KẾT CẤU CẤU TẠO ÔTÔ

Ô tô là một loại phương tiện giao thông vận tải có khả năng chuyên chở hàng hoá, người. Ô tô được bố trí nguồn năng lượng tạo động lực để thực hiện khả năng tự chuyển động trên nền đường. Nguồn động lực đặt trên ô tô gọi tên là động cơ. Động cơ được sử dụng có thể là động cơ đốt trong, động cơ điện …. Ngày nay phổ biến sử dụng là động cơ đốt trong (xăng hay diesel).Để di chuyển trên nền đường, ô tô sử dụng các bánh xe lăn tròn đặt song song với trục dọc toàn xe. Trục quay của các bánh xe được gọi là cầu xe. Các bánh xe được nối với động cơ thông qua hệ thống truyền lực. Động cơ của ô tô tạo nên mômen quay, một số hay tất cả bánh xe nối với nguồn động lực và thực hiện chuyển động quay. Nhờ quan hệ tương tác của bánh xe quay trên nền cố định tạo nên sự dịch chuyển của tâm bánh xe và mang theo toàn bộ thân xe chuyển động tịnh tiến, do vậy nó là phương tiện giao thông đường bộ.Trên ô tô số lượng cầu xe tối thiểu là hai, một số ô tô có số lượng nhiều hơn, trong đó mỗi cầu xe có hai đầu trục lắp với bánh xe. Các đầu trục nối với nguồn động lực được gọi là đầu trục chủ động hay cầu chủ động. Như vậy tối thiểu trên ô tô phải có một cầu chủ động.Thân xe là nơi xếp hàng hoá hay tạo nên các chỗ đặt ghế ngồi thực hiện chức năng chuyên chở. Sự chuyên chở được gọi bằng thuật ngữ „vận tải“, nói lên công dụng của ô tô. Cấu tạo của thân xe rất đa dạng và phục vụ mục đích vận tải yêu cầu. Năng lượng dùng để di chuyển hàng hoá và bản thân ô tô được thực hiện trên cơ sở năng lượng do nguồn động lực sinh ra, với động cơ đốt trong là năng lượng nhiệt khi đốt cháy nhiên liệu (xăng hay diesel) chuyển thành cơ năng (tạo nên momen quay), với động cơ điện, năng lượng điện cũng biến đổi thành cơ năng, …. Như vậy nguồn năng lượng hữu ích dùng để chuyên chở chỉ là một phần của toàn bộ năng lượng do động cơ sinh ra.Khả năng di chuyển linh hoạt của ô tô trên nền đường được thực hiện bằng việc thay đổi tốc độ chuyển động và hướng chuyển động. Việc thay đổi tốc độ chuyển động của ô tô có thể nhờ:thay đổi mức độ chuyển hoá nhiệt năng, tức là thay đổi tốc độ quay và momen quay bên trong động cơ thông qua cơ cấu điều khiển (bàn đạp chân ga), hoặc là dùng cơ cấu tiêu hao động năng trên các bánh xe (cơ cấu phanh) hay hệ thống truyền lực để điều chỉnh tốc độ chuyển động của ô tô qua cơ cấu điều khiển (bàn đạp phanh, tay phanh ….).Việc thay đổi hướng chuyển động của ô tô nhờ hệ thống lái (qua vành lái). Sự hoạt động của ô tô trên đường rất đa dạng, do vậy cấu tạo của ô tô còn đáp ứng khả năng điều khiển như: phanh ô tô đến tốc độ nào đó hay chuyển hướng linh hoạt ô tô khi cần thiết. Kết cấu như vậy được tổ hợp trong các chức năng của hệ thống phanh và hệ thống lái, gọi chung là hệ thống điều khiển.

KẾT CẤU ÔTÔ

CƠ BẢN

12

CHƯƠNG 1 CẤU TẠO CHUNG CỦA Ô TÔ

1.1 CẤU TẠO CHUNG CỦA Ô TÔ

Ô tô là một loại phương tiện giao thông vận tải có khả năng chuyên chở hàng hoá, người Ô tô được bố trí nguồn năng lượng tạo động lực để thực hiện khả năng tự chuyển động trên nền đường Nguồn động lực đặt trên ô tô gọi tên là động cơ Động

cơ được sử dụng có thể là động cơ đốt trong, động cơ điện … Ngày nay phổ biến sử dụng là động cơ đốt trong (xăng hay diesel)

Để di chuyển trên nền đường, ô tô sử dụng các bánh xe lăn tròn đặt song song với trục dọc toàn xe Trục quay của các bánh xe được gọi là cầu xe Các bánh xe được nối với động cơ thông qua hệ thống truyền lực Động cơ của ô tô tạo nên mômen quay, một

số hay tất cả bánh xe nối với nguồn động lực và thực hiện chuyển động quay Nhờ quan

hệ tương tác của bánh xe quay trên nền cố định tạo nên sự dịch chuyển của tâm bánh xe

và mang theo toàn bộ thân xe chuyển động tịnh tiến, do vậy nó là phương tiện giao thông đường bộ

Trên ô tô số lượng cầu xe tối thiểu là hai, một số ô tô có số lượng nhiều hơn, trong

đó mỗi cầu xe có hai đầu trục lắp với bánh xe Các đầu trục nối với nguồn động lực được gọi là đầu trục chủ động hay cầu chủ động Như vậy tối thiểu trên ô tô phải có một cầu chủ động

Thân xe là nơi xếp hàng hoá hay tạo nên các chỗ đặt ghế ngồi thực hiện chức năng chuyên chở Sự chuyên chở được gọi bằng thuật ngữ „vận tải“, nói lên công dụng của ô

tô Cấu tạo của thân xe rất đa dạng và phục vụ mục đích vận tải yêu cầu Năng lượng dùng để di chuyển hàng hoá và bản thân ô tô được thực hiện trên cơ sở năng lượng do nguồn động lực sinh ra, với động cơ đốt trong là năng lượng nhiệt khi đốt cháy nhiên liệu (xăng hay diesel) chuyển thành cơ năng (tạo nên momen quay), với động cơ điện, năng lượng điện cũng biến đổi thành cơ năng, … Như vậy nguồn năng lượng hữu ích dùng để chuyên chở chỉ là một phần của toàn bộ năng lượng do động cơ sinh ra

Khả năng di chuyển linh hoạt của ô tô trên nền đường được thực hiện bằng việc thay đổi tốc độ chuyển động và hướng chuyển động

Việc thay đổi tốc độ chuyển động của ô tô có thể nhờ:

 thay đổi mức độ chuyển hoá nhiệt năng, tức là thay đổi tốc độ quay và momen quay bên trong động cơ thông qua cơ cấu điều khiển (bàn đạp chân ga),

 hoặc là dùng cơ cấu tiêu hao động năng trên các bánh xe (cơ cấu phanh) hay hệ thống truyền lực để điều chỉnh tốc độ chuyển động của ô tô qua cơ cấu điều khiển (bàn đạp phanh, tay phanh ….)

Việc thay đổi hướng chuyển động của ô tô nhờ hệ thống lái (qua vành lái)

Sự hoạt động của ô tô trên đường rất đa dạng, do vậy cấu tạo của ô tô còn đáp ứng khả năng điều khiển như: phanh ô tô đến tốc độ nào đó hay chuyển hướng linh hoạt ô tô khi cần thiết Kết cấu như vậy được tổ hợp trong các chức năng của hệ thống phanh và

hệ thống lái, gọi chung là hệ thống điều khiển

CHƯƠNG 1: Cấu tạo chung của ô tô

13

Do tính chất phức tạp của nền đường chuyển động, trên ô tô còn bố trí hệ thống liên kết giữa bánh xe và thân xe, hệ thống này được gọi là hệ thống treo Trong hệ thống treo bánh xe được liên kết mềm với thân xe và lốp cao su có chứa khí nén, giúp cho thân xe không bị va đập mạnh bởi các mấp mô của mặt đường đảm bảo thân xe chuyển động “êm dịu” bảo vệ tốt hàng hoá và người, hạn chế tải trọng phá hỏng nền

Ô tô là phương tiện cơ động thường xuyên hoạt động trong cộng đồng, do vậy cấu tạo của ô tô còn có các thiết bị báo như: tín hiệu đèn (ánh sáng) hay tín hiệu âm thanh (còi) … được gọi chung là hệ thống tín hiệu Cùng với hệ thống tín hiệu, hệ thống chiếu sáng giúp cho ô tô có khả năng hoạt động trong mọi điều kiện cần thiết Để đảm bảo cho các hệ thống có thể làm việc ngay cả khi động cơ làm việc hay không làm việc trên ô tô còn có hệ thống điện Ngày nay nhu cầu sử dụng của ô tô ngày càng nâng cao, một hay nhiều hệ thống có thể ở dạng điều khiển tự động hiện đại Các hệ thống tự động điều khiển thường gặp như: chuyển số tự động, phanh chống trượt lết, chống trượt quay, thay đổi độ cứng của hệ thống treo …, phần lớn đều dùng các liên hợp cơ khí, khí nén hay thuỷ lực với hệ thống điện tử tạo nên các chức năng tối ưu cho hoạt động của ô tô Tổng quát có thể mô tả cấu tạo của ô tô bao gồm các phần chính (hình 1.1): động

cơ (1), hệ thống truyền lực (2), thân xe (3), hệ thống điều khiển (phanh, lái) (4), hệ thống treo (5), hệ thống điện, điện tử (7), bánh xe (6)

Mức độ phức tạp của các cấu trúc tuỳ thuộc vào khả năng hoàn thiện nhằm thoả mãn tối đa mục đích sử dụng của con người Để xem xét và đánh giá cấu trúc cần thiết phải dựa trên các mục đích sử dụng của ô tô

Ô tô là một phương tiện vận tải đường bộ được hình thành trên cơ sở tính năng kỹ thuật vận tải yêu cầu Tính năng kỹ thuật vận tải tuỳ thuộc vào công dụng, được phân chia thành nhóm và xem xét theo phân loại: ô tô con, ô tô chở người, ô tô tải …

1.2 PHÂN LOẠI Ô TÔ THEO CÔNG DỤNG (ISO 6549)

Ký hiệu phân loại chung các phương tiện giao thông đường bộ được tiến hành theo công dụng: loại L: cho xe có bố trí động cơ 2, 3 bánh, M: cho ô tô 4 bánh dùng vận chuyển người, N: cho ô tô (4 bánh hay nhiều hơn) dùng vận chuyển hàng hoá, T: cho máy kéo, O cho phần nối của xe kéo, R cho tất cả các phương tiện còn lại

14

Phân loại ô tô bao gồm: ô tô con dùng cho vận chuyển người (cá nhân hay nhóm nhỏ) bảng 1.1, ô tô chở người - bảng 1.2, ô tô tải - bảng 1.3, rơ moóc - bảng 1.4 và đoàn xe - bảng 1.5

Bảng 1.1: Bảng phân loại cho ô tô con

1 Sedan, Saloon Vỏ cứng, 24 cửa, 45

5 Convertible, Roadster, Cabriolet Ô tô mui trần, mui dạng xếp, rời, 2 ghế, 2 cửa

6 Station wagon Kombi Vỏ cứng khoang sau rộng 4 cửa bên, 1 cửa sau

7 Truck Station wagon Kombi chở người Vỏ cứng, 24 cửa bên,1

cửa sau, không gian rộng

8 Special passenger car, Pick-up Bán tải, khoang chuyên dùng, 24 cửa bên

9 Multi-purpose car Ô tô đa dụng Chở người, chở hàng,đi được ở nhiều địa hình

Bảng 1.2: Bảng phân loại cho ô tô chở người

1 Minibus Ô tô chở người loại nhỏ, 9 17 chỗ ngồi

2 City bus Ô tô chở người thành phố

3 Bus, Autocar Ô tô chở người liên tỉnh 2 cửa bên

4 Line Bus, Autocar Ô tô chở người đường dài 2 cửa bên nhỏ

5 Articulated bus Two section Ô tô chở người thành phố hai thân dính liền

6 Trolley bus Ô tô điện chở người trong thành phố

7 Special bus Ô tô chở người chuyên dụng có đầy đủ tiện nghi

CHƯƠNG 1: Cấu tạo chung của ô tô

15

Bảng 1.3: Bảng phân loại cho ô tô tải

1 General purpose goods vehicle ô tô đa dụng, có buồng lái và khoang chứa hàng

2 Special commercial vehicle Chuyên dụng, có buồng lái, khoang chứa chuyên dụng

3 Trailer towing vehicle ô tô dùng để kéo rơ moóc, có buồng lái và thùng ngắn

4 Semi - Trailer towing vehicle Đầu kéo, ô tô kéo bán moóc, có buồng lái, mâm xoay

Bảng 1.4: Bảng phân loại cho bán rơ moóc, rơ moóc

1 Rigid drawbar trailer Bán rơmooc 1 trục và đầu nối, thùng chở hàng

2 Center axle trailer Bán rơmooc nhiều trục, đầu nối, thùng chở hàng

3 Caravan Bán rơmoóc chở người: đầu nối, thùng chở người

4 Goods trailer Rơmooc hai trục: cầu dẫn hướng, thùng chở hàng

5 Special trailer Rơmooc chuyên dụng: cầu dẫn hướng, thùng chuyên dụng

6 Bus trailer Rơmooc chở người: cầu dẫn hướng, thùng chở người

Bảng 1.5: Bảng phân loại cho đoàn xe

1 Passeger car combination Đoàn xe: ô tô kéo và bán moóc một trục

2 Passeger road train Đoàn xe rời: xe kéo và rơ moóc chở người

3 Road train Đoàn xe tải: xe kéo và rơ moóc chở hàng

4 Articulated vehicle Đoàn xe bán moóc vận tải nhiều trục

5 Double road train Đoàn xe kéo nhiều thân nối tiếp

6 Platform road train Đoàn xe kéo bán moóc thân dài

16

1.3 CẤU TẠO CHUNG CỦA Ô TÔ CON

Ô tô con được dùng để chuyên chở người (tối đa 9 thành viên kể cả người lái), hành lý hay đồ đạc gọn nhẹ của các thành viên

