CHƯƠNG 1. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ Giới thiệu: Động cơ sử dụng trên ôtô là động cơ đốt trong kiểu piston, nhiên liệu sử dụng chính là xăng hoặc diesel. Về sự hoạt động, hai loại động cơ này có kết cấu và nguyên lý hoạt động gần giống nhau, chúng khác nhau về phương pháp đốt cháy nhiên liệu. Động cơ xăng và Diesel là động cơ nhiệt, chúng biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng và từ nhiệt năng biến thành cơ năng để truyền công suất cho ô tô hoạt động.
Mục tiêu: Về kiến thức: o Trình bày được sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ 2 kỳ, 4 kỳ. o So sánh được ưu nhược điểm giữa động cơ diesel và xăng; động cơ 4 kỳ và 2 kỳ. o Giải thích được các các thuật ngữ và thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ. Về kỹ năng: o Xác định được điểm chết của piston.
o Xác định được chiều quay động cơ. o Xác định được soupape cùng tên, thứ tự công tác của động cơ. Về thái độ: o Ham thích môn học. o Rèn luyện tính tỉ mỉ chính xác.
o Chấp hành đúng quy trình, đảm bảo an toàn lao động trong ngành ô tô. QLĐT-BM13-QT31 15 1. Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng. Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng 4 kỳ.
Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng - Động cơ xăng 4 kỳ làm việc theo 2 vòng quay cốt máy (trục khuỷu) tương đương 7200. Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng 4 kỳ được thể hiện cụ thể như hình mình họa ở trên. Kỳ hút (Intake Stroke): - Piston đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, soupape hút mở, soupape xả đóng. Hỗn hợp hòa khí được hút vào lòng xi lanh nhờ lực hút từ sự dịch chuyển của piston.
Kỳ nén (Compression Stroke): - Piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, tất cả soupape đóng kín. Hỗn hợp hòa khí được nén trong lòng xi lanh. Kỳ cháy (Power Stroke or Combustion Stroke): - Khi Piston lên đến điểm chết trên bugi bật tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp hòa khí đang bị nén bên trong lòng xi lanh đốt cháy hỗn hợp hòa khí. Hỗn hợp hòa khí bị đốt cháy sẽ giãn nở sinh công và đẩy piston dịch chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới.
Kỳ cháy tất cả soupape hút và xả vẫn đóng kín. Kỳ xả ( Exhaust Stroke): - Soupape xả mở, piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên đẩy sản vật cháy ra ngoài. Sau khi kết thúc kỳ xả, piston lại tiếp tục đi xuống và động cơ tiếp tục lập lại các kỳ trong suốt quá trình động cơ hoạt động. QLĐT-BM13-QT31 16 1.
Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ theo thực tế. Sơ đồ làm việc thực tế của động cơ xăng 4 kỳ Trong thực tế để đảm bảo điều kiện hoạt động thực tế của động xăng 4 kỳ thì thời điểm soupape hút và xả có sự khác biệt so với chu trình hoạt động theo lý thuyết như sau: - Thời điểm hút thì soupape hút sẽ mở trước khi piston đến điểm chết trên để thực hiện kỳ hút. Thời điểm mở này gọi là góc mở sớm của soupape hút và góc mở sớm này được thiết kế theo từng loại động cơ và trong quá trình động cơ hoạt động góc mở sớm của soupape này có thể thay đổi đối với cơ cấu phân phối khí thông minh như VVT-i, I- VITEC, MIVEC…như trên hình thì góc mở sớm của soupape hút là 20 trước điểm chết trên. Bên cạnh đó thì nhằm đảm bảo quá trình nạp đủ thì soupape hút sẽ đóng trễ sau khi piston xuống điểm chết dưới.
