Tiểu luận kết cấu Động cơ Đốt trong Đề tài lựa chọn một Động cơ trên một kiểu xe cụ thể, sau Đó phân tích kết cấu cơ khí và các hệ thống Được trang bị trên Động cơ

Bài tiểu luận này sẽ khám phá các khía cạnh cơ bản và phức tạp của kết cấu động cơ đốt trong trên xe ô tô, từ nguyên lý hoạt động, các thành phần cấu tạo đến sự tiến hóa của công nghệ độ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

PHÂN HIỆU QUẢNG NGÃI KHOA: CÔNG NHỆ ĐỘNG LỰC

 BÀI TIỂU LUẬN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Cung Sinh viên thực hiện : Lê Thành Nam

Lớp : DHOTK19AQN

TP.Quãng Ngãi, tháng 10 năm 2024

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

PHÂN HIỆU QUẢNG NGÃI KHOA: CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC

 BÀI TIỂU LUẬN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Đề tài:

Lựa chọn một động cơ trên một kiểu xe cụ thể, sau đó phân tích kết

cấu cơ khí và các hệ thống được trang bị trên động cơ.

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Cung

Sinh viên thực hiện : Lê Thành Nam

Lớp : DHOTK19AQN

TP Quảng Ngãi, tháng 05 năm

Trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô phát triển mạnh mẽ, động cơ đốt trong vẫn giữ vai trò chủ chốt trong việc cung cấp năng lượng cho các phương tiện di chuyển Kể

từ khi được phát minh vào cuối thế kỷ 19, động cơ đốt trong đã trở thành nền tảng cho hầu hết các loại xe hơi hiện đại, từ sedan bình dân đến xe thể thao hạng sang Bài tiểu luận này sẽ khám phá các khía cạnh cơ bản và phức tạp của kết cấu động cơ đốt trong trên xe ô tô, từ nguyên lý hoạt động, các thành phần cấu tạo đến sự tiến hóa của công nghệ động cơ trong bối cảnh bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng

Động cơ đốt trong chuyển đổi năng lượng hóa học trong nhiên liệu thành năng lượng cơ học thông qua quá trình đốt cháy Các thành phần như xilanh, piston, và trục khuỷu đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất và độ bền của động cơ Sự hiểu biết về kết cấu và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận giúp nắm bắt cách thức động cơ vận hành

và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của nó

Bên cạnh đó, với sự gia tăng mối quan tâm về ô nhiễm môi trường, ngành công nghiệp ô tô đang chuyển mình mạnh mẽ Công nghệ mới như động cơ hybrid và điện đang dần thay thế động cơ đốt trong truyền thống, nhưng việc cải tiến động cơ đốt trong

để nâng cao hiệu suất và giảm khí thải vẫn là thách thức lớn

Bài tiểu luận này sẽ không chỉ mô tả các thành phần và nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong mà còn đi sâu vào các xu hướng phát triển công nghệ hiện nay Qua

đó, chúng ta sẽ có cái nhìn sâu sắc về vai trò và tầm quan trọng của động cơ trong cuộc sống hàng ngày, cũng như những thách thức mà ngành công nghiệp ô tô phải đối mặt

trong tương lai Đặc biệt, động cơ đốt trong của Mazda 3 không chỉ quyết định năng

lượng cho xe mà còn thể hiện những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ Chúng ta sẽ khám

phá cách Mazda áp dụng công nghệ Skyactiv để cải tiến hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu,

và duy trì khả năng vận hành mạnh mẽ Bài tiểu luận này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quát

về động cơ đốt trong của Mazda 3, nhấn mạnh tầm quan trọng của công nghệ này trong

xu hướng phát triển bền vững của ngành ô tô hiện đại

2

I. Lịch sử hình thành và phát triển của MAZDA 3

Nguồn gốc tên thương hiệu MAZDA

Người đặt tên cho hãng xe Mazda chính là Ông Jujiro Matsuda, đồng thời cũng là nhà sáng lập Lý do Jujiro Matsuda chọn tên Mazda là bởi nó có nguồn gốc từ Ahura Mazda trong tiếng Iran cổ, tượng trưng cho sự thông thái và hài hoà

Ông Jujiro Matsuda vốn là một người rất tôn sùng các vị thần linh Do đó, việc đặt tên Mazda được cho là để thể hiện sự tôn trọng đối với với gia đình và Zoroastrianism

Mazda3 là một trong những mẫu xe nổi bật và thành công của hãng Mazda, được biết đến nhờ thiết kế ấn tượng, hiệu suất vận hành tốt và công nghệ tiên tiến Dưới đây là khái quát lịch sử phát triển của Mazda3 qua các thế hệ:

1 Thế hệ đầu tiên (2003-2009)

 Ra mắt: Mazda3 lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 2003, thay thế cho mẫu

Mazda 323 trước đó Với thiết kế hiện đại và bắt mắt, Mazda3 ngay lập tức thu hút

sự chú ý của người tiêu dùng

 Đặc điểm: Mazda3 thế hệ đầu tiên có sẵn dưới dạng sedan và hatchback Xe được

trang bị động cơ 1.6L và 2.0L, với sự lựa chọn hộp số tay và tự động Hệ thống treo độc lập và khung gầm vững chắc mang đến trải nghiệm lái thú vị và linh hoạt

 Thành công: Mazda3 đã trở thành một trong những mẫu xe bán chạy của Mazda,

giúp hãng xe này củng cố sự hiện diện ở thị trường toàn cầu

2 Thế hệ thứ hai (2009-2013)

Ra mắt: Mazda3 thế hệ thứ hai được giới thiệu vào năm 2009 Mẫu xe này có

nhiều thay đổi đáng chú ý về cả thiết kế lẫn công nghệ

Đặc điểm: Thiết kế của Mazda3 thế hệ này sắc sảo và thể thao hơn, với các đường

nét mạnh mẽ và kiểu dáng hiện đại Cải tiến về động cơ, hệ thống lái, và đặc biệt

là khả năng tiết kiệm nhiên liệu, giúp Mazda3 tiếp tục thành công trên thị trường

Công nghệ: Mazda3 thế hệ này cũng được trang bị hệ thống an toàn tiên tiến như

ABS, EBD, và túi khí, đồng thời có các phiên bản động cơ tiết kiệm nhiên liệu, giúp xe đạt được hiệu suất cao và giảm thiểu khí thải

4

3 Thế hệ thứ ba (2013-2019)

Ra mắt: Mazda3 thế hệ thứ ba được ra mắt vào năm 2013 với sự thay đổi lớn về

thiết kế, công nghệ và hiệu suất

Đặc điểm: Một trong những cải tiến nổi bật là áp dụng ngôn ngữ thiết kế KODO,

mang đến vẻ ngoài mềm mại nhưng vẫn rất mạnh mẽ và thể thao Mazda3 cũng trang bị các công nghệ SkyActiv, giúp cải thiện hiệu suất động cơ, giảm trọng lượng xe và nâng cao khả năng tiết kiệm nhiên liệu

Tính năng: Xe được trang bị hệ thống thông tin giải trí với màn hình cảm ứng, hệ

thống âm thanh cao cấp, và các tính năng an toàn như hệ thống cảnh báo chệch làn, hỗ trợ phanh khẩn cấp, và kiểm soát hành trình

4 Thế hệ thứ tư (2019 - nay)

Ra mắt: Mazda3 thế hệ thứ tư được ra mắt vào năm 2019 với những nâng cấp

mạnh mẽ về cả ngoại thất lẫn nội thất

Đặc điểm: Mazda3 thế hệ này được thiết kế lại hoàn toàn, với sự chú trọng đến

tính thẩm mỹ và cảm giác lái Đặc biệt, xe có phiên bản động cơ SkyActiv-G 2.0L

và 2.5L, cùng với hệ thống dẫn động cầu trước hoặc dẫn động 4 bánh AWD

Công nghệ: Mazda3 thế hệ mới sử dụng nền tảng khung gầm mới, tích hợp hệ

thống công nghệ an toàn i-Activsense, bao gồm hệ thống phanh khẩn cấp tự động, kiểm soát điểm mù, và hỗ trợ giữ làn đường Nội thất sang trọng và tinh tế, với chất liệu cao cấp và các tính năng thông minh như màn hình trung tâm lớn, hệ thống âm thanh Bose

