Động cơ ô tô hoạt động như thế nào

Động ô tô hoạt động nào? Tìm hiểu chế hoạt động động ô tô Mục đích động ôtô (thường sử dụng nhiên liệu xăng dầu diesel - tạm gọi động cơ) chuyển đổi lượng sinh từ trình đốt cháy xăng, dầu thành lượng học để xe bạn chuyển động Do trình cháy diễn bên xilanh nên động gọi động đốt Động Maybach 57 Trên thực tế, có loại động đốt Ví dụ động nước sử dụng xe lửa cổ điển loại động đốt Loại nhiên liệu than, gỗ, dầu, sử dụng động nước để tạo nhiệt đun nước sôi thành nước nước lại tạo nên chuyển động bên động Hiệu suất động đốt cao động đốt (tức quãng đường nhau, động đốt tốn nhiên liệu động đốt ngoài), thêm động đốt có kích thước nhỏ nhiều so với động đốt tương đương Đó lý ôtô lại sử dụng động đốt Nguyên lý hoạt động động kỳ Hầu hết xe ôtô sử dụng động đốt loại piston chuyển động tịnh tiến có ưu điểm:  Hiệu suất cao (so với động đốt ngoài)  Chi phí sử dụng vừa phải (so với động tuabin khí)  Dễ dàng tiếp nhiên liệu trì hành trình (so với động điện)  Những ưu điểm làm cho động đốt công nghệ 100 năm qua Để rõ nguyên lý hoạt động, tìm hiểu điều động đốt Nguyên lý hoạt động động đốt Mô trình bắn súng đại bác Trước hết, ví dụ đơn giản động đốt súng đại bác Khẩu súng ống hình trụ bịt kín đầu Người ta nhồi thuốc súng vào lòng nòng súng sau cho viên đạn (hình dạng hình trụ có đầu nhọn) để bịt kín hoàn toàn khối thuốc súng Khi bắn, người ta châm lửa đốt cho khối thuốc súng cháy Lượng khí sinh tức thời lớn làm áp suất nòng súng tăng mạnh đẩy viên đạn bắn khỏi nòng súng Động xe ôtô cấu khí tận dụng lượng chuyển hoá thành chuyển động quay cho trục khuỷu động Hầu hết xe ôtô sử dụng loại động kỳ (do Nicolaus Otto phát minh năm 1867) kỳ động đốt minh hoạ hình Chúng gồm có:  Kỳ hút (nạp - van nạp mở, van xả đóng)  Kỳ nén (hai van đóng)  Kỳ cháy (nổ - van tiếp tục đóng  Kỳ xả (van nạp đóng, van xả mở) Chúng ta nhìn thấy chi tiết chuyển động lên xuống động cơ, làpiston Piston nối với trục khuỷu nhờ truyền Toàn trình kỳ miêu tả sau: Hình 1: Nguyên lý hoạt động động kỳ Chú thích: A: Van nạp, cò mổ, lò xo xu-páp; B: Nắp xilanh; C: Họng hút; D: Nắp xilanh; E: Thân xilanh; G: Các-te chức dầu; H: Dầu bôi trơn; I: Trục cam; Van xả, cò mổ, lò xo xu-páp; K: Bugi; L: Họng xả; M: Piston; N: Thanh truyền; O: Vòng đệm; P: Trục khuỷu Vị trí xuất phát piston đỉnh, lúc van (xuppap) nạp mở piston chuyển động xuống để lượng hỗn hợp không khí hạt xăng nhỏ (gọi tắt hỗn hợp khí) nạp đầy vào xi lanh (phần 1-màu vàng) Khi piston chuyển động lên để nén khối không khí hoà trộn hạt xăng nhỏ li ti Việc nén không khí lại làm cho hiệu việc đốt cháy không khí tăng thêm nhiều (phần 2-màu tím) Khi piston chạm tới đỉnh (điểm chết trên) hành trình lên, nến điện phát tia lửa đốt cháy xăng hoà trộn không khí Lúc xăng cháy tức thời tạo nên nổ xilanh đẩy piston xuống (phần 3-màu đỏ) Khi