Xupap được dẫn động gián tiếp thông qua các chi tiết trung gian như con đội, đũa đẩy, đòn gánh, cò mổ, ... Ngoài ra, để giảm bớt các chi tiết dẫn động trung gian, xupap được dẫn động trực tiếp từ trục cam hoặc một chi tiết trung gian là đòn bẩy để khuếch đại hành trình xupap. Trong động cơ có một bộ phận điều chỉnh xupap ảnh hưởng lớn dến hiệu quả làm việc của động cơ, chính là trục cam. Sơ đồ bố trí trục cam phổ biến trên động cơ ô tô hiện nay là OHV và OHC (SOHC; DOHC).
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 27
3.1. Tìm hiểu về OHV và OHC
3.1.1 OHV hay động cơ Pushrod
OHV là viết tắt của Over Head Valve (Van trên đầu xilanh). Mặc dù hầu hết tất cả các động cơ xe hơi hiện đại đều có van đặt trong đầu xi-lanh, nhưng thuật ngữ OHV được dùng để mô tả động cơ thanh đẩy (Pushrod), với trục cam được đặt trong khối xi- lanh. Trong động cơ OHV, trục cam được đặt bên trong khối động cơ và các van được vận hành thông qua bộ nâng, thanh đẩy và cò mổ. Cơ chế này được gọi là hệ thống truyền động van Valvetrain. Thiết kế OHV đã được sử dụng thành công trong thời gian dài. Hầu hết các xe hơi thời kỳ đầu của Mỹ đều có động cơ OHV và chúng vẫn được sử dụng trong xe tải và xe thể thao.
3.1.2 OHC (SOHC, DOHC) a) Tổng quan về OHC a) Tổng quan về OHC
OHC là viết tắt của Over Head Cam (hay Over Head Camshaft), với trục cam được lắp vào đầu xi lanh. OHC có hai biến thể chính là SOHC–Single Overhead Cam (Camshaft) có nghĩa là OHC cam đơn và DOHC–Double Overhead Cam (Camshaft) có nghĩa là OHC cam kép.
Hình 1.14. Động cơ OHV
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 28
Trong động cơ SOHC, trục cam được lắp vào đầu xi-lanh, và các van được vận hành bởi các cò mổ hoặc trực tiếp thông qua vấu cam, còn DOHC điển hình có hai trục cam và bốn van trên mỗi xilanh. Một trục cam vận hành van nạp, trong khi trục cam khác điều khiển van xả ở phía đối diện. Một thiết kế động cơ DOHC thường được gọi là Twin Cam hoặc Dual Cam. Phần lớn các xe ô tô hiện đại có động cơ DOHC.
b) So sánh SOHC và DOHC
Bảng 1.1. Ưu, nhược điểm của SOHC và DOHC
So sánh SOHC DOHC
Ưu điểm
+ Ở tốc độ thấp, động cơ SOHC sẽ tạo ra mô men cao hơn loại DOHC có cùng dung tích.
+ Cấu tạo đơn giản kéo theo việc giảm giá bán, hoặc thay vào đó sẽ đầu tư hơn vào thiết kế, tiện ích. Vì đây là loại động cơ thông dụng nên khi bị hỏng hóc dễ tìm được nơi sửa chữa, chi phí sửa chữa và thay thế cũng thấp hơn nhiều.
+ DOHC có thể lắp 4 van hoặc nhiều hơn nên khi cùng một mức dung tích sẽ cho công suất lớn hơn nhiều so với động cơ SOHC.
+ Ở tốc độ cao, mô men và công suất tối đa của DOHC lại cao hơn SOHC, giúp máy khỏe hơn.
+ Việc bố trí được bugi ở chính giữa đỉnh buồng đốt giúp cho động cơ DOHC có hiệu quả đốt cháy nhiên liệu tốt hơn. + Động cơ DOHC còn sở hữu ưu thế về khả năng ứng dụng công nghệ van biến Hình 1.15. Động cơ DOHC Hình 1.16. Động cơ SOHC
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 29
thiên, điều chỉnh trục cam giúp tối ưu hóa chế độ vận hành.
