Giáo trình Cấu tạo Động cơ Ô tô - Nghề Công nghệ Ô tô, Trình độ Trung cấp, Cao đẳng

• Trường học: Trường Cao Đẳng Lào Cai
• Chuyên ngành: Công nghệ ô tô
• Đề tài: Giáo trình cấu tạo động cơ ô tô nghề công nghệ ô tô
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Lào Cai

Tóm tắt

I. Tổng quan giáo trình cấu tạo động cơ ô tô nghề công nghệ

Giáo trình cấu tạo động cơ ô tô là tài liệu đào tạo chính thức của Trường Cao đẳng Lào Cai, thuộc mã tài liệu MĐ 17, được biên soạn năm 2019 cho chương trình nghề Công nghệ Ô tô trình độ trung cấp và cao đẳng. Nội dung giáo trình bao gồm năm chương học chính, sắp xếp logic từ cơ bản đến nâng cao. Chương trình trình bày kiến thức về động cơ đốt trong, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, cơ cấu phân phối khí, hệ thống bôi trơn làm mát và hệ thống nhiên liệu động cơ. Mỗi chương được xây dựng theo trình tự từ nhiệm vụ, cấu tạo, nguyên lý hoạt động đến cách phân tích hư hỏng, phương pháp kiểm tra và quy trình sửa chữa thực hành. Giáo trình hướng đến mục tiêu giúp học sinh hiểu rõ lịch sử phát triển, các thuật ngữ kỹ thuật và nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong. Đồng thời, tài liệu trang bị khả năng vận dụng kiến thức vào nhận dạng, bảo dưỡng và tư duy sáng tạo trong học tập nghề công nghệ ô tô.

1.1. Lịch sử phát triển động cơ đốt trong

Động cơ ô tô gắn bó mật thiết với đời sống con người suốt hơn 200 năm lịch sử. Từ những mẫu động cơ đầu tiên thô sơ, công nghệ liên tục được cải tiến để trở nên hoàn thiện hơn, an toàn hơn và thông minh hơn. Ngày nay, động cơ đã đáp ứng nhiều tiêu chuẩn khắt khe như giảm tiếng ồn nhờ hệ thống cách âm, kiểm soát quá trình đốt nhiên liệu hiệu quả, giảm khí thải và rút ngắn thời gian khởi động. Động cơ xăng và diesel hiện là hai loại phổ biến nhất, được ưa chuộng nhờ đặc tính tiết kiệm nhiên liệu, thường trang bị trên các dòng xe Toyota, Mitsubishi, Chevrolet, Nissan.

1.2. Cấu trúc chương trình đào tạo

Giáo trình được chia thành năm chương học chính, mỗi chương đảm nhận một phần kiến thức riêng biệt về động cơ ô tô. Chương một giới thiệu khái quát về động cơ đốt trong. Chương hai trình bày cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Chương ba tập trung vào cơ cấu phân phối khí. Chương bốn đề cập hệ thống bôi trơn và làm mát. Chương năm đi sâu vào hệ thống nhiên liệu động cơ. Cách sắp xếp này tạo nên lộ trình học tập logic, từ tổng quan đến chi tiết, giúp học sinh nắm vững từng bộ phận trước khi hiểu toàn bộ hệ thống động cơ.

II. Phân tích cấu tạo và nguyên lý hoạt động động cơ

Động cơ đốt trong hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi nhiệt năng thành cơ năng thông qua chu trình bốn kỳ: hút, nén, nổ và xả. Ở kỳ hút, piston di chuyển từ ĐCT đến ĐCD, hỗn hợp nhiên liệu được hút vào xi lanh. Kỳ nén, piston di chuyển ngược lại, nén hỗn hợp đến áp suất cao. Kỳ nổ là hành trình sinh công duy nhất, khi nhiên liệu được đốt cháy tạo áp suất lớn đẩy piston xuống, truyền lực qua thanh truyền làm quay trục khuỷu. Cuối cùng, kỳ xả đẩy khí cháy đã qua sử dụng ra ngoài. Động cơ diesel khác động cơ xăng ở chỗ chỉ hút và nén không khí thuần túy. Nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt khi không khí đã đạt nhiệt độ và áp suất cực cao, tự bốc cháy mà không cần bugi đánh lửa. Áp suất đầu kỳ nổ đạt 60-80 KG/cm², nhiệt độ lên đến 1800-2000°C.