Cấu tạo ô tô con gồm 3 khoang: động cơ, chở người, hành lý (hình 1.2) Hình dạng

vỏ của ô tô con được tổ hợp bởi 3 khoang trên

1.3.1 CÁC DẠNG VỎ

Tuỳ thuộc vào khả năng sử dụng ô tô con có

thể phân chia ra các dạng hình dáng vỏ khác nhau

Các dạng cơ bản bố trí khung vỏ trình bày trên

hình 1.3

Vỏ là một bộ phận có thể chế tạo liền với

khung hay chế tạo riêng, do vậy trên ô tô con

thường dùng thuật ngữ, khung vỏ“

a) Sedan (Salon, Limousinne): Khung vỏ có cấu trúc liền kín tạo nên bởi các thép tấm định hình, tấm nóc hàn liền hoặc có cửa mở, đuôi xe hạ bậc Khoang hành khách có hai dãy ghế, dãy ghế sau có 3 chỗ ngồi Giữa khoang hành khách và khoang hành lý là vách ngăn kín Loại sedan gồm cả loại hatchback, liftback (có phần sau phẳng), limousine (chiều dài tối thiểu 5,4m)

b) Coupe: Khung vỏ cấu trúc liền kín, khoang người ngồi bố trí nhỏ, tổng số chỗ ngồi 2 hay 3, có thể có hàng ghế phụ phía sau Khoang hành lý sau xe có vách ngăn riêng biệt, thể tích nhỏ, chiều cao trọng tâm thấp, xe có thể bố trí động cơ công suất cao

c) Cabriolet: Khung vỏ liền hở nóc, không có khung kính cửa bên, số chỗ ngồi: 4 hay nhiều hơn Xe còn được gọi là ô tô mui trần, dùng với mục đích du lịch Không gian khoang chứa hàng hạn chế

d) Roadster: Khung vỏ liền hở nóc hai chỗ ngồi, không gian dành cho người ngồi

và chứa hàng hạn chế nóc sử dụng mui gấp Số chỗ ngồi: 2 hay 3 Hình dáng xe có

1

Hình 1.2: Cấu tạo của ô tô con

1- Khoang động cơ, 2- Khoang chở người, 3- Khoang hành lý

CHƯƠNG 1: Cấu tạo chung của ô tô

17

dạng khí động Chiều cao trọng tâm thấp, xe bố trí động cơ có công suất cao, khả năng gia tốc lớn, cấu trúc vỏ theo dạng xe thể thao trần kín

e) Combi: ô tô combi có hai loại: ô tô combi nhỏ và ô tô combi lớn

Ô tô combi nhỏ: Khung vỏ có cấu trúc liền kín, không gian bên trong được mở rộng tối đa, có hai dãy ghế ngồi, số lượng ghế là 4 hay lớn hơn, khoang chở hàng phía sau có thể tích tới 1m3, số cửa bên: 2 hay 4, cửa sau rộng Xe được sử dụng với mục đích vừa chở người vừa có khả năng chở hàng

Loại combi lớn (trước đây thuộc loại microbus) có cấu trúc khung chịu tải, vỏ bao kín Xe có 2 hay 3 dãy ghế, số lượng chỗ ngồi từ 5 đến 8 chỗ Mục đích sử dụng là chở người (với số lượng tối đa 8 ghế ngồi) vừa có khả năng chở hàng

f) Ô tô con đa dụng (Sport Utility Vehicle – SUV): ô tô con đa dụng thường dùng hai cầu chủ động thuộc loại 4WD hay AWD, kết cấu khung chịu tải, phần vỏ bao kín tạo nên khoang chở người Trong xe bố trí 2 hay 3 dãy ghế Số lượng chỗ ngồi từ 5 đến

7 Khoảng sáng gầm xe cao phù hợp với tính chất cơ động

g) Ô tô con chuyên dụng: Để phục vụ vận tải nhỏ nhiều chức năng hay chuyên dụng, trên cơ sở các loại xe combi hay combi lớn hình thành xe bán tải (pick-up)

Pick-up có khoang động cơ, khoang buồng lái và hành khách, khoang vận tải Xe

có thể có 2 hay 4 chỗ ngồi, tương ứng với 1 hay 2 dãy ghế, 2 hay 4 của bên Khối lượng hàng hóa chở có thể lên tới 500 kg Trong phân loại theo kết cấu xe pick-up thuộc loại

ô tô tải, nếu có thêm kết cấu chuyên dụng thì được xếp loại vào ô tô con chuyên dụng 1.3.2 CÁC DẠNG BỐ TRÍ CHUNG Ô TÔ CON

Cấu tạo của ô tô con phụ thuộc nhiều vào việc: bố trí động cơ và hệ thống truyền lực (HTTL) và bố trí không gian vận tải (không gian ứng dụng)

HTTL có thể tập hợp nhiều cụm chức năng khác nhau Số lượng cụm tùy thuộc vào tính năng kỹ thuật của ô tô Thông thường bao gồm các dạng:

 ly hợp, hộp số, cầu chủ động, trục truyền, bánh xe,

 ly hợp, hộp số, hộp phân phối, cầu chủ động, trục truyền, khớp nối, bánh xe,

 hộp số cơ khí - thủy lực (hộp số thủy cơ), hộp phân phối, cầu chủ động, trục truyền, khớp nối, bánh xe.v.v

Các sơ đồ thường gặp trên ô tô: động cơ nằm trước với cầu sau chủ động, động cơ nằm trước với cầu trước chủ động, động cơ nằm sau với cầu sau chủ động

Trong ô tô con, do bị giới hạn của không gian trong xe, việc sắp xếp các cụm và các bộ phận còn chịu ảnh hưởng của việc bố trí các khoang

a) Với ô tô 1 cầu chủ động

Ô tô 1 cầu chủ động có thể bố

trí động cơ đặt trước và động cơ

đặt sau, và xếp đặt như trên hình

1.4 Sự xếp đặt như vậy ảnh hưởng

đến bố trí HTTL, phân chia tải

trọng hợp lý và khoảng không gian

18

Với động cơ đặt trước cho phép không gian ứng dụng lớn, dễ dàng bố trí khoang hành lý có thể tích đủ lớn, mở rộng không gian của người ngồi Khó khăn lớn nhất đối với kết cấu này là không gian bố trí HTTL và các cụm phanh, lái hết sức chật hẹp Ngày nay có nhiều giải pháp kết cấu khắc phục được nhược điểm trên, do vậy đa

số ô tô con ngày nay sử dụng kết cấu này

Với động cơ đặt sau (trước hay sau cầu sau) phù hợp cho các ô tô có 2 chỗ ngồi, khoang hành lý được bố trí ở đầu xe hay phần trên của cụm động cơ Kết cấu thích hợp với các loại xe Roadster, hay xe đua (Sport) Các loại xe này không yêu cầu khoang người ngồi và khoang hành lý rộng

b) Với ô tô 2 cầu chủ động

Trên xe hai cầu chủ động (hình 1.5), động cơ đặt trước cho phép có không gian ứng dụng cao, thường gặp với các loại xe ô tô đa dụng dùng với số lượng ghế ngồi từ 5 đến 7 và khi cần có thể tạo nên khoang hành lý rộng phục vụ cả một nhóm đi công tác trên đường dài, chất lượng mặt đường khác nhau

Động cơ đặt sau tạo nên không gian ứng dụng nhỏ chỉ thích hợp với các loại xe đua (Sport) trên các loại địa hình phức tạp

c) Đối với ô tô Combi lớn

Xe có khoảng không gian bên trong lớn với các phương pháp bố trí:

 Số chỗ ngồi: 5, có khoang hành lý rộng, khoảng cách hai hàng ghế lớn (khu vực chân người ngồi rộng), khoang hành lý (sau hai hàng ghế) được mở rộng tối đa

 Số chỗ ngồi: 8, có khoang hành lý nhỏ, nhờ việc thu hẹp khoảng cách hai hàng ghế sau, dành không gian nhỏ cho khoang hành lý

1.4 CẤU TẠO CHUNG Ô TÔ TẢI

Ô tô tải là phương tiện cơ động

với mục đích chính là vận tải hàng

hóa Cấu trúc của ô tô tải cần có

không gian chứa hàng lớn

 ô tô tải đa dụng, tự đổ,

 ô tô tải chuyên dụng,

 ô tô kéo (đầu kéo)

Hình 1.5: Ô tô con 2 cầu chủ động

Hình 1.6: Các dạng cơ bản của ô tô tải

a) Ô tô tải nhỏ thùng kín

c) Ô tô tải đa dụng

e) Ô tô tải thùng kín

b) Ô tô tải nhỏ đa dụng

d) ô tô tải chuyên dụng

f) Ô tô kéo (đầu kéo)

CHƯƠNG 1: Cấu tạo chung của ô tô

Ô tô tải chuyên dụng là ô tô tải có thùng để chở hàng hoá chuyên dụng; đất đá, than, chất lỏng, chất khí, đông lạnh có thể là thùng tự đổ hàng …

1.4.2 CẤU TẠO CHUNG Ô TÔ TẢI

Cấu tạo của ô tô tải được phân tích và đánh giá thông qua việc bố trí động cơ, buồng lái, thùng chứa hàng và HTTL

Không gian vận tải của ô tô tải là không gian của thùng chứa hàng Để tăng khả năng chuyên chở hàng hoá, việc mở rộng tối đa không gian hữu ích là rất cần thiết Tuy nhiên không gian này bị giới hạn do các quy định về kích thước tối đa của phương tiện vận tải bằng ô tô, do vậy không gian dành cho buồng lái, động cơ và HTTL được thu gọn tới mức tối ưu

a) Kích thước lớn nhất cho phép

Kích thước lớn nhất cho phép lưu

hành trên đường bộ của các loại ô tô

(theo tiêu chuẩn ECE) trình bày trên

hình 1.7

Với các loại ô tô có kích thước bao

ngoài nhỏ hơn, việc kéo dài chiều dài

thùng hàng sẽ ảnh hưởng đến việc phân

bố tải trọng đặt trên các cầu xe

b) Bố trí động cơ

Bố trí động cơ ô tô tải có 2 dạng chính:

 Động cơ nằm trước (hình 1.8a,b),

 Động cơ nằm giữa (hình 1.8c), kết cấu này chỉ thích hợp cho một số ít ô tô tải chuyên dụng và ô tô tải có khả năng cơ động cao Trên các loại ô tô thông dụng ít dùng

HTTL của ô tô tải đa dụng nằm dưới gầm xe, cấu trúc thường gặp là một cầu chủ động Những ô tô tải đòi hỏi có khả năng vận tải trên đường xấu có thể có hai hay nhiều cầu chủ động Sự liên kết truyền mômen xoắn từ động cơ tới cầu chủ động của xe tải cần thiết phải có bộ đổi hướng truyền chuyển động quay (nhờ bộ truyền bánh răng côn trong cầu xe – truyền lực chính) Việc đặt động cơ phía trước nằm dọc, cho phép khả năng truyền mômen quay gọn, nhưng cần có trục nối dài tới cầu chủ động đặt phía sau

Hình 1.7: Các kích thước giới hạn

Hình 1.8: Các dạng bố trí động cơ trên ô tô tải

c) Ô tô tải động cơ đặt giữa a) Ô tô tải động cơ đặt trước b) Ô tô tải động cơ đặt trước

20

Các cụm của HTTL và động cơ, buồng lái, thùng hàng được liên kết trên khung ô

tô Do đó, khung là bộ phận chịu tải của ô tô và thường được chế tạo riêng, trên khung

bố trí các chỗ liên kết với các cụm hay các hệ thống của ô tô

c) Chiều dài sử dụng hữu ích, bố trí buồng lái, động cơ

Ngày nay ô tô tải sử dụng 3 kiểu bố trí buồng lái, động cơ, thùng chứa hàng, thể hiện trên hình 1.9:

 động cơ đặt trước, buồng lái có đầu dài, thùng hàng (a)

 động cơ đặt trước, buồng lái rộng, thùng hàng (b),

 động cơ đặt trước, buồng lái rụt, thùng hàng (c)

Để đánh giá khả năng tận dụng chiều dài của

không gian vận tải thường dùng hệ số sử dụng chiều

dài hữu ích L

Hệ số L được định nghĩa: L =

Lhi – chiều dài thùng hàng dùng để vận tải,

Ltb – chiều dài toàn bộ ô tô

Giá trị L càng lớn cho phép sử dụng hiệu quả

chiều dài của xe càng cao (kiểu c)

Ô tô tải có bố trí chung theo kiểu a dùng cho ô tô

đầu kéo, ô tô tải có khả năng cơ động cao (xe quân sự

hay xe phục vụ lâm nghiệp) Ô tô tải bố trí theo kiểu b

thuận lợi với các xe thân dài, với không gian buồng

lái rộng Ô tô tải đa dụng ngày nay thường có cấu trúc

theo kiểu c

1.4.3 CẤU TRÚC HTTL TRÊN Ô TÔ VẬN TẢI

Tổng số cầu xe trên ô tô phụ thuộc vào khối lượng toàn bộ yêu cầu và điều kiện đường chuyên chở Càng tăng tải trọng toàn bộ của ô tô số lượng cầu xe càng nhiều, bởi vậy các sơ đồ HTTL liên quan chặt chẽ tới việc bố trí các cầu chủ động

Các sơ đồ HTTL được phân chia theo công dụng và sự phức tạp của kết cấu gồm: nhóm ô tô vận tải đa dụng, nhóm ô tô có tính cơ động cao

a) Nhóm ô tô vận tải đa dụng

Nhóm ô tô vận tải đa dụng có cấu trúc HTTL biểu diễn trên hình 1.10

Loại 4x2: động cơ đặt dưới

buồng lái, cầu sau chủ động, HTTL

nằm dưới gầm xe (Ký hiệu 4x2: có 4

đầu trục bánh xe, trong đó có 2 đầu

của ô tô tải

CHƯƠNG 1: Cấu tạo chung của ô tô

21

Các loại xe tải đa dụng thường có số lượng đầu trục bánh xe chủ động ít hơn tổng

số đầu trục, phù hợp với điều kiện vận tải đa tính năng trên đường hoàn thiện

b) Nhóm ô tô có tính cơ động cao

Các loại ô tô cơ động cao dùng trong quân sự, lâm nghiệp và vận tải chuyên dụng trong điều kiện địa hình đa dạng, HTTL cần tất cả các cầu chủ động với hộp phân phối

