KỸ THUẬT CHUNG VỀ Ô TÔ VÀ CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA

Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt, trong đó quá trình đốt cháy nhiên liệu để cấp nhiệt và qúa trình giãn nở sinh công của môi chất công tác sản vật cháy đều đượcthực hiện ngay

Bài 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ Ô TÔ 1.1 Khái niệm về ô tô

Ô tô là phương tiện tự hành (không cần lực kéo bên ngoài), dùng để vận chuyểnhành khách, hàng hóa hoặc để thực hiện một nhiệm vụ chuyên môn nhất định Ô tô cótính cơ động cao, vận chuyển được nhiều loại hàng hoá, việc sử dụng đơn giản, tính kinh

tế cao

1.2 Lịch sử và xu hướng phát triển của ô tô

Năm 1650 chiếc xe có bốn bánh vận chuyển bằng các lò xo tích năng lượng bởinghệ sỹ, nhà phát minh người Ý Leonardo da Vinci

Năm 1769 một người Pháp đã chế tạo ra chiếc xe ô tô đầu tiên chạy bằng động cơhơi nước Chiếc xe này được câu lạc bộ (CLB) xe hơi Hoàng gia Anh và CLB xe hơiPháp xác nhận là chiếc xe hơi đầu tiên trên thế giới

Hình 1.1 Động cơ hơi nước

Vào năm 1885, kỹ sư người Đức là Karl Benz (25/11/1844) đã thiết kế và chế tạochiếc xe ô tô chạy bằng động cơ đốt trong đầu tiên trên thế giới Chiếc xe đó có 3 bánh.Đến năm 1891 Benz chế tạo chiếc xe 4 bánh đầu tiên

Hình 1.2 Xe của Karl Benz năm 1885

Cũng vào năm 1885, Gottleib Daimler cùng với đối tác của mình là Wilhl Maybackcải tiến động cơ đốt trong của Otto đây chính là nguyên mẫu động cơ xăng hiện nay.Daimler và Otto có mối liên hệ khăng khít với nhau, người làm giám đốc kỹ thuật, người

là đồng sở hữu, vậy nên cũng đã có tranh cãi ai là người phát minh ra chiếc động cơ đầutiên: Otto hay Daimler

Động cơ Daimler – Maybach đời 1885 nhỏ, nhẹ, dùng bộ chế hòa khí – bơm xăng,

xi lanh thẳng đứng động cơ này đã tạo nên cuộc cách mạng về thiết kế xe hơi Vào ngày

08 tháng 03 năm 1886 Daimler lắp loại động cơ này vào khung xe ngựa và qua đây phátkiến này được xem là thiết kế xe ô tô 4 bánh đầu tiên

Vào năm 1889, Daimler phát minh động cơ đốt trong 4 kỳ có van hình nấm và 2 xilanh hình chữ V, cũng giống như động cơ Otto ra đời năm 1876, loại động cơ mới củaDaimler đặt nền tảng cho động cơ ô tô hiện đại ngày nay Cũng vào năm 1889, Daimler

và Maybach chế tạo ra chiếc ô tô hoàn toàn mới, chiếc Daimler mới có hộp số 4 tốc độvới tốc độ tối đa 10 dặm/h

Năm 1897 ông Rudolf điêzen đã cho ra mô hình động cơ điêzen đầu tiên Năm

1908 động cơ điêzen được đặt trên xe tải Động cơ điêzen dùng cho ô tô được chế tạohàng loạt vào năm 1936 và được trang bị trên những chiếc xe Mercedes- Benz 260-D

Hình 1.3 Chiếc ô tô tải đầu tiên trên thế giới chạy bằng động cơ Diezel

Cuộc cách mạng xe hơi chỉ bắt đầu vào năm 1896 do Henry Ford hoàn thiện và bắt đầu lắp ráp hàng loạt lớn

Hình 1.4 Chiếc xe Ford đầu tiên

Ngày nay chiếc ô tô không ngừng phát triển và hiện đại, công nghiệp xe hơi đã trở thành ngành công nghiệp đa ngành

+ Xe hơi có hộp số tự động ra đời vào năm 1934

+ Năm 1967 xe hơi có hệ thống phun xăng cơ khí

+ Năm 1971 ra đời hệ thống phanh ABS

+ Năm 1979 ra đời hệ thống EBD …

Tốc độ của xe cũng được cải thiện không ngừng: Năm 1993 vận tốc của xe đạt 320km/h và đến năm 1998, Vmax= 378 km/h Cho đến nay ô tô có thể đạt tốc độ lớn hơn 400km/h

Như vậy lịch sử phát triển của ô tô không chỉ diễn ra trong ngày một ngày hai vàkhông phải là phát minh riêng của nhà sáng chế nào Lịch sử ô tô phản ánh sự tiến bộcủa khoa học diễn ra khắp thế giới ước tính đã có khoảng 100.000 sáng chế để tạo nênchiếc xe hơi hiện đại ngày nay

Xu hướng phát triển ô tô trong tương lai là tạo ra những mẫu xe gợi cảm, có sứcmạnh, tiết kiệm nhiên liệu, điều khiển dễ dàng, an toàn cao và giá thành hạ Ô tô ngàycàng phải thân thiện với môi trường giảm chất thải độc hại bằng cách sử dụng nguồn

năng lượng mới, công nghệ mới v.v.