piston điểm (điểm chết dưới), van (xuppap) xả mở piston lên đẩy toàn lượng khí xi lanh qua ống xả (phần 4-màu xanh) Bây giờ, động lại sẵn sàng cho chu trình lại tiếp tục nạp hỗn hợp khí xăng Lưu ý rằng, chuyển động động chuyển động quay trục khuỷu, chuyển động piston lại chuyển động tịnh tiến Để chuyển đổi chuyển động tịnh tiến piston thành chuyển động quay cần nhờ đến trục khuỷu Bây xem xét ghép nối phối hợp làm việc phận động nào? Phần cốt lõi động xilanh piston chuyển động lên xuống Động mô tả loại động xilanh Thế đa số động ôtô xilanh mà có tới 4, xilanh, 12 hay 16 Đối với động nhiều xilanh, xilanh xếp thành cách sau: thành hàng dọc (xilanh xếp thẳng hàng), thành hình chữ V (xilanh xếp hình chữ V) , hai xilanh xếp đối nằm ngang (xilanh xếp đối đỉnh) hình (động máy bay) hình vẽ minh hoạ Mô hoạt động động xilanh, thẳng hàng Mô hoạt động động xilanh, xếp hình chữ V (V6) Mô hoạt động động xilanh, đối đỉnh Mỗi cách xếp có ưu, nhược điểm riêng độ êm dịu hoạt động, giá thành sản xuất, hình dạng kết cấu Những ưu, nhược điểm loại làm cho chúng phù hợp với loại phương tiện giao thông Ví dụ: động chữ V hàng dọc xilanh thường sử dụng cho ôtô, động hàng dọc nhiều xi lanh thường dùng cho tàu thuỷ động hình thường dùng máy bay, Các thuật ngữ thường dùng động Đầu tiên “dung tích xi lanh” Buồng cháy khoảng không gian mà kỳ nén kỳ xả xảy Khi piston chuyển động lên xuống, bạn thấy kích cỡ buồng cháy thay đổi Nó thể tích lớn nhỏ Hiệu số thể tích lớn thể tích nhỏ gọi dung tích xi lanh đo lít cc (cubic Centimeter - 1000 cc lít) Dưới số ví dụ:  Một cưa máy cần có động khoảng 40 cc  Một xe môtô cần động khoảng 500 cc 750 cc  Một xe ôtô thể thao cần động lớn nữa, khoảng lít  Đa số xe ôtô bình thường cần động từ 1.5 lít (1500 cc) đến 4.0 lít (4000 cc) Nếu bạn có động xilanh xilanh có dung tích khoảng nửa lít động bạn có dung tích 2.0 lít Nếu xilanh nửa lít động có xilanh xếp thành hình chữ V động bạn có dung tích 3.0 lít người ta thường ký hiệu động 3.0 V6 Thông thường dung tích xilanh cho bạn biết công suất động Một xilanh dung tích 0.5 lít chứa lượng hỗn hợp khí gấp đôi xilanh dung tích 0.25 lít Vì động 2.0 lít cho công suất nửa động 4.0 lít Có thể tăng dung tích xilanh cách tăng số lượng xilanh động tăng thể tích buồng cháy xilanh Chắc hẳn bạn nhìn thấy động xe bạn có nhiều hệ thống phụ giúp cho hoạt động Hầu hết hệ thống phụ trợ thiết kế với công nghệ khác Hệ thống phụ đại hiệu suất động cao ngược lại Sau xem xét số hệ thống phụ lắp đặt động đại Bugi Nến điện dùng để cung cấp tia lửa đốt cháy hỗn hợp khí tạo nên cháy động Nến điện cần phải đánh lửa thời điểm để hiệu suất kỳ nổ đạt cao (xem hệ thống đánh lửa ô tô) Xu-páp (van xả, hút) Mô hoạt động cấu phối khí Các xu-páp hút xả cần phải mở thời điểm để lượng không khí nạp vào xilanh nhiều thải lượng khí cháy xilanh đường xả