Đặc biệt: Thế hệ này cũng cung cấp lựa chọn động cơ SkyActiv-X, động cơ nén

khí hỗn hợp, hứa hẹn mang lại hiệu suất vượt trội và tiết kiệm nhiên liệu tối đa

6

Tóm tắt:

Mazda3 đã trải qua hơn 20 năm phát triển, không ngừng cải tiến về thiết kế, công nghệ và hiệu suất Với các thế hệ ngày càng mạnh mẽ, tinh tế và tiết kiệm, Mazda3 đã khẳng định được vị trí của mình trong phân khúc xe hatchback và sedan cỡ nhỏ Thành công của Mazda3 không chỉ đến từ thiết kế đẹp mắt, mà còn từ sự kết hợp hoàn hảo giữa công nghệ và trải nghiệm lái

GIỚI THIỆU CHUNG

PHẦN 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ SKYACTIV TRÊN XE MAZDA 3

Mô tả các tình năng của động cơ SKYACTIV

Thiết kế động cơ Skyactiv

1 Bố trí nằm ngang: Động cơ Skyactiv thường được bố trí nằm ngang, giúp tối ưu

hóa không gian trong khoang động cơ và hỗ trợ cho hệ dẫn động cầu trước

2 Cấu trúc 4 xi-lanh thẳng hàng: Giống như động cơ 1NZ-FE, động cơ Skyactiv

cũng có cấu trúc 4 xi-lanh thẳng hàng, mang lại sự cân bằng và ổn định cho hoạt động của động cơ

3 Vật liệu nhẹ: Đầu xi-lanh và khối xi-lanh của động cơ Skyactiv được làm từ hợp

kim nhôm, giúp giảm trọng lượng tổng thể và cải thiện hiệu suất

4 Ống lót xi-lanh: Trong khi động cơ 1NZ-FE sử dụng hợp kim gang mỏng cho ống

lót, động cơ Skyactiv cũng có thiết kế tương tự, nhưng thường được tối ưu hóa hơn

để giảm ma sát và cải thiện khả năng tản nhiệt

KÍCH THƯỚC XE

Kiến trúc hệ thống truyền lực MHEV (Xe điện lai nhẹ, xe lai trợ lực, xe lai

trợ lực pin, BAHV)

Rộng x dài x cao mm 1795 x 4660 x 1440 mm

Chiều rộng bao gồm cả gương 2028mm

Bán kính quay vòng tối thiểu 5,3 mét

Động cơ

Hệ thống truyền động, phanh và hệ thống treo

Kiến trúc hệ thống truyền động Động cơ đốt trong ( ICE) dẫn động bánh

trước

Số lượng bánh răng và loại hộp số 6 cấp số, hộp số sàn

Hệ thống treo phía trước Kiểu độc lập McPherson

Hệ thống hỗ trợ ABS (Hệ thống chống bó cứng phanh)

Kích thước lốp xe 205/60 R16; 215/45 R18

Kích thước vành bánh xe 16; 18

Các lỗi thường gặp và cách khắc phục đối với động cơ SKYACTIV

1 Tiếng ồn lạ từ động cơ

8

 Nguyên nhân: Có thể do sự cố với hệ thống bôi trơn hoặc phần cơ khí trong động

cơ

 Khắc phục: Kiểm tra mức dầu nhớt và chất lượng dầu Thay dầu nếu cần thiết và

kiểm tra các bộ phận cơ khí như bơm dầu, xéc măng, hoặc các bộ phận khác

2 Tiêu thụ nhiên liệu cao

 Nguyên nhân: Có thể do bộ phận phun xăng bị bẩn, bộ lọc không khí bị tắc hoặc

cảm biến oxy hỏng

 Khắc phục: Vệ sinh hoặc thay thế các bộ phận phun xăng, kiểm tra và thay bộ lọc

không khí, kiểm tra cảm biến oxy

3 Động cơ khó khởi động

 Nguyên nhân: Có thể do bình ắc quy yếu, hệ thống đánh lửa hoặc bộ phận phun

nhiên liệu gặp sự cố

 Khắc phục: Kiểm tra và thay thế bình ắc quy nếu cần Kiểm tra bugi và các bộ

phận đánh lửa khác, cũng như kiểm tra hệ thống phun nhiên liệu

4 Động cơ rung lắc khi vận hành

 Nguyên nhân: Có thể do mất cân bằng trong hệ thống truyền động hoặc vấn đề

với trục khuỷu

 Khắc phục: Kiểm tra hệ thống treo, trục khuỷu và các bộ phận liên quan để đảm

bảo chúng hoạt động đúng cách

5 Khí thải cao

 Nguyên nhân: Có thể do bộ lọc khí thải bị tắc hoặc các bộ phận của hệ thống khí

thải gặp sự cố

 Khắc phục: Kiểm tra và thay thế bộ lọc khí thải, kiểm tra các cảm biến và bộ phận