2.1. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền đảm nhận nhiệm vụ biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. Bộ phận này bao gồm piston, thanh truyền, trục khuỷu và bánh đà. Piston di chuyển lên xuống trong xi lanh, lực được truyền qua thanh truyền đến trục khuỷu. Trục khuỷu có dạng hình chữ U với các cổ biên và cổ chính, thực hiện chuyển động quay liên tục. Bánh đà lắp ở đầu trục khuỷu giúp tích trữ năng lượng, duy trì quán tính quay đều cho động cơ giữa các kỳ nổ.

2.2. Cơ cấu phân phối khí

Cơ cấu phân phối khí điều khiển việc đóng mở xupap để đưa hỗn hợp nhiên liệu vào và đẩy khí thải ra khỏi xi lanh đúng thời điểm. Hệ thống bao gồm trục cam, xupap hút, xupap xả, lò xo xupap và cơ cấu truyền động. Trục cam quay với tốc độ bằng một nửa trục khuỷu, đảm bảo mỗi xupap mở một lần trong chu kỳ làm việc hoàn chỉnh. Thời điểm đóng mở xupap phải chính xác theo trình tự nổ của các xi lanh, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và công suất động cơ.

III. Hệ thống bôi trơn làm mát và nhiên liệu động cơ

Hệ thống bôi trơn có vai trò giảm ma sát giữa các chi tiết chuyển động, làm kín buồng đốt, làm sạch và chống gỉ cho các bề mặt tiếp xúc. Dầu bôi trơn được bơm đến các chi tiết qua hệ thống ống dẫn, duy trì màng dầu liên tục ngăn chặn sự tiếp xúc kim loại trực tiếp. Hệ thống làm mát kiểm soát nhiệt độ động cơ ở mức ổn định, thường từ 80-90°C, tránh hiện tượng quá nhiệt gây biến dạng hoặc hỏng chi tiết. Hệ thống nhiên liệu đảm nhận việc cung cấp đúng lượng nhiên liệu vào xi lanh theo tỷ lệ chuẩn. Đối với động cơ diesel, hệ thống bao gồm bơm cao áp, vòi phun nhiên liệu và bộ lọc. Góc phun sớm là thông số quan trọng, ảnh hưởng đến công suất và hiệu suất đốt cháy. Nhiên liệu cần được phun đúng thời điểm khi piston gần đến ĐCT cuối kỳ nén để đạt sự cháy hoàn hảo.

3.1. Hệ thống bôi trơn và làm mát

Hệ thống bôi trơn sử dụng dầu nhớt chuyên dụng, được bơm tuần hoàn qua các chi tiết ma sát như trục khuỷu, thanh truyền, piston và xi lanh. Dầu có chức năng giảm ma sát, tản nhiệt, làm kín và chống ăn mòn. Hệ thống làm mát sử dụng dung dịch nước hoặc không khí để duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định. Khi động cơ quá nhiệt, các chi tiết bị giãn nở không đều, dẫn đến kẹt piston hoặc nứt block xi lanh. Việc bảo dưỡng định kỳ hai hệ thống này giúp kéo dài tuổi thọ động cơ đáng kể.

3.2. Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel hoạt động ở áp suất rất cao, bao gồm bơm cao áp, ống dẫn áp suất, vòi phun và bộ lọc nhiên liệu. Bơm cao áp nén nhiên liệu đến áp suất đủ lớn để phun trực tiếp vào buồng đốt. Vòi phun được thiết kế dạng nhiều lỗ nhỏ, tạo tia nhiên liệu mịn hòa trộn tốt với không khí nóng trong xi lanh. Góc phun sớm quyết định thời điểm bắt đầu phun, phụ thuộc vào loại động cơ, tốc độ và công suất. Kiểm tra và điều chỉnh góc phun đúng kỹ thuật giúp động cơ hoạt động hiệu quả, tiết kiệm nhiên liệu.

IV. Kiểm tra sửa chữa và ứng dụng giáo trình trong đào tạo

Giáo trình không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn hướng dẫn chi tiết quy trình kiểm tra và sửa chữa thực tế. Phương pháp kiểm tra xi lanh bao gồm quan sát bằng mắt thường để xác định vết cào xước, cháy rỗ trên bề mặt làm việc. Công cụ đo chuyên dụng như đồng hồ so và panme đo trong được sử dụng để xác định độ mòn hình côn, hình ôvan của xi lanh. Các hư hỏng thường gặp trên xi lanh bao gồm mòn hình ôvan do lực ngang tác dụng, mòn hình côn do vùng xéc măng khí trên chịu áp suất và nhiệt độ cao nhất. Ngoài ra, xi lanh còn bị cào xước do mạt kim loại trong dầu, cháy rỗ do tiếp xúc sản vật cháy, hoặc nứt vỡ do piston kẹt hoặc tháo lắp sai kỹ thuật. Giáo trình được áp dụng rộng rãi trong đào tạo nghề công nghệ ô tô tại các trường trung cấp, cao đẳng trên toàn quốc, giúp học sinh tiếp cận kiến thức thực tiễn và kỹ năng nghề nghiệp cần thiết.