Chú ý rằng, xu-páp nạp thải đóng kỳ nén nổ để buồng cháy bịt kín Piston Piston có dạng hình trụ chế tạo kim loại chuyển động lên xuống xi-lanh Xéc-măng Xéc-măng có nhiệm vụ làm kín phần khe hở piston xilanh Xéc-măng đáp ứng hai mục đích:  Chống lọt khí trình nén nổ (loại xéc-măng gọi xéc măng hơi)  Ngăn chặn không cho dầu bôi trơn lọt lên buồng cháy dầu lọt lên buồng cháy bị đốt lượng tiêu hao dầu bôi trơn lớn đồng thởi làm giảm hiệu suất cháy (loại gọi xécmăng dầu)  Đối với đa số xe cũ, tiêu thụ dầu nhờn tăng lên xéc-măng dầu bị mòn nên dầu nhờn bị lọt lên buồng cháy cháy lẫn với hòa khí Thanh truyền (tay biên) Thanh truyền dùng để nối piston với trục khuỷu động Chúng chuyển động vừa quay vừa tịnh tiến để chuyển đổi chuyển động tịnh tiến piston thành chuyển động quay trục khuỷu Trục khuỷu (trục cơ) Trục Trục khuỷu dùng để biến đổi chuyển động tịnh tiến piston thành chuyển động quay giống trục bánh vít – trục vít Hộp trục khuỷu (các te) Hộp trục khuỷu bao quanh trục khuỷu dùng để chứa dầu bôi trơn Hệ thống phân phối khí (hệ thống nạp, thải) Hệ thống phân phối khí gồm xu-páp hệ khí điều khiển chúng đóng mở thời điểm Hệ thống đóng, mở gọi trục cam Trục cam có vấu cam đẩy xu-páp lên xuống Chi tiết (trục cam, vòi phun ) cấu phối khí Đa số động đại sử dụng trục cam đặt nắp máy, tức trục cam đặt xu-páp, bạn nhìn thấy hình Các vấu cam trục cam tác động trực tiếp lên xu-páp thông qua vật liên kết ngắn Các động cổ điển sử dụng loại trục cam đặt phía gần trục khuỷu Các nối (còn gọi đũa đẩy) truyền lực nâng vấu cam đến xupáp qua đòn bẩy (còn gọi “dàn cò”) Trục cam, xu-páp, lò xo, đội Việc dẫn động trục cam quay nhờ dây đai, dây xích bánh truyền chuyển động trục khuỷu đến để việc đóng mở xu-páp đồng với chuyển động piston Đối với động bốn kỳ, trục khuỷu quay hai vòng trục cam quay vòng Xích dẫn động trục cam bánh cam Đa số động hiệu suất cao sử dụng xu-páp xi lanh ( hai nạp, hai xả) cần tới hai trục cam cho hàng xi-lanh Điều dẫn đến thuật ngữ “dual overhead cams (DOHC)” tức hai trục cam đặt nắp xilanh Hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa có tác dụng sinh nguồn điện cao áp đưa đến nến điện sinh tia lửa đốt cháy nhiên liệu Bạn dễ dàng tìm hệ thống đánh lửa nhờ phân phối điện (chia điện) Bộ chia điện có đường dây cao áp nối vào trung tâm (còn gọi dây cao áp chính) có 4, dây cao áp nối với bugi (gọi dây cao áp con, số dây cao áp phụ thuộc vào số xilanh động cơ) Bộ chia điện phân phối cho xilanh nhận nguồn điện cao áp lần chu trình vào thời điểm thích hợp kỳ nén để trình cháy hoàn hảo nhất, động hoạt động hiệu êm dịu Hệ thống làm mát Hệ thống làm mát xe gồm có tản nhiệt (két nước làm mát) bơm nước ống dẫn cảm biến nhiệt độ Nước luân chuyển động tới két mát để làm lạnh Một số xe ôtô, có Volswagen Beetles xe mô tô hay máy cắt cỏ, động làm mát không khí (các