1.3 Phân loại ô tô

a Theo công dụng:

- Ô tô chở khách: vận chuyển người, có loại ô tô 9 chỗ ngồi, 12 chỗ ngồi, 24chỗ ngồi, 24 chỗ ngồi, 36 chỗ ngồi, 45 chỗ ngồi

- Ô tô con: các loại xe nhỏ, sang trọng, đắt tiền, thường dùng cho cá nhân

- Xe vận tải: dùng để vận chuyển hàng hóa như: ZIL – 130,ZIL – 131, ZIL– 157, GAZ – 66, HUYNDAI, IFA, Cửu Long

- Xe chuyên dùng: các loại xe téc (chuyên chở xăng dầu), xe cứu thương,

xe chữa cháy , xe ô tô chở xe tăng (MAZ 537), xe cứu kéo

b Theo đặc điểm cấu tạo (số lượng cầu xe chủ động):

- Xe một cầu chủ động: GAZ-52, ZIL-130, IFA,…

- Xe có hai hay nhiều cầu chủ động: ZIL-131, BRĐM-1, GAZ-66,…

c Theo số chỗ ngồi và trọng tải có ích:

- Ô tô loại nhỏ: Loại ôtô du lịch có từ 2-5 chỗ ngồi, ôtô khách dưới 20 chỗ ngồi và

d Theo loại nhiên liệu:

- Ô tô sử dụng nhiên liệu xăng

- Ô tô sử dụng nhiên liệu điêzen(Diesel)

- Ô tô có động cơ lai (Hybrid)

- Ô tô chạy bằng điện

- Xe có động cơ sử dụng năng lượng từ pin, đây là loại xe chạy bằng động cơ điện,điện được tạo ra từ phản ứng giữa hydro và ôxi trong không khí, xe thải ra nước

c) Theo phương thức bố trí động cơ trên xe:

- Động cơ bố trí phía trước

- Động cơ bố trí phía sau

Hình 1.5 Động cơ đặt phía sau Hình 1.6 Động cơ đặt phía trước

1.4 Cấu tạo chung về ô tô

Ô tô có kết cấu khá phức tạp, bao gồm nhiều bộ phận, hệ thống, cụm và tổngthành ghép với nhau, mỗi bộ phận thực hiện một chức năng nhất định (Xem hình vẽ 1.3)

Hình 1.7 Kết cấu của xe ô tô con.

Bao gồm có các bộ phận chính sau: động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống vậnhành, hệ thống điều khiển, thùng xe, (vỏ) và ca bin, thiết bị điện và các thiết bị chuyêndùng

a) Động cơ:

- Động cơ là thiết bị dùng để biến đổi các dạng năng lượng thành cơ năng, nó làthiết bị tạo động lực cho xe có thể vận hành được Động cơ gồm có các bộ phận chínhsau:

- Thân máy: là khung xương để lắp xi lanh và các cơ cấu cũng như các hệ thốngphục vụ của động cơ

- Nắp xi – lanh: là chi tiết để đậy kín xi lanh để lắp xu páp, ống nạp, thải

- Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

- Cơ cấu phối khí

Ngoài ra, động cơ còn có hệ thống phục vụ cho động cơ làm việc bình thường, baogồm:

- Hệ thồng cung cấp nhiên liệu

- Hệ thống đánh lửa (đối với động cơ xăng)

- Hệ thống làm mát

- Hệ thống bôi trơn

- Hệ thống khởi động

b) Hệ thống truyền lực:

HTTL làm nhiệm vụ truyền và thay đổi mômen xoắn từ động cơ tới bánh xe chủđộng theo điều kiện làm việc thực tế của ô tô

Hệ thống truyền lực bao gồm các cụm chính: ly hợp, hộp số, hộp số phụ, hộp sốphân phối, truyền động các đăng, cầu chủ động và truyền động bánh xe (truyền lực cạnhhay là giảm tốc cạnh), bán trục

c) Phần vận hành:

Phần vận hành bao gồm các bộ phận và các cơ cấu chính:

+ Hệ thống treo: dùng để nối đàn hồi giữa cầu xe (bánh xe) với khung xe (vỏ xe),đảm bảo độ êm dịu và an toàn khi chuyển động của xe

+ Cơ cấu chuyển động: bánh xe và lốp xe, là thành phần liên kết trực tiếp giữa xevới mặt đường Các bánh xe chịu toàn bộ trọng lượng của xe và là thành phần quan trọngcủa hệ thống đàn hồi của xe

+ Khung xe: dùng làm giá đỡ để lắp đặt các thiết bị, hệ thống chính của ô tô vàchịu các lực, mômen truyền từ mặt đường lên

d) Hệ thống điều khiển:

Hệ thống điều khiển bao gồm: hệ thống lái dùng để thay đổi hướng chuyển độngcủa xe theo sự điều khiển của người lái và hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ chuyểnđộng hay dừng xe

e) Thùng xe (vỏ xe) và ca bin:

Thùng xe và ca bin dùng để sắp đặt chỗ ngồi cho lái xe, hành khách, hoặc hàng hoá.Cấu tạo của thùng xe (vỏ xe) phụ thuộc vào công dụng của chúng

f) Thiết bị điện xe:

Là các thiết bị dùng để tạo ra và cung cấp điện năng cho: hệ thống đánh lửa (đối vớiđộng cơ xăng), hệ thống khởi động điện, hệ thống tín hiệu, chiếu sáng, hệ thống đo lường

…

g) Các thiết bị chuyên dùng:

Đó là các thiết bị được lắp đặt trên các loại xe chuyên dùng

1.5 Nhận dạng các bộ phận và các loại ô tô

a) Nhận dạng ô tô theo sử dụng nhiên liệu:

+ Ô tô sử dụng xăng: có trang bị hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng, có hệ thốngđánh lửa, có bugi

+ Ô tô sử dụng nhiên liệu điêzen có trang bị hệ thống điêzen như bơm thấp áp, bơmcao áp, vòi phun

+ Ô tô có động cơ lai (hybrid) loại này có trang bị động cơ xăng, mô tơ điện ở bánh

b) Nhận dạng ô tô theo hình dáng của thân xe.