liên quan trong hệ thống khí thải

6 Hiện tượng quá nhiệt

 Nguyên nhân: Có thể do thiếu nước làm mát, rò rỉ nước hoặc sự cố với bơm nước.

 Khắc phục: Kiểm tra mức nước làm mát, kiểm tra và sửa chữa các rò rỉ, và thay

thế bơm nước nếu cần

7 Báo lỗi động cơ (Check Engine)

 Khắc phục: Sử dụng máy chẩn đoán OBD-II để đọc mã lỗi, từ đó xác định và

khắc phục nguyên nhân

Các điểm đặc trưng của động cơ SKYACTIV được trang bị trên MAZDA 2 2023

Động cơ SkyActiv trên Mazda3 2023 là một trong những điểm nhấn lớn trong công nghệ động cơ của Mazda, đặc biệt với các phiên bản sử dụng công nghệ SkyActiv-G và

SkyActiv-X Các động cơ này mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và

giảm khí thải, đồng thời đảm bảo cảm giác lái thú vị và thể thao – đặc trưng của Mazda.

Tối ưu hóa hệ thống VVT (Variable Valve Timing), hệ thống làm mát hiệu quả, hệ thống truyền động thông minh, Mazda3 2023 trang bị nhiều tính năng hỗ trợ người lái như cảnh báo điểm mù, cảnh báo va chạm, hỗ trợ phanh khẩn cấp và điều khiển hành trình thích ứng

Hệ thống Điều khiển Thời gian Phối khí (VVT) trên Mazda3

Trên Mazda3, hệ thống VVT (Variable Valve Timing) được áp dụng trong các động cơ SkyActiv-G và SkyActiv-X, với mục tiêu tối ưu hóa hiệu suất của động cơ, tiết kiệm

nhiên liệu và giảm khí thải VVT trong Mazda3 giúp điều chỉnh thời gian đóng mở của các van nạp và xả, từ đó cải thiện quá trình đốt cháy nhiên liệu và không khí, đồng thời mang lại cảm giác lái mượt mà và mạnh mẽ

1 Nguyên lý hoạt động của VVT trên Mazda3

10

Hệ thống SkyActiv-VVT của Mazda được thiết kế để điều chỉnh thời gian phối khí (thời

điểm mở và đóng các van nạp và xả) tùy thuộc vào các yếu tố như tốc độ động cơ, tải trọng và điều kiện vận hành Điều này giúp động cơ Mazda3 duy trì công suất tối ưu, mô-men xoắn mạnh mẽ và hiệu suất nhiên liệu tốt trong nhiều điều kiện lái khác nhau

Cách thức hoạt động:

 Van nạp (Intake Valve): VVT thay đổi thời gian mở và đóng van nạp để tối ưu

hóa lượng không khí và nhiên liệu nạp vào buồng đốt Khi động cơ chạy ở vòng quay thấp hoặc trung bình, hệ thống VVT giúp mở van nạp một cách sớm và lâu hơn để cải thiện hiệu suất nhiên liệu và tăng cường mô-men xoắn Khi động cơ chạy ở tốc độ cao, thời gian mở van nạp sẽ được điều chỉnh sao cho quá trình đốt cháy hiệu quả hơn và công suất đạt mức tối đa

 Van xả (Exhaust Valve): Tương tự, VVT cũng điều chỉnh thời gian đóng mở van

xả, giúp khí xả thoát ra ngoài nhanh chóng và hiệu quả hơn, giảm thiểu công suất cần thiết trong quá trình này và giúp động cơ hoạt động ổn định