động dễ nhận cánh tản nhiệt bên xi lanh) Tản nhiệt không khí có ưu điểm trọng lượng động nhẹ mức độ tản nhiệt làm mát nước nên nhiệt độ động nóng hơn, hiệu suất tuổi thọ giảm Hệ thống nạp hệ thống khởi động Đa số xe ôtô sử dụng hệ thống nạp bình thường (tức hút khí tự nhiên nhờ độ chênh áp áp suất không khí bên độ chân không xilanh) Đối với ôtô đại, để tăng hiệu suất động người ta sử dụng hệ thống nạp khí Turbocharged Supercharged để tăng lượng không khí nạp vào động đồng thời tăng mức độ hoà trộn không khí nhiên liệu giúp cho áp suất nén tăng lên, trình cháy hoàn hảo hiệu suất cao Bộ Turbocharged sử dụng tuabin nhỏ nhờ lượng dòng khí thải làm quay máy nén khí Supercharged lại sử dụng trực tiếp nguồn công suất động để làm quay máy nén khí Chi tiết cánh Tua-bin cấu tăng áp Turbocharged Hệ thống khởi động gồm có động điện cuộn dây khởi động từ Khi bạn bật khoá điện khởi động, động điện làm quay trục khuỷu động vài vòng để tạo nên trình nén, nổ Động khởi động cần phải thắng sức cản sau:  Toàn lực ma sát động  Lực nén xilanh động (đối với xilanh trình nén)  Phần lượng để trục cam đóng mở xu-páp  Tất hệ thống phụ khác bơm nước làm mát, bơm dầu, máy phát điện, Vì nguồn điện từ ắc quy xe 12 V công suất động điện lại phải lớn để thắng lực cản đây, nên dòng điện sử dụng cho động điện cao Để tăng độ bền cho hệ thống khởi động cần phải giảm tải cho khoá điện cách sử dụng khởi động từ đóng mở dòng điện vào động điện Như bạn bật khoá điện khởi động động cơ, bạn cấp điện cho khởi động từ làm việc để đóng mở nguồn điện cho máy khởi động Hệ thống bôi trơn Thân xilanh Hệ thống bôi trơn có tác dụng đưa dầu bôi trơn đến bề mặt chi tiết chuyển động động để chúng di chuyển dễ dàng Có hai cụm chi tiết cần bôi trơn, piston ổ bi bạc trục khuỷu trục cam động Đối với đa số động cơ, dầu bôi trơn hút từ bình chứa dầu sau qua lọc nén áp suất cao đến bề mặt bạc lót thành xilanh Sau lượng dầu lại chảy đáy các-te để tiếp tục chu trình tuần hoàn Hệ thống nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu bơm nhiên liệu từ thùng trộn chúng với không khí để tạo điều kiện cháy tốt lòng xilanh Hệ thống nhiên liệu chia thành loại: Chế hòa khí, phun nhiên liệu gián tiếp phun nhiên liệu trực tiếp Hệ thống chế hòa khí có tác dụng hoà trộn không khí với nhiên liệu không khí hút vào xilanh Trong động phun xăng, lượng nhiên liệu phù hợp phun trực tiếp vào xilanh động (direct fuel injection) phun vào đường ống nạp chung (port fuel injection) Hệ thống xả Hệ thống xả bao gồm đường ống xả giảm Nếu giảm bạn nghe thấy âm hàng ngàn tiếng nổ thoát từ đường ống xả Bộ giảm làm giảm âm lượng tiếng nổ động Hệ thống xả có lọc xúc tác nhằm lọc bớt chất độc hại khí thải trước thải chúng môi trường Hệ thống điều khiển chất thải Hệ thống điều khiển chất thải xe đại gồm có lọc xúc tác, mộthệ thống cảm biến cấu