4.1. Phương pháp kiểm tra và sửa chữa động cơ

Quy trình kiểm tra động cơ bắt đầu bằng vệ sinh sạch sẽ dầu mỡ và cạo muội than trên các chi tiết. Bước đầu tiên là kiểm tra trực quan bằng mắt thường để phát hiện các vết cào xước, cháy rỗ trên bề mặt xi lanh. Tiếp theo, sử dụng đồng hồ so hoặc panme đo trong để đo chính xác độ mòn hình côn và hình ôvan. Kết quả đo được so sánh với thông số kỹ thuật tiêu chuẩn để đánh giá mức độ hư hỏng. Từ đó, kỹ thuật viên đưa ra quyết định sửa chữa hoặc thay thế chi tiết phù hợp, đảm bảo động cơ hoạt động ổn định sau khi phục hồi.

4.2. Ứng dụng giáo trình trong đào tạo nghề

Giáo trình cấu tạo động cơ ô tô được biên soạn theo chương trình đào tạo của Trường Cao đẳng Lào Cai, áp dụng cho trình độ trung cấp và cao đẳng nghề công nghệ ô tô. Nội dung được sắp xếp từ cơ bản đến nâng cao, phù hợp với năng lực tiếp thu của học sinh. Giáo trình kết hợp lý thuyết với thực hành, hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức vào nhận dạng, bảo dưỡng và sửa chữa động cơ thực tế. Tài liệu cũng khuyến khích tư duy sáng tạo, độc lập trong học tập, giúp học sinh phát triển kỹ năng nghề nghiệp toàn diện, đáp ứng nhu cầu nhân lực ngành công nghệ ô tô ngày càng phát triển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