Thân xe được chia thành 3 phần: Khoang động cơ, khoang người ngồi, khoang đểhành lý Theo đó có các loại sau:

- Sedan

-Coupe

Đây là dòng xe 2 cửa thể thao, có 4 chỗ ngồi, luôn thể hiện được sức mạnh của

động cơ Kiểu xe 2 cửa gồm chỗ ngồi băng trước và ngăn đựng hàng phía sau Coupesthường được những người độc thân, những cặp đang yêu hoặc gia đình không con cái ưuchuộng Coupes cũng thường có cửa lật sau để có thể đưa đồ đạc vào các vị trí chỗ ngồiphía sau hơi khó tiếp cận

Hình 1.8 Kiểu sedan

Đây là kiểu thân xe có ba khoang

riêng biệt, 4 cửa, 4-5 chỗ ngồi Những

chiếc sedan 4 cửa thông dụng là

Hyundai Accent và Chevrolet Metro

(nhỏ), Honda Civic và Ford Focus

(trung), Honda Accord, Toyota Camry,

Ford Taurus, và Mitsubishi Grandis (lớn

hơn) Những chiếc Ford Crown Victoria

và Buick Lesabre được coi là sedan cỡ

hạng sang

Hình 1.13 Kiểu Pickup

-Van and wagon

Kiểu xe này là sự kết hợp khoang hành khách và khoang hành ký, nó chứa được nhiều người và hành lý Khoang hành khách thông với khoang hành lý Xe chủ yếu dùng chở hàng, có hoặc không có cửa bên Một chiếc van cỡ trung chở được trên 7 người hoặc hơn 1 tấn hàng Xe van lớn có thể chở tới 15 người Mini van có kích thước nhỏ hơn, một số có cửa sổ, thông dụng nhất là Van VW của hãng Volkswagen, Greenbrier (GM), Magic Wagon (Chrysler)

Hình 1.14 Kiểu Van và Wagon

- Xe thể thao việt dã (SUV)

Dịch từ các chữ Sports Utility Vehicle, chỉ các loại xe 2 cầu chủ động, sức máy mạnh thích hợp cho băng đồng, leo đèo, qua sông, qua suối (cạn) SUVs kết hợp tính

năng chở người của loại xe wagon/ mini-van với khả năng tải hàng khách của một xe việt

dã

SUV nhỏ thông dụng thì có Toyota RAV4, Kia Sportage, Honda CRV, ChevroletTracker và Suzuki Grand Vitara Cỡ trung: Acura MDX, BMW X5, Mercedes-Benz M-Class, Lexus RX300, Nissan Pathfinder, Infiniti QX4, Ford Escape, Honda Passpord,Mitsubishi Montero Sport và Toyota Highlander Cỡ lớn: Toyota Land Cruiser, LexusLX470, Toyota Sequoia, LincoIn Navigator, Ford Expedition, Land Rover Range Rover,Chevrolet Suburban và Cadillac Escalade Dòng SUV thường vào cua không ngọt, hơitốn xăng và hao mòn lốp so với kiểu xe thông thường Trong phát triển gần đây, SUV

"ôm gộp" cả những xe có phong cách thể thao nhưng không mấy "việt dã", từ đó phátsinh dòng SUV "lai" (crossover SUV) sử dụng những yếu tố truyền thống với chất liệunhẹ và tiết kiệm xăng hơn

c) Nhận dạng ô tô theo logo của nhãn xe

Hình 1.15 Một số logo của một số hãng xe

BÀI 2: KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1 Khái quát về động cơ đốt trong

2.1.1 Khái niệm về động cơ đốt trong

Động cơ nhiệt nói chung là những máy biến đổi nhiệt thành công

Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt, trong đó quá trình đốt cháy nhiên liệu

để cấp nhiệt và qúa trình giãn nở sinh công của môi chất công tác (sản vật cháy) đều đượcthực hiện ngay trong buồng công tác của động cơ, nhiệt lượng do động cơ đốt cháy tạo ra,được trở thành công có ích thì động cơ đốt trong được dùng rộng rãi nhất với số lượng lớnnhất trong mọi lĩnh vực: giao thông vận tải (đường bộ, đường sắt, đường thuỷ, hàngkhông), nông nghiệp, xây dựng, công nghiệp, quốc phòng

Nói chung có thể phân loại động cơ đốt trong thuộc hệ thống động cơ nhiệt theo sơ

đồ dưới đây

Hình 2.1 Động cơ đốt trong trong họ các động cơ nhiệt

2.1.2 Ưu, khuyết điểm và lĩnh vực sử dụng động cơ đốt trong

So với các loại động cơ nhiệt khác, ưu điểm chính của động cơ đốt trong là:

1 Hiệu suất có ích ecao, động cơ diezel tăng áp tua bin khí hiện đại đạt tới

ĐỘNG CƠ NHIỆT

Máy hơi

nước

Tuabin khí

Động cơ đốt trong

Động cơ phản lực

Các động cơ nhiệt khác

Động cơ Xăng

Động cơ Điêzel

Động cơ gas (dùng khí đốt)

3 Khởi động nhanh Bất kỳ động cơ đốt trong nào trong moị điều kiện chỉ cần từvài giây đến vài phút là có thể cho máy nổ và chyển đến toàn tải Động cơ điêden lớnnhất, từ khởi động rồi chuyển đến toàn tải chỉ cần 3040 phút, trong khi đó, trang bị độnglực hơi nước (máy hơi và tua bin hơi) muốn khởi động rồi chuyển đến chạy toàn tải phảicần tới từ mấy giờ đến mấy ngày đêm.