Nhược điểm
+ SOHC chỉ cho phép sử dụng 2 van trên mỗi xi lanh nên cùng 1 mức dung tích sẽ cho công suất thấp hơn.
+ Động cơ SOHC do trục cam phải đặt chính giữa buồng đốt để truyền động cho cả van nạp/xả nên bugi phải đặt sang bên cạnh khiến hiệu quả sử dụng nhiên liệu kém hơn hẳn, do vậy xe sử dụng động cơ SOHC thường hao xăng hơn động cơ DOHC.
+ Việc áp dụng các công nghệ cao khác trên SOHC gặp nhiều khó khăn.
+ Giá thành cao vì cấu tạo động cơ phức tạp với nhiều chi tiết và yêu cầu công nghệ cao hơn. Khi gặp hư hỏng phải sửa đòi hỏi sự tỉ mỉ và người thợ có tay nghề cao, chi phí sửa chữa thay thế đắt đỏ. + Kết cấu cồng kềnh làm trọng lượng xe tăng lên, điều này ảnh hưởng một phần đến khả năng vận hành, hoặc buộc nhà sản xuất phải tối giản một số chi tiết để cân bằng.
3.2. So sánh OHV với OHC
a) Động cơ OHV có một số ưu điểm so với động cơ OHC:
• Đóng gói tổng thể nhỏ hơn: Thiết kế của cam trong khối động cơ OHV dẫn đến kích thước tổng thể nhỏ hơn so với động cơ OHC tương đương.
• Hệ thống truyền động trục cam đơn giản hơn: Động cơ OHV có hệ thống truyền động trục cam ít phức tạp hơn khi so sánh với động cơ OHC. Hầu hết các động cơ OHC dẫn động trục cam bằng cách sử dụng bộ truyền đai hoắc bộ truyền xích một chuỗi hoặc nhiều chuỗi. Các hệ thống này yêu cầu sử dụng bộ căng đai với bộ truyền đai, bộ truyền xích cần được bôi trơn và sử dụng bộ phận dẫn hướng, giảm chấn. cơ cấu căng xích tự động hoặc có thể điều chỉnh được làm tăng thêm độ phức tạp. Ngược lại, động cơ OHV có trục cam được đặt gần với trục khuỷu,
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 30
vì vậy khoảng cách giữa trục cam và trục khuỷu ngắn hơn nhiều so với OHC thậm chí có thể dẫn động bằng bánh răng trực tiếp.
• Hệ thống bôi trơn đơn giản hơn: Yêu cầu bôi trơn trên nắp xilanh OHV ít hơn nhiều, do trục cam và các ổ trục liên quan cần bôi trơn ít hơn so với OHC. Đầu máy OHV chỉ cần bôi trơn cho các cánh tay vặn ở đầu đẩy, thân ống và đầu đinh quay. Sự bôi trơn này thường được cung cấp thông qua chính các thanh đẩy hơn là một hệ thống bôi trơn chuyên dụng trong đầu. Yêu cầu bôi trơn giảm cũng có thể có nghĩa là một máy bơm dầu nhỏ hơn, công suất thấp hơn được sử dụng. b) Động cơ OHC có một số ưu điểm so với OHV:
• Tốc độ động cơ bị hạn chế: Mặc dù động cơ OHV có hệ thống truyền động đơn giản hơn cho trục cam, nhưng có một số lượng lớn các bộ phận chuyển động trong hệ thống van (tức là bộ nâng, thanh đẩy và cần gạt). Mỗi thành phần sẽ thêm trọng lượng. Điều này dẫn đến quán tính của hệ thống van cao hơn, gây khó khăn cho việc kiểm soát thời điểm của van ở tốc độ cao. Điều này có nghĩa là một động cơ OHV nhỏ sẽ không hiệu quả lắm. Thiết kế OHV phù hợp hơn với động cơ V6 và V8 lớn hơn; bạn sẽ không tìm thấy động cơ OHV trong một chiếc xe nhỏ gọn hiện đại.