UBND TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH CẤU TẠO ĐỘNG CƠ Ô TÔ NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ô TÔ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP, CAO ĐẲNG LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2019 1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu này thuộc loại giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. MÃ TÀI LIỆU: MĐ 17 LỜI GIỚI THIỆU Xe ôtô gắn bó mật thiết với đời sống con người đến mức chúng ta coi như một lẽ tự nhiên. Để ô tô hoạt động được tốt thì cần phải có trang bị một loại động cơ hoàn chỉnh mà hiện nay chủ yếu là động cơ đốt trong. Thực tế thì động cơ ôtô mới chỉ có lịch sử trên 200 năm và ngày càng trở nên hoàn thiện hơn, an toàn hơn, thông minh hơn để phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người. Đến nay động cơ đã đáp ứng các yêu cầu theo tiêu chuẩn chung như tiếng ồn của động cơ đã giảm, nhờ hệ thống cách âm và kiểm soát quá trình đốt nhiên liệu tốt hơn, khói thải giảm xuống và thời gian khởi động nhanh. Hiện nay động cơ đang được sử dụng phổ biến đối với các dòng xe là động cơ xăng và diesel và được người tiêu dùng ưa chuộng vì đặc tính tiết kiệm nhiên liệu và thường được trang bị cho các dòng xe như Toyota, Mitsubishi , Chevrolet, Nissan,. Để giới thiệu cho học sinh nghề công nghệ ô tô hiểu về cấu tạo và hoạt ddoogj của đông cơ ô tô giáo trình được biên soạn, nội dung giáo trình bao gồm các chương: Chương 1. Khái quát chung về động cơ đốt trong Chương 2. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền Chương 3. Cơ cấu phân phối khí Chương 4. Hệ thống bôi trơn- Làm mát Chương 5. Hệ thống nhiên liệu động cơ Kiến thức trong giáo trình được biên soạn theo chương trình nhà trường, sắp xếp logic từ nhiệm vụ, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử đến cách phân tích các hư hỏng, phương pháp kiểm tra và quy trình thực hành sửa chữa. Do đó người đọc có thể hiểu một cách dễ dàng. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người đọc để lần xuất bản sau giáo trình được hoàn thiện hơn. Lào cai, ngày…. năm 2019 2 MỤC LỤC TT TÊN ĐỀ MỤC TRANG 1 Lời giới thiệu. Khái quát chung về động cơ đốt trong 3-36 4 Chương 2. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền 37- 99 5 Chương 3. Cơ cấu phân phối khí 100-140 6 Chương 4. Hệ thống bôi trơn- Làm mát 141-183 7 Chương 5. Hệ thống nhiên liệu động cơ 184-321 3 Chương 1: Khái quát chung về động cơ đốt trong Mục tiêu - Trình bày được lịch sử phát triển của động cơ đốt trong - Trình bày được các thuật ngữ của động cơ đốt trong - Trình bày được nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong; - Vận dụng kiến thức vào nhận dạng, bảo dưỡng động cơ đốt trong; - Tư duy sáng tạo, độc lập trong học tập. Lịch sử hình thành và phát triển động cơ đốt trong. Khái niệm về ô tô Ô tô là xe tự chạy, dùng để chở hàng hoá, chở người hoặc dùng trong cơ giới hoá một số công việc. Ô tô có tính cơ động cao có thể đến tận nơi xếp dỡ hàng, vận chuyển được nhiều loại hàng hoá, việc sử dụng đơn giản tính kinh tế cao. Ô tô được sử dụng nhiều trong các ngành kinh tế quốc dân. Lịch sử xu hướng phát triển của ô tô Những chiếc xe tự vận hành đầu tiên chạy bằng động cơ hơi nước, vào năm 1769 dựa trên nguyên lý đó một người Pháp tên Nicolas Joseph Cugnot đã chế tạo ra chiếc xe ô tô đầu tiên, chiếc xe này được câu lạc bộ xe hơi Hoàng Gia Anh và câu lạc bộ xe hơi Pháp xác nhận là chiếc xe hơi đầu tiên. Vào năm 1885, Kỹ sư cơ khí người Đức, Karl Benz thiết kế và chế tạo chiếc xe ô tô chạy bằng động cơ đốt trong đầu tiên trên thế giới. Ngày 29 tháng 01 năm 1886 Benz nhận bằng sáng chế đầu tiên (DRP số 37435) cho xe ô tô chạy bằng khí đốt. Loại xe đó có 3 bánh. Đến năm 1891 Benz chế tạo chiếc xe 4 bánh đầu tiên. Benz & Cie, công ty đầu tiên do các nhà phát minh sáng lập ra đã trở thành hãng sản xuất ô tô lớn nhất thế giới. Benz cũng là nhà phát minh đầu tiên kết hợp động cơ đốt trong với phần khung gầm so chính ông thiết kế. Vào năm 1885, Gottleib Daimler cùng với đối tác của mình là Wilhl Mayback cải tiến động cơ đốt trong của Nicolas Otto và đệ đơn cấp bằng sáng chế cho phát kiến này và đây chính là nguyên mẫu động cơ xăng hiện nay. Daimler và Nicolas Otto có mối liên kết khăng khít với nhau, Daimler làm việc ở vị trí giám đốc kỹ thuật cho nhà máy Deutz Gasmotorenfabrik trong đó Nicolas Otto cũng là đồng sở hữu vào năm 1872. Vậy nên cũng đã có tranh cãi về việc ai là người phát kiến ra xe máy đầu tiên: Otto hay Daimler. Động cơ Daimler – Maybach đời 1885 nhỏ, nhẹ, chạy nhanh, dùng