Đồ án môn học: Thi công mô hình động cơ đốt trong 1NZ hệ thống phân phối khí - Đại học HUTECH

Đồ án nghiên cứu môn học thi công mô hình động cơ đốt trong hệ thống phân phối khí đề tài thi công mô hình, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài

• Tác giả: Trần Văn Được
• Người hướng dẫn: Huỳnh Quang Thảo
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Thi Công Mô Hình Động Cơ Đốt Trong (Hệ Thống Phân Phối Khí)
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Đồ Án Thi Công Mô Hình Động Cơ Đốt Trong 1NZ

Đồ án thi công mô hình động cơ đốt trong là một dự án quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư ô tô. Nó cung cấp cơ hội thực tế để sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực hành, đồng thời phát triển kỹ năng làm việc nhóm và giải quyết vấn đề. Đồ án này tập trung vào hệ thống phân phối khí của động cơ 1NZ, một loại động cơ phổ biến trên các dòng xe Toyota. Mục tiêu chính là xây dựng một mô hình hoạt động được của hệ thống phân phối khí, giúp người học hình dung rõ ràng về nguyên lý hoạt động và cấu tạo của hệ thống. Theo tài liệu gốc của đồ án, sinh viên sẽ phải tìm hiểu chi tiết về: nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống phân phối khí. Phương pháp nghiên cứu bao gồm tìm kiếm tài liệu, tổng hợp, so sánh, phân tích và mô phỏng. Đồ án bao gồm các chương: giới thiệu, cơ sở lý thuyết, phân tích và các công nghệ trên hệ thống phân phối khí, và kết luận.

1.1. Mục Tiêu Cụ Thể Của Đồ Án Thi Công Mô Hình Động Cơ

Mục tiêu của đồ án bao gồm: giới thiệu chi tiết về động cơ đốt trong trên ô tô, giới thiệu chi tiết về hệ thống phân phối khí trên ô tô, phân tích hệ thống phân phối khí và các công nghệ sử dụng đối với hệ thống phân phối khí của các hãng, dòng xe khác nhau, thiết kế và mô phỏng hệ thống phân phối khí. Đồ án nhằm mục đích cung cấp cho sinh viên kiến thức sâu rộng và kỹ năng thực hành cần thiết để thiết kế, chế tạo, bảo trì và sửa chữa hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong.

1.2. Nội Dung Chi Tiết Đồ Án Hệ Thống Phân Phối Khí 1NZ

Nội dung chi tiết của đồ án bao gồm: tìm hiểu chi tiết về nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống phân phối khí. Mô phỏng các chi tiết của cơ cấu sinh lực bằng phần mềm AUTOCAD 2017. Đồ án đi sâu vào động cơ 1NZ, một loại động cơ xăng phổ biến, và tập trung vào thiết kế hệ thống phân phối khí. Việc sử dụng AUTOCAD giúp sinh viên làm quen với các công cụ thiết kế hiện đại và tạo ra các bản vẽ kỹ thuật chính xác.

II. Thách Thức Vấn Đề Khi Thi Công Mô Hình Động Cơ Đốt Trong

Việc thi công mô hình động cơ đốt trong không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Nó đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động động cơ đốt trong, thiết kế hệ thống phân phối khí, và kỹ năng sử dụng các công cụ và phần mềm chuyên dụng. Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo tính chính xác của các chi tiết và sự phối hợp nhịp nhàng giữa chúng. Ngoài ra, việc lựa chọn vật liệu chế tạo mô hình động cơ phù hợp cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền và hiệu quả hoạt động của mô hình. Các vấn đề khác có thể bao gồm: tìm kiếm thông tin kỹ thuật chính xác, giải quyết các vấn đề kỹ thuật phát sinh trong quá trình thi công, và quản lý thời gian và nguồn lực hiệu quả. Theo tài liệu, tải trọng cơ học cao và tải trọng va đập lớn là những điều kiện làm việc khắc nghiệt của hệ thống phân phối khí.

2.1. Khó Khăn Trong Thiết Kế Hệ Thống Phân Phối Khí

Thiết kế hệ thống phân phối khí đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng giữa nhiều yếu tố, bao gồm: thời điểm đóng mở xupap, độ nâng xupap, hình dạng và kích thước buồng đốt. Việc tối ưu hóa các thông số này có thể giúp cải thiện hiệu suất động cơ và giảm lượng khí thải. Sử dụng phần mềm thiết kế hệ thống phân phối khí hỗ trợ thiết kế và mô phỏng hoạt động của hệ thống là cần thiết để vượt qua những khó khăn này.