Như trên hình thì góc đóng trễ của soupape hút là 430. - Kỳ nén thực tế của động cơ xăng 4 kỳ chỉ được thực hiện sau khi soupape hút hoàn thành góc đóng trễ và góc quay của trục khuỷu sẽ nhỏ hơn góc quay trục khủy lý thuyết tại kỳ nén (< 1800). - Kỳ cháy bu gi bật ra tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp hòa khí trước khi piston lên đến điểm chết trên. Và góc này được gọi là góc đánh lửa sớm.
Góc đánh lửa sớm nhầm tăng thời gian lan truyền màn lửa bên trong lòng xi lanh. Như hình trên thời điểm đánh lửa sớm khoảng 150. - Kỳ xả thực tế soupape sẽ mở sẽ mở sớm hơn khi piston xuống điểm chết dưới. Và góc này được gọi là góc mở sớm của soupape xả chỉ đóng khi piston lên qua điểm chết trên.
Góc này được gọi là góc đóng trễ của soupape xả, mục đích của soupape mở sớm và đóng trễ là nhằm xả sạch hoàn toàn khí cháy ra khỏi lòng xi lanh. QLĐT-BM13-QT31 17 - Như vậy theo như trên hình có thời điểm soupape hút và xả đều mở. Thời điểm đó gọi là góc trùng điệp của soupape. Góc trùng điệp càng lớn càng ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ.
Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ. Hoạt động của động cơ xăng 2 kỳ - Động cơ xăng 2 kỳ hoạt động theo 1 vòng quay của trục khuỷu tương ứng với góc quay là 3600. Kỳ hút – nén: - Kỳ hút – nén: Piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, lúc này hòa khí được đưa vào bên trong lòng xi lanh thông qua cửa hút( do khi kỳ cháy xả thì cửa hút cũng được mở ra). Khi piston đi lên và bắt đầu đóng kín cửa hút thì kỳ nén bắt đầu.
Đến khi piston tiếp tục đi thì hòa khí được nạp vào xi lanh tiếp tục được nén, đồng thời đẩy hết sản vật cháy cũ ra ngoài. Kỳ hút – nén tương ứng với góc quay trục khuỷu là 1800. Kỳ cháy – xả: - Khi piston đi lên và đóng cửa xả, piston tiếp tục đi lên và khi piston đến điểm chết trên bu gi sẽ bật tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp hòa khí đang bị nén và đẩy piston đi xuống sinh công. Kỳ cháy diễn ra.
Khi kỳ cháy sinh công đẩy piston đi xuống, khi piston đi xuống mở cửa xả sẽ đẩy sản vật cháy ra ngoài thực hiện quá trình xả, piston tiếp tục đi xuống. Khi piston bắt đầu mở cửa nạp thì quá trình nạp được thực hiện và bắt đầu chu trình mới. QLĐT-BM13-QT31 18 - Do đặc điểm đóng mở cửa nạp và cửa thải do piston điều khiển nên có thời điểm cửa nạp và cửa thải đều mở nên làm cho động cơ 2 kỳ hao nhiên liệu. - Một số động cơ 2 kỳ sau này sử dụng kết hợp là cửa nạp và soupape sẽ điều khiển việc xả của khí thải.
Sự kết hợp này làm cho giảm tiêu hao nhiên liệu. So sánh động cơ xăng 2 kỳ và động cơ xăng 4 kỳ. Động cơ xăng 4 kỳ Động cơ xăng 2 kỳ Kỳ 4 kỳ: hút, nén, cháy, xả 2 kỳ: hút – nén, cháy – xả Số vòng quay cốt 2 vòng quay cốt máy 2 vòng quay cốt máy cho 1 lần máy cho 1 lần cho 1 lần sinh công sinh công sinh công Thực hiện nạp, xả Bằng soupape Bằng cửa nạp, xả hoặt bằng soupape xả Tốc độ Bằng ½ so với động cơ Gấp 2 lần so với động cơ 2 kỳ 2 kỳ theo lý thuyết. Các hệ thống trên động cơ.