• Hạn chế về số lượng và vị trí van: Động cơ OHC thường có bốn van trên mỗi xilanh, trong khi hiếm khi động cơ OHV có nhiều hơn hai van trên mỗi xilanh. Trong động cơ OHV, kích thước và hình dạng của các cổng nạp cũng như vị trí của các van bị giới hạn bởi các thanh đẩy và cần phải lắp chúng trong nắp xilanh.
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 31
PHẦN 2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ Ô TÔ. 1. Xác định động cơ
Từ hình ảnh thực tế về khối động cơ ta dễ dàng biết được hãng sản xuất động cơ là Volkswagen (VW), thông thường với xe VW thì mã động cơ nằm ở phía trên cùng của khối động cơ, tại xi-lanh số 3, ngay dưới bugi. Mã động cơ gồm hai chữ cái in hoa ngay sau kí tự *; tiếp sau mã động cơ là 6 chữ số, đó là mã số sê-ri của động cơ. Tuy nhiên với khối động cơ được tìm hiểu trong đồ án này thì khá đặc biệt là không có mã động cơ nằm tại vị trí này, vì vậy ta chỉ có thể dựa vào các thông số của các chi tiết cấu thành động cơ để xác định mã động cơ, rồi từ đó tìm ra các thông số của động cơ. Các mã của các bộ phận cấu thành nên động cơ: mã ống góp đầu vào (037 133 233A), mã đầu xi-lanh (026 103 373 AA), mã thân xi-lanh (025 103 021B) …Dung tích xi-lanh qua đo đạc thực tế thì khoảng 1.8L, đường kính xi-lanh x hành trình pit-tông (81.0 mm x 86.4 mm). Nhiên liệu động cơ sử dụng là nhiên liệu cháy cưỡng bức (xăng) do động cơ có cơ cấu đánh lửa. Phối khí kiểu SOHC (Single OverHead Camshaft) chỉ có duy nhất một trục cam bố trí ở nắp máy, phía trên các van. Trục cam này dẫn động đóng mở trực tiếp cả xu páp nạp lẫn xả, động cơ được bố trí 2 van cho mỗi xi lanh
Qua đó ta tìm được động cơ tương thích với các thông số trên của VW có mã là GU được sản xuất từ 1983 đến 1991 có tỉ số nén (10:1), công suất 66 kW, sản sinh công suất tối đa 89 mã lực tại dải tua máy 5.200 vòng/phút và momen xoắn đạt 145 Nm tại 3.300 vòng/phút, tốc độ cực đại 176 km/h (109 dặm/h) đến 178 km/h (111 dặm/h) tùy thuộc vào loại xe được lắp. Kiểm tra, chứng thực, tìm kiếm mã của các chi tiết cấu thành lên động cơ VW GU nói riêng hay tất cả các động cơ khác của VW nói chung tại trang web https://volkswagen.7zap.com hoặc trên nhiều nguồn thông tin khác.
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 32
Động cơ VW GU 1.8L được sử dụng phổ biến trong khoảng 8 năm từ 1983 đến 1991 trên 2 mẫu xe tiêu biểu của VW là VW Golf II; VW Jetta. Với chiếc Golf II thuộc dòng xe hatchback (Hình 2.1), còn Jetta là dòng sedan (Hình 2.2).