4 Hao ít nước Động cơ đốt trong có thể không dùng nước hoặc tiêu hao rất ítnước, trong khi đó trang bị động lực hơi nước phải tiêu thụ một lượng lớn kể cả trườnghợp thu hồi hơi nước ngưng tụ Ưu điểm này của động cơ đốt trong có giá trị đặc biệttrong một số trường hợp (ví dụ: trong vùng sa mạc)

5 Bảo dưỡng đơn giản và thuận tiện hơn hẳn so với trang bị động lực hơi nước.Động cơ đốt trong chỉ cần 1 người chăm sóc, bảo dưỡng

Nhược điểm của động cơ đốt trong là:

1.Trong xilanh không thể đốt nhiên liệu rắn, và nhiên liệu kém phẩm chất Động cơđốt trong chủ yếu dùng nhiên liệu lỏng hoặc khí sạch không chứa các thành phần kim loạicũng như tạp chất cơ học

2 Công suất thiết bị bị giới hạn Về mặt này trang bị hơi nước có nhiều ưu việt hơn

so với động cơ đốt trong Động cơ điêden không thể vượt công suất 37.000kW; với côngsuất 20.000kW, cấu tạo của động cơ trở nên rất phức tạp hoạt động thiếu linh hoạt, trongkhi đó trang bị tua bin hơi nước có thể đạt công suất trên 200.000kW

3 Trên thiết bị vận tải đường bộ, không thể nối trực tiếp trục động cơ với trục củamáy công tác do hạn chế về đặc tính của động cơ đốt trong Do đó, trên hệ thống truyềnđộng phải có bộ li hợp và hộp số để thay đổi mômen của trục thụ động trong một phạm virộng

4 Động cơ hoạt động khá ồn, nhất là động cơ cao tốc Người ta phải dùng các bộtiêu âm trên đường thải và đường nạp để hạn chế bớt nhược điểm này Nhưng như vậy sẽlàm ảnh hưởng xấu tới ưu điểm của động cơ như hiệu suất và khối lượng động cơ qui vềmột kW/h

Do những ưu điểm kể trên, nên động cơ đốt trong đã phát triển trên khắp các lĩnhvực công nghiêp, nông lâm ngư nghiệp, giao thông vận tải

Trong lĩnh vực công nghiệp, phát điện, vận tải biển, động cơ đốt trong được sửdụng song hành với động cơ nhiệt khác Một số lĩnh vực, cho tới nay chưa sử dụng đượccác loại động cơ khác, ví dụ trên ôtô, máy kéo, hàng không, tàu ngầm, các trạm phát điện

di động, động cơ đốt trong vẫn là động lực duy nhất được sử dụng trong các lĩnh vực này.Ngoài ra toàn bộ tàu sông, tàu ven biển, tầu biển dưới 10.000 tấn, các máy xây dựng, cáctrang bị kĩ thuật quân sự đều sử dụng động lực chính là động cơ đốt trong

Chính vì vậy ngành công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong đươc coi là bộ phận tấtyếu của ngành cơ khí và nền kinh tế quốc dân của hầu hết các nước.

Động cơ đốt trong là một ngành cơ khí phức tạp Bên trong động cơ thực hiện cácquá trình khác nhau: biến đổi hoá học, nhiệt động học, các quá trình cơ khí và điện khí,các cơ cấu đảm bảo các quá trình trên đều phức tạp Khi chế tạo cũng vậy, vì hình dạngcủa các chi tiết rất phức tạp, kích thước lớn , đòi hỏi nhiều loại nguyên vật liệu khác nhau,nhiều loại máy công cụ đặc chủng phức tạp để đạt độ chính xác cao

Sau cùng, việc bảo dưỡng, sửa chữa động cơ đốt trong cũng đòi hỏi có hiểu biết vềnhiều loại kiến thức phong phú

Vì vậy tất cả các nước đều rất coi trọng đào tạo đội ngũ chuyên gia về động cơ đốt trong

có số lượng và chất lượng nhất định đáp ứng yêu cầu về thiết

2.2 Phân loại động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong được phân loại dựa vào những đặc điểm sau:

2.2.1 Dựa vào nhiên liệu mà động cơ sử dụng

- Động cơ xăng: Dùng xăng làm nhiên liệu, hoà khí được châm cháy nhờ tia lửa điện

- Động cơ Điezen: Dùng nhiên liệu diezen, nhiên liệu tự cháy nhờ nhiệt độ cao củakhông khí nén

- Động cơ ga: Dùng nhiên liệu khí châm cháy nhờ tia lửa điện

- Động cơ ga- điezen: Dùng nhiên liệu khí là khoảng 5% là nhiên liệu diezen đểlàm mồi lửa đốt nhiên liệu khí

2.2.2 Dựa vào hành trình của piston thực hiện trong một chu trình làm việc

- Động cơ 2 kỳ: Một chu trình công tác được thực hiện trong hai hành trình củapiston tương đương trục khuỷu quay một vòng 3600

- Động cơ 4 kỳ: Một chu trình công tác được thực hiện trong 4 hành trình củapiston tương ứng với trục khuỷu quay 2 vòng 7200

2.2.3 Dựa vào phương pháp nạp nhiên liệu vào xi lanh động cơ

- Động cơ tăng áp: Không khí hoặc hoà khí đươc nạp vào xi lanh với áp suất lớnhơn khí trời nhờ một thiết bị tăng áp (máy nén khí) hoặc khí quét đã được nén tới một ápsuất cao vừa quét sạch vừa nạp đầy vào xi lanh(động cơ 2 kì)

- Động cơ không tăng áp: Không khí hay hoà khí (hỗn hợp của nhiên liệu và khôngkhí) được nạp vào xi lanh động cơ do sư chênh áp giữa xi lanh và đường ống nạp (động

cơ 4 kì) hoặc khí quét tới một áp suất đủ lớn để thực hiện trao đổi môi chất và nạp đầy xilanh (động cơ 2 kì)

2.2.4 Dựa vào phương pháp hình thành hoà khí

Động cơ hình thành hoà khí bên ngoài: Không khí và nhiên liệu được hoà trộn vàhình thành từ bên ngoài rồi mới được nạp vào xi lanh động có gồm có: Động cơ xăng,động cơ ga.