- Hệ thống khởi động: Dùng để khởi động động cơ. - Hệ thống làm mát: Dùng để làm mát, giải nhiệt động cơ. - Hệ thống bôi trơn: Bôi trơn, làm mát, làm sạch, làm kín, chống rỉ sét, chống ma sát. - Hệ thống đánh lửa: Cung cấp tia lửa cao áp để đốt cháy hỗn hợp hòa khí đang bị nén trong lòng xi lanh đúng thời điểm.
- Hệ thống phân phối khí: Điều khiển đóng mở của soupape theo tình trạng hoạt động thực tế của động cơ. - Hệ thống nhiên liệu: Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm. - Hệ thống điều khiển: Điều khiển các hệ thống trên động cơ dựa vào tín hiệu từ các cảm biến đưa về hộp điều khiển. Các thông số cơ bản của động cơ.
Công suất, Moment, Số vòng quay 1. Công suất động cơ. - Là đại lượng đặt trưng cho khả năng tốc độ của xe, đơn vị là HP hoặc KW. - Là đại lượng đặc trưng cho khả năng tăng tốc của xe, đơn vị là Nm.
QLĐT-BM13-QT31 19 Hình 1. Số vòng quay động cơ. - Là đại lượng thể hiện số vòng quay của động cơ (trục khuỷu của động cơ) trên phút. Đơn vị vòng/ phút (RPM).
Các thông số khác. Đường kính xylanh D: Đường kính xy lanh của động cơ được tính bằng milimét. - Điểm chết: Là nơi thay đổi chiều chuyển động của piston. Có hai điểm chết: Điểm chết trên (ĐCT) và điểm chết dưới (ĐCD).
Hành trình Piston S: Là khoảng cách giữa điểm chết trên và điểm chết dưới. Các thông số động cơ 4. Thể tích công tác Vh. - Là khoảng không gian giới hạn giữa điểm chết trên và điểm chết dưới.
Khi thể tích công tác càng cao thì công suất động cơ càng lớn. 𝑆 𝑉ℎ = 4 QLĐT-BM13-QT31 20 Ví dụ: động cơ của huyndai I10 có dung tích là 1.0 L có nghĩa là tổng thể tích làm việc của tất cả các xi lanh động cơ là 1. Thể tích buồng cháy Vc Là khoảng không gian giới hạn giữa nắp máy và đỉnh piston khi piston ở điểm chết trên. Thể tích toàn phần Va Là khoảng không gian giới hạn giữa nắp máy và đỉnh piston khi piston ở điểm chết dưới.
Va = Vh + Vc 7. Thể tích công tác của động cơ Vi Thể tích công tác động cơ là tích số giữa thể tích công tác của một xy lanh và số xy lanh của động cơ. Các thể tích động cơ 8. Tỉ số nén ε Tỉ số nén là tỉ số giữa thể tích toàn phần và thể tích buồng đốt của động cơ.
ε = ( Vh + Vc )/ Vc = 1 + Vh/Vc. Tỉ số nén là thông số rất quan trọng của một động cơ. Khi tỉ số nén của động cơ càng lớn, hiệu suất nhiệt và công suất động cơ cao. Tỉ số nén của động cơ xăng ε < 12 bị giới hạn bởi hiện tượng cháy sớm và cháy kích nổ.
Khác với động cơ xăng, động cơ Diesel tỉ số nén động cơ phải lớn để đảm bảo áp suất và nhiệt độ trong xy lanh ở cuối kỳ nén đủ lớn, để nhiên liệu khi phun vào buồng đốt với áp suất cao có khả năng tự cháy (ε = 14 – 22 ). Ngày nay, người ta cố gắng nâng tỉ số nén của động cơ xăng bằng cách điều khiển tỉ lệ không khí nhiên liệu và thời điểm đánh lửa sớm bằng máy tính. QLĐT-BM13-QT31 21 1. Quy trình thực hiện xác định các chi tiết động cơ.