Giáo trình môn học: Nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô - Trường Cao đẳng Kinh tế Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh

• Tác giả: Nguyễn Công Thạnh
• Trường học: Trường Cao đẳng Kinh tế Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong

Giáo trình nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong là tài liệu học tập cốt lõi cho ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô bậc cao đẳng. Tài liệu này được biên soạn bởi giảng viên Khoa công nghệ ô tô trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật TP.HCM. Giáo trình cung cấp kiến thức nền tảng về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các hệ thống chính của động cơ đốt trong. Môn học được bố trí trong học kỳ 4, giúp sinh viên có cái nhìn tổng thể trước khi đi sâu vào các học phần chuyên ngành khác. Nội dung bao quát từ giới thiệu chung về ô tô, an toàn lao động đến kỹ thuật đo và sử dụng dụng cụ. Mục tiêu chính là trang bị kiến thức về công dụng, đặc điểm cấu tạo, vật liệu chế tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống động cơ.

1.1. Vị trí và vai trò của môn học trong chương trình đào tạo

Môn học Nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong là học phần chuyên ngành bắt buộc, có vị trí quan trọng trong khung chương trình. Môn học này được thiết kế để sinh viên tiếp thu trước khi học các phần tự chọn nâng cao. Vai trò của giáo trình là cung cấp nền tảng kiến thức thống nhất, giúp người học hiểu được công dụng và phân loại hoạt động của các hệ thống trong động cơ. Từ đó, sinh viên có thể phân tích ưu nhược điểm và đặc điểm cấu tạo của từng bộ phận, hình thành năng lực chuyên môn cơ bản.

1.2. Cấu trúc và phạm vi nội dung của giáo trình

Giáo trình được chia thành 10 chương, bao phủ các chủ đề từ cơ bản đến chuyên sâu. Nội dung bắt đầu bằng giới thiệu chung về ô tô, an toàn lao động trong sửa chữa và bảo trì. Tiếp theo là các phần về dung sai kỹ thuật và cách sử dụng dụng cụ đo. Giáo trình đi sâu vào nguyên lý kết cấu, bao gồm các hệ thống như hệ thống phối khí, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát và hệ thống nhiên liệu. Mỗi chương trình bày công dụng, đặc điểm cấu tạo và vật liệu của các chi tiết.

II. Phân tích các hệ thống và nguyên lý hoạt động động cơ

Động cơ đốt trong hoạt động dựa trên chu trình lý tưởng, một chu trình kín và thuận nghịch. Quá trình biến đổi năng lượng từ nhiệt thành công chịu ảnh hưởng của các thông số nhiệt động chủ yếu. Các giả thiết lý tưởng bao gồm tỷ nhiệt không đổi và không có tổn thất năng lượng ngoài phần nhả nhiệt. Giáo trình phân tích chi tiết các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật như tính kinh tế và tính hiệu quả của chu trình. Hệ thống phối khí đảm bảo quá trình nạp và thải diễn ra đúng thời điểm. Hệ thống bôi trơn giảm ma sát và làm mát cho các chi tiết chuyển động. Hệ thống làm mát duy trì nhiệt độ làm việc tối ưu, ngăn quá nhiệt. Hệ thống nhiên liệu quản lý việc cung cấp và hòa trộn nhiên liệu với không khí.

2.1. Chu trình lý tưởng và các chỉ tiêu kỹ thuật

Chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong là cơ sở để tính toán thiết kế. Chu trình này giả định các quá trình xảy ra vô cùng chậm, không có tổn thất lưu động hay trao đổi nhiệt với môi trường. Các chỉ tiêu chủ yếu cần xác định là tính kinh tế (hiệu suất nhiệt) và tính hiệu quả (công suất, momen xoắn). Những trị số lý thuyết này giúp so sánh hiệu suất giữa các loại chu trình khác nhau như Otto và Diesel. Chúng cũng phục vụ cho việc đánh giá và tối ưu hóa thiết kế động cơ thực tế.

2.2. Phân tích các hệ thống chính của động cơ

III. Phương pháp tính toán và ứng dụng thực tế trong giáo trình

Giáo trình áp dụng phương pháp tính toán nhiệt động học để phân tích chu trình làm việc. Việc xác định tỷ nhiệt của môi chất công tác là bước quan trọng trong tính toán. Tỷ nhiệt mol đẳng tích và đẳng áp được tính dựa trên quan hệ giải tích, thường coi là tuyến tính theo nhiệt độ. Các công thức cụ thể được áp dụng cho các chất khí phổ biến như N2, O2, CO, H2O và CO2. Khí nạp mới trong động cơ diesel là không khí, trong khi động cơ xăng là hỗn hợp nhiên liệu-không khí. Tỷ nhiệt của hỗn hợp công tác được xác định từ tỷ nhiệt của khí nạp mới và khí sót. Phương pháp này giúp đánh giá hiệu suất và dự đoán hành vi của động cơ trong điều kiện làm việc khác nhau.

