi để lắp ráp các bộ phận khác như vời phun, bu gi, cơ cấu dẫn động xupap
- Trên nắp xi lanh có các dường nước làm mát, đường dẫn dầu bôi trơn, đường thải, đường nạp
- Làm giá đỡ cho một số bộ phận của động cơ như: bugi, vòi phun, cụm xupap, cơ cấu phân phối khí
1.2 Yêu cầu
- Nắp xi lanh cần được ráp chặt với thân máy để tạo buồng đốt kín động cơ, giúp động cơ duy trì áp suất nén và áp suất cháy cao
- Dù bề mặt tiếp xúc giữa nắp xi lanh và thân máy được gia công nhẵn, phẳng, và song song, tuy nhiên, trong thực tế luôn tồn tại những điểm không phẳng tuyệt đối Do vậy, bề mặt nối giữa nắp xi lanh và thân động cơ được bịt kín bởi đệm nắp máy nhờ vào tính dẻo và tính đàn hồi của vật liệu đệm nắp máy
1.3 Vật liệu chế tạo
- Nắp xi lanh thường đúc bằng gang hợp kim hoặc hợp kim nhôm
- Động cơ xăng, nắp thường được đúc bằng hợp kim nhôm, dẫn nhiệt tốt, nhẹ
- Động cơ Diesel nắp xi lanh thường phức tạp hơn vì phải bố trí vòi phun, buồng cháy phụ, bu gi sấy, do làm việc với áp suất cao nên nắp cần phải cứng vững do đó thường được chế tạo bằng gang hợp kim
Trang 5- Động cơ làm mát bằng gió thường được chế tạo bằng hợp kim nhôm, trên có các cánh tản nhiệt
1.4 Cấu tạo
- Nắp máy là một chi tiết phức tạp, nên cấu tạo rất đa dạng Tuy nhiên, tuỳ theo loại động cơ, nắp máy có một số đặc điểm riêng
- Nắp máy có kết cấu tuỳ thuộc vào kiểu buồng cháy, số xi lanh, cách bố trí xu páp và bugi, kiểu làm mát cũng như kiểu bố trí đường nạp và đường xả Nắp máy của động cơ bốn kỳ dùng cơ cấu phối khí xu páp đặt có cấu tạo đơn giản Ở nắp có các lỗ để lắp bu gi hoặc vòi phun, …
- Nắp máy của động cơ bốn kỳ dùng cơ cấu phối khí xu páp treo có cấu tạo phức hơn Nắp máy này có thêm đế xu páp, ống dẫn hướng xu páp, cửa nạp, cửa xả,…
+ Ngoài ra, trong nắp máy có bố trí buồng cháy, hình dáng buồng cháy phụ thuộc vào từng loại động cơ, có khoang rỗng chứa nước và các đường dẫn nước hoặc phiến tản nhiệt Trên nắp máy thường có lắp đặt một số cơ cấu và hệ thống phụ khác như: cơ cấu giảm áp, nắp che, van nhiệt.…
Câu 2: Chốt piston
2.1 Nhiệm vụ
- Piston làm nhiệm vụ cùng với xilanh lắp máy tạo thành buồng cháy
- Piston là bộ phận chuyển động tịnh tiến, nhận lực tác dụng từ khí cháy, qua chốt piston và thanh truyền làm trục khuỷu quay sinh ra công
- ở động cơ 2 kỳ piston còn có nhiệm vụ đóng mở cửa thổi, cửa nạp và cửa xả
2.2 Điều kiện làm việc
- Piston làm việc trong điều kiện tốc độ lớn hơn nhiệt độ, áp suất cao và khó bôi trơn
Trang 6- Tốc độ chuyển động lớn, gia tốc lớn áp lực và lực quán tính lớn, khó bôi trơn làm tăng ma sát do đó piston xylanh dễ bị mài mòn
- Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy nên nhiệt độ ở đỉnh piston rất cao (600-700˚k) nên rất dễ bị bó kẹt, nứt vỡ
- Ma sát lớn và ăn mòn hóa học điều kiện bôi trơn khó khan dẫn đến ma sát lớn trong khí cháy có các chất như Sox, nox,… Khi cháy gặp nước sinh ra oxit, gây ăn mòn hóa học
2.3 Cấu tạo
- Gồm 3 bộ phận chính
Đỉnh piston: là phần cùng với lắp xilanh, xilanh tạo thành buồng cháy và nhận lực
+) Đỉnh lồi:có kết cấu chịu lực lớn, nhưng có diện tích chịu nhiệt lớn ảnh hưởng xấu đến hiệu quả làm việc của động cơ
+) Đỉnh lõm: có thể tạo xoáy lốc trong buồng cháy, tạo thuận lợi cho quá trình hình thành khí hỗn hợp và cháy Tuy nhiên sức bền kém và diện tích chịu nhiệt lớn, việc gia công đỉnh lõm phức tạp
+) Đỉnh bằng: Có kết cấu đơn giản diện tích chịu nhiệt nhỏ, thường được sử dụng cho động cơ xăng
Thân piston: làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xilanh trên thân piston có bộ chốt piston để lắp chốt piston
liên kết với đầu nhỏ của thanh truyền
+) Thân piston ở động cơ diesel thường dài hơn so với động cơ xăng