1.5 KHÁI NIỆM VỀ ĐOÀN XE

Đoàn xe bao gồm: đoàn xe kéo bán rơmooc (sơmi rơmooc), đoàn xe kéo rơmooc a) Bán rơmooc và đoàn xe kéo bán rơmooc:

Cấu trúc bán rơmooc là thân xe và thùng hàng không có nguồn động lực riêng, không có cầu chủ động, được sử dụng với mục đích chuyên chở hàng hóa Bán rơmooc

có thể có thùng hàng đầy đủ, hay chỉ có sàn cố định liên kết với khung để chở hàng hóa chuyên dụng (bán rơmooc chở contener) Bán rơmooc không thể tự di chuyển được ở trạng thái độc lập Đoàn xe kéo bán rơmooc dùng để phục vụ vận tải đường bộ, với mục đích chuyên chở hàng hóa, được tập hợp bởi ô tô kéo (đầu kéo) và bán rơmooc Nối liền giữa hai khâu đầu kéo và bán rơmooc là thiết bị chuyên dụng: mâm xoay

b) Rơmooc và đoàn xe kéo rơmooc

Cấu trúc rơmooc là thân xe và thùng hàng có tối thiểu hai cầu, không có nguồn động lực riêng, nối sau ô tô nhờ móc kéo Đoàn xe kéo rơmooc dùng để vận tải đường

bộ, chuyên chở hàng hóa, được tập hợp bởi hai khâu ô tô vận tải (ô tô kéo) và rơmooc Nối liền hai khâu là đòn nối

1.6 CẤU TẠO CHUNG Ô TÔ CHỞ NGƯỜI

Ô tô chở người là phương tiện vận tải có động cơ, được xác định với mục đích chuyên chở người và hành lý, có lượng ghế ngồi nhiều hơn 9 chỗ (kể cả người lái) 1.6.1 PHÂN LOẠI Ô TÔ CHỞ NGƯỜI

Phân loại ô tô chở người (ô tô buýt) tiến hành theo: mục đích sử dụng, tổng số chỗ ngồi, chiều dài Phân loại theo mục đích sử dụng được trình bày trên hình 1.11:

a – ô tô buýt nhỏ 922 chỗ, trong đó chia ra: rất nhỏ - 916 chỗ, nhỏ - 1722 chỗ,

b – ô tô buýt thành phố,

c – ô tô buýt liên tỉnh,

d – ô tô buýt đường dài,

e, g – ô tô buýt hai tầng, ô tô buýt hai thân

Hình 1.11: Phân loại theo công dụng ô tô chở người

c)

f)

22

Cả 3 loại b, c, d được xếp vào loại ô tô buýt tiêu chuẩn (standard) và chia ra theo số lượng chỗ ngồi: loại nhỏ: 2337, loại vừa: 3844, loại lớn: 45108

1.6.2 CẤU TẠO CHUNG Ô TÔ BUÝT TIÊU CHUẨN

A Ô tô buýt thành phố và ô tô buýt liên tỉnh, ô tô đường dài

a) Ô tô buýt thành phố: Ô tô buýt thành phố được cấu trúc phục vụ vận chuyển hành khách và hành lý trong thành phố và khu vực ven nội Khoảng cách của các trạm

đỗ xe không xa (hành khách có thể chỉ đi từng đoạn ngắn), vì vậy không bố trí nhiều chỗ ngồi, chủ yếu dành không gian cho người đứng Ô tô buýt thành phố có tối thiểu hai cửa lên xuống rộng (ngoài cửa cho người lái) dành cho hành khách lên xuống, không gian bên trong rộng (hình 1.12.a)

b) Ô tô buýt liên tỉnh và đường dài: Ô tô buýt liên tỉnh và đường dài sử dụng với mục đích vận chuyển hành khách liên tỉnh Ô tô dạng này bố trí chủ yếu ghế ngồi, không gian bên trong rộng, có một hay hai cửa hẹp cho hành khách Các kích thước bên trong cho ô tô buýt được tiêu chuẩn hoá Cấu tạo chung thể hiện trên hình 1.12.b

cả xe hai tầng chở hành khách trong thành phố

C Cấu tạo khung vỏ

Kết cấu khung sàn ô tô buýt

được đánh giá theo: độ bền, trọng

lượng, độ cứng vững khi chịu

tải, Khung vỏ ô tô buýt là bộ

phận chịu tải, bao kín và chứa

toàn bộ hành khách và hành lý

trên xe

Cấu trúc điển hình khung

dàn của ô tô buýt tiêu chuẩn

được trình bày trên hình 1.14

Khung vỏ quyết định rất nhiều

đến khả năng chịu tải, bố trí các

hệ thống và tính tiện nghi của ô

tô chở người

Hình 1.13: Bố trí HTTL nằm dọc sau cầu sau

Hình 1.14: Cấu trúc khung dàn của

ô tô buýt tiêu chuẩn

Hình 1.12: Các loại ô tô buýt

a)

b)

CHƯƠNG 1: Cấu tạo chung của ô tô

23

1.6.3 CẤU TẠO Ô TÔ BUÝT HAI THÂN, HAI TẦNG

Ô tô buýt hai thân và ô tô buýt hai tầng là giải pháp tốt cho các thành phố mật độ dân cư lớn

Các ưu điểm trong kinh tế vận tải:

 giảm mật độ xe hoạt động ở vùng dân cư đông, lượng người chuyên chở lớn hơn

ô tô buýt tiêu chuẩn

 giảm giá thành chi phí nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường do khí thải

A Ô tô buýt hai thân

Ô tô buýt hai thân (hình 1.15) dùng

chủ yếu cho thành phố (nối liền giữa các

trung tâm dân cư vệ tinh), nhằm mục

đích chuyên chở một số lớn hành khách

B Ô tô buýt hai tầng

Loại xe này có cấu trúc 4x2 hay 6x4, khối lượng

toàn bộ lớn nhất lên tới 26 tấn, sử dụng với động cơ

công suất lớn hơn 300 kW, bố trí phía sau dưới sàn

Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng có thể bố trí ghế

ngồi theo các sơ đồ khác nhau Tầng dưới bố trí không

gian rộng có thể để hành lý hay người đứng, tầng trên

chủ yếu bố trí ghế ngồi

Việc sử dụng xe hai tầng đòi hỏi tiêu chuẩn pháp lý đường bộ cho phép với chiều cao tối thiểu 5,5 m Mẫu xe hai tầng của hãng Scania Kassbohrer trên hình 1.16

1.6.4 BỐ TRÍ CHUNG Ô TÔ VẬN TẢI NHỎ

Chức năng của ô tô vận tải loại nhỏ là để chuyên

chở người hay các loại hàng hóa khác nhau với

khoảng cách vận chuyển ngắn Xét về mặt kết cấu,

chức năng vận tải hành khách của loại xe này nằm

trong tính đa dạng vận tải của ô tô nhỏ Để phục vụ

mục đích vận tải, yêu cầu thùng xe có khả năng “mở”

(phục vụ nhiều công dụng)

Về kết cấu có 3 dạng cơ bản (hình 1.17):

 Dạng a: thùng kín, có không gian sàn thùng

rộng, nhiều công dụng chuyên chở, chẳng hạn

như ô tô cứu thương, minibus, …, nóc xe cao

Hình 1.15: Ô tô buýt hai thân

Hình1.17: Phân loại ô tô vận tải nhỏ

Bố trí ghế ngồi trên xe được trình

bày trên hình 1.18 cho xe có 12 ghế

và 15 ghế Trên xe dành một lối đi

nhỏ Các loại ô tô có số chỗ ngồi lớn

hơn (midibus) bố trí:

– giống ô tô buýt tiêu chuẩn,

– 1 dãy ghế một bên, còn lại là hai ghế,

 Dùng để chở hàng

Một số dạng bố trí không gian vận tải dùng để chở

hàng trình bày trên hình 1.19

Dạng a bố trí 2 cửa bên nhỏ cho khu vực buồng lái,

một của bên lớn mở đẩy dọc xe và một cửa sau lớn dạng

hai cánh hay một cánh phục vu xếp dỡ hàng hóa

Dạng b, c bố trí khoang vận tải với các không gian

sử dụng khác nhau Một cửa sau lớn, không có cửa bên,

dùng cho việc xếp dỡ và vận tải khối hộp lớn

Câu hỏi:

1 Trình bày các cụm và hệ thống cơ bản trên ô tô nói chung?

2 Mục đích của phân loại ô tô theo tiêu chuẩn quốc tế? Cho biết các dạng phân loại chính?

3 Trình bày và phân tích cấu tạo tổng quát của một ô tô con, một ô tô tải, một ô tô buýt bằng cách sử dụng các tư liệu có trong tài liệu?

4 Phân biệt các danh từ; cầu chủ động, bị động và tự lập một sơ đồ HTTL cho ô tô con, ô tô tải và ô tô buýt? giải thích?

5 Phân tích các dạng cấu trúc ô tô tải và khả năng tận dụng chiều dài vận tải của ô tô?

6 Hãy xác định hệ số sử dụng chiều dài hữu ích, nếu cho biết ô tô tải có chiều dài hợp chuẩn, chiều dài buồng lái tối thiểu?

Tài liệu tham khảo:

[1] Prof Dr Ing Hermann Appel, Dipl Ing Thomas meiner

Grundlagen Der Kraftfahrzeugtechnik I Technische Universitat Berlin 1995 [2] Bosch Automotive Handbook Stuttgart Germany 1996 [3] Prof Ing Frantisek Vlk, Drsc

Podvozky Motorovych Vozidel Nakladatelstvi VLK BRNO 2003 [4] Wililiam H Crouse and Donald L Anglin Automitive Mechanics Glencoe 10th Edition 1994

Hình 1.18: Bố trí không gian trong xe chở người

Hình1.19: Bố trí cửa và không gian trong xe

a)

b)

c)

Động cơ nhiệt nói chung là loại động cơ biến đổi nhiệt năng thành cơ năng như:

động cơ đốt trong, động cơ đốt ngoài, động cơ hơi nước, tuốc bin khí, …

+ Động cơ đốt trong được dùng rất phổ biến trên ô tô, quá trình trình đốt cháy nhiên liệu và sinh công được tổ chức thực hiện bên trong buồng công tác kín Môi chất công tác sau khi sinh công không dùng lại, nên chu trình làm việc của loại động cơ này

là chu trình hở Động cơ đốt trong được phân biệt theo nhiên liệu sử dụng thành động

cơ xăng, động cơ diesel, động cơ chạy bằng gas, động cơ chạy bằng cồn, động cơ chạy bằng dầu thực vật, …

+ Ở động cơ đốt ngoài, hỗn hợp nhiên liệu được hình thành và đốt cháy bên ngoài, môi chất công tác không thay đổi về chất và có thể quay trở về pha ban đầu nên chu trình làm việc của nó có thể là chu trình kín

Động cơ tuốc bin khí sử dụng máy nén để nén khí nạp trước khi đưa vào buồng cháy Tại đây nhiên liệu được cấp vào và quá trình cháy xảy ra, làm cho khí cháy có nhiệt độ và áp suất cao Khí cháy với nhiệt độ và áp suất cao đó chạy qua tuốc bin làm quay tuốc bin và phát ra công suất Động cơ tuốc bin khí có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau, phát thải ít chất độc hại, có đặc tính mô men tốt Tuy nhiên nhược điểm là giá thành cao, tiêu tốn nhiều nhiên liệu, làm việc ồn và không phù hợp với các ứng dụng cần công suất thấp Loại này được sử dụng chủ yếu cho máy bay

+ Động cơ phản lực thực hiện đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốt hở và sử dụng phản lực của dòng khí cháy để sinh công (thường được sử dụng cho máy bay)

+ Động cơ hơi nước sử dụng hơi nước có áp suất từ nồi hơi để sinh công Loại động cơ này có hiệu suất rất thấp, hiện nay rất ít được sử dụng

Động cơ điện là động cơ sử dụng điện năng để tạo ra cơ năng, bao gồm hai loại:

động cơ điện xoay chiều và động cơ điện một chiều Động cơ điện xoay chiều với nguồn điện là điện lưới dân dụng, sử dụng trên một số xe chuyên dụng Động cơ điện một chiều sử dụng nguồn điện di động, nhưng cồng kềnh và trọng lượng lớn

Hiện nay đang có xu hướng kết hợp động cơ đốt trong với động cơ điện trên một ô

tô, gọi là động cơ hybrid (động cơ lai) để tiết kiệm nhiên liệu và hạn chế ô nhiễm môi

trường

2.1 CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ DÙNG TRÊN Ô TÔ

2.1.1 CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Động cơ đốt trong được phân chia thành: động cơ pit tông tịnh tiến (gọi là động cơ pit tông) và động cơ pit tông quay (động cơ Van-ken hay động cơ rô-to).

− Động cơ pit tông có công suất riêng (tỷ số giữa công suất với trọng lượng) lớn

và tuổi thọ cao nên được sử dụng phổ biến hiện nay trên ô tô, tuy nhiên có nhược điểm

là lực quán tính tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lớn

− Động cơ rô-to có lực quán tính nhỏ, có thể hoạt động với tốc độ cao, nhưng tuổi thọ và công suất riêng thấp hơn động cơ pit tông

Trên ô tô thường bố trí các

dạng động cơ đốt trong: một dãy xi

lanh thẳng hàng (a), hai dãy xi lanh

chữ V (b), và loại động cơ pit tông

hai dãy xi lanh nằm ngang (c) trình

bày trên hình 2.1 Các loại động cơ

này được phân biệt theo sự tổ chức

quá trình làm việc: động cơ bốn kỳ

và hai kỳ

Hình 2.1: Sơ đồ các loại động

cơ pit tông dùng trên ô tô

a Động cơ một dãy xi lanh thẳng hàng

b Động cơ hai dãy xi lanh chữ V

c Động cơ hai dãy nằm ngang

Động cơ bốn kỳ có chu trình

làm việc diễn ra trong 4 hành trình

dịch chuyển của pít-tông

Động cơ hai kỳ với chu trình

làm việc chỉ diễn ra trong 2 hành

trình dịch chuyển của pit tông nên

có công suất lớn hơn Tuy nhiên, so

với động cơ bốn kỳ, động cơ hai kỳ

có hiệu suất thấp hơn, nên ít được

sử dụng trên ô tô

Động cơ đốt trong được nhận

dạng theo nhiên liệu sử dụng: xăng,

diezel, khí gas, …

Động cơ xăng sử dụng rộng rãi trên ô tô con, hiện nay có xu thế chuyển sang dùng

động cơ điêzen và động cơ gas thay thế cho động cơ xăng

Động cơ diezel được sử dụng rộng rãi trên ô tô tải, ô tô chở người (buýt), xe chuyên

dụng

Động cơ sử dụng khí gas bao gồm nhiều loại với gas tự nhiên, sinh học, …., là loại

động cơ có khả năng gây ô nhiễm môi trường thấp Động cơ này đang dần được hoàn thiện theo hướng dễ dàng bảo quản, an toàn cháy nổ

Đặc điểm cơ bản của động cơ đốt trong hiện nay:

- So với các loại động cơ nhiệt khác, động cơ đốt trong có hiệu suất cao

- Công suất riêng lớn, nhiên liệu sử dụng có nhiệt trị cao, thích hợp với các phương tiện di động

- Việc khởi động và vận hành động cơ dễ dàng,

- Nhiên liệu là dầu mỏ hiếm dần và đắt; sản phẩm cháy của chúng gây ô nhiêm môi trường nghiêm trọng Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển các loại động cơ khắc nhằm thay thế cho động cơ đốt trong trên ô tô đang có tính thời sự và cấp thiết

2.1.2 PHÂN LOẠI THEO KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG THÔNG DỤNG Ngày nay động cơ đốt trong rất đa dạng, có thể phân loại theo đặc điểm sau:

KẾT CẤU Ô TÔ

- loại nhiên liệu sử dụng: động cơ xăng, diezel, khí gas, ,

- cách tạo hỗn hợp cháy (nhiên liệu - không khí): động cơ tạo hỗn hợp ngoài (chế hoà khí và phun xăng) và động cơ tạo hỗn hợp trong (diezel, phun xăng trực tiếp),

- số kỳ làm việc: động cơ hai kỳ và động cơ bốn kỳ,

- số lượng xi lanh: có các loại động cơ 1, 2, 4, 5, 6, 8, … xi lanh,

- bố trí xi lanh: động cơ một dãy, hai dãy chữ V, động cơ hai dãy nằm ngang,

- phương pháp làm mát: động cơ làm mát bằng chất lỏng, làm mát bằng không khí Các động cơ còn được phân biệt bởi các đặc điểu kết cấu như số trục cam, bố trí trục cam trong thân máy hay trên nắp máy, số lượng xu páp, có hay không có tăng áp, … Cho đến hiện nay, trên các loại ô tô con cỡ nhỏ thường sử dụng các loại động cơ xăng dùng chế hoà khí hoặc phun xăng Các loại ô tô con cỡ lớn, ô tô chở khách và ô tô tải thường sử dụng động cơ diezel bốn kỳ Tuy nhiên, hiện đang có xu hướng sử dụng động cơ điesel thay cho động cơ xăng trên ô tô con để hạn chế ô nhiễm môi trường Ngoài ra động cơ diezel được sử dụng rộng rãi trên các loại xe chuyên dụng

2.1.3 BỐ TRÍ ĐỘNG CƠ TRÊN Ô TÔ

Động cơ được bố trí trên ô tô tùy thuộc vào tính năng kỹ thuật của ô tô Động cơ thường được bố trí ở ba vị trí chính: ở phía trước xe, ở phía sau xe, ở giữa xe Trạng thái

bố trí tùy thuộc vào yêu cầu tổng thể của ô tô và hệ thống truyền lực: nằm dọc, nằm

ngang Tóm tắt các dạng thường gặp bố trí động cơ trên ô tô theo bảng 2.1 dưới đây:

Bảng 2.1: Tóm tắt bố trí động cơ trên ô tô

Vị trí trên ô tô Ô tô con Ô tô chở người Ô tô vận tải

Động cơ thường bố trí trong khoang riêng, cách âm, cách nhiệt với các khoang khác nhằm đảm bảo tính tiện nghi trong sử dụng

2.1.4 CẤU TẠO CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Cấu tạo chung của động cơ đốt trong bao gồm các cơ cấu và hệ thống chính sau:

− Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền pit tông có nhiệm vụ góp phần tạo nên buồng

đốt và tiếp nhận áp lực khí do quá trình cháy tạo nên trong xi lanh, biến chuyển động tịnh tiến của pit tông thành chuyển động quay của trục khuỷu và ngược lại, biến chuyển động quay của trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của pit tông để thực hiện các quá trình nạp, nén và xả

− Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình trao đổi khí của động cơ: cấp

khí nạp (hoặc hỗn hợp khí) vào trong xi lanh và đẩy khí thải ra ngoài vào những thời điểm chính xác theo chu kỳ làm việc

− Hệ thống cung cấp nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu và không khí cho

động cơ hoạt động Đối với động cơ xăng, hệ thống này có nhiệm vụ hoà trộn nhiên liệu với không khí tạo thành hỗn hợp cháy (nhiên liệu - không khí) Đối với động cơ diezel

hệ thống nạp khí và nhiên liệu vào trong buồng đốt và hoà trộn tạo thành hỗn hợp khí ngay trong xi lanh động cơ

− Hệ thống đánh lửa được sử dụng trong các động cơ xăng và động cơ khí gas, có

nhiệm vụ phát tia lửa điện vào thời điểm chính xác trong buồng đốt (tương ứng với chu trình làm việc) để đốt cháy nhiên liệu và không khí (hỗn hợp khí), phục vụ sinh công

− Hệ thống bôi trơn đảm nhận việc cấp dầu bôi trơn đến tất cả các bề mặt làm việc

của động cơ nhằm giảm ma sát, giảm mài mòn và thoát nhiệt cho các chi tiết làm việc

− Hệ thống làm mát có nhiệm vụ đảm bảo chế độ nhiệt tối ưu cho động cơ hoạt

động, cân bằng chế độ nhiệt cho các chi tiết trong quá trình làm việc

− Hệ thống khởi động dùng để khởi động động cơ

Ngoài các cơ cấu và hệ thống chính của động cơ, động cơ còn có thể có nhiều các

cơ cấu và hệ thống khác: chẳng hạn như hệ thống cung cấp điện, hệ thống điện tử điều khiển các chế độ làm việc của động cơ, … Cấu trúc của các hệ thống này sẽ được trình bày ở các mục tiếp sau

2.2 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.2.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN, THÔNG SỐ CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Để thuận tiện trong tìm hiểu đánh giá kết cấu các loại động cơ với nhau, cần thiết dựa vào một số khái niệm cơ bản và thông số chính của động cơ đốt trong

A Các khái niệm cơ bản

Trên hình 2.2 trình bày cấu tạo của động cơ một xi lanh (a) và sơ đồ mô tả các khái

niệm cơ bản trên ô tô (b) Chu trình làm việc của các động cơ đốt trong xảy ra trong một khoang kín giới hạn bởi xi lanh 11, pít tông 12 và nắp máy 10

Hình 2.2: Cấu tạo và sơ đồ

n

1 2 3

11

10 4

5 5

6

8 7

9

12 13

Trên nắp máy có bố trí các xu páp nạp và xả 5 của cơ cấu phối khí Pit tông được nối với trục khuỷu 1 thông qua thanh truyền 2 tạo thành cơ cấu trục khuỷu thanh

KẾT CẤU Ô TÔ

truyền pit tông Với cấu tạo như vậy thì khi trục khuỷu quay, pit tông di chuyển tịnh

tiến lên xuống trong xi lanh và thực hiện chu trình làm việc của động cơ bao gồm các quá trình nạp khí và nhiên liệu, nén khí (hoặc hỗn hợp khí và nhiên liệu), đốt cháy hỗn hợp và xả khí thải ra ngoài Các chu trình lặp lại liên tục tuần hoàn

Khi pit tông đi tới vị trí cao nhất thì nó bắt đầu đổi chiều chuyển động để đi xuống

Vị trí đó gọi là điểm chết trên (ĐCT) Khi pit tông xuống đến điểm thấp nhất sẽ đổi chiều chuyển động và đi lên Điểm đó được gọi là điểm chết dưới (ĐCD) Quãng đường

mà pít tông đi được từ điểm chết nọ tới điểm chết kia gọi là hành trình pit tông S Hành

trình này ứng với góc quay của trục khuỷu là 180° và đúng bằng 2 lần bán kính của trục khuỷu: S = 2R

Kỳ là khoảng thời gian hoạt động của động cơ ứng với một hành trình của pit tông

từ điểm chết nọ tới điểm chết kia Số kỳ của động cơ là số hành trình làm việc của pít tông tương ứng với một chu trình làm việc của động cơ Các động cơ có chu trình làm việc tương ứng với 2 hành trình của pít tông (hay 1 vòng quay của trục khuỷu) gọi là

động cơ hai kỳ Còn các động cơ mà chu trình làm việc được thực hiện hoàn chỉnh sau

4 hành trình pit tông (hay 2 vòng quay của trục khuỷu) gọi là động cơ bốn kỳ

Khi pít tông nằm ở ĐCT, khoảng không gian giới hạn giữa đỉnh pit tông, thành xi

lanh và nắp máy được gọi là buồng đốt, thể tích buồng đốt ký hiệu là V c Thể tích của

phần xi lanh nằm giữa ĐCT và ĐCD được gọi là thể tích làm việc của xi lanh, thể tích

này được ký hiệu là V h1 và được tính bằng cm3

Dung tích làm việc của động cơ là tổng thể tích làm việc của tất cả các xi lanh, do

các xi lanh có thể tích làm việc như nhau:

S

D i V

4

2 1

π

=Σ

Trong đó: D- đường kính xi lanh; S- hành trình pit tông; i- số xi lanh của động cơ

Thể tích toàn bộ của xi lanh V a là thể tích của phần xi lanh nằm ở phía trên pit tông khi pit tông nằm ở ĐCD Như vậy, thể tích toàn bộ của một xi lanh chính bằng tổng của dung tích làm việc xi lanh với thể tích buồng đốt

Tỷ số nén cho biết thể tích của không khí (hoặc hỗn hợp khí cháy) ở trong xi lanh

bị giảm đi bao nhiêu lần khi pit tông đi từ ĐCD tới ĐCT

B Các thông số chính của động cơ

a) Các thông số chính của động cơ ô tô:

Các thông số chính của động cơ thường gặp trong các tài liệu sử dụng hoặc sửa chữa của ô tô Các thông số này bao gồm:

1 Số lượng xylanh của động cơ i Trên ôtô thường dùng các động cơ có i = 3, 4, 6,

8 hay 12 xylanh

2 Tổng thể tích làm việc (dung tích làm việc) của tất cả các xi lanh của động cơ

Vh: thường được quy tròn thành lít và được cho trong Catalog hay ghi ngay bên

ngoài xe

3 Tỷ số nén của động cơ ε Tỷ số nén là một trong những thông số quan trọng của động cơ, nó ảnh hưởng trực tiếp đến công suất, tính kinh tế nhiên liệu và đặc tính của động cơ Đối với động cơ xăng, tỷ số nén thường trong khoảng từ 5 ÷ 14, đối với động cơ diezel - khoảng 15 ÷ 26

4 Công suất lớn nhất của động cơ (tính bằng kW hay mã lực) ở số vòng quay (ne -

vòng/phút) mà tại đó động cơ phát ra công suất lớn nhất (kW/ vòng/phút)

5 Mô men xoắn lớn nhất (Nm) và số vòng quay (vòng/phút) mà tại đó động cơ

phát ra mô men xoắn lớn nhất (Nm/ vòng/phút)

6 Lượng tiêu thụ nhiên liệu cho 100 km hành trình của ôtô (lít/100km)

Ngoài các thông số kể trên, còn thường dùng các thông số khác

trong đó: pi- áp suất chỉ thị trung bình (MPa),

Vhi- thể tích làm việc của một xi lanh (lít), n- số vòng quay của trục khuỷu trong 1 phút (vòng/phút),

τ – số kỳ của động cơ;

i- số xi lanh của động cơ

Áp suất chỉ thị trung bình pi được đo trực tiếp trên động cơ đang làm việc bằng thiết

bị chuyên dùng

Công suất chỉ thị không truyền hết được tới trục khuỷu của động cơ mà bị mất mát một phần do ma sát giữa các chi tiết làm việc, bị tiêu hao để vận hành các cơ cấu, hệ thống phục vụ cho hoạt động của động cơ (cơ cấu phối khí, bơm dầu bôi trơn, bơm nước làm mát, quạt gió làm mát két nước, ) và các tổn thất cơ khí khác, do vậy cần có thông số công suất hữu ích Ne

2 Công suất hữu ích N e

Ne là công suất trên trục khuỷu mà động cơ phát ra dùng để thực hiện công hữu ích Công suất này được đo trực tiếp trên các băng thử chuyên dùng trong phòng thí nghiệm Việc đánh giá các tổn thất cơ khí trong động cơ đốt trong thường sử dụng hiệu suất

cơ khí ηm Hiệu suất ηm là tỷ số giữa công suất hữu ích Ne và công suất chỉ thị Ni:

Hiệu suất cơ khí của động cơ đốt trong phụ thuộc vào chất lượng gia công các chi tiết của động cơ, chất lượng bôi trơn các bề mặt ma sát, số vòng quay làm việc, đảm bảo các khe hở đúng quy định, chế độ nhiệt và một số yếu tố khác Đối với động cơ thông thường, hiệu suất cơ khí ở chế độ công suất cực đại vào khoảng 0,7 ÷ 0,8

3 Mô men xoắn của động cơ M e

Mô men xoắn của động cơ Me được định nghĩa là mô men do động cơ phát ra, được

đo trên trục khuỷu Quan hệ của công suất động cơ Ne (W) và mômen xoắn Me tại số vòng quay (ne - vòng/phút) như sau:

KẾT CẤU Ô TÔ

Me =

e e

N

ω (Nm) với ωe =30n e

π (

s

rad

)

4 Suất tiêu thụ nhiên liệu g e

Suất tiêu thụ nhiên liệu ge là lượng nhiên liệu tiêu thụ cho 1 đơn vị công suất (kW) trong 1 đơn vị thời gian làm việc (h – giờ), và được tính như sau:

g

)

trong đó GT: khối lượng nhiên liệu tiêu thụ trong 1 đơn vị thời gian làm việc (g/h) Suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ thể hiện tính kinh tế nhiên liệu của động cơ Suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ diezel thường trong khoảng 210 ÷ 300 g/kW.h, còn với các loại động cơ xăng: 280 ÷ 350 g/kW.h

5 Hiệu suất nhiệt của động cơ ηe

Suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ ge phụ thuộc cơ bản vào hiệu quả sử dụng nhiệt của động cơ Hiệu quả sử dụng nhiệt của động cơ rất thấp Mức độ sử dụng nhiệt trong quá trình hoạt động của động cơ đốt trong được đánh giá bằng thông số hiệu suất nhiệt của động cơ ηe:

,3600

u e ct

e e

H g Q

L

=

=η

trong đó: Le là công sinh ra của chu trình làm việc của động cơ tại trục khuỷu Qct là nhiệt lượng sinh ra do đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu cấp cho 1 chu trình làm việc Hu là khả năng sinh nhiệt của nhiên liệu (kJ/kg)

Động cơ diezel có hiệu suất nhiệt dao động trong khoảng 0,32 ÷ 0,36, động cơ xăng

sử dụng chế hoà khí có hiệu suất thấp hơn 0,25 ÷ 0,28

Ngày nay nhờ tiến bộ của kỹ thuật điều khiển, các quá trình nạp, thải, hòa trộn, hình thành hỗn hợp nhiên liệu và thời điểm bật lửa (hay phun nhiên liệu diezel) được điều khiển rất tốt, hiệu suất nhiệt của các động cơ có thể đạt đến giá trị xấp xỉ 0,50 2.2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BỐN KỲ

A Động cơ xăng

Động cơ làm việc theo từng chu kỳ tuần hoàn, nối tiếp nhau Một chu kỳ làm việc của động cơ xăng bốn kỳ bao gồm 4 quá trình xảy ra trong xi lanh động cơ tương ứng với 4 kỳ: nạp hỗn hợp nhiên liệu đã được hoà trộn với không khí ở trên đường ống nạp (hay không khí ở động cơ phun xăng trực tiếp) vào trong xi lanh (kỳ hút); nén hỗn hợp khí trong xi lanh (kỳ nén); đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và sinh công (kỳ nổ); đẩy khí đã cháy ra ngoài (kỳ xả)

Sơ đồ nguyên lý cơ bản của động cơ xăng bốn kỳ 1 xi lanh với trục khuỷu, thanh

truyền, pit tông, xi lanh, đường ống, xu páp nạp, xả và được thể hiện trên hình 2.3

Kỳ hút: Pit tông di chuyển từ ĐCT tới ĐCD, xu páp nạp mở, xu páp xả đóng Thể

tích của khoang phía trên pit tông tăng dần tạo nên độ chân không, hỗn hợp không khí

và nhiên liệu (hỗn hợp khí) được hút vào xi lanh từ đường ống nạp qua xu páp nạp

Kỳ hút kết thúc sau khi pit tông đã đi qua ĐCD và đi quá một đoạn, ứng với góc

quay của trục khuỷu là φ m gọi là góc đóng muộn xu páp nạp Trong khoảng góc đóng

muộn, pit tông đi lên nhưng do dòng khí nạp có quán tính lớn, nên hỗn hợp khí nạp vẫn

tiếp tục đi vào vào trong xi lanh, tăng khả năng nạp hỗn hợp khí vào xi lanh Giá trị φ m

thường vào khoảng 40 ÷ 60° và ở cuối kỳ hút, áp suất trong xi lanh có giá trị khoảng (0,75 ÷ 0,9) bar

Động cơ cũng bố trí góc mở sớm xu páp nạp nhằm tăng lượng hỗn hợp nạp vào xi

lanh Ở giai đoạn đầu, khi pit tông chưa đến vị trí ĐCT, xu páp nạp đã bắt đầu mở, ứng với góc mở sớm xu páp nạp ϕs (tính theo góc quay trục khuỷu) Góc mở sớm này có tác dụng đảm bảo tiết diện lưu thông nạp khí, khi pit tông đi xuống và áp suất chân không còn nhỏ, hỗn hợp khí vẫn nạp được vào xi lanh

Kỳ nén: Pit tông di chuyển từ ĐCD lên ĐCT, các xu páp nạp và xả đều đóng Thể

tích làm việc trong xi lanh giảm dần, áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp khí bị nén tăng lên Kết thúc quá trình nén, áp suất trong xi lanh có thể đạt tới 7 ÷ 12 bar và nhiệt độ vào khoảng 250 ÷ 300°C

Cuối của kỳ nén, bugi phát tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp Thời điểm bật lửa của

bugi được bố trí trước khi pit tông đến ĐCT, được gọi là góc đánh lửa sớm, tương ứng

với góc quay φ b của trục khuỷu Sự đánh lửa sớm không gây ảnh hưởng xấu tới việc sinh công do tốc độ lan truyền tia lửa đốt cháy hỗn hợp khí còn thấp

Kỳ nổ: Các xu páp nạp và xả đều đóng, nhiên liệu tiếp tục cháy ở trong buồng đốt

Sau khi nhiên liệu cháy mãnh liệt, nhiệt độ trong xi lanh khoảng 2300 ÷ 2500°C, áp suất khoảng 30 ÷ 40 bar Áp suất khí cháy tạo áp lực lên đỉnh pit tông và đẩy pit tông đi từ ĐCT tới ĐCD Đây chính là quá trình sinh công hữu ích, năng lượng của hỗn hợp bị đốt cháy được chuyển thành cơ năng qua cơ cấu trục khuỷu thanh truyền làm quay trục khuỷu Tới cuối kỳ nổ nhiệt độ và áp suất trong xi lanh giảm xuống Lúc này áp suất còn khoảng 5 ÷ 6 bar và nhiệt độ khoảng 900 ÷ 1100°C

Nhờ việc đánh lửa sớm, khi pit tông đi qua ĐCT, quá trình cháy xảy ra mãnh liệt nhất, áp suất trong xi lanh đạt giá trị lớn nhất, đảm bảo đốt cháy tối đa hỗn hợp đã được nạp và sinh công cao nhất

KẾT CẤU Ô TÔ

Kỳ xả: Pit tông đi từ ĐCD lên ĐCT, xu páp xả mở, xu páp nạp đóng Khí đã cháy

được pit tông đẩy ra đường ống thải qua xu páp xả

Để tăng khả năng thải sạch khí đã cháy ra khỏi xi lanh, động cơ bố trí xu páp xả mở

sớm trước khi đến ĐCD (ứng với góc quay trục khuỷu: góc mở sớm xu páp xả φ x) Người ta thường bố trí góc mở sớm xu páp xả trên động cơ xăng bốn kỳ khoảng 40 ÷ 60° Khi pit tông đã qua ĐCD và đi tới ĐCT, pit tông làm nhiệm vụ đẩy khí thải ra ngoài Kỳ xả kết thúc khi pít tông đã đi qua ĐCT Xu páp xả được đóng sau khi pit tông

đi qua ĐCT (ứng với góc quay của trục khủy: góc đóng muộn xu páp xả φ d) Góc đóng muộn xu páp xả được bố trí: nhằm sử dụng dòng khí nạp và quán tính của dòng khí xả

để xả hết khí đã cháy ra khỏi buồng đốt, tăng chất lượng đốt cháy cho quá trình tiếp sau Tuy vậy trong buồng đốt vẫn còn sót lại một lượng nhỏ khí thải Áp suất ở cuối kỳ xả vào khoảng 1,1 ÷ 1,2 bar, với nhiệt độ từ 700 đến 800°C

Hết bốn kỳ làm việc là kết thúc một chu trình làm việc tương ứng với hai vòng quay trục khuỷu, và một chu kỳ mới được lặp lại Trong bốn kỳ làm việc của động cơ

chỉ có một kỳ sinh công, các kỳ còn lại động cơ làm việc theo quán tính Lực khí thể bị

đốt cháy đẩy pit tông đi xuống thông qua cơ cấu pit tông, thanh truyền và trục khuỷu làm quay của trục khuỷu Mô men quay tạo nên bởi động cơ tại trục khuỷu là nguồn động lực dẫn động hệ thống truyền lực và bánh xe quay, giúp ô tô tự di chuyển

Để tóm tắt và mô tả nguyên lý làm việc của động cơ, có thể dùng đồ thị pha (a) và

đồ thị công (b), trình bày trên hình 2.4

Hình 2.4: Đồ thị nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ

HÚT NÉN

XẢ

NỔ

Hút Nén

Góc trùng điệp Điểm đánh lửa

Đồ thị pha cho thấy: với mỗi xi lanh của động cơ có góc trùng điệp tại ĐCT, xu

páp hút và xả đều ở trạng thái mở Nhờ đồ thị pha của một động cơ cụ thể, với giá trị các góc đóng mở xu páp cho phép thực hiện công nghệ sửa chữa và điều chỉnh cơ cấu phối khí

Đồ thị công cho phép tính công sinh ra trong động cơ và đánh giá hiệu quả của động cơ nhiệt

Nguyên lý làm việc của động cơ phun xăng, động cơ phun xăng trực tiếp GDI động

cơ tăng áp, cũng giống như động cơ sử dụng chế hòa khí Tuy nhiên:

− Ở động cơ phun xăng quá trình hòa trộn nhiên liệu được thực hiện nhờ cơ cấu

phun xăng trên đường nạp của động cơ

− Ở động cơ phun xăng sau xu páp (GDI): trong quá trình hút không khí được

nạp vào xi lanh, và nhiên liệu được phun trực tiếp vào đỉnh pit tông (sau xu páp)

và tạo thành hỗn hợp trong xi lanh

− Ở động cơ tăng áp, quá trình nạp khí được tăng cường bởi máy nén khí tăng áp

suất không khí nạp

B Động cơ diezel

Động cơ diezel sử dụng nhiên liệu diezel có cấu trúc phân tử dễ bị phân hủy và tự bốc cháy ở nhiệt độ cao Chu trình làm việc của động cơ diezel 4 kỳ cũng tương tự như trên động cơ xăng Nhưng có các điểm khác nhau cơ bản sau đây:

- Động cơ diezel nạp không khí vào buồng đốt và nhiên liệu được phun tơi trực tiếp vào trong xi lanh, quá trình hoà trộn tạo thành hỗn hợp xảy ra ngay trong buồng đốt

- Động cơ diezel có tỷ số nén lớn hơn nhiều so với động cơ xăng và nhờ đó cuối kỳ nén nhiệt độ trong xi lanh tăng lên rất cao đủ để làm bốc cháy hỗn hợp mà không cần đến tia lửa điện

Cấu trúc và các quá trình làm việc của động cơ diezel 4 kỳ 1 xi lanh được thể hiện

trên hình 2.5

Kỳ hút: Pit tông đi từ ĐCT tới ĐCD, xu páp xả đóng, xu páp nạp mở, không khí từ

đường ống nạp được hút vào trong xi lanh Xu páp nạp được bố trí mở sớm trước ĐCT

Kỳ hút kết thúc khi pit tông đã đi qua ĐCD ứng với góc đóng muộn xu páp nạp (40 ÷ 60)° của trục khuỷu Cuối kỳ hút áp suất trong xi lanh khoảng (0,8 ÷ 0,95) bar

t o C=2000÷2500 p=60÷140 bar

t o C=100÷750 p=1÷1,2 bar

Hình 2.5: Cấu tạo và nguyên lý cơ bản của động cơ

Kỳ nén: Pit tông đi về phía ĐCT, xu páp nạp và xả đều đóng, không khí trong xi

lanh bị nén lại Cuối kỳ nén áp suất trong xi lanh có thể đạt (35 ÷ 55) bar và nhiệt độ khoảng 600 ÷ 900°C Nhiên liệu được vòi phun cao áp phun tơi vào xi lanh dưới dạng hạt rất nhỏ, khi pit tông còn cách ĐCT khoảng (15 ÷ 30)° góc quay trục khuỷu (gọi là

góc phun sớm) Nhiên liệu hoà trộn với không khí ở nhiệt độ và áp suất cao tạo thành

hỗn hợp và tự bắt cháy Một số động cơ hiện đại cho phun nhiên liệu vào với áp suất (300 ÷ 2000) bar, nhằm tạo điều kiện cháy triệt để và sinh công lớn

KẾT CẤU Ô TÔ

Kỳ nổ: Cả 2 xu páp đều đóng, nhiên liệu tiếp tục cháy trong xi lanh Khi pit tông đi

qua ĐCT quá trình cháy xảy ra rất mạnh làm áp suất và nhiệt độ trong xi lanh tăng đến giá trị lớn nhất Vào cuối quá trình cháy nhiệt độ khí cháy lên tới 2000 ÷ 2500°C, với áp suất khoảng (60 ÷ 140) bar Áp suất khí cháy tác dụng lên đỉnh pit tông, pit tông di chuyển về phía ĐCD Đây là quá trình sinh công hữu ích: năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy chuyển thành cơ năng làm quay trục khuỷu

Kỳ xả: Ở cuối kỳ nổ nhiệt độ và áp suất trong xi lanh giảm xuống (áp suất khoảng 4

÷ 5 bar và nhiệt độ vào khoảng 600 ÷ 700°C) Khi pit tông đi gần tới ĐCD, xu páp xả

mở sớm khoảng 40 ÷ 60° cho khí cháy thoát ra ngoài Sau đó, pit tông tiếp tục di chuyển từ ĐCD về ĐCT để đẩy khí cháy ra Xu páp xả cũng được bố trí đóng muộn Kết thúc kỳ xả áp suất trong xi lanh vào khoảng 1,0 ÷ 1,1 bar, nhiệt độ khoảng (100 ÷ 750)°C và vẫn còn sót lại một ít lượng khí đã cháy Tới đây kết thúc một chu trình làm việc hoàn chỉnh của động cơ và lại bắt đầu một chu trình mới

Do nhiệt độ và áp suất khi cháy của động cơ diezel cao hơn động cơ xăng, nên chất lượng chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng cao hơn, nên động cơ diezel được sử dụng rộng rãi trên ô tô tải và ô tô buýt Ngay cả trên ô tô con cũng có xu hướng chuyển mạnh sang sử dụng động cơ diezel này

Máy nén đẩy không khí qua đường ống nạp vào các xi lanh đang ở kỳ hút, nhờ đó

mà áp suất khí nạp tăng đáng kể (với áp suất dư khoảng 0,3 ÷ 0,6 bar) Biện pháp tăng

áp khí nạp cho động cơ hiện nay được áp dụng cho cả động cơ xăng, diezel

2.2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ HAI KỲ

Động cơ hai kỳ thường gặp chủ yếu là các động cơ xăng có công suất nhỏ (một số loại xe máy nhỏ, động cơ khởi động cho động cơ chính diezel), và động cơ diezel vận tốc thấp phục vụ tĩnh tại (phát điện, bơm nước, cưa gỗ, cắt cỏ, )

Động cơ không có xu páp, pit tông đảm nhiệm vai trò đóng mở đường nạp và xả

Hình 2.7 thể hiện sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của động cơ xăng có khoang

các te là buồng nén phụ Động cơ sử dụng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền pit tông với cửa nạp 2 và cửa xả 3, cùng với sự di chuyển của pit tông hình thành cơ cấu phối khí Cửa nạp thông với khoang các te, còn cửa xả thông với buồng đốt Nhờ đường thông khoang 4 khí có thể chuyển từ khoang các te vào buồng đốt

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ xăng hai kỳ

1- Khoang các te; 2- Cửa nạp; 3- Cửa xả; 4- Cửa quét; 5- Bugi

3

2 5

Động cơ hoạt động theo hai hành trình như sau:

Pit tông di chuyển từ ĐCD lên ĐCT (từ hình A sang hình B), pit tông lần lượt đóng cửa quét 4, của xả 3, sau đó thân pit tông mở cửa nạp 2, thực hiên quá trình xả nốt khí cháy và nạp khí mới lên đỉnh Khi mở cửa nạp 2, thể tích buồng các te mở rộng khí nạp được nạp vào, đồng thời khí nạp trên đỉnh pit tông bị nén mạnh Trước khi pit tông lên tới ĐCT, bugi bật tia lửa điện, thực hiện sự đốt cháy hỗn hợp, chuẩn bị cho giai đoạn sinh công ở hành trình tiếp sau Hành trình này thực hiện quét khí thải, nén và cháy ở trên đỉnh pit tông và nạp khí nạp vào buồng cac te

Trong khi dồn khí vào buồng đốt, luồng khí nạp đẩy nhanh khí thải đi ra ngoài, thực hiện sự “quét khí thải”

Pit tông di chuyển từ ĐCT xuống ĐCD (từ hình C sang hình D) Khí đang cháy và giãn nở sinh công ở phần trên đỉnh đẩy pit tông đi xuống Pit tông mở cửa xả 3, khí thải thoát ra ngoài Pit tông đi xuống, thân của nó che kín cửa nạp khí 2 và nén nhẹ khí nạp mới trong buồng cac te Sau đó pit tông mở cửa quét 4, khí nạp bị dồn từ buồng cac te

đi vào buồng đốt Hành trình này thực hiện: cháy giãn nở, xả khí, nạp khí mới và chuyển khí nạp mới lên đỉnh pit tông Tới đây một chu trình mới lại bắt đầu

Như vậy, tất cả các quá trình hoạt động của động cơ hai kỳ xảy ra trong 2 hành trình của pit tông hay một vòng quay của trục khuỷu

Động cơ hai kỳ diezel làm việc tương tự như động cơ xăng, nhưng nhiên liệu chỉ được phun tơi vào xi lanh ở cuối quá trình nén Do vậy nhiên liệu ít bị tổn thất trong quá trình quét thải

Về mặt lý thuyết, động cơ xăng 2 kỳ có thể tạo công lớn gấp đôi so với động cơ xăng 4 kỳ, tuy nhiên do có sự tổn thất trong quá trình quét thải nên công suất thực tế của động cơ hai kỳ chỉ bằng khoảng 1,6 lần động cơ 4 kỳ

Kết cấu động cơ hai kỳ đơn giản, giá thành chế tạo thấp hơn động cơ 4 kỳ, nhưng hiệu suất thấp, thải ra nhiều hydrocacbon gây ô nhiễm và bôi trơn khó khăn hơn

2.2.3 ĐỘNG CƠ BỐN KỲ NHIỀU XI LANH

Ô tô thường bố trí động cơ 4 kỳ, nhiều xi lanh với chiều quay (nhìn vào đầu động cơ) theo chiều quay của kim đồng hồ Kết cấu cơ bản các xi lanh và quá trình làm việc

đều như nhau, nhưng lệch pha làm việc Góc lệch pha làm việc (góc công tác) của các

xi lanh phụ thuộc vào số lượng xi lanh và bố trí thứ tự làm việc (thứ tự nổ) của động

cơ Góc công tác được bố trí với các nguyên tắc sau:

- Đảm bảo cho mô men của động cơ phát ra trong một chu trình làm việc là đồng đều nhất Như vậy, góc công tác giữa hai xi lanh làm việc liên tiếp phải như nhau Ví dụ: động cơ 4 kỳ có 4 xi lanh, góc công tác bằng 180o Nghĩa là đều đặn sau mỗi 180ogóc quay trục khuỷu có một xi lanh đang thực hiện kỳ nổ

- Tải trọng phân bố đều cho các cổ trục, để trục khuỷu có sức bền đều Ví dụ: động

cơ 4 xi lanh một dãy thì thường được bố trí thứ tự nổ (1-3-4-2) hoặc (1-2-4-3)

- Trục khuỷu cần đảm bảo cân bằng tốt nhất Ví dụ, động cơ 4 kỳ, 4 xi lanh bố trí một dãy, góc công tác là 180o, trục khuỷu có dạng đối xứng qua ổ trục chính

Một vài dạng cơ bản bố trí trục khuỷu trình bày trên hình 2.8

Qua hình vẽ có thể xác định được:

− Cấu trúc bố trí các xi lanh động cơ (thẳng hàng 1 dãy, nằm ngang, chữ V),

− Góc công tác của các động cơ nhiều xi lanh, số cổ trục của trục khuỷu động cơ,

KẾT CẤU Ô TÔ

− Bảng trạng thái làm việc của các loại động cơ: vị trí pit tông ở ĐCT, ĐCD, trạng thái làm việc các xu páp, góc đánh lửa (phun nhiên liệu) Đồng thời, có thể xác định trạng thái làm việc của các xi lanh ở vị trí bất kỳ của trục khuỷu

Hình 2.8: Các dạng bố trí thứ tự làm việc của động cơ 4 kỳ

Số cổ trục:2 Góc công tác 720 o

Số cổ trục:2 Góc công tác 360 o

Số cổ trục:4 Góc công tác 240 o

Thứ tự nổ 1-3-2

Số cổ trục:5 Góc công tác 180 o

Thứ tự nổ 1-3-4-2 1-2-4-3

Số cổ trục:6 Góc công tác144 o

Thứ tự nổ 1-2-4-5-3

Số cổ trục:7 Góc công tác 120 o

Thứ tự nổ 1-5-3-6-2-4 1-2-4-6-5-3 1-5-4-6-2-3

Số cổ trục:5 Góc công tác 90 o

Thứ tự nổ 1-5-4-8-6-3-7-2 1-8-3-6-4-5-2-7 1-5-4-8-7-2-6-3

2.2.4 ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Các thông số cơ bản của động cơ như công suất Ne, mô men xoắn Me, suất tiêu hao nhiên liệu ge phụ thuộc vào trạng thái tải và tốc độ động cơ ne (vòng/phút) Quan hệ của những đại lượng cơ bản này theo tốc độ khi tải không đổi (giữ nguyên mức độ nhấn bàn

đạp ga) được gọi là đặc tính tốc độ của động cơ Đặc tính này xác định bằng cách đo

trên băng thử, và được dùng khi đánh giá động cơ

Đặc tính tốc độ của động cơ ở chế độ toàn tải (mở hoàn toàn bướm ga hay thanh

răng bơm cao áp) gọi là đặc tính ngoài Đặc tính tốc độ của động cơ ứng với các chế độ non tải khác được gọi là đặc tính cục bộ của động cơ Các giá trị cần quan tâm là M emax, Nemax, nemin, nemax, gemin Các đường đặc tính cục bộ Ne, Me, nằm ở dưới đường đặc tính ngoài, còn đường ge nằm trên

Đặc tính ngoài của động cơ xăng trên ô tô con (a) và động cơ diezel trên ô tô tải (b)

trình bày trên hình 2.9 Một số điểm cần chú ý:

g e (g/kWh)

a) Động cơ xăng ô tô con b) Động cơ diezel ô tô tải

Hình 2.9: Đặc tính ngoài tốc độ của động cơ ô tô

Để thực hiện thay đổi tốc độ ô tô với khoảng làm việc rộng hơn và êm dịu, trên ô tô bố trí ly hợp và hộp số

− Đường công suất N e ở động cơ xăng tăng dần đến giá trị cực đại N emax sau đó giảm, ở động cơ diezel có xu hướng tăng nhanh khi tốc độ tăng cao và thường được hạn

chế tốc độ tại n N , tại đó động cơ phát công suất lớn nhất N emax

− Các đường mô men xoắn M e đều có dạng tăng dần, đạt giá trị cực đại M emax sau

đó giảm dần Đường M e động cơ xăng giảm nhanh hơn so với động cơ diezel Khoảng biến đổi mô men của động cơ đốt trong không đáp ứng tốt khả năng thay đổi lực kéo cần thiết của ô tô, do vậy cần bố trí hộp số sau động cơ Khi đó khoảng biến đổi lực kéo

ở bánh xe được mở rộng

− Đường đặc tính g e đạt giá trị cực tiểu g emin Thông thường giá trị gemin nằm giữa

khoảng N emax và M emax Nếu động cơ được hoạt động thường xuyên ở vùng đó, cho phép

ô tô có khả năng tiêu thụ ít nhiên liệu

2.2.5 ĐỘNG CƠ PIT TÔNG QUAY

Trên hình 2.10 là sơ đồ của động cơ pit tông quay NSU-Wankel sử dụng trên ô tô

Pit tông P có dạng khối ba mặt, các đỉnh của nó chuyển động tựa theo thành xi lanh X

có dạng bầu dục Các đỉnh của pit tông tiếp xúc với thành xi lanh thông qua thanh bao kín, và chia xi lanh thành ba buồng công tác (1-CA, 2-AB, 3-BC) theo vị trí của pit tông Như vậy, một pit tông tạo ra ba buồng công tác khác nhau Giữa pit tông có bánh răng, trong quá trình pit tông chuyển động luôn ăn khớp trong với bánh răng BR trên trục động cơ với tỷ số truyền i = 2/3 Khi pit tông quay, thông qua cặp bánh răng ăn khớp trong đó sẽ làm trục động cơ quay theo

Các trạng thái làm việc của động cơ (bao gồm các kỳ hút, nén, nổ và xả) xẩy ra

được trình bày tóm tắt nhờ bảng 2.2

KẾT CẤU Ô TÔ

Chu trình làm việc của một buồng thực hiện trong 3 vòng quay trục, nên động cơ

sử dụng một pit tông quay tương đương với 3 xi lanh của động cơ pit tông tịnh tiến

Tỷ số truyền 2:3 Cửa xả

Cửa nạp

a) b)

X

BR T

Động cơ pit tông quay giảm được lực

quán tính, nên có tốc độ quay và công

suất cao hơn so với động cơ pit tông tịnh

tiến cùng trọng lượng, nhưng các chi tiết

bao kín buồng đốt dễ mòn ở tốc độ cao,

vì vậy tuổi thọ thấp hơn Trên hình 2.11

trình bày cấu trúc của động cơ Wankel 2

pit tông trên ô tô con với biến mô men

thủy lực và ly hợp ma sát tự động điều

khiển

2.2.6 CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG VÀ ĐỘNG CƠ LAI (HYBRID)

Động cơ lai là loại động cơ sử dụng nhiều hơn một nguồn năng lượng (hay nguồn động lực) cho hoạt động của ô tô Mục đích của việc kết hợp nhiều nguồn động lực thành động cơ hybrid trên ô tô là để tận dụng các ưu điểm của mỗi nguồn động lực và

do đó nâng cao các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của ô tô

Có nhiều nguồn động lực được sử dụng kết hợp để tạo thành động cơ hybrid trên ô tô: động cơ đốt trong, ắc quy với động cơ điện, … Phổ biến nhất hiện nay là động cơ hybrid kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện

A Ắc quy động lực Ni-Cd

Hiện nay ắc quy động lực (cho electromobil hoặc hybrid) được dùng là ắc quy

Ni-Cd thay thế ắc quy chì Dung dich chất lỏng là KOH, điện áp một ngăn là 1,2V Hai cực: dương – NikeloxitHydroxit, âm – Cadimi Tuổi thọ 10 năm tương ứng với 200 chu

kỳ làm việc Tuổi thọ cao kèm theo giá thành ban đầu, giá thành trong chăm sóc đắt hơn (so với ắc quy chì) Loại ắc quy NI-Cd đã được chế tạo hàng loạt nhỏ cho công nghiệp ô

tô điện và hybrid, có trọng lượng nhỏ, phù hợp cả khi sử dụng ở vùng công suất cao và nhiệt độ thấp

Các đặc tính kỹ thuật của ắc quy động lực dùng để đánh giá chất lượng làm việc gồm: thời gian phóng điện khi có tải, đặc tính phóng điện theo km sử dụng, khả năng làm việc quá tải, công suất đơn vị theo trọng lượng, công suất đơn vị theo thể tích, tuổi thọ sử dụng hay tuổi thọ theo số lần nạp phóng (chu kỳ)

B Động cơ điện một chiều có bộ kích từ ngoài

Đặc tính của động cơ điện một chiều có bộ kích từ ngoài rất phù hợp với đặc tính kéo của ô tô và quá trình chuyển sang chế độ phanh, điều chỉnh đơn giản trong khoảng rộng Bộ điều chỉnh điện bán dẫn cho phép đóng động cơ điện nhờ Tyristor Caremit với dòng điện cung cấp Dòng điện làm việc vào rotor thay đổi theo điều kiện chuyển động kéo hay phanh Bất lợi của việc sử dụng động cơ loại này là khả năng chi phí cho cách điện và ắc quy Động cơ làm việc thường xuyên bị quá tải Sự quá tải cho phép khi làm việc liên tục trong 1giờ chỉ khoảng 20% trên công suất định mức Sự quá tải trong thời gian ngắn khi khởi hành lên tới 100% Số vòng quay giới hạn chừng 7000 vòng/phút

C Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Động cơ loại này dễ điều khiển Điện áp của nó tỷ lệ với giá trị dòng điện yêu cầu, tức là điện áp của ắc quy điều khiển bộ điều khiển công suất (loại Tyristor hay ban dẫn) với các mạch biến đổi hay biến đổi tần Bộ điều khiển làm việc như một bộ chuyển hóa thành điện năng khi tiếp nhận năng lượng của quá trình phanh Thực hiện điều đó cần

có thêm thiết bị chuyên dụng Trường điện từ và ro tor của động cơ mắc nối tiếp, nên công suất theo đặc tính làm việc của động cơ giảm với mũ bậc hai của số vòng quay Hiệu suất làm việc của động cơ điện một chiều có kích từ nối tiếp thấp hơn chừng từ 5% đến 10% so với động cơ một chiều có kích từ độc lập

D Nhiên liệu tương lai

Ô tô chạy nhiên liệu nước Mazda Demio FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) mô tả

trên hình 2.12a, chế tạo trên cơ sở ô tô Demio (Nhật Bản), sử dụng năng lượng điện qua

phản ứng điện hóa giữa nước và axit trong không khí

Hệ thống nhiên liệu (b) gồm: các ngăn chứa có dung môi bằng polyme, bình nhiên liệu bằng kim loại lưỡng kim Tại bình nhiên liệu, không khí ẩm chịu áp lực nén nhỏ đẩy qua các ngăn chứa nhiên liệu, giải phóng nước Trên đoạn cuối của hệ thống, hơi nước và không khí làm ẩm các cực điện polyme (sao cho hệ thống có độ ẩm cao nhất)

và xuất hiện các phản ứng điện hóa ở trong các ngăn nhiên liệu, sinh ra dòng điện cung cấp cho động cơ điện

Hệ thống này có hiệu quả cao khi sử dụng hoàn toàn nước (không yêu cầu không khí ẩm Mazda Demio FCEV còn tích hợp cho việc tích lũy một phần năng lượng điện

để sử dụng tiếp sau, giống như quá trình nạp, phóng phục vụ tích trữ và gia tốc ô tô

4 Bộ sản xuất nhiên liệu

5 Thùng nhiên liệu Hydro

6 Bộ điều khiển cấp nhiên liệu

7 Động cơ điện b) Sơ đồ hệ thống động lực FCEV

1 Động cơ điện

2 Bộ điều khiển động cơ

3 Bộ sản xuất nhiên liệu

4 Bình chúa hơi nước

5 Máy nén

6 Thùng nhiên liệu lưỡng kim

7 Bộ trao đổi nhiệt

Câu hỏi ôn tập

1 Nêu các loại động cơ nhiệt và đặc điểm của chúng

2 Nêu các loại động cơ đốt trong sử dụng trên ô tô và vẽ sơ đồ bố trí xi lanh của các loại động cơ đốt trong

3 Trình bày cấu tạo chung của động cơ đốt trong và đặc điểm của chúng?

4 Nêu các khái niệm cơ bản và các thông số chính của động cơ đốt trong

5 Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ

6 Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý làm việc của động cơ diesel 4 kỳ

7 Góc đánh lửa sớm/phun sớm là gì? Mục đích của việc bố trí các góc này?

8 Phân tích tác dụng của các góc mở sớm và đóng muộn các xu páp

9 Trình bày đặc điểm làm việc của động cơ tăng áp

10 Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ

11 Phân tích các nguyên tắc bố trí thứ tự làm việc của các xi lanh trong động cơ nhiều xi lanh Nêu các thứ tự làm việc thường gặp của các động cơ

12 Thiết lập bảng trạng thái làm việc của động cơ 4 xi lanh, 6 xi lanh và 8 xi lanh thường gặp

13 Đặc tính ngoài của động cơ là gì? Phân tích dạng đặc tính ngoài của động cơ xăng và động

cơ diesel

14 Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý làm việc của động cơ pít-tông quay Các ưu nhược điểm của nó so với động cơ pít tông tịnh tiến?

15 Động cơ lai là gì? Tìm hiểu một vài dạng nguồn động lực khác động cơ lai?

Tài liệu tham khảo

[1] Phạm Minh Tuấn: Động cơ đốt trong, NXB KHKT 2003

[2] William H Crouse, Donald L Anglin: Automotive Mechanics McGraw-Hill Book 1993 [3] Bosch Automotive Handbook Bosch GmbH 2004 [4] Challer, B., Baranescu, R.: Diesel eingine reference book Butterworth-Heinemann 1999 [5] Garrett, T.K., Newton, K., Stedds, W.: The Motor Vehicle Butterworth-Heinemann 2001

CHƯƠNG 3

THÂN MÁY, BUỒNG ĐỐT

VÀ CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN

Thân máy và cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là cụm chi tiết quan trọng của động

cơ, có nhiệm vụ tạo nên buồng đốt, chịu tải và chuyển lực tạo nên từ buồng đốt thành

mô men quay của trục khuỷu

3.1 PHẦN CỐ ĐỊNH CỦA ĐỘNG CƠ

Phần cố định của động cơ là phần tạo nên vỏ động cơ, bao kín các chi tiết bên trong

và lắp đặt các cụm chi tiết của động cơ Phần cố định bao gồm các cụm chính: thân máy, xi lanh, nắp máy, cac te

3.1.1 THÂN ĐỘNG CƠ

Thân máy (thân động cơ) là nơi chứa và lắp đặt (ở bên trong hoặc bên ngoài) các cơ

cấu và hệ thống của động cơ Thân động cơ có kết cấu rất phức tạp (hình 3.1), thường

được đúc bằng gang hoặc nhôm hợp kim Thân động cơ có thể được chia thành 2 phần: phần thân 2 (block xi lanh) dùng để chứa các xi lanh và phần dưới 1 (cac te)

Hình 3.1: Cụm thân động cơ và các chi tiết liên quan

Cơ cấu bên

trong thân máy

3

CHƯƠNG 3: Thân máy, buồng đốt và cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

bố trí thành 2 dãy theo hình chữ V (b), góc giữa hai dãy xi lanh có thể là 60°, 75°, 90°, nhằm thu ngắn chiều dài Hiện nay có xu hướng sử dụng nhôm hợp kim để đúc thân máy nhằm giảm nhẹ trọng lượng và dễ điền đầy khuôn đúc Thân máy bằng nhôm sử dụng phổ biến trên động cơ ô tô con, thân máy bằng gang thường gặp trên các động cơ lớn

Đối với thân máy bằng hợp kim nhôm, xi lanh là các ống trụ bằng gang, gia công chính xác và ép chặt vào thân máy tạo thành xi lanh rời (ống lót xi lanh) Đối với các thân máy bằng gang, xi lanh có thể làm rời hoặc liền (xi lanh liền) Bao quanh xi lanh là các khoang chứa nước để làm mát Thân máy còn có cụm giá bắt chân máy 8, nhằm liên kết vững chắc với thân ô tô

Phần dưới thân máy là nơi lắp trục khuỷu của động cơ và nhiều bộ phận khác Trục khuỷu có thể được lắp trên các ổ đỡ (bi hoặc bằng bạc) Để tiện cho việc tháo lắp, các ổ

đỡ bằng bạc thường được chế tạo thành 2 nửa: nửa trên - liền với thân máy, nửa dưới -

rời (13 hình 4.1b) và được bắt với nửa trên bằng các bu lông

Phía dưới thân động cơ được đậy kín bởi đáy cac te, có các gioăng, phớt chắn dầu Trong cac te 1 của động cơ chứa dầu bôi trơn, được bố trí các tấm ngăn chắn sóng dầu, bơm dầu bôi trơn, và mộ số cụm khác Ở phía ngoài đáy cac te thường có những gân tản nhiệt giúp tăng cứng và làm mát dầu bôi trơn Lỗ xả dầu được bố trí ở vị trí thấp nhất của cac te Khoang cac te có ống thông không khí nối với phía trên của thân động cơ và giữ cho áp suất trong cac te không đổi

Thân máy là nơi chịu các tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt sinh ra trong quá trình động cơ làm việc Do vậy cần có kết cấu cứng vững và được tản nhiệt tốt Trong thân máy có các lỗ, các đường dẫn dầu bôi trơn và nước làm mát, và chứa rất nhiều bộ phận khác của động cơ

3.1.2 XI LANH

Xi lanh có cấu trúc ống trụ trơn, là một phần của bộ phận bao kín buồng đốt, dẫn hướng chuyển động của pit tông, và giúp truyền nhiệt làm mát cho động cơ khi làm việc Xi lanh thường bị mài mòn (đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cao) do xéc măng luôn dịch chuyển bên trong Xi lanh có thể chia thành xi lanh chế tạo liền hay rời

Xi lanh liền thường được sử dụng trên các động cơ công suất nhỏ, có thân máy đúc

bằng gang Khi xi lanh bị mòn, có thể tiến hành gia công tăng kích thước đường kính

Động cơ diezel thường sử dụng loại xi lanh rời, đúc bằng gang có độ bền mòn cao

(hình 3.2) Sử dụng xi lanh rời cho phép thay thế dễ dàng, kéo dài thời hạn sử dụng của

thân máy khi cần thiết (do mòn)

Xi lanh rời có thể bố trí dạng ướt và khô trên động cơ làm mát bằng nước

Xi lanh ướt (hình 3.2 a, c) có mặt thành ngoài tiếp xúc trực tiếp với nước làm mát

Xi lanh ướt được định tâm chính xác ở phía trên và phía dưới của xi lanh và có các gioăng làm kín để bao kín nước làm mát

Xi lanh khô (hình 3.2.b) có mặt thành ngoài không tiếp xúc với khoang nước làm

mát của thân máy Xi lanh khô được coi như một phần có thể thay thế được của thân máy Khoang nước làm mát nằm kín trong thân máy

Trên động cơ hai kỳ, xi lanh được chế tạo rời (hình 3.2.c) Trên thành xi lanh có

khoét các lỗ định hình để tạo thành các cửa nạp và xả khí

Một số động cơ bố trí phương pháp làm mát bằng không khí, thân máy không có

phần trên mà chỉ có phần dưới Xi lanh 1 (hình 3.4) cùng với cánh tản nhiệt 2 được

chế tạo riêng và lắp vào thân máy nhờ các gudông xiết chặt Các xi lanh có thể được chế tạo liền khối chung, hay thành các xi lanh riêng ghép lại với thân máy

Nắp máy thường được đúc bằng gang hoặc bằng hợp kim nhôm, có cấu tạo phức tạp tùy theo kết cấu cụ thể của mỗi loại động cơ

Nắp máy có thể được đúc thành khối liền chung cho cả dãy xi lanh, hoặc chế tạo cho từng xi lanh

Kết cấu điển hình cho một nắp máy động cơ xăng 4 xi lanh một dãy thẳng hàng, có

nắp máy liền khối đúc từ hợp kim nhôm, trình bày trên hình 3.5

CHƯƠNG 3: Thân máy, buồng đốt và cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Nắp máy được bắt chặt với thân máy bằng các vít cấy hoặc các bu lông Giữa nắp

và thân máy có tấm đệm đặc biệt (gọi là đệm nắp máy) để làm kín buồng đốt và các đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn Ngoài khả năng làm kín, đệm này còn phải đảm bảo chịu nhiệt cao do tiếp xúc trực tiếp với buồng đốt Đệm nắp máy thường được làm từ amiăng tấm có viền mép bằng đồng hoặc nhôm chịu nhiệt

Trong quá trình làm việc nắp máy chịu trực tiếp các lực sinh ra trong quá trình cháy, do vậy cần đảm bảo xiết chặt nắp máy và thân máy Nguyên tắc chung của việc xiết nắp máy là đảm bảo xiết chặt và tránh gây ứng suất ban đầu, hạn chế khả năng kín khít và chịu tải của nắp máy Quy trình xiết chặt được nhà chế tạo chỉ dẫn gồm: thứ tự xiết, trình tự, mô men xiết và cần phải tuân thủ

3.2 CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN

Cơ cấu trục khuỷu thanh

truyền pit tông là phần chuyển

động của động cơ, bao gồm: pit

tông, xéc măng (vòng găng), chốt

pit tông, thanh truyền và trục

khuỷu Nó có nhiệm vụ tiếp nhận

năng lượng của khí cháy và

chuyển thành cơ năng làm quay

trục khuỷu trong kỳ nổ và ngược

lại, biến chuyển động quay của

phận chính của cơ cấu trục khuỷu

thanh truyền ở động cơ xăng

3.2.1 PIT TÔNG

Pit tông là chi tiết đảm nhận các nhiệm vụ: tạo hình dạng cần thiết cho buồng đốt, đảm bảo độ kín cho khoang công tác của xi lanh, biến áp lực của khí cháy thành lực đẩy lên thanh truyền để quay trục khuỷu và thực hiện các quá trình hút, nén hỗn hợp và xả khí đã cháy

Pit tông làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt: chịu áp lực khí cháy lớn, nhiệt độ buồng đốt cao, ma sát liên tục với thành xi lanh, do vậy pit tông, xi lanh quyết định tuổi

thọ của động cơ Tình trạng chịu tải trọng nhiệt của pit tông động cơ xăng (với giá trị

trung bình) trong quá trình làm việc ở các vùng khác nhau được mô tả trên hình 3.7

Để hạn chế khả năng giãn nở của thân pit tông động cơ xăng, trên nhiều động cơ bố trí vòng kim loại ở vùng bệ chốt, có nhiều khối lượng kim loại

Trên hình 3.8a trình bày cấu tạo của

bộ pit tông - thanh truyền động cơ diezel

Kết cấu pit tông gồm các phần chính: đỉnh

pit tông 4, phần thân pít tông 3 và phần

chân 2

Hình 3.7: Đặc điểm chịu nhiệt của pit

tông động cơ xăng

Vòng kim loại

vòng găng dầu 7 Trong rãnh lắp xéc

măng dầu có các lỗ để đưa dầu về bên

trong pit tông Trên thân pit tông còn có

các lỗ để lắp chốt pít tông 12

Một số dạng đỉnh pit tông được mô tả

trên hình 3.8b Phần đỉnh pit tông có hình

dạng thích hợp theo yêu cầu kết cấu của

buồng đốt (đặc biệt đối với trường hợp

động cơ diezel không có buồng đốt phụ -

nhiên liệu được phun trực tiếp vào trong

buồng đốt – đỉnh pit tông có dạng cầu,

2 Chân pit tông

3 Thân pit tông

15 Bạc đầu to thanh truyền

16 Ốp dưới thanh truyền

17 Bu lông thanh truyền

Đỉnh lõm

Đỉnh cầu

Đỉnh ômêga

Đỉnh delta a)

6 7

nở nhiệt cao Vì vậy trên động cơ diezel thường dùng pit tông bằng gang, trên động cơ

CHƯƠNG 3: Thân máy, buồng đốt và cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

xăng cỡ nhỏ và vừa - pit tông bằng hợp kim nhôm Để tránh hiện tượng bó kẹt pit tông trong xi lanh do sự giãn nở nhiệt, pit tông bằng hợp kim nhôm có thể được thiết kế với dạng ôvan, xẻ các rãnh chống bị kẹt trên thân, hoặc được chế tạo vát hai bên bệ chốt pit tông

3.2.2 XÉC MĂNG

Xéc măng (vòng găng) là chi tiết làm kín khe hở giữa pit tông và xi lanh nhằm cách

ly buồng công tác với phần dưới của thân máy Trên mỗi pit tông thường có hai loại xéc măng: xéc măng khí (hay xéc măng hơi) và xéc măng dầu đó Xéc măng hầu hết được chế tạo bằng gang xám có độ đàn hồi cao, dạng vòng tròn hở miệng Cấu tạo của xéc

măng động cơ diezel được trình bày trên hình 3.8 và trên động cơ xăng trên hình 3.9

Xéc măng khí được lắp ở phần thân của pit tông, có nhiệm vụ làm kín buồng đốt ở

khu vực giữa pit tông và xi lanh, ngăn khí nén lọt xuống phía dưới Xéc măng khí thường có tiết diện hình chữ nhật hoặc hình thang vuông Loại tiết hiện hình thang vuông nhanh chóng rà khít với thành xi lanh, do diện tích tiếp xúc với thành xi lanh nhỏ, áp suất tiếp xúc lớn, và có khả năng làm kín tốt hơn Miệng xéc măng có thể được cắt thẳng, hoặc xiên dưới một góc 30, 45 hay 60°, hoặc có dạng bậc thang (hình 3.9) Trên thân của mỗi pít-

tông thường có 2 đến 4 xéc

măng khí Khi lắp xéc măng

lên pit tông, cần lưu ý: bố trí

Xéc măng dầu

b)

c) a) Tiết diện b) Cấu trúc c) Ghép miệng

Xéc măng dầu bố trí ở

phía dưới của xéc măng khí,

có nhiệm vụ ngăn dầu bôi

trơn đi lên buồng đốt

Trong quá trình làm việc, do vung té hoặc phun cưỡng bức, một phần nhỏ dầu động

cơ bám lên thành xi lanh để bôi trơn, đồng thời làm mát các chi tiết thuộc cụm pit tông – thanh truyền Tuy nhiên, cần ngăn dầu lọt lên buồng đốt và bị đốt cháy, tạo muội than, ảnh hưởng đến quá trình cháy Mặt khác, khi dầu bôi trơn lọt được lên buồng đốt, lượng dầu sẽ nhanh chóng bị hao hụt Dầu bám trên thành xi lanh được gạt xuống, và đưa qua

các lỗ trên thân pit tông chảy về đáy cac te (xem hình 3.8 và 3.9) Trên mỗi pit tông

thường có 1 đến 2 xéc măng dầu Xéc măng dầu có thể là một chi tiết liền hay rời (gồm nhiều chi tiết ghép lại với nhau) và có cấu tạo phức tạp: gờ để gạt dầu, rãnh dẫn dầu và

lỗ để thoát dầu về cac te…

Xéc măng là chi tiết đàn hồi, cần đảm bảo khả năng di chuyển linh hoạt, song lại cần đảm bảo khả năng bao kín, do vậy trước khi lắp ráp cần kiểm tra khe hở miệng ban đầu (khe hở nhiệt) Thực hiện tốt điều này cho phép các xéc măng có khả năng “bơm dầu bôi trơn” và chống mòn, sước do bó kẹt

3.2.3 CHỐT PÍT TÔNG

Chốt pit tông (ắc pit tông - xem hình 3.6) là chi tiết liên kết giữa pit tông và thanh

truyền Chốt pit tông đảm nhận truyền lực lớn và thực hiện chức năng là một phần của

cơ cấu trục khuỷu thanh truyền Chốt có dạng hình trụ rỗng, bề mặt ngoài được gia công

chính xác, vật liệu chế tạo từ thép hợp kim, tôi cứng để tạo độ bền, khả năng chịu mài mòn cao

Mối ghép giữa chốt pit tông, pit tông, đầu nhỏ thanh truyền được thực hiện theo 3

cách: lắp cố định, lắp "bơi" và lắp "nửa bơi", thể hiện trên hình 3.10

− Ở cách lắp cố định, chốt pit tông được cố định trong các lỗ trên bệ chốt của pít tông bằng vít định vị, giữa chốt và đầu nhỏ là mối lắp lỏng

− Cách lắp bơi: chốt

lắp lỏng các bệ chốt pit

tông, giữa chốt và đầu nhỏ

thanh truyền lắp lỏng trong

Các phương án lắp chốt pit tông

Kiểu a b

Cố định Cố định Lỏng Bơi Lỏng Lỏng Nửa bơi Lỏng Cố định

1 2 3

− Trong cách lắp "nửa bơi", đầu nhỏ được cố định với chốt pit tông bằng bu lông khóa Với cách lắp ghép này, không cần bôi trơn mối ghép, kết cấu thanh truyền đơn giản Khi đó, chốt và bệ chốt pit tông được lắp lỏng để cơ cấu có thể hoạt động

3.2.4 THANH TRUYỀN

Thanh truyền (tay biên) có nhiệm vụ liên kết động và truyền lực giữa pit tông với

trục khuỷu Thanh truyền được chế tạo từ thép hợp kim, có cấu tạo dạng thanh Cấu tạo chung của thanh truyền gồm 3 phần chính: đầu nhỏ, đầu to và thân như trình bày trên

hình 3.11a

Các dạng tiết diện

của thân thanh truyền

mô tả trên hình 3.11b

Một đầu thanh truyền

nối với chốt pit tông có

3- Thân thanh truyền 4- Bu long thanh truyền 5- Gờ định vị

6- Các nửa bạc biên 7- Gờ định vị trên bạc 8- Nắp đầu to thanh truyền

2

3

ữa đầu to thanh truyền và trục khủy có đặt ổ

đỡ Ở động cơ đặc biệt lớn bố trí ổ bi, ở động cơ xăng và diezel dùng bạc trượt (bạc

c)- Các mối ghép đầu to

4

6 7 5

5

8

7

4

CHƯƠNG 3: Thân máy, buồng đốt và cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

biên) Mặt cắt rời của đầu to thanh truyền bố trí xuyên tâm Với những thanh truyền có kích thước đầu to lớn, mặt cắt nằm nghiêng để đảm bảo lắp ráp Kích thước của đầu to thanh truyền được bố trí sao cho khi tháo lắp có thể đưa được cả cụm pit tông - thanh truyền qua xi lanh

Trong động cơ bố trí hai dãy xi lanh chữ V, kết cấu thanh truyền ở nhiều dạng:

− Sử dụng các thanh truyền đơn như ở động cơ một dãy thông thường, trên một cổ của trục khuỷu có 2 tay biên bố trí cạnh nhau,

− Sử dụng đầu to thanh truyền dùng chung cho hai xi lanh đối diện Thanh truyền chính lắp trực tiếp trên trục khuỷu, còn thanh truyền thứ hai (thanh truyền phụ) lắp lên thân của thanh truyền chính,

− Sử dụng một thanh truyền có đầu to dạng nạng lắp với thanh truyền thứ hai ở trong nạng đó

3.2.5 TRỤC KHUỶU

Trục khuỷu là chi tiết thực hiện chuyển động quay tròn cơ cấu trục khủyu thanh truyền Trục khuỷu của động cơ nhận các lực từ thanh truyền và truyền mô men quay tới bánh đà Trục khuỷu chịu tải nặng, biến đổi tải trọng theo chiều dài trục, do vậy thường được dập liền bằng thép hợp kim Crôm, Niken Kích thước và trọng lượng trục khuỷu lớn, nên với các động cơ có công suất riêng cao (động cơ ô tô con, ô tô thể thao, các động cơ tăng áp) vật liệu hợp kim được bổ sung thêm Mangan, Vonfram

Cấu tạo trục khuỷu của động cơ được thể trên hình 3.12, bao gồm các phần: các cổ

trục chính 2 đặt trên các ổ, các cổ khuỷu 3 (cổ biên) lắp với thanh truyền, các má khuỷu

4, đối trọng 7, đầu trục 1 lắp các bánh răng, bánh đai dẫn động các cơ cấu khác và đuôi trục 5 lắp với bánh đà động cơ

Hình 3.12: Trục khuỷu

1

2

2 4

4 5

1 2

3

6

6

3 4

của trục khuỷu, trên động cơ diezel thường có số cổ khuỷu nhiều hơn số chốt khuỷu là 1 (trục khuỷu đủ cổ) Ở một số động cơ công suất nhỏ có số vòng quay thấp, trục khuỷu

có ít cổ khuỷu hơn (trục khuỷu trốn cổ)

Bên trong các má khuỷu, cổ trục chính và cổ biên có khoan lỗ và đường dẫn dầu để đưa dầu tới bôi trơn cho các bạc trượt Trong cổ biên thường có lỗ khoan dọc trục với kích thước đủ lớn tạo thành hốc lắng cặn, để gom mạt kim loại (do mài mòn) trong dầu bôi trơn Sự đọng mạt kim loại thực hiện theo nguyên tắc lọc ly tâm Má khuỷu thường đảm nhận luôn vai trò đối trọng (khoan bớt khối lượng má khuỷu tạo nên sự cân bằng trục) Trên một số động cơ có lắp các đối trọng rời nhằm điều chỉnh được sự cân bằng Phần đuôi của trục khuỷu là nơi lắp bánh đà, phía trong đuôi trục có lỗ lắp ổ bi đỡ đầu trục ly hợp Ở phía đầu và đuôi trục có phớt bao kín tránh dầu bôi trơn động cơ 3.2.6 Ổ ĐỠ TRỤC VÀ Ổ BIÊN

Các ổ đỡ trục và ổ biên của trục khuỷu (hình 3.13) động cơ ô tô thường là các ổ

trượt gồm hai nửa hình trụ Các miếng bạc 2 nằm giữa cổ trục chính và thân máy (bạc

cổ trục chính) và các miếng bạc nằm giữa cổ biên và thanh truyền (bạc biên) làm việc trong điều kiện chịu tải lớn, tốc độ trượt cao, bôi trơn hạn chế, do vậy cần có khả năng chống mài mòn cao có vật liệu chế tạo Trên thân máy và trục khuỷu con bố trí các đệm căn dọc trục 5, đảm bảo khả năng hạn chế dơ dọc của trục khuỷu Tương tự như trên cổ biên, các ổ trượt và căn đệm dọc đều chế tạo dạng hai nửa với các vấu định vị chắc chắn, nhằm tạo điều kiện dễ dàng thay thế khi bị mòn

5

c) 6

7 8

9

5

Cấu tạo một miếng bạc được trình bày trên hình 3.13c Miếng bạc có cấu trúc bao

gồm: cốt thép được chế tạo từ thép lá, mặt trong cốt thép có phủ lớp vật liệu chống mòn bằng hợp kim Thiếc (ba bít), hợp kim Đồng – Chì, hợp kim Nhôm, hay hợp kim gốm

sứ Khi chế tạo cần thiết phủ lớp kết dính giữa cốt thép và vật liệu chống mòn, đảm bảo khả năng dính kết hai lớp khi chịu tải Các miếng bạc 2 được cố định trên máng đỡ 1 của ổ nhờ các gờ định vị (không bị quay và dịch chuyển dọc trục Trong các bạc cổ trục khuỷu có tạo rãnh để dẫn dầu đến bôi trơn cho cổ biên Các miếng bạc và cổ trục chính,

cổ biên sau thời gian sử dụng bị mòn, cần thiết mài lại các cổ trục và thay thế các miếng

bạc theo đúng số hiệu (cốt sửa chữa)

Trên một số động cơ, sử dụng ổ bi thay cho ổ trượt Ổ thanh lăn trụ, ổ kim có kết cấu đặc biệt (kích thước và dạng chịu tải) được dùng bố trí cho trục khuỷu