- Động cơ hình thành hoà khí bên trong: Hoà khí giữa nhiên liệu và không khíđược hình thành bên trong xi lanh động cơ Nhiên liệu được phun vào dòng không khínóng bên trong động cơ ở cuối kì nén

2.2.5 Dựa vào phương pháp đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốt

- Đốt cháy cưỡng bức: Hoà khí được đốt cháy cưỡng bức ở cuối kì nén nhờ mộtnguồn nhiệt bên ngoài (tia lửa điện của buzi) Đây là loại động cơ dùng chế hoà khí vàđộng cơ ga

- Động cơ cháy tổ hợp (ga- Diesel): Hoà khí của nhiên liệu được đốt cháy cưỡngbức nhờ ngọn lửa do tự cháy của nhiên liệu mồi Nhiên liệu mồi được phun vào ở cuốiquá trình nén và tự bốc cháy ở nhiệt độ cao

- Đông cơ nhiên liệu tự cháy (động cơ diesel): Nhiên liệu lỏng được phun tơi vàobuồng cháy và tự bốc cháy nhờ nhiệt độ cao của không khí bị nén ở cuối quá trình nén

2.2.6 Dựa vào tốc độ làm việc của động cơ

- Động cơ cao tốc: Là loại động cơ có vận tốc trung bình của piston Vtb>6,5m/s

- Động cơ tốc độ trung bình và thấp: Là loại động cơ có vận tốc trung bình củapiston Vtb<6,5m/s

2.2.7 Phân theo chuyển động của piston

- Động cơ piston chuyển động tịnh tiến

- Động cơ piston quay (động cơ rôto)

2.2.8 Dựa vào phương pháp làm mát động cơ

- Động cơ làm mát bằng nước, dung dịch làm mát

2.2.10 Phân theo cách bố trí dãy xi lanh đối với động cơ nhiều xi lanh

Hình 2.2 Cách bố trí xy lanh đối với động cơ nhiều xy lanh

2.3 Cấu tạo chung của động cơ đốt trong

- Cơ cấu phân phối khí

- Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

piston tới tâm trục khuỷu là lớn nhất Thể

tích công tác khi đó nhỏ nhất Vmin

Hình 2.3 Các khái niệm cơ bản

- Điểm chết dưới (ĐCD):

Là vị trí mà khoảng cách từ đỉnh piston tới tâm trục khuỷu là nhỏ nhất Thể tíchcông tác khi đó lớn nhất Vmax

2.4.2 Hành trình của piston (S)

Là quãng đường dịch chuyển của piston từ điểm chết trên điểm chết dưới (ĐCT

 ĐCD) hay từ điểm chết dưới  điểm chết trên (ĐCD  ĐCT)

Là thể tích xi lanh giới hạn bởi ĐCT và ĐCD

Trong đó: D là đường kính xi lanh

Động cơ Điezen có tỷ số nén 12  25

2.5.2 Hệ số nạp v

- Hệ số nạp v : Là tỷ số giữa lượng môi chất công tác thực tế nạp vào trong xy

và áp suất trong đường nạp.

l v

k h

G V

- Gl: khối lượng môi chất thực tế được nạp vào trong xy lanh

2.5.3 Hệ số dư lượng không khí 

- Hệ số dư lượng không khí : là tỷ số giữa lượng không khí thực tế với lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu

tt lt

L L

Công suất có ích tính bằng công thức:

T

n V P

2.5.6 Suất tiêu hao nhiên liệu (g e )

Là số gam nhiên liệu chi phí cho động cơ sinh ra một mã lực trong một giờ Suấttiêu hao nhiên liệu đặc trưng cho tính tiết kiệm nhiên liệu của động cơ

Ne: Công suất hữu ích ( mã lực)Động cơ xăng có suất tiêu hao nhiên liệu từ 240 – 250 g/ mã lực.h

Động cơ điêzen có suất tieu hao nhiên liệu từ 175 – 190 g/mã lực.h

2.6 Nhận dạng các loại động cơ và nhận dạng các cơ cấu, hệ thống trên động cơ

+ Nhận dạng động cơ:

- Động cơ 4 kỳ: Một chu trình làm việc trải qua 2 vòng quay trục khuỷu, xu páphút và xả đều đóng mở một lần

- Động cơ 2 kỳ: Một chu trình làm việc trải qua 1 vòng quay trục khuỷu Động cơ

2 kỳ pít tông thường làm nhiệm vụ phân phối khí

- Động cơ xăng: thường nhận biết chúng bằng cách nhận biết các bộ phận của hệthống đánh lửa (có bugi, bộ chia điện) hoặc hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng( chế hòakhí, bơm xăng)

- Động cơ điêzen: Nhận biết bằng cách nhận biết các bộ phận của hệ thống cungcấp nhiên liệu, có bơm cao áp, có vòi phun

- Động cơ chạy bằng pin: chỉ có động cơ điện và ắc qui lớn

- Động cơ phun xăng điện tử: Nhận biết bằng cách quan sát hệ thống cung cấpnhiên liệu có vòi phun và có hệ thống đánh lửa, có bu gi

- Động cơ thẳng hàng: Thường có dáng hình hộp chữ nhật có bugi hoặc vòi phunxếp thành một hàng thẳng