Đầu piston: là phần tính từ xecmang ở phía trên bệ chốt piston lên đến đỉnh, đầu piston có các rãnh để lắp xecmang
Câu 3 Xupap
Trang 73.1 Nhiệm vụ
- Nhiệm vụ của xupap là điều chỉnh lưu lượng hỗn hợp khí nhiên liệu và không khí vào hoặc ra khỏi buồng đốt, cũng như dẫn khí thải ra khỏi buồng đốt sau quá trình đốt cháy
3.2 Yêu cầu
- chính xác trong điều khiển lưu lượng khí: Xupap cần mở và đóng đúng thời điểm và ở đúng vị trí để đảm bảo lưu lượng chính xác của hỗn hợp nhiên liệu và không khí vào hoặc ra khỏi buồng đốt
- Kín đáo và chịu áp suất: Xupap phải được thiết kế để chịu được áp suất cao trong buồng đốt trong quá trình hoạt động Đồng thời, nó cũng phải đảm bảo không có rò rỉ khí qua các bộ phận không mong muốn để tránh mất áp suất và tiêu thụ nhiên liệu không hiệu quả
- Xupap cần phải hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong nhiều điều kiện hoạt động khác nhau, bao gồm nhiệt độ cao, áp suất cao, và tốc độ cao
- Chịu tốt khả ăng làm việc trong môi trường nhiệt độ cao, ăn mòn cao
- Dễ bảo dưỡng và kiểm tra dễ dàng
Trang 83.3 Cấu tạo ống dẫn hướng
Gồm có: đầu, thân, đuôi, lò xo và phần đệm có vai trò riêng biệt
Đầu xupap (còn được gọi là nấm xupap) có hình dạng giống cây nấm với phần đầu được thiết kế bằng phẳng, lồi hoặc lõm Nhiệm vụ của bộ phận này là đóng - mở cửa nạp - xả bên trong buồng đốt động cơ.
Thân xupap có dạng hình trụ đặc giúp dẫn hướng chuyển động cho xupap, đảm bảo đế và mặt xupap chồng khít với nhau Đặt lồng bên ngoài thân xupap là ống dẫn hướng xupap có cấu tạo dạng thanh trụ rỗng có nhiệm vụ giữ vị trí xupap thẳng hàng và dẫn hướng giúp bộ phận này chuyển động tịnh tiến trong thân máy.
Đuôi xupap được cấu tạo như một bộ phận gắn lò xo xupap với nhiều hình dạng thiết kế khác nhau tùy thuộc vào cách gắn ghép đĩa lò xo xupap như hình côn hoặc rãnh vòng để lắp với móng hãm xupap hoặc có lỗ để lắp chốt hãm
Câu 4: Bơm nước
4.1 Nhiệm vụ
nâng cao năng suất làm mát
4.2 Yêu cầu
- Hiệu suất và áp lực: Bơm nước cần cung cấp đủ áp lực để đẩy nước qua hệ thống mát xa và đảm bảo sự tuần hoàn nhanh chóng và hiệu quả Hiệu suất của bơm cũng cần đảm bảo rằng lượng nước cung cấp đủ cho hệ thống
- Bơm nước cần được thiết kế để tiêu thụ ít năng lượng nhất có thể và đồng thời đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn về khí thải
- Bơm nước cần được thiết kế để dễ dàng bảo dưỡng và sửa chữa khi cần thiết, giúp giảm thiểu thời gian và chi phí bảo dưỡng của hệ thống
Trang 9- Bơm nước cần được làm từ vật liệu chịu ăn mòn và ứng suất nhiệt cao để đảm bảo tuổi thọ và hiệu suất của nó trong môi trường làm mát của
ô tô
4.3 Phân loại
Gồm có 3 loại
- Bơm nước ly tâm
- Bơm nước hút chân không
- Bơm nước điện từ
4.4 Cấu tạo
- Thân bơm
- Trục bơm
- Đĩa
- Cánh bướm
Câu 5: Bơm Xăng Điện
Trang 105.1 Nhiệm vụ
vận hành
5.2 Yêu cầu
- Bơm cần phải có hiệu suất cao để đảm bảo việc bơm xăng nhanh chóng và hiệu quả, giúp giảm thời gian chờ đợi và tăng sự tiện lợi cho người dùng
- Bơm cần phải đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn, bao gồm việc có các biện pháp bảo vệ chống cháy nổ và cách nhiệt, đảm bảo an toàn cho người
sử dụng và xe ô tô
- Bơm cần phải có thiết kế thông minh, dễ sử dụng và di động, giúp người dùng dễ dàng mang theo và sử dụng ở mọi nơi cần thiết
- Bơm cần có các tính năng tiết kiệm năng lượng để giảm thiểu lãng phí và bảo vệ môi trường.
- Có độ bền cao, tuổi thọ cao với động cơ
5.3 Cấu tạo
5.3.1 Bình nhiên liệu: Là nơi chứa nhiên liệu
5.3.2 Cụm bơm nhiên liệu: Bao gồm bơm nhiên liệu, lọc xăng, bộ điều áp, và bộ giảm rung động
Bơm nhiên liệu: Là bộ phận chính của bơm xăng, có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ bình nhiên liệu và đưa đến kim phun