bộ chế hòa khí bơm xăng và xy lanh thẳng đứng. Kích cỡ, tốc độ và hiệu suất của loại động cơ này đã tạo nên cuộc cách mạng về thiết kế xe hơi. Vào ngày 08 tháng 03 năm 1886, Daimler lắp loại động cơ này vào khung xe ngựa và qua đây phát kiến này được xem là thiết kế xe ô tô 4 bánh đầu tiên và ông được coi như nhà thiết kế đầu tiên của loại động cơ đốt trong có tính hữu dụng. Vào năm 1889, Daimler phát minh động cơ đốt trong 4 kỳ thì có van hình nấm và 2 xy lanh hình chữ V. Cũng giống như động cơ Otto đời 1876, loại động cơ mới của Daimler đặt nền tảng cho động cơ ô tô hiện đại ngày nay. Cũng vào năm 1889, Daimler 4 và Mayback chế tạo chiếc xe ô tô đầu tiên từ con số không, họ đã không cải tiến từ những chiếc xe cũ như trước đây họ đã từng làm. Chiếc Daimler mới có hộp số 4 tốc độ với tốc độ tối đa 10 dặm/ giờ. Năm 1890, Daimler thành lập Daimler Motoren - Gesllschft để sản xuất các mẫu xe theo thiết kế của ông. Mười một năm sau đó, Wilhelm Mayback thiết kế ra xe Mercedes. Vào những năm đầu của thế kỷ 20, doanh số của xe ô tô động cơ xăng bắt đầu vượt qua tất cả các loại xe gắn động cơ khác. Thị trường phát triển mạnh với các loại xe ô tô tiết kiệm nhiên liệu và nhu cầu về ngành công nghiệp sản xuất cũng trở nên cấp thiết. Hãng sản xuất ô tô đầu tiên trên thế giới thuộc về người Pháp, hãng Panhars & Levassor (1889) và Peugeot (1891). Nhà sản xuất ô tô ở đây là các nhà chế tạo ô tô với mục đích thương mại chứ không đơn thuần là nhà chế tạo, thiết kế xe để thử nghiệm động cơ của họ như trước đây. Daimler và Benz khởi sự sau khi các nhà thiết kế động cơ thử nghiệm trở thành những nhà sản xuất ô tô chuyên nghiệp và cả hai đã kiếm tiền bằng việc nhượng quyền các sáng chế và bán động cơ xe cho các hãng sản xuất ô tô. Vào năm 1890, Rene Panhard và Emile Levassor họ cho ra đời chiếc xe hơi đầu tiên sử dụng động cơ của Daimler với sự ủy quyền của Edouard Sarazin người nhượng quyền hợp pháp sáng chế của Daimler tại Pháp. Những chiếc xe do Panhard – Levassor chế tạo được trang bị hệ thống li hợp (côn) điều khiển bằng bàn đạp, một xích truyền lực tới hộp số và một bộ tản nhiệt phía trước. Lervassor là nhà thiết kế đầu tiên dời động cơ lên phía trước và sử dụng cấu trúc dẫn động cần sau. Thiết kế này được gọi là hệ thống Panhard và nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn cho tất cả các xe ô tô vì nó tạo ra sự cần bằng và vận hành tốt hơn. Panhard và Levassor cũng được xem là nhà phát minh của hộp số hiện đại được lắp trên mẫu xe Panhard 1895. Hai ông cùng với Armand Peugeot chia sẻ quyền sử dụng phát minh động cơ của Daimler. Một xe của Peugeot dành chiến thắng trong cuộc đua đầu tiên tổ chức tại Pháp đã giúp Peugot khẳng định vị thế của hãng và doanh thu cũng được cải thiện đáng kể. Oái oăm thay, cuộc đua từ Paris đến Marseille kết thúc với một tai nạn chết người mà trong đó người tử nạn lại chính là Emile Levassor. Trước đây người Pháp không tiêu chuẩn hóa ô tô, mỗi chiếc sản xuất ra đều khác nhau cho đến khi mẫu xe Benz Velo 1894 với 134 chiếc hoàn toàn giống nhau được sản xuất vào năm 1895. Nhà sản xuất ô tô gắn động cơ xăng đầu tiên của Mỹ là anh em nhà Duryea, ban đầu là nhà sản xuất xe đạp nhưng họ luôn để mắt động cơ xăng của ô tô và kết quả là chiếc xe đầu tiên gắn động cơ của họ ra đời năm 1893 tại Springfield, Massachusetts. Cho đến năm 1896, công ty Duryea Motor Wagon đã đưa ra 13 mẫu xe, trong đó có một mẫu xe Limousine đắt tiền còn được duy trì cho tới ngày nay. Mẫu xe hàng loạt đầu tiên tại Mỹ là 1901 Curved Dash Oldsmobile do nhà sản xuất người Mỹ Ransome Eli Olds (1864-1950) chế tạo. Rasem Eli Olds đưa ra ý tưởng đầu tiên về dây chuyền lắp ráp và cũng là người khởi xướng khu công nghiệp Detroit. Ông và thân phụ, Pliny Fisk Olds bắt đầu sản xuất động cơ hơi nước và động cơ xăng tại Lansing, Michigan vào năm 1885. Olds 5 thiết kế chiếc ô tô dùng động cơ hơi nước đầu tiên của ông vào năm 1887. Năm 1899, với những kinh nghiệm gặt hái được về động cơ xăng, Olds chuyển tới Detroit lập ra Olds Motor Works và khởi nghiệp bằng việc sản xuất những chiếc xe rẻ tiền. Ông sản xuất mẫu xe 425 Curved Dash Olds vào năm 1901 và là nhà sản xuất ô tô hàng đầu của Mỹ từ 1901 đến 1904. Nhà sản xuất xe hơi người Mỹ, Henry Ford (1863-1947) phát kiến dây chuyền lắp ráp hoàn thiện và lắp đặt hệ thống băng chuyền đầu tiên cho nhà máy ô tô Highland của ông tại Michigan vào khoảng năm 1913 – 1914. Dây chuyền lắp ráp giảm thiểu chi phí bằng cách rút ngắn thời gian lắp ráp, mẫu xe nổi tiếng của Ford, Model “T” được lắp ráp hoàn thiện trong 93 phút.