2.2. Lựa Chọn Vật Liệu Chế Tạo Quy Trình Thi Công Mô Hình

Việc lựa chọn vật liệu chế tạo mô hình động cơ phù hợp là rất quan trọng. Vật liệu phải đáp ứng các yêu cầu về độ bền, độ cứng, khả năng chịu nhiệt, và dễ gia công. Quy trình thi công mô hình động cơ cũng cần được tuân thủ nghiêm ngặt để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của mô hình. Điều này bao gồm các bước như: chuẩn bị bản vẽ kỹ thuật, gia công các chi tiết, lắp ráp, và kiểm tra hoạt động.

III. Phương Pháp Thi Công Mô Hình Động Cơ Đốt Trong 1NZ Hiệu Quả

Để thi công mô hình động cơ đốt trong thành công, cần áp dụng một phương pháp tiếp cận có hệ thống và khoa học. Điều này bao gồm: nghiên cứu kỹ lưỡng tài liệu kỹ thuật, lập kế hoạch chi tiết, lựa chọn vật liệu và công cụ phù hợp, và thực hiện các bước thi công một cách cẩn thận và chính xác. Quan trọng hơn, cần có sự sáng tạo và linh hoạt trong việc giải quyết các vấn đề phát sinh trong quá trình thi công. Cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, hệ thống bôi trơn động cơ, hệ thống làm mát động cơ. Ngoài ra, việc mô phỏng hoạt động bằng phần mềm AUTOCAD giúp sinh viên kiểm tra và điều chỉnh thiết kế trước khi bắt đầu thi công thực tế.

3.1. Thiết Kế Bản Vẽ Chi Tiết Tính Toán Thiết Kế Động Cơ

Việc thiết kế bản vẽ mô hình động cơ chi tiết là bước quan trọng đầu tiên. Bản vẽ cần thể hiện rõ ràng kích thước, hình dạng, và vị trí của tất cả các chi tiết. Tính toán thiết kế động cơ cũng cần được thực hiện để đảm bảo mô hình hoạt động đúng theo nguyên lý hoạt động. Các phần mềm CAD như AutoCAD có thể hỗ trợ quá trình này.

3.2. Quy Trình Thi Công Gia Công Lắp Ráp Kiểm Tra Mô Hình

Quy trình thi công mô hình động cơ bao gồm các bước: gia công các chi tiết theo bản vẽ, lắp ráp các chi tiết thành một hệ thống hoàn chỉnh, và kiểm tra hoạt động của mô hình. Mỗi bước cần được thực hiện cẩn thận và chính xác để đảm bảo chất lượng của mô hình. Việc kiểm tra cần tập trung vào tính kín khít của các mối nối, sự trơn tru của các bộ phận chuyển động, và hiệu quả của hệ thống phân phối khí.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Kết Quả Nghiên Cứu Đồ Án Động Cơ 1NZ

Đồ án thi công mô hình động cơ đốt trong không chỉ là một bài tập học thuật mà còn có giá trị ứng dụng thực tế cao. Mô hình có thể được sử dụng để giảng dạy, nghiên cứu, hoặc trưng bày. Ngoài ra, quá trình thực hiện đồ án giúp sinh viên phát triển các kỹ năng cần thiết cho công việc sau này, như kỹ năng làm việc nhóm, giải quyết vấn đề, và quản lý dự án. Các kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để cải tiến thiết kế và hiệu suất của các loại động cơ đốt trong hiện tại. Theo tài liệu gốc, nghiên cứu về động cơ đốt trong cải tiến giúp gia tăng hiệu suất và giảm tiêu hao nhiên liệu động cơ.

4.1. Sử Dụng Mô Hình Động Cơ Trong Giảng Dạy Nghiên Cứu

Mô hình động cơ đốt trong có thể được sử dụng như một công cụ trực quan và hiệu quả trong giảng dạy. Nó giúp sinh viên dễ dàng hình dung và hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động và cấu tạo của động cơ. Trong nghiên cứu, mô hình có thể được sử dụng để thử nghiệm các giải pháp cải tiến thiết kế và hiệu suất.