Hình 2.1. VW Golf II Hình 2.2. VW Jetta (A2)
2. Vài nét sơ lược về VW và VW Golf
Volkswagen viết tắt là VW là hãng sản xuất xe hơi Đức, một trong những công
ty sản xuất xe hơi lớn nhất thế giới thuộc tập đoàn Volkswagen. Đây là thương hiệu hàng đầu của Tập đoàn Volkswagen, nhà sản xuất ô tô lớn nhất về doanh số bán hàng trên toàn thế giới trong năm 2016 và 2017. Thị trường lớn nhất của tập đoàn là ở Trung Quốc, mang lại 40% doanh thu và lợi nhuận. Những thương hiệu nổi tiếng trực thuộc hãng bao gồm Bentley, Skoda, Lamborghini, Bugatti, Audi, Porsche và Volkswagen.
Có thể nói Volkswagen Golf hoàn toàn xứng đáng với danh hiệu "vua" phân khúc hatchback hạng C bởi trong nhiều năm qua, chiếc xe này thường xuyên giành ngôi vị quán quân về lượng bán trên khắp Thế giới. Là một sản phẩm mang tính biểu tượng, tất nhiên là VW Golf không thiếu những nét khác biệt cũng như các cột mốc đáng nhớ. Điều đầu tiên phải nhắc tới có lẽ là thiết kế.
Trong hơn 4 thập kỷ tồn tại và phát triển của mình, Golf vẫn giữ nguyên kiểu dáng đặc trưng được định hình từ những ngày đầu tiên. Xét về khoản này, mẫu hatchback của VW khá tương đồng với Porsche 911. Theo thống kê của VW từ 1974 tới 2019, đã có khoảng 35 triệu chiếc Golf được bán ra trên toàn cầu. Cũng chính nhờ Golf mà phân khúc hatchback mới có một diện mạo như ngày hôm nay. Được thiết kế để trở thành
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 33
phiên bản động cơ đặt trước thay thế cho những ‘con bọ’ Beetle, Golf là sản phẩm do nhà thiết kế lừng danh Giorgetto Giugiaro tạo hình.
Hình 2.3. Các phiên bản VW Golf từ I đến VI
Thành công ngay lập tức ập đến khi chiếc Golf thứ 1 triệu đã xuất xưởng vào năm 1976. Với sự nhiệt huyết từ một nhóm nhỏ các kỹ sư thuộc VW, chiếc xe gia đình nhỏ bé này đã tiến hóa để trở thành một mẫu xe thể thao hiệu năng cao.
Đến năm 1983, tác phẩm của Giugiaro đã được nâng cấp bởi một nhóm các nhà thiết kế của VW để hình thành nên Golf Mk2. Ở thế hệ này, kích thước của chiếc xe đã tăng lên cả về chiều dài cũng như chiều rộng.
Trước khi Mk3 xuất hiện vào năm 1991, đã có khoảng 6,3 triệu chiếc Golf Mk2 được tiêu thụ. Và ngay trong năm 1992, Golf Mk3 đã giành danh hiệu ‘Xe châu Âu của năm’ sau khi thế hệ trước đó để mất phần thưởng này vào tay Peugeot 205 và Fiat Uno.
Năm năm sau đó, thế hệ thứ 4 chính thức trình làng. Ở thế hệ Mk4, Golf cho thấy sự chuyển mình khi sở hữu thiết kế mềm mại, bóng bẩy hơn. Đì kèm với đó là mức giá cao hơn. Đây cũng là thế hệ Golf đầu tiên được trang bị hệ thống ổn định điện tử ESC. Đến năm 2003, Golf Mk5 xuất hiện, không chỉ to lớn hơn mà tốc độ cũng được cải thiện. Tuy nhiên, đây không phải là một thế hệ ‘vàng son’ trong lịch sử của dòng hatchback này.
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 34
Nửa thập kỷ sau, Golf Mk5 đã được cải tiến nhẹ để biến thành Mk6. Lý do được đưa ra là bởi Mk5 là một chiếc xe có giá thành sản xuất khá đắt đỏ. Được biết, Golf Mk6 là thế hệ đầu tiên sở hữu tính năng hỗ trợ dừng đỗ.