VVT giúp Mazda3 có khả năng tăng tốc mạnh mẽ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải

nhờ vào việc điều chỉnh thời gian van sao cho phù hợp với điều kiện hoạt động của động cơ

2 Các loại hệ thống VVT trên Mazda3

Mazda sử dụng SkyActiv-VVT trên các động cơ của mình Hệ thống này là một phần trong công nghệ động cơ SkyActiv, một tập hợp các công nghệ được thiết kế để tối ưu

hóa toàn bộ động cơ từ quá trình đốt cháy cho đến hiệu suất tổng thể

 SkyActiv-G: Đây là dòng động cơ xăng truyền thống của Mazda, sử dụng

SkyActiv-VVT để tối ưu hóa công suất và tiết kiệm nhiên liệu Động cơ

SkyActiv-G thường có tỷ số nén cao (lên đến 13:1), giúp cải thiện hiệu quả đốt cháy nhiên liệu

 SkyActiv-X: Động cơ này sử dụng một công nghệ tiên tiến hơn gọi là SPCCI (Spark Controlled Compression Ignition), kết hợp giữa việc đốt cháy có tia lửa

(như động cơ xăng truyền thống) và đốt cháy tự nén (giống động cơ diesel) Hệ

thống SkyActiv-X kết hợp VVT với SPCCI để tối ưu hóa công suất và tiết kiệm

nhiên liệu, đồng thời giảm thiểu khí thải

3 Lợi ích của hệ thống SkyActiv-VVT trên Mazda3

 VVT giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn tại nhiều vòng quay khác nhau, từ

đó tối ưu hóa công suất và mô-men xoắn Điều này đặc biệt quan trọng trong việc mang đến trải nghiệm lái xe mượt mà và mạnh mẽ

b Tiết kiệm nhiên liệu

gian đóng mở van sao cho phù hợp với từng điều kiện vận hành Khi động cơ hoạt động ở vòng quay thấp, hệ thống VVT giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy để tiết kiệm nhiên liệu mà vẫn đảm bảo hiệu suất tốt

c Giảm khí thải

quả hơn, từ đó giảm khí thải, đặc biệt là khí CO2, giúp xe đạt chuẩn khí thải

và bảo vệ môi trường

d Cảm giác lái mạnh mẽ và mượt mà

đóng một vai trò quan trọng trong việc này Việc thay đổi thời gian đóng mở van giúp động cơ có thể duy trì công suất ổn định và mạnh mẽ trong suốt dải vòng quay, mang lại cảm giác lái linh hoạt và mạnh mẽ, đặc biệt là khi cần tăng tốc

4 Các tính năng hỗ trợ khác của hệ thống SkyActiv-VVT

Ngoài việc điều khiển thời gian van, SkyActiv-VVT của Mazda còn hoạt động kết hợp với các hệ thống khác của động cơ, như Hệ thống làm mát, Hệ thống phun xăng trực tiếp và Hệ thống tăng áp (cho các phiên bản tăng áp) Điều này giúp tối ưu hóa quá

trình đốt cháy nhiên liệu và không khí trong động cơ, mang lại hiệu suất vượt trội và tiết kiệm nhiên liệu

5 Đặc điểm của động cơ SkyActiv-VVT trong Mazda3 2023

Động cơ SkyActiv-G trên Mazda3 2023 vẫn sử dụng hệ thống SkyActiv-VVT, giúp cải

thiện hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu Động cơ này có tỷ số nén cao, kết hợp với VVT

để tối ưu hóa quá trình đốt cháy và điều chỉnh thời gian van sao cho phù hợp ở các dải vòng quay khác nhau

12

 Động cơ SkyActiv-G 2.0L: Với công suất 155 mã lực tại 6.000 vòng/phút và

mô-men xoắn 200Nm tại 4.000 vòng/phút, hệ thống SkyActiv-VVT giúp động cơ này đạt hiệu quả tối ưu trong việc tiết kiệm nhiên liệu và tăng cường khả năng tăng tốc

 Động cơ SkyActiv-X 2.0L: Động cơ này mang đến một bước tiến vượt bậc với công nghệ SPCCI kết hợp cùng VVT, cho phép tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn

20-30% so với động cơ xăng truyền thống, đồng thời mang lại cảm giác lái mạnh mẽ

và hiệu quả