4.2. Phát Triển Kỹ Năng Áp Dụng Vào Thực Tế Công Việc

Quá trình thực hiện đồ án giúp sinh viên phát triển các kỹ năng mềm và kỹ năng cứng cần thiết cho công việc sau này. Các kỹ năng này bao gồm: kỹ năng làm việc nhóm, giải quyết vấn đề, quản lý dự án, sử dụng phần mềm chuyên dụng, và kỹ năng gia công cơ khí. Những kỹ năng này sẽ giúp sinh viên tự tin và thành công trong sự nghiệp của mình.

V. Kết Luận Hướng Phát Triển Đồ Án Mô Hình Động Cơ Đốt Trong

Đồ án thi công mô hình động cơ đốt trong là một trải nghiệm học tập quý giá đối với sinh viên kỹ thuật ô tô. Nó giúp sinh viên củng cố kiến thức lý thuyết, phát triển kỹ năng thực hành, và chuẩn bị cho công việc sau này. Trong tương lai, đồ án có thể được mở rộng và nâng cấp để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp ô tô. Các hướng phát triển có thể bao gồm: sử dụng các công nghệ mới để thiết kế và chế tạo mô hình, tập trung vào các vấn đề môi trường như giảm khí thải và tăng hiệu suất nhiên liệu. Tìm hiểu về động cơ đốt trong cải tiến sẽ mang lại hiệu quả tốt hơn về hiệu suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm khí thải.

5.1. Tầm Quan Trọng Của Đồ Án Trong Đào Tạo Kỹ Sư Ô Tô

Đồ án thi công mô hình động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo kỹ sư ô tô chất lượng cao. Nó giúp sinh viên có được kiến thức và kỹ năng cần thiết để đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Cải Tiến Mô Hình Động Cơ Trong Tương Lai

Trong tương lai, có thể tập trung vào việc cải tiến thiết kế và hiệu suất của hệ thống phân phối khí, sử dụng các vật liệu mới và công nghệ tiên tiến, và nghiên cứu các giải pháp giảm khí thải và tăng hiệu suất nhiên liệu. Điều này sẽ giúp tạo ra các mô hình động cơ đốt trong hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Phân tích và các công nghệ trên hệ thống phân phối khí. Chương 4: Kết luận.

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Cơ sở lý thuyết về động cơ đốt trong 1NZ 2. Cấu tạo động cơ đốt trong 1NZ 2. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền Đây là bộ phận quan trọng có chức năng tiếp nhận năng lượng được tạo ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu.

Bộ phận này gồm các thành phần với cấu tạo và chức năng như sau. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 2. Thành phần này được đặt trong thân động cơ, kết hợp cùng nắp xi lanh và đỉnh piston tạo nên buồng đốt trong động cơ đốt trong. Xi lanh động cơ đốt trong 1NZ 2.

Có hình dáng trụ ngắn, nằm bên trong xi lanh, có cấu tạo gồm đỉnh, thân và chốt piston. Piston kết hợp cùng xi lanh tạo nên buồng đốt trong động cơ. Đồng thời, bộ phận này còn chuyển động tịnh tiến trong xi lanh, tiếp nhận công năng được tạo nên từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, qua thanh truyền và chốt piston truyền đến trục khuỷu. Là bộ phận nối liền piston và trục khuỷu.

Nhiệm vụ của thanh truyền là truyền lực tác động và biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động tròn của trục khuỷu. Trục khuỷu có chức năng biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Cơ cấu phân phối khí.

Bộ phận này có chức năng chính là đóng/mở hệ thống cửa nạp/cửa xả, từ đó giúp động cơ chủ động nạp hoặc thải khí từ xi lanh ra bên ngoài. Hệ thống bôi trơn. Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ vận chuyển và giúp dầu bôi trơn được bôi đều trên các chi tiết bên trong động cơ. Quá trình này giúp giảm tính ma sát bề mặt, đảm bảo cho động cơ hoạt động ổn định và bền bỉ hơn.

Hệ thống khởi động. Hệ thống giúp động cơ khởi động, bắt đầu cho một quá trình làm việc mới. Khi hệ thống hoạt động, trục khuỷu sẽ được làm quay giúp cho khối động cơ tự nổ máy. Hệ thống cung cấp khí và nhiên liệu.