VW Golf Mk7 hiện tại đã bước sang thế hệ thứ 8. Được giới thiệu vào năm 2012, Mk7 vẫn kế thừa đầy đủ những phẩm chất của những người tiền nhiệm nhưng đã được nâng lên một đỉnh cao mới. Đặc biệt, hai phiên bản GTI và R cho thấy sự hiện diện rõ nét của ‘DNA hot hatch’. Ngoài bản tiêu chuẩn và phiên bản hiệu năng cao GTI, Golf còn có thêm một số biến thể đặc biệt khác như mui trần hay wagon. Chúng đã chiếm được rất nhiều cảm tình đối với các fan của dòng sản phẩm này. Trong đó, những model như Rallye hay Country (đều thuộc thế hệ Mk2) vẫn được săn lùng ráo riết cho tới tận ngày nay.
Tính từ năm 1974, cứ trung bình 41 giây là lại có một chiếc Golf tìm được chủ nhân. Tức là có tới 2100 chiếc được bán ra mỗi ngày. Golf là dòng xe vô cùng thành công của VW, “ông vua” phân khúc hatback hạng C.
3. Tìm hiểu về động cơ VW 1.8 GU
Sự thành công của mẫu xe VW Golf II được quyết định bới nhiều yếu tố như phong cách thiết kế ngoại thất – nội thất; tính kinh tế; đối tượng khách hàng được nhắm đến; cách thức quảng bá, tiêu thụ sản phẩm hiệu quả; … Tuy nhiên một yếu tố có tầm ảnh hưởng cũng rất lớn đó là khối động cơ của xe. Ta sẽ tìm hiểu một trong số các động cơ được lắp đặt trên mẫu xe VW Golf II này là VW 1.8 GU. Động cơ VW 1.8 GU được sản xuất từ 1983 đến 1991 tại Đức, Bắc Mỹ, Mexico. Mã động cơ đầy đủ là GU (EA827). Khối động cơ có dung tích thực tế là 1,781 cc (108,7 cu in) với số xylanh là 4, hành trình của piston là 81 mm, đường kính xylanh 86,4 mm. Công suất động cơ 90 PS tương đương với 66 kW hoặc 89 mã lực tại số vòng tua máy 5200 vòng / phút. Momen xoắn của động cơ đạt 145 (N.m) tương đương 107 (lb.ft) tại số vòng tua máy 3300 vòng/ phút. Tỉ lệ nén của động cơ là 10:1.
3.1. Thân máy và nắp máy
Thân máy được làm từ gang xám, trải quá nhiều quá trình gia công như đúc, tiện, phay, mài thô, mài tinh, … sơn mặt ngoài để cho ra thân máy và nắp máy có chất lượng
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trang 35
tốt. Thân máy kiểu thân xylanh, áo nước được thiết kế quanh xylanh để làm mát động cơ. Thân máy hay toàn bộ động cơ lắp đặt trên các gối đỡ, hộp trục khuỷu chia làm hai nửa, nửa dưới là cacte dầu; qua các lí đo đó ta kết luận trục khuỷu được lắp đặt thoe kiểu trục khuỷu treo.
Nắp xylanh có vai trò đậy kín một đầu xylanh, cùng với piston và xylanh tạo thành buồng cháy. Nhiều bộ phận động cơ được lắp trên lắp xylanh như bugi, cụm xupap, …Ngoài ra, trên xylanh còn bố trí các đường nạp, đường thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn. Trên mẫu động cơ GU của VW, họ dùng vật liệu là gang để tạo thành nắp xylanh với ưu điểm là sức bền cơ và nhiệt khá lớn.
3.2. Cơ cấu phân phối khí
Cơ cấu phân phối khí dùng cam và xupap. Số xupap trên mỗi xylanh là hai – một nạp và một xả, tổng trên bốn xylanh là tám. Đường kính trên xupap nạp lớn hơn trên