3.1. Phương pháp tính tỷ nhiệt và các đại lượng nhiệt động

Tỷ nhiệt mol đẳng tích (Cv) và đẳng áp (Cp) của các chất khí được tính bằng các công thức tuyến tính theo nhiệt độ. Ví dụ, đối với không khí, CvT = 19.806 + 0.00419T (kJ/kmol.K). Tỷ nhiệt trung bình được sử dụng để đơn giản hóa tính toán cho một dải nhiệt độ. Mối quan hệ Cp = Cv + 8.314 luôn được áp dụng. Hiểu và áp dụng đúng các đại lượng này là nền tảng để tính toán công, hiệu suất và nhiệt lượng trong chu trình động cơ.

3.2. Ứng dụng kiến thức trong sửa chữa và bảo dưỡng ô tô

Kiến thức từ giáo trình được ứng dụng trực tiếp trong công việc của kỹ thuật viên ô tô. Việc hiểu cấu tạo giúp chẩn đoán chính xác hư hỏng ở các hệ thống. Biết nguyên lý hoạt động hỗ trợ quá trình bảo dưỡng định kỳ như thay dầu bôi trơn, nước làm mát. Kỹ năng phân tích ưu nhược điểm giúp lựa chọn phương pháp sửa chữa phù hợp. Giáo trình cũng nhấn mạnh ý thức tỉ mỉ và tầm quan trọng của các bộ phận, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sửa chữa và tuổi thọ động cơ.

IV. Kết luận và ứng dụng của giáo trình nguyên lý kết cấu

Giáo trình nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong cung cấp nền tảng kiến thức toàn diện cho sinh viên ngành Công nghệ ô tô. Nội dung bao gồm lý thuyết cơ bản, phương pháp tính toán và ứng dụng thực tiễn. Sinh viên sau khi học có khả năng trình bày công dụng, đặc điểm cấu tạo và giải thích các ký hiệu kỹ thuật. Họ có thể phân tích nguyên lý hoạt động của từng bộ phận và hệ thống. Giáo trình cũng giúp hình thành năng lực tự chủ, ý thức về sự tỉ mỉ và trách nhiệm nghề nghiệp. Tài liệu này là bước đệm vững chắc để người học tiếp cận các học phần chuyên sâu hơn và đáp ứng yêu cầu công việc trong ngành sửa chữa, bảo trì ô tô hiện đại.

4.1. Tổng kết kiến thức và kỹ năng đạt được

Sau khi hoàn thành giáo trình, sinh viên đạt được các mục tiêu kiến thức và kỹ năng đã đề ra. Về kiến thức, họ hiểu rõ cấu tạo, vật liệu và công dụng của các chi tiết động cơ. Về kỹ năng, họ có thể phân tích đặc điểm và nguyên lý hoạt động của các hệ thống bôi trơn, làm mát, nhiên liệu. Khả năng giải thích các ký hiệu và đặc tính cơ bản của dầu bôi trơn cũng được trang bị. Những kỹ năng này là hành trang thiết yếu để làm việc thực tế trong xưởng dịch vụ ô tô.