Hệ thống này bao gồm các thành phần như: kim phun và hòa khí điều khiển điện tử hoặc bộ chế hòa khí, các cơ cấu lọc và các chi tiết khác. Trước mỗi chu kỳ hoạt động, bộ phận này sẽ có nhiệm vụ hòa trộn không khí sạch với nhiên liệu theo một tỷ lệ phù hợp và phun chúng vào bên trong buồng đốt. Hệ thống làm mát. Động cơ đốt trong là một động cơ nhiệt do đó thường tỏa nhiệt rất lớn.

Hệ thống làm mát sẽ đảm bảo nhiệt độ ổn định cho các bộ phận, các chi tiết, giúp động cơ hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn. Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong 1NZ. Các loại động cơ nhiệt nhìn chung chúng đều hoạt động theo một quy trình với 4 kỳ: nạp - nén - nổ - xả. Riêng đối với ô tô, có hai loại động cơ: bốn kỳ và hai kỳ.

Nguyên lý hoạt động ở từng động cơ như sau: 2. Cơ sở lý thuyết về hệ thống phân phối khí 1NZ. Nhiệm vụ, yêu cầu, điều kiện làm việc. Điều khiển quá trình thay đổi môi chất công tác trong động cơ.

Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh động cơ. Quá trình thay đổi khí phải hoàn hảo, nạp đầy thải sạch. Đóng mở xupap đúng quy luật và đúng thời điểm. Đóng xupap kín.

Xupap thải không mở trong quá trình nạp. Ít va đập, mài mòn. Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa, giá thành chế tạo thấp. Điều kiện làm việc.

Tải trọng cơ học cao. Tải trọng va đập lớn. Phân tích hệ thống phân phối khí trên 3 dòng xe của 3 hãng xe khác nhau 2. Hãng xe Ford Hãng Ford đã đi đầu trong lĩnh vực cải tiến hệ thông phân phối khí và đã cho ra đời nhiều thế hệ ôtô với tính năng hiện đại.

Trong đó có hệ thống điều khiển xoay trục cam nạp hay gọi là hệ thống điều khiển VCT. Với hệ thống này nhằm thay đổi góc phân phối khí của các xupáp phù hợp với từng dãi tốc độ làm việc của động cơ được ra đời trong nhưng năm gần đây và sử dụng rộng rãi ở Việt Nam trên các loại xe như: Focus, Mondeo, Escape, Transit… Hệ thống cơ cấu phân phối khí VCT: o VCT là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. VCT là cụm từ viết tắt từ tiếng Anh: Variable Cam Timing. Hãng xe Ford.

o Đối với các động cơ cổ điển thì thời điểm phối khí là cố định và thường đựơc tính theo điều kiện sử dụng của động cơ. Vì nó được dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu đến cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích. Ngược lại, với các động cơ có hệ thống VCT thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của động cơ. Hệ thống VCT sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoay trục cam nạp, thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu.

Hệ thống này có thể xoay trục cam một góc 400 tính theo góc quay trục khuỷu để đạt thời điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu từ cảm biến và điều khiển bằng ECU động cơ. o Do đó hệ thống này được đánh giá rất cao vì nó cải thiện quá trình nạp và thải, tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường. Công nghệ tiên tiến. Các kỹ sư của Ford đã đưa cả ba công nghệ chủ chốt vào động cơ EcoBoost nhằm giảm mức tiêu hao nhiên liệu và mang lại sức mạnh vượt trội: phun nhiên liệu trực tiếp, trục cam biến thiên và turbo tăng áp.

Bộ điều khiển trung tâm đảm bảo cho động cơ vận hành êm ái. Những yếu tố giúp EcoBoost tối ưu hoá việc tiết kiệm nhiên liệu Hình 2. Phun nhiên liệu trực tiếp lên piston. Phun nhiên liệu trực tiếp.

Tiết kiệm nhiên liệu hơn và tối ưu hóa công suất hoạt động. Hệ thống phun nhiên liệu cao áp sẽ phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt với lượng nhiên liệu được tính toán chính xác theo nhu cầu của động cơ vào mỗi thời điểm thích hợp, đồng thời hệ thống cũng giúp làm mát khí nạp cho phép tỷ lệ nén cao hơn. So với động cơ phun nhiên liệu gián tiếp, công nghệ này giúp tăng đáng kể hiệu suất sử dụng nhiên liệu trong khi sản sinh thêm nhiều công suất cho động cơ.Phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt. Trục cam biến thiên.