- Động cơ hình chữ V: Hình dáng động cơ hình chữ V, bugi hặc vòi phun thường

bố trí làm hai hàng

-Động cơ chữ W: Hình dáng động cơ hình chữ W, bu gi hoặc vòi phun thường bốtrí làm 3 hàng

- Động cơ wankel ( động cơ có pít tông quay tròn)

2.7 Xác định điểm chết trên của pít tông

Khi đặt lửa hoặc xác định thời điểm phun dẩu, khi điều chỉnh khe hở nhiệt ta cầnphải xác định vị trí của pít tông máy số 1 ở cuối thời kỳ nén Cách xác định như sau:

Đối với động cơ có dấu điểm chết trên , trên puly như D12, Din130, Toyota3A talàm như sau: nút giẻ vào lỗ bugi hoặc lỗ vòi phun máy 1, quay trục khuỷu đến khi giẻ bật

ra, rồi quay tiếp cho đến khi dấu trên puly trùng với dấu trên vạch cữ có gắn hoặc khắctrên bưởng cam ( thường là dấu số 0 ) Nếu muốn tím thứ tự nổ của các máy khác , tiếptục quay trục khuỷu và quan sát thứ tự các nút giẻ bị bật tung ra.

Đối với động cơ chỉ có dấu thời điểm đánh lửa, hoặc thời điểm phun, cách tìmĐCT cuối kỳ nén của máy số 1 cũng tương tự như trên Quay trục khuỷu để giẻ bật ra, rồiquay tiếp để dấu trên puly trùng với dấu khắc trên vách máy, khi đó pít tông đang ở thờiđiểm đánh lửa hoặc phun nhiên liệu Muốn tìm ĐCT của pít tông ta dựa vào góc đánh lửasớm hoặc góc phun sớm để tính góc quay của trục khủy tương ứng với pít tông lên đếnđiểm ĐCT

BÀI 3: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ 4 KỲ VÀ ĐỘNG CƠ 2 KỲ

3.1 Động cơ 4 kỳ

3.1.1 Khái niệm

Là động cơ mà trong một chu trình làm việc gồm có 4 hành trình lên xuống củapittông thực hiện bốn nhiệm vụ khác nhau hút(nạp) - nén - cháy, giãn nở sinh công - xả

3.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ

3.1.2.1 Sơ đồ cấu tạo

* Kỳ 1 (kỳ hút): Xupap xả đóng, xupap nạp mở pittông đi từ ĐCT xuống ĐCD,

thể tích trong xilanh lớn dần lên làm cho áp suất trong xilanh giảm, tạo ra sự chênh ápgiữa đường ống nạp và bên trong của xilanh của động cơ (áp suất trong xilanh của động

cơ p = (0,07 0,09) MPa Vì vậy hỗn hợp ( xăng và không khí) được trộn từ trước đượchút qua xupap nạp vào bên trong xilanh của động cơ, hỗn hợp có nhiệt độ t = (75 129)

C Hỗn hợp vào nhiều hay ít phụ thuộc vào bướm ga mở to hay nhỏ Hỗn được nạp càngnhiều công suất phát ra càng lớn Kết thúc kỳ hút, xupap nạp đóng lại, xupap xả cũngđóng, pittông ở điểm chết dưới

* Kỳ 2 (kỳ nén): Cả hai xupap hút và xả đều đóng, pittông đi từ ĐCD lên ĐCT hỗn

hợp được nén lại , nhiệt độ và áp suất tăng lên, nhiệt độ của hỗn hợp t = (350400)C, ápsuất p = (1,11,5) MPa cuối kỳ nén khi pittông lên tới gần ĐCT, bugi bật tia lửa điện đểđốt cháy hỗn hợp

* Kỳ 3 (cháy, dãn nở, sinh công): Cả hai xupap vẫn đóng như kỳ nén Môi chất

công tác được đốt trong buồng cháy có nhiệt độ và áp suất cao t =(22002500)C p =(3,5

5) MPa: sự giãn nở của khí cháy trong xilanh đã đẩy pittông đi từ điểm chết trên xuốngđiểm chết dưới làm quay trục khuỷu thực hiện quá trình sinh công, kết thúc cháy giãn nởnhiệt độ trong xilanh còn khoảng t = (100200) C và áp suất còn P=(0,30,5)MPa

* Kỳ 4 (kỳ xả): Môi chất sau khi được đốt cháy (thực hiện quá trình sinh công)

phải được thải sạch ra ngoài, ở kỳ này xupap hút vẫn đóng, xupap xả mở, pittông đi từđiểm chết dưới lên điểm chết trên đẩy sản vật cháy ra ngoài động cơ Kỳ 4 kết thúc mộtchu trình công tác của động cơ đốt trong 4 kỳ tiếp theo, pittông được lập lại trật tự như đãnêu trên

* Đồ thị công P-V và đồ thị pha phối khí của động cơ đốt trong 4 kỳ

- Hai đường thẳng song song với trục tung là (điểm chết trên; điểm chết dưới)

- Đường thẳng nằm ngang song song trục hoành là áp suất khí quyển Pk

- d1: Điểm mở sớm của xupap nạp

- d1d2: Góc mở của xupap nạp Hình 6.2

- d2: Điểm đóng muộn của xupap nạp

- b’ : Điểm mở sớm của xupap xả

- b’ b”: Góc mở sớm của xupap xả

- ad2: Góc đóng muộn của xupap nạp

- r: Điểm đóng muộn của xupap xả

- rr’: Góc đóng muộn của xupap xả

Trong một chu trình làm việc chỉ có một lần sinh công và ta thu được công dương,còn quá trình nạp, nén, xả đều tiêu tốn công.