4.2. Hướng phát triển và nâng cao sau khi học xong môn học

Trích đoạn nội dung tài liệu

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: NGUYÊN LÝ KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐKTKT ngày tháng năm 20 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh) Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020 ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  GIÁO TRÌNH MÔN HỌC : NGUYÊN LÝ KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG THÔNG TIN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Họ tên: Nguyễn Công Thạnh Học vị: Thạc sĩ Đơn vị: Khoa công nghệ ô tô Email: [e-mail] TRƯỞNG KHOA TỔ TRƯỞNG CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐỀ TÀI HIỆU TRƯỞNG DUYỆT Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách 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. LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Nguyên Lý Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong được biên soạn bởi giảng viên của Khoa công nghệ ô tô trường Cao đẳng kinh tế - kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Giáo trình được biên soạn giúp sinh viên bậc Cao đẳng ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô có được tài liệu học tập thống nhất học phần. Môn học được bố trí học ở học kỳ bốn của chương trình đào tạo. Giáo trình gồm có 10 chương: Trong quá trình biên soạn giáo trình, tác giả nhận được sự hỗ trợ tích cực từ tập thể giảng viên của Khoa công nghệ ô tô. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể giảng viên của Khoa công nghệ ô tô và đồng nghiệp đã hỗ trợ giúp tác giả hoàn thành Giáo trình.HCM, ngày……tháng……năm……… Tác giả Nguyễn Công Thạnh MỤC LỤC TRANG 1. Lời giới thiệu 2. Giáo trình mô đun 4. Chương 1: Giới thiệu chung về ô tô 1 5. Chương 2: An toàn lao động trong ngành sửa chữa và bảo trì ô tô 37 6. Chương 3: Dung sai kỹ thuật đo, cách sử dụng dụng cụ đo 60 7. Tài liệu tham khảo 131 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Nguyên Lý Kết Cấu Động Cơ Đốt Trong Mã môn học: MH3103620 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Môn học được bố trí trước khi học viên học các học phần tự chọn. - Tính chất: Là môn học chuyên ngành bắt buộc. - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Môn học trang bị kiến thức cho người học về ô tô hiện nay. Mục tiêu của môn học: - Về kiến thức: - Giới thiệu chương: bao gồm các nội dung: + Trình bày được công dụng, đặc điểm cấu tạo và vật liệu chế tạo của các chi tiết. + Trình bày được công dụng và phân loại hoạt động các hệ thống động cơ. + Giải thích được các ký hiệu, các đặc tính cơ bản của dầu bôi trơn. - Về kỹ năng: + Phân tích được các ưu nhược điểm của từng loại hệ thống bôi trơn. + Phân tích được đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận trong hệ thống. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Ý thức được tầm quan trọng của các bộ phận. - Ý thức tính tỉ mỉ ảnh hưởng đến chất lượng công việc. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG CƠ NHIỆT Động cơ nhiệt nói chung là những máy biến đổi nhiệt thành công. Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt, trong đó quá trình đốt cháy nhiên liệu để cấp nhiệt và quá trình cháy giãn nở sinh công của môi chất công tác (sản vật cháy) đều được thực hiện ngay trong buồng công tác của động cơ. Nói chung, có thể phân loại động cơ đốt trong thuộc hệ thống động cơ nhiệt theo sơ đồ dưới đây. ĐỘNG CƠ NHIỆT ĐỘNG CƠ CÁC ĐỘNG MÁY HƠI ĐỐT ĐỘNG CƠ CƠ TUABIN KHÍ NHIỆT NƯỚC TRONG PHẢN LỰC KHÁC ĐỘNG CƠ ĐỘNG CƠ ĐỘNG CƠ GA DÙNG KHÍ XĂNG DIESEL ĐỐT Hình 1. Phân loại động cơ nhiệt Động cơ đốt trong là động cơ nhiệt 1. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1. Ưu điểm Hiệu suất có ích cao e động cơ diesel tăng áp tuabin khí hiện đại đạt tới e = 0,4 ÷ 0,52, trong khi đó hiệu suất có ích của máy hơi nước e = 0,09 ÷ 0,14, của tuabin hơi nước e= 0,22 ÷ 0,28, và của tuabin khí e không quá 0,3. Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhẹ vì toàn bộ chu trình của động cơ đốt trong được thực hiện trong một thiết bị duy nhất. Động cơ piston hiện đại đạt khối lượng trên 1kW là: 0,25 ÷ 23(kg/kW) và công suất có ích là: 1,2 ÷ 38 (kW/1kg) 5) Khởi động nhanh: bất kỳ động cơ đốt trong nào trong mọi điều kiện chỉ cần từ vài giây đến vài phút là có thể cho máy nổ và chuyển đến toàn tải. Động cơ diesel lớn nhất, từ khởi động rồi chuyển đến toàn tải chỉ cần 30 ÷ 40 phút. Trong khi đó máy hơi nước và tuabin hơi muốn chuyển từ khởi động đến toàn tải phải mất mấy ngày. 6) Hao ít nước: động cơ đốt trong có thể không cần nước hoặc tiêu hao rất ít nước, trong khi đó trang bị động cơ hơi nước phải cần tiêu thụ một lượng nước lớn kể cả trường hợp thu hồi nước ngưng tụ. 7) Bảo dưỡng đơn giản và thuận tiện hơn hẳn so với trang bị động cơ hơi nước, động cơ đốt trong chỉ cần một người chăm sóc và bảo dưỡng. Nhược điểm KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1) Trong xi lanh không thể đốt nhiên liệu rắn, và nhiên liệu kém phẩm chất. động cơ đốt trong chủ yếu dùng nhiên liệu lỏng hoặc khí sạch không chứa các thành phần ăn mòn kim loại cũng như tạp chất cơ học. 2) Công suất thiết bị bị giới hạn, về mặt này trang bị tuabin hơi nước có nhiều ưu việt hơn với động cơ đốt trong. ฀Trên thiết bị vận tải đường bộ, không thể nối trực tiếp trục động cơ với trục của máy công tác do hạn chế về đặc tính của động cơ đốt trong. Do đó, trên hệ thống truyền động phải có bộ ly hợp và hộp số để thay đổi mômen của trục thụ động trong một phạm vi rộng. ฀Động cơ hoạt động khá ồn, nhất là động cơ cao tốc, người ta phải dùng các bộ tiêu âm trên đường thải và đường nạp để hạn chế bớt nhược điểm này. Nhưng bình tiêu âm sẽ gây ảnh hưởng xấu tới ưu điểm của động cơ như hiệu suất, và khối lượng động cơ quy về 1kW… 1. So sánh động cơ đốt trong với động cơ đốt ngoài Động cơ đốt trong Động cơ đốt ngoài - Có hiệu suất nhiệt cao: ηe thấp <= 15% máy tua bin e cao = 30 - 52 % e <= 25 % tua bin hơi nước - Nhiệt độ lớn nhất tmax ≤ 7000C tồn tại - Nhiệt độ lớn nhất tmax = 25300C (tuy trong chu trình công tác của động cơ vật nhiên chỉ tồn tại suốt trong một khoảng liệu chế tạo động cơ không chịu được thời gian rất nhỏ. Vì so với toàn bộ chu nhiệt độ cao, cho nên tổn thất nhiệt cho trình công tác của động cơ) và tiêu hao việc giải nhiệt động cơ cao hơn. nhiệt cho hệ thống làm mát ít hơn. - Nếu so sánh cùng công suất Ne thì: + Nặng nề cồng kềnh hơn vì có các thiết + Gọn nhẹ hơn không có thiết bị phụ như bị phụ: lò hơi, bộ ngưng tụ. nồi hơi, bộ ngưng tụ. + Phải cần thời gian đốt lò hơi trước khi khởi động, thời gian khởi động hàng giờ. + Dễ khởi động, chỉ cần từ 3-5 giây. - Tốn nhiều nước, vì vậy rất hạn chế khi sử dụng ở những nơi thiếu nước. - Dùng ít nước thậm chí không cần nước - Dùng loại nhiên liệu rẻ tiền, nhiên liệu như động cơ làm mát bằng gió. thể rắn hoặc thể đặc. - Dùng nhiên liệu đắt tiền hơn như xăng, - Động cơ tự khởi động được khi áp lực dầu diesel hoặc nhiên liệu ở thể khí. - Động cơ không tự khởi động được. PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Ở đây chúng ta chỉ xét đến động cơ đốt trong kiểu piston. KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Động cơ đốt trong kiểu piston có rất nhiều loại. Căn cứ vào một số đặc điểm cơ bản người ta phân loại để dễ nhận biết trong quá trình sử dụng và bảo hành sửa chữa. Sau đây là cách phân loại thường dùng nhất: Căn cứ vào chu trình công tác của động cơ - Động cơ 4 kỳ (4 thì) 2 Hình 1. Sơ đồ làm việc của động cơ xăng 4 kỳ 1. Xupáp thải 1) Động cơ 2 kỳ (2 thì) Hình 1. Sơ đồ nguyên lý, cấu tạo động cơ xăng hai kỳ. Bộ chế hòa khí; 5. Cửa đường thông; 8. Thể tích toàn phần; 9. Thân máy Căn cứ vào loại nhiên liệu sử dụng - Động cơ xăng. - Động cơ khí ga hóa lỏng. - Động cơ ga - diesel (xăng - ga). KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ 3 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Căn cứ theo phương pháp tạo thành hỗn hợp cháy - Động cơ tạo hỗn hợp cháy ở bên ngoài trước khi đưa vào xi lanh (dùng bộ chế hòa khí, hoặc phun xăng điện tử gián tiếp) - Động cơ tạo hỗn hợp khí cháy ở bên trong xi lanh (động cơ diesel, phun xăng điện tử trực tiếp.) Căn cứ vào cách đốt cháy hỗn hợp - Động cơ hòa khí tự bốc cháy: dùng nhiên liệu diesel. - Động cơ hòa khí cháy cưỡng bức; dùng nhiên liệu xăng, hoặc khí ga. Căn cứ vào tỷ số nén - Động cơ có tỷ số nén thấp: 6 - Động cơ tỷ số nén trung bình: = 6 - 12 - Động cơ có tỷ số nén cao: = 12 - 30 Căn cứ vào số xi lanh Động cơ 1 xi lanh, 2 xi lanh, 3 xi lanh, 4 xi lanh, 6 xi lanh, 8 xi lanh. Căn cứ vào cách bố trí xi lanh của động cơ - Động cơ xi lanh bố trí 1 hàng dọc. - Động cơ xi lanh bố trí hình chữ V, hình chữ X, hình chữ W, hình sao. Căn cứ vào tốc độ trung bình của piston - Đông cơ tốc độ thấp: Cm 65 m/s. - Đông cơ tốc độ cao: Cm 65 m/s. - Động cơ không tăng áp: (việc nạp hỗn hợp hoặc không khí vào xi lanh là do piston trực tiếp gây sức hút.