chấp hành, máy tính để giám sát điều chỉnh hoạt động phận Ví dụ, lọc xúc tác sử dụng chất xúc tác oxy để đốt cháy hết toàn lượng nhiên liệu chất hoá học khác sót lại đường ống xả Một cảm biến oxy đặt dòng chảy khí xả báo cho máy tính điều chỉnh lượng oxy phù hợp Hệ thống điện Hệ thống điện gồm có nguồn điện (ắc quy) máy phát điện Máy phát điện dẫn động dây đai sinh điện để nạp cho ắc quy Nguồn điện 12 vôn ắc quy cung cấp cho toàn hệ thống điện hệ thống đánh lửa, radio, đèn pha, rửa kính điện, hệ thống đóng cửa điện, nhờ hệ thống dây điện xe Các công nghệ đại động ô tô ngày Công nghệ tăng áp Chúng ta thường nghe thấy thuật ngữ động turbo tăng áp hay twin turbo tăng áp kép, công nghệ tăng áp động gì? Động cần thứ để hoạt động: nhiên liệu, không khí đánh lửa Nén nhiều không khí vào xi-lanh tạo nhiều công suất cho động cơ, trình thường dùng phận hay gọi turbocharger hay supercharger Nhiệm vụ phận nén không khí vào buồng đốt áp suất cao tạo tỉ số nén cao Gần giống việc overclocking máy tính, việc tăng áp động giúp xe đạt sức mạnh lớn Trục cam đặt phía DOHC (hệ thống cam đôi) đề cập đến số cam xi-lanh động Trục cam có nhiệm vụ kiểm soát lưu lượng nhiên liệu không khí vào buồng đốt Trục cam nằm phía cho phép có nhiều van nạp xả động cơ, đồng nghĩa với việc có nhiều nhiên liệu, không khí phép vào buồng đốt Bên cạnh đó, xả khí đạt hiệu suất cao, thêm công suất động Kiểm soát thời điểm đóng mở van Máy tính tính toán lúc cần nạp thêm không khí nhiên liệu vào để tăng tốc tốt hay giảm lượng nạp động hoạt động tốc độ thấp Toyota gọi công nghệ VVTI (variable valve timing with intelligence), Honda VTEC BMW có công nghệ Valvetronic Máy tính kiểm soát động Ôtô ngày thường có phận kiểm soát hoạt động chúng phận gọi ECU (Engine Control Unit) Bộ phận kiểm soát chặt chẽ khoảng thời gian đánh lửa bugi, lượng khí nhiên liệu nạp Bên cạnh có máy tính khác kiểm soát hệ thống điện, túi khí, nhiệt độ, hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) Động diesel hệ Động diesel đại ngày mạnh hơn, tiết kiệm nhiên liệu nhiều so với trước Những cỗ máy sử dụng dầu diesel lưu huỳnh hơn, giảm chất độc hại khí thải Các động diesel Volkswagen, Mercedes, BMW sử dụng tăng áp hay phun nhiên liệu trực tiếp để đạt hiệu cao Đây yếu tố phải cân nhắc khách hàng chọn mua xe Động lai (Hybrid) Giá nhiên liệu tăng cao quan tâm lớn đến môi trường dẫn đến thay đổi mà đáng kể động hybrid Động kết hợp động điện đại động đốt kiểu truyền thống nhằm mục đích giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ thải chất độc hại Toyota Prius ô tô hybrid bán nhiều Mỹ Động đốt 1.8L mô-tơ điện sản sinh công suất 134 mã lực Ở tốc độ thấp, động điện hoạt động xe hoàn toàn không sử dụng nhiên liệu Khi chạy tốc độ cao kết hợp truyền thống đại Lượng tiêu thụ nhiên liệu vào khoảng 4,7 lít/100 km cho đường hỗn hợp