- Trong đó góc mở sớm, đóng muộn của

xupap nạp nhằm mục đích nạp đầy được hỗn

hợp nhiên liệu

- Góc mở sớm và đóng muộn của xupap xả nhằm mục đích thải sạch khí thải rangoài động cơ

- Như vậy cuối quá trình thải và đầu quá trình nạp,

Cả hai xupap nạp và xả đều mở trong khoảng (1, 4) được gọi là góc trùng điệp Dochênh lệch áp suất và tiết diện thông qua của xu páp nạp còn rất nhỏ nên lượng không khílọt vào đường nạp không đáng kể

- Tóm lại một chu trình làm việc của động cơ 4 kỳ tương ứng với 4 hành trình củapittông gồm các quá trình đã xét trên

- Để thải sạch và nạp đầy phải lựa chọn các góc mở sớm, đóng muộn của các xupapcòn gọi là pha phối khí - hợp lí, do nhà thiết kế quy định

Hình 3.3 Đồ thị pha phối khí

3.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ Diedel 4 kỳ

3.1.3.1 Sơ đồ cấu tạo

Sơ đồ nguyên lý của động cơ Diesel 4 kỳ cơ bản là giống như động cơ xăng nhưngchỉ khác là vị trí lắp bugi của động cơ xăng được thay bằng vòi phun của động cơ Diêsel

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý động cơ Diêsel

3.1.3.2 Nguyên lý làm việc

Nguyên lý làm việc của động cơ diedel 4 kỳ cũng gồm 4 hành trình (Hút(nạp)- cháy giãn nở sinh công- xả ) diễn ra cũng giống như động cơ xăng Nhưng cần có một sốđiểm cần lưu ý sau:

nén-* Kỳ 1(kỳ nạp): Môi chất được nạp vào trong xi lanh của động cơ ở đây là không

khí sạch (động cơ xăng là được hoà trộn sẵn ở bên ngoài) sự chênh áp giữa đương ốngnạp và xi lanh động cơ P = (0,08 0,095) MPa: nhiệt độ không khí cuối kỳ nạp t = ( 30

 50) 0C

* Kỳ 2 (kỳ nén): Môi chất bên trong xi lanh động cơ Diesel được nén với tỉ số nén

 = (14  22) và có nhiệt độ áp suất cao, t = (600  650)0C, P = (3,5  4,0)MPa.Cuối kỳ nén nhiên liệu được phun vào buồng đốt với áp suất cao để tạo điều kiện hoà trộnđược tốt Việc đốt cháy nhiên liệu trong động cơ diesel đòi hỏi một khoảng thời gian nhấtđịnh, diễn biến của quá trình cháy cũng rất phức tạp

* Kỳ 3 (kỳ cháy giãn nở sinh công): ở kỳ này nhiệt độ và áp suất trong buồng cháy

rất cao t = (1800  2000)0C, P = (6  8)MPa Cuối kỳ áp suất còn khoảng P = 0,5MPa, t = (600 700)0C

* Kỳ 4 (kỳ xả): Môi chất sau khi được đốt cháy thực hiện quá trình sinh công phải

được thải ra ngoài, ở kỳ này xupap hút vẫn đóng, xupap xả mở, piston đi từ điểm chếtdưới lên điểm chết trên đẩy sản vật cháy ra ngoài động cơ

* Nhận xét.

1 Để hoàn thành một chu trình công tác của động cơ 4 kỳ thì trục khuỷu phải quay

2 vòng, trục cam quay 1 vòng, piston chuyển động lên xuống 4 lần trong xi lanh của động

cơ, đối với động cơ xăng ở kỳ cháy giãn nở sinh công bugi bật tia lửa điện đốt cháy môichất công tác trong buồng công tác của động cơ còn động cơ diesel vòi phun nhiên liệudưới dạng sương mù và bị nén với nhiệt độ và áp suất cao, môi chất tự bốc cháy

2 Trong 4 kỳ làm việc của động cơ duy nhất kỳ cháy – Giãn nở là kỳ sinh công.còn các kỳ khác là tiêu tốn công (công âm) nhờ chuyển động quán tính của piston đượctích luỹ ở bánh đà động cơ hoặc các xi lanh khác trong động cơ nhiều xi lanh

3 Nếu sự đóng, mở xupap tuân theo đúng quy luật góc độ như nguyên lý đã nêu thìquá trình thải của động cơ sẽ không được sạch cũng như quá trình nạp không được đầy

Do không lợi dụng được sự chênh áp và quán tính của các dòng khí Để nâng cao chấtlượng cho việc thải sạch và nạp đầy, xupap xả và xupap nạp phải có góc mở sớm, đóngmuộn được thể hiện qua đồ thị pha phôi khí và đồ thị công P – V

3.1.4 So sánh động cơ xăng 4 kỳ và động cơ diesel 4 kỳ

Có thể so sánh hai loại động cơ này trên nhiều lĩnh vực nhưng qui tụ trên nhữngnét cơ bản sau đây:

Hiệu suất: động cơ diezen vào khoảng 33 40%, động cơ xăng vào khoảng 25 30% Do đó, động cơ diezen tiêu tốn ít nhiên liệu hơn so với động cơ xăng Mặt khác, dầumazut (gazol ) rẻ hơn xăng, kinh tế

Hệ thống nhiên liệu của động cơ diezen ít hư hỏng, dễ sử dụng, còn bộ hoàkhícủa động cơ xăng thường phải sửa chữa và điều chỉnh luôn Tuy nhiên, bơm cao áp và vòiphun của động cơ diezen chế tạo phức tạp và đắt tiền

- Động cơ diezen không dùng hệ thống đánh lửa nên đỡ phiền phức, không cónhững hư hỏng về điện như động cơ xăng

- Động cơ diezen có tỷ số nén cao, cần dùng kim loại tốt và đắt tiền Giá thành hệthống nhiên liệu của động cơ diezen (bơm cao áp và vòi phun) đắt so với cac bua ra tơ củađộng cơ xăng

3.2 Động cơ hai kỳ

3.2.1 Khái niệm

Là động cơ mà trong một chu trình làm việc có 2 hành trình dịch chuyển lên xuốngcủa pittông ứng với 1 vòng quay của trục khuỷu (360o ) thực hiện bốn nhiệm vụ khácnhau hút(nạp) - nén - cháy, giãn nở sinh công - xả

3.2.2 Động cơ xăng 2 kỳ

3.2.2.1 Sơ đồ cấu tạo

Hình 3.5 Động cơ xăng 2 kỳ

1-Hộp trục khuỷu; 2-Trục khuỷu; 3-Thanh truyền;

4-Pít tông; 5-Cửa nạp quét; 6-Buzi; 7-Xi lanh.

A- Cửa thải; B- Cửa quét.

3.2.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ

7

6

5 4 3 2

* Diễn biến các quá trình làm việc

Hành trình I:

- Khi piston dịch chuyển từ ĐCT  ĐCD Khí đã cháy và đang cháy giãn nở trong

xi lanh đẩy piston đi xuống và sinh công

- Khi piston mở cửa thải A: Khí cháy có áp suất cao được thải tự do ra ngoài

- Từ khi piston mở cửa quét B: Cho đến khi piston ở điểm chết dưới (ĐCD) Khínạp mới có áp suất cao nạp vào xi lanh đồng thời quét khí đã cháy ra cửa thải

 Đây là hành trình gồm có các quá trình: + Cháy giãn nở

+ Thải tự do + Quét khí và nạp khí

Hành trình II:

- Piston di chuyển từ ĐCD  ĐCT quá trình quét nạp vẫn được tiếp tục đến khipiston đóng cửa quét B Từ đó cho đến khi đóng cửa thải A Môi chất trong xi lanh đượcđẩy ra ngoài qua cửa thải A đây là giai đoạn lọt khí

- Quá trình nén: Bắt đầu khi piston đóng cửa thải A, nhiên liệu được phun vào xilanh (động cơ điezen) Bugi bật tia lửa điện (động cơ xăng)

 Đây là hành trình gồm có các quá trình: + Quét và nạp khí

0-1’: Vị trí bật tia lửa điện hoặc

phun nhiên liệu 0-1: Vị trí điểm chết trên

- Vẫn có quá trình nạp và nén hoà khí ở cacte.

- Thổi hoà khí vào xilanh

- Cháy và dãn nở

- Thải khí

3.2.3 Động cơ Diesel 2 kỳ

3.2.3.1 Sơ đồ cấu tạo

3.2.3.2 Nguyên lý làm việc của động cơ diesel 2 kỳ

- Hành trình thứ nhất: pittông đi từ ĐCD đến ĐCT, diễn ra các quá trình sau đây:

Khi pittông còn ở ĐCD, xupap thải còn mở, do đó khí thải thoát ra ngoài Pittôngchưa đóng cửa quét (lỗ nạp) nên không khí được máy nén bơm vào xilanh với áp suất vàokhoảng 1,2 - 1,5 at Không khí sạch vào đẩy khí cháy ra khỏi xilanh và một phần khôngkhí cũng thoát ra ngoài (gọi là phần khí nạp tổn thất)

Khi pittông đi lên đóng cửa quét và supap thải đóng lại, bắt đầu thời kỳ nén; kếtthúc quá trình nén là lúc pittông đến ĐCT Áp suất cuối quá trình nén lên đến Pc = và

nhiệt độ Tc = 900 -11000 K, trục kuỷu quay 1800 (1/2 vòng) Nhiên liệu được phun vàobuồng đốt, bốc hơi, tạo thành hoà khí và tự bốc cháy.

Hình 3.8 Đồ thị công của động cơ hai kỳ Hình 3.9 Đồ thị tròn phân phối khí

của động cơ hai kỳ

- Về cấu tạo động cơ xăng hai kỳ đơn giản, ít chi tiết máy hơn so với động cơ bốnkỳ.

- Momen xoắn của động cơ hai kỳ đều đặn hơn (quay êm) so với động cơ bốn kỳ,

vì toàn bộ chu trình nó chỉ diễn ra với một vòng quay của trục khuỷu

- Góc quay ứng với quá trình cháy và dãn nở của động cơ bốn kỳ lớn hơn động cơhai kỳ (khoảng 1400 còn của 2 kỳ khoảng 100 - 1200)

- Hiệu suất động cơ bốn kỳ lớn hơn động cơ hai kỳ vì động cơ hai kỳ có tổn thấtquá trình nạp (quét)

3.2.5 Xác định hành trình làm việc thực tế của động cơ 2 kỳ

Động cơ hai kỳ một chu trình làm việc chỉ có hai hành trình dịch chuyển của pittông, Thời gian mở cửa quét và cửa xả gần trùng nhau hoàn toàn ( hình 3.3) Điểm 1,kếtthúc quá trình nén và bắt đầu nổ trước khi pít tông tới ĐCT Điểm 3 kết thúc quá trình nổ

và bắt đầu xả Điểm 4 bắt đầu quá trình thổi và điểm 4 ,kết thúc quá trình thổi Điểm 3,kết thúc quá trình xả và bắt đầu nén Điểm 4 đến 4, quá trình xả và thổi trùng nhau Tathấy quá trình xả và thổi khi pít tông gần ĐCD cuối hành trình thứ nhất và đầu hành trìnhthứ 2 Quá trình nén có thời gian ngắn trong một hành trình làm việc