Gia tăng công suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu. Động cơ EcoBoost kiểm soát chính xác thời điểm đóng mở của van nạp và van xả sao cho phù hợp với tốc độ và cường độ hoạt động của động cơ. Nhờ vậy, quá trình tiết kiệm nhiên liệu được cải thiện, giảm bớt khí thải, đồng thời tăng công suất của động cơ. Trục cam biến thiên.

Bổ sung thêm sức mạnh và mômen xoắn mỗi khi bạn cần. Turbo tăng áp tận dụng lượng khí thải của động cơ để tăng thêm dòng khí nạp vào buồng đốt với áp lực lớn. Nhờ thế, công suất được tăng thêm, đồng thời van biến thiên giúp triệt tiêu hiện tượng “trễ turbo” ở vòng tua thấp. Kích thước nhỏ gọn: o Thiết kế nhỏ và nhẹ của EcoBoost giúp tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu, trong khi số lượng xy lanh ít hơn sẽ giảm ma sát và bớt tiêu hao nhiên liệu.

Chính nhờ turbo tăng áp và công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp, EcoBoost có khả năng sản sinh công suất mạnh mẽ tương đương với các động cơ lớn khác. Nhiệm vụ Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình thay đổi khí, thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh để động cơ làm việc được liên tục. Trong quá trình làm việc không khí sạch và nhiên liệu được cấp vào xilanh động cơ ứng với các thời điểm xác định. Việc nạp không khí và làm sạch xilanh động cơ 4 kỳ thực hiện thông qua xupáp nạp và xả.

Yêu cầu Đóng mở xupáp đúng thời gian qui định. - Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông - Ít mòn và ít ồn ào (do va đập). - Dễ điều chỉnh, sửa chữa, giá thành Hình 2. Hệ thống phân phối khí.

Thành phần và cấu tạo của công nghệ phối khí CVVD: Theo những thông tin từ Hyundai, hệ thống này sử dụng một bộ điều chỉnh xoay (rotating adjuster) với các rãnh bên trong có tác dụng thay đổi thời gian quay hết một vòng của vấu cam, qua đó thay đổi thời gian đóng/mở của van nạp theo ý muốn của nhà sản xuất. Ở vòng quay máy thấp, tải nhẹ thời gian mở van sẽ lâu hơn, cho phép hòa khí có nhiều thời gian hơn để đi vào buồng đốt. Ở dải tốc độ cao, thời gian mở van ngắn lại nhằm tối ưu tỷ số nén và sức mạnh của động cơ. Những đặc tính ưu việt của công nghệ phối khí CVVD: Với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, các nhà sản xuất ô tô đã có thể tối ưu quá trình nạp/thải này bằng cách điều khiển thời điểm đóng/mở của các van tùy theo điều kiện vận hành của động cơ.

Công nghệ này chính là nền tảng cho các hệ thống phối khí biến thiên của các hãng xe khác nhau như: VANOS của BMW, VVT-i của Toyota… Trong khi đó, Hyundai cũng tạo riêng cho mình công nghệ biến thiên thời điểm đóng/mở van CVVT. Và hiện nay, công nghệ phối khí CVVD mới với khả năng thay đổi cả thời gian đóng/mở van ra đời như một bước tiến cho hệ thống phối khí trên những mẫu xe Hyundai mới. Với công nghệ này, các mẫu động cơ mới của hãng có thể gia tăng hiệu suất lên tới 4% và cải thiện 5% hiệu quả của nhiên liệu. Chưa hết, lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường cũng sẽ giảm tới 12%.

Đây quả thực là những con số đáng mong đợi. Được biết, đây là công nghệ thay đổi thời gian mở van đầu tiên trên thế giới và sẽ được áp dụng trên động cơ Smartstream G1.6 T-GDi mới trên phiên bản Turbo của dòng xe Hyundai Sonata. Công nghệ phối khí CVVD này sẽ sớm được trang bị trên các dòng xe của Hyundai và Kia trong tương lai. Công nghệ phân phối khí CVVD.

Hãng xe Toyota Hình 2. Hãng xe Toyota. Mô tả hệ thống VVT-i trên oto. Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, những hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí.