Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành công nghiệp ô tô giữ vai trò thiết yếu trong việc đáp ứng nhu cầu đi lại, lưu thông và vận chuyển hàng hóa phục vụ sản xuất - đời sống. Sự gia tăng mật độ phương tiện giao thông đường bộ kéo theo yêu cầu cấp thiết về sự phát triển của công nghệ kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa và phục hồi động cơ đốt trong. Tại Việt Nam, giải pháp kiểm tra, phục hồi kỹ thuật giúp tiết kiệm chi phí vận hành và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với việc thay thế mới toàn bộ cụm chi tiết hoặc phương tiện.

Đề tài khóa luận tốt nghiệp được thực hiện nhằm xử lý tình trạng xuống cấp kỹ thuật của động cơ xe tải nhẹ phục vụ công tác đào tạo thực hành tại xưởng trường. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm bốn nội dung:

  1. Tìm hiểu chi tiết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ xe tải nhẹ Daihatsu 1000kg.
  2. Bổ sung và hệ thống hóa kiến thức chuyên ngành về phương pháp kiểm tra, sửa chữa và phục hồi động cơ đốt trong.
  3. Vận dụng kiến thức lý thuyết đã học để tiến hành quy trình kiểm tra, sửa chữa và phục hồi thực tế trên động cơ xe Daihatsu 1000kg.
  4. Hoàn thiện và bổ sung phương tiện kỹ thuật phục vụ trực tiếp cho công tác giảng dạy, thực tập tay nghề của sinh viên tại bộ môn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là động cơ Hijet trang bị trên xe tải nhẹ Daihatsu 1000kg đã hết niên hạn lưu hành, được điều chuyển từ đội xe của Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh về Xưởng thực hành của Bộ môn Công nghệ Ô tô thuộc Khoa Cơ khí - Công nghệ. Thời gian thực nghiệm và thực hiện đề tài diễn ra từ ngày 27/03/2006 đến ngày 27/05/2006.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết kỹ thuật động cơ đốt trong

Nội dung lý thuyết của đề tài tập trung vào nguyên lý nhiệt động lực học và kết cấu cơ học của động cơ đốt trong, đặc biệt là động cơ xăng bốn kỳ và hai kỳ:

  • Chu trình công tác động cơ xăng 4 kỳ: Bao gồm các thời kỳ nạp, nén, cháy - giãn nở sinh công và xả. Thông số áp suất và nhiệt độ đặc trưng trong chu trình được xác định gồm: cuối kỳ nạp ($P_a = 0,7 - 0,9\text{ kG/cm}^2$, $T_a = 20 - 120^\circ\text{C}$); cuối kỳ nén ($P_c = 7 - 12\text{ kG/cm}^2$); đầu kỳ sinh công ($P_z = 30 - 40\text{ kG/cm}^2$, $T_z = 2000 - 2500^\circ\text{C}$); và cuối kỳ xả ($P_r = 1,1 - 1,2\text{ kG/cm}^2$, $T_r = 500 - 1000^\circ\text{C}$).
  • Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền và nhóm piston: Gồm khối xilanh (thân máy bằng gang xám/hợp kim đúc áo nước), nắp quy lát, piston (đỉnh, đầu chứa rãnh sécmăng, thân dẫn hướng), sécmăng khí và sécmăng dầu làm nhiệm vụ bao kín buồng đốt và ngăn dầu sục vào buồng cháy, thanh truyền và trục khuỷu dẫn động.
  • Cơ cấu phân phối khí: Đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống xupáp treo, xupáp đặt và hệ thống phân phối khí hỗn hợp. Phân tích kết cấu xupáp (góc vát mặt côn tán $\alpha = 45^\circ$), trục cam, ống dẫn hướng, lò xo xupáp, đòn bẩy và con đội cơ học/thủy lực.
  • Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng: Nguyên lý hình thành hòa khí qua bộ chế hòa khí (buồng phao, gíclơ chính, họng khuếch tán) ở các chế độ không tải, toàn tải, tăng tốc, khởi động; đối chiếu với nguyên lý hệ thống phun xăng đơn điểm, đa điểm và hệ thống phun xăng điện tử (EFI) điều khiển qua ECU tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến tốc độ trục khuỷu, vị trí bướm ga, độ chân không và oxy khí xả.
  • Hệ thống bôi trơn và làm mát: Khảo sát mạch dẫn dầu cưỡng bức từ cácte qua bơm dầu (kiểu bánh răng hoặc kiểu rôto), van giảm áp, lọc dầu đến các cổ trục và nắp máy; hệ thống làm mát bằng chất lỏng tuần hoàn cưỡng bức qua bơm nước ly tâm (lưu lượng khoảng 7.500 gallon, tương đương 28.390 lít/giờ khi van hằng nhiệt mở hoàn toàn), áo nước, két tản nhiệt và quạt làm mát.
  • Hệ thống điện và đánh lửa: Nghiên cứu cấu tạo mạch đánh lửa ắc quy gồm khóa điện, bô bin biến áp (cuộn sơ cấp đường kính dây $\phi = 0,8 - 1\text{ mm}$ gồm 200–300 vòng; cuộn thứ cấp dây $\phi = 0,04 - 0,08\text{ mm}$ gồm 15.000–20.000 vòng), điện trở phụ $R_n$ ($1 - 4\ \Omega$), bộ chia điện (đen-cô có khe hở tiếp điểm $0,35 - 0,7\text{ mm}$, bộ điều chỉnh đánh lửa sớm chân không/ly tâm), bugi và hệ thống máy phát điện một chiều/xoay chiều.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Đề tài áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kỹ thuật, kết hợp giữa khảo sát chẩn đoán hiện trạng, đo đạc kiểm tra cơ điện, tháo rã cơ khí, sửa chữa phục hồi và khảo nghiệm vận hành đánh giá:

  • Phương pháp tiếp nhận và khảo sát ban đầu: Vận hành nổ thử động cơ, thử tải thực tế trên đoạn đường dốc của xưởng ($20 - 25^\circ$) để xác định sơ bộ mức độ suy giảm công suất.
  • Phương pháp đo kiểm và chẩn đoán thông số: Đo áp suất nén cuối kỳ của các xilanh bằng dụng cụ đo chuyên dụng; dùng căn lá, panme, thước cặp đo khe hở nhiệt xupáp, độ mòn cổ trục và đường kính; dùng thước thẳng đo độ cong vênh mặt phẳng nắp máy; dùng đồng hồ vạn năng, vôn kế, ampe kế kiểm tra điện trở cuộn dây, thông mạch và điện áp sạc.
  • Phương pháp phục hồi gia công cơ khí: Tháo rời cụm nắp quy lát, mài mặt côn xupáp, dùng cát xoáy và bột rà chuyên dụng để rà khít bề mặt làm việc giữa nắp tán xupáp và bệ xupáp; vệ sinh thông rửa các gíclơ và mạch cấp xăng bộ chế hòa khí; cân chỉnh hành trình bơm tăng tốc, hiệu chỉnh khe hở tiếp điểm bộ chia điện và góc đánh lửa sớm bằng đèn kiểm tra thời điểm đánh lửa.

Trang thiết bị và dụng cụ đo kiểm

Nhóm thiết bị / Dụng cụ Tên chi tiết và thông số kỹ thuật Mục đích sử dụng
Dụng cụ đo nén & tốc độ Compression Tester model CTR-10 (USA); Dwell Tachometer model DT-40 (USA) Đo áp suất cuối kỳ nén xilanh; đo góc ngậm tiếp điểm và tốc độ vòng quay động cơ
Thiết bị đo kiểm điện Đồng hồ vạn năng VOM, Vôn kế, Ampe kế DC, đèn Timing Light, bóng đèn thử mạch Đo điện áp, điện trở cuộn dây bô bin, xác định góc đánh lửa sớm, kiểm tra mạch máy phát
Dụng cụ đo cơ khí chính xác Thước cặp 1/10 và 1/20 mm; Panme đo trong - đo ngoài; Thước thẳng; Bộ căn lá hệ Mét và hệ Inch Đo khe hở xupáp, kích thước hình học chi tiết, kiểm tra độ phẳng nắp quy lát và thân máy
Dụng cụ tháo lắp & phục hồi Clê miệng, clê vòng, clê lực, tuýp vặn, lục giác Allen; cát xoáy xupáp; dao cạo ron, giấy nhám Tháo rã động cơ, siết lực bu lông theo tiêu chuẩn, rà kín bệ xupáp, làm sạch muội than
Nguồn cấp & hỗ trợ Bình ắc quy 12V - 80Ah, máy nén khí áp lực, nhiên liệu xăng tiêu chuẩn Cung cấp điện khởi động, xịt rửa chi tiết bằng khí nén, chạy thử nghiệm

Nội dung chính theo từng chương

Tra cứu tài liệu, sách báo phục vụ trực tiếp cho đề tài

Chương tổng quan cung cấp lịch sử hình thành và quá trình phát triển của hãng sản xuất xe Daihatsu từ năm 1907 (tiền thân là Hatsudoki Seizo Ltd), các mốc chuyển đổi sản xuất xe 3 bánh năm 1930, đổi tên thành Daihatsu Motor năm 1951, liên doanh với Piaggio sản xuất dòng xe Hijet năm 1992, cho đến khi bắt đầu mở rộng lắp ráp tại thị trường Việt Nam từ năm 1996 với mẫu xe tải bít kín thùng Hijet Jumbo 1.6L và dòng Terios từ đầu năm 2003.

Dòng xe Trọng lượng (kg) Dung tích xilanh (cc) Công suất (mã lực) Mômen cực đại (Nm) Hộp số
Terios FWD 1060 1298 84 120 5 cấp (5M)
Terios FWD 1.6 1080 1598 82 125 5 cấp (5M)
Hijet Jumbo 1.6 1130 1589 82 123 5 cấp (5M)

Chương này cũng tổng hợp cơ sở lý thuyết nhiệt động lực học của động cơ 4 kỳ, 2 kỳ và cấu trúc kỹ thuật của các dòng xe sử dụng động cơ 3 xilanh (như Maruti 800 dung tích $796\text{ cm}^3$, Kawasaki Mach III $500\text{ cc}$, Benelli Tornado 900) và 5 xilanh (Lancia Thesis Sedan).

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động các hệ thống của động cơ đốt trong

Nội dung chương đi sâu phân tích toàn diện kết cấu của từng hệ thống cấu thành:

  • Cơ cấu phân phối khí: Trình bày chi tiết cấu tạo tán xupáp, thân dẫn hướng, đĩa tựa lò xo, trục cam mang vấu cam nạp - xả, đòn bẩy và con đội.
  • Hệ thống cung cấp nhiên liệu: Cấu trúc thùng chứa, bình lọc, bơm màng cơ học dẫn động từ trục cam và bộ chế hòa khí với các hệ thống mạch xăng: mạch tốc độ thấp/không tải, mạch tốc độ toàn tải, mạch bơm gia tốc và cơ cấu bướm gió khởi động.
  • Hệ thống bôi trơn: Cấu trúc các te, lưới lọc thô, bơm dầu bánh răng và bơm dầu rôto có van giảm áp nhằm khống chế áp suất dầu bôi trơn trong giới hạn an toàn.
  • Hệ thống làm nguội: Sơ đồ đường nước tuần hoàn qua áo xilanh, đường nước đi tắt, van hằng nhiệt và két tản nhiệt dạng ống - lá tản nhiệt.
  • Hệ thống điện và đánh lửa: Cấu tạo các phân hệ phát hành điện, hệ thống khởi động điện, hệ thống đánh lửa ắc quy sử dụng bô bin và bộ chia điện má vít cơ khí kèm các bộ điều chỉnh đánh lửa sớm theo áp suất chân không và lực ly tâm.

Phương pháp và phương tiện thực hiện đề tài

Chương này xác định địa điểm, tiến độ thời gian thực hiện đề tài, lập danh mục toàn bộ trang thiết bị tháo lắp, đo kiểm quang học, đo kiểm cơ khí và thiết bị đo điện chuyên dùng. Nội dung chương đồng thời xây dựng quy trình công nghệ gồm các bước chuẩn hóa:

  1. Tiếp nhận phương tiện và vệ sinh công nghiệp.
  2. Vận hành thử nghiệm và đo kiểm áp suất cuối kỳ nén để đánh giá tình trạng kỹ thuật ban đầu.
  3. Quy trình tháo nắp quy lát, kiểm tra độ phẳng và tháo rời các chi tiết phân phối khí.
  4. Quy trình kiểm tra, phục hồi hệ thống nhiên liệu, hệ thống đánh lửa, hệ thống sạc điện và làm mát.
  5. Quy trình lắp ráp hoàn chỉnh động cơ, kiểm tra độ khít, cân chỉnh các thông số vận hành và đánh giá sau sửa chữa.

Thực hiện đề tài: Kiểm tra, sửa chữa và phục hồi động cơ

Chương thực nghiệm phản ánh các hoạt động kỹ thuật cụ thể đã triển khai tại xưởng:

  • Tiếp nhận và đánh giá ban đầu: Nhận xe ngày 27/03/2006. Tình trạng ban đầu: hết xăng, nước làm mát cạn đáy, dầu nhờn bôi trơn còn đầy đủ. Bổ sung 5 lít xăng và nước làm mát, tiến hành nổ thử bằng ắc quy ngoài. Kết quả: động cơ rất khó khởi động, khi nổ máy cho xe chạy số 1 để leo dốc thử nghiệm tại xưởng ($20 - 25^\circ$) thì xe không thể tự leo lên dốc mà phải cần người đẩy trợ lực, xác nhận công suất động cơ bị suy giảm nghiêm trọng.
  • Kiểm tra áp suất nén và tháo rã cụm nắp máy: Đo áp suất cuối kỳ nén để chẩn đoán độ lọt khí buồng đốt; tháo nắp quy lát, kiểm tra khe hở mặt phẳng, cạo sạch muội carbon bám trên buồng cháy và đỉnh piston.
  • Phục hồi hệ thống phân phối khí: Tháo rời dàn đòn bẩy, trục cam, lò xo và xupáp; kiểm tra độ đảo và mòn thân xupáp; mài lại mặt côn tán xupáp bằng máy mài chuyên dụng; dùng bột rà xoáy xupáp khít vào bệ xupáp trên nắp máy; kiểm tra độ kín bằng dầu.
  • Phục hồi hệ thống nhiên liệu: Tháo rời toàn bộ bộ chế hòa khí, thông rửa sạch các đường dẫn xăng, gíclơ chính, gíclơ kinh tế và buồng phao; kiểm tra màng bơm xăng và van một chiều; điều chỉnh độ mở bướm ga và hành trình piston bơm tăng tốc.
  • Kiểm tra và sửa chữa hệ thống đánh lửa - điện: Dùng căn lá kiểm tra, làm sạch và cân chỉnh khe hở điện cực bugi; đo kiểm tra điện trở cuộn sơ cấp và thứ cấp của bô bin; tháo kiểm tra bộ chia điện, làm sạch bề mặt tiếp điểm má vít, cân chỉnh khe hở má vít đạt $0,35 - 0,7\text{ mm}$; dùng đèn Timing Light cân chỉnh góc đánh lửa sớm; kiểm tra cụm máy phát điện, điốt chỉnh lưu và hệ thống đèn chỉ báo.
  • Bảo dưỡng hệ thống làm mát: Kiểm tra độ kín khít két tản nhiệt, tháo kiểm tra bơm nước, vệ sinh cánh bơm, thay thế ron đệm ngăn ngừa rò rỉ và lắp lại dây đai dẫn động puly trục khuỷu.
  • Lắp ráp và vận hành thử nghiệm: Lắp ráp lại toàn bộ động cơ theo đúng quy trình và mômen siết kỹ thuật; nổ máy chạy rà và khảo nghiệm vận hành.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Đã chẩn đoán chính xác nguyên nhân suy giảm công suất ban đầu của động cơ Daihatsu 1000kg (hở xupáp gây mất áp suất buồng đốt, bộ chế hòa khí đóng cặn bẩn làm sai lệch tỷ lệ hòa khí, tiếp điểm bộ chia điện bị mòn cháy làm tia lửa điện yếu và sai lệch thời điểm đánh lửa).
  2. Hoàn thành phục hồi độ kín khít của cụm xupáp - bệ xupáp trên nắp quy lát thông qua phương pháp mài rà cơ khí chính xác, tái lập áp suất nén tiêu chuẩn trong các buồng đốt.
  3. Phục hồi hoàn chỉnh hoạt động của bộ chế hòa khí, bơm xăng màng, bảo đảm cung cấp hòa khí ổn định ở các chế độ không tải, có tải và tăng tốc.
  4. Cân chỉnh chính xác khe hở má vít và thời điểm đánh lửa bằng thiết bị Timing Light, phục hồi hệ thống phát điện và mạch đèn cảnh báo.
  5. Sau quá trình sửa chữa, động cơ khởi động dễ dàng, hoạt động ổn định ở chế độ cầm chừng, đáp ứng tốt khi tăng ga và khôi phục công suất làm việc.

Đóng góp thực tiễn

  • Cung cấp một quy trình công nghệ kiểm tra, sửa chữa và phục hồi hoàn chỉnh cho dòng động cơ xăng cỡ nhỏ của xe Daihatsu, làm tài liệu tham khảo cho công tác bảo dưỡng kỹ thuật.
  • Bổ sung một mô hình động cơ thực tế hoạt động tốt vào nguồn thiết bị thực tập của Xưởng Ô tô thuộc Khoa Cơ khí - Công nghệ, phục vụ trực tiếp cho các khóa sinh viên thực hành môn học Động cơ đốt trong và Thực tập sửa chữa ô tô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đề tài được triển khai trên đối tượng là phương tiện đã hết niên hạn sử dụng, các hệ thống phụ trợ đã cũ và hao mòn cơ học tự nhiên lớn. Thời gian thực hiện giới hạn trong 2 tháng thực tập (27/03/2006 – 27/05/2006) tại xưởng trường, chưa thực hiện các phép thử nghiệm đo mômen và công suất trên băng thử chuyên dụng công nghiệp.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Xây dựng hệ thống bài giảng thực hành và sổ tay hướng dẫn tháo lắp chi tiết từng cụm hệ thống trên động cơ này cho sinh viên các khóa sau; tiếp tục nghiên cứu các giải pháp cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu và nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ mô hình.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên các chuyên ngành Cơ khí Động lực, Cơ khí Ô tô và Cơ khí Nông Lâm:

  • Tham khảo phương pháp chẩn đoán: Nắm bắt quy trình sử dụng các thiết bị đo kiểm thực tế như Compression Tester CTR-10, Dwell Tachometer DT-40 và đèn cân lửa Timing Light.
  • Tham khảo quy trình phục hồi cơ khí: Học hỏi kỹ thuật mài rà xupáp, bảo dưỡng cụm chế hòa khí truyền thống và hiệu chỉnh bộ chia điện kiểu tiếp điểm cơ khí.

Câu hỏi thường gặp

Đề tài thực hiện trên đối tượng nghiên cứu nào và tại đâu?
Đề tài thực hiện trên động cơ xe tải nhẹ Daihatsu 1000kg (động cơ Hijet) đã quá niên hạn sử dụng, được bố trí tại Xưởng thực hành Bộ môn Công nghệ Ô tô, Khoa Cơ khí - Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh.

Dấu hiệu nào cho thấy động cơ bị suy giảm công suất nghiêm trọng khi tiếp nhận ban đầu?
Khi tiếp nhận và bổ sung 5 lít xăng cùng nước làm mát, động cơ rất khó khởi động. Sau khi nổ máy, cho xe chạy thử ở số 1 từ chân dốc của xưởng (độ dốc khoảng $20 - 25^\circ$), xe không tự leo lên được mà phải có sinh viên đẩy phụ trợ lực.

Góc vát mặt côn của tán xupáp trên động cơ đốt trong thường được thiết kế là bao nhiêu độ và vì sao?
Mặt côn tiếp xúc của tán xupáp thường có góc $\alpha$ từ $15^\circ$ đến $45^\circ$, nhưng đa số động cơ sử dụng góc $\alpha = 45^\circ$ nhằm vừa đảm bảo độ bền, độ cứng vững của tán xupáp, chống cong vênh, vừa đảm bảo dòng khí lưu thông thuận lợi.

Bộ chia điện (đen-cô) sử dụng trong hệ thống đánh lửa ắc quy có yêu cầu khe hở tiếp điểm là bao nhiêu?
Khe hở tiêu chuẩn giữa hai tiếp điểm (tiếp điểm động và tiếp điểm cố định) trong bộ phận cắt nối của bộ chia điện dao động trong khoảng từ $0,35\text{ mm}$ đến $0,7\text{ mm}$, có thể điều chỉnh được thông qua vít lệch tâm.

Lưu lượng luân chuyển của bơm nước làm mát khi van hằng nhiệt mở hoàn toàn đạt giá trị bao nhiêu?
Theo thông số lý thuyết của hệ thống làm mát bằng chất lỏng tuần hoàn cưỡng bức được trình bày trong đề tài, bơm nước ly tâm luân chuyển khoảng 7.500 gallon (tương đương 28.390 lít chất làm nguội) trong một giờ khi van hằng nhiệt mở hoàn toàn.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp "Kiểm tra, Sửa chữa và Phục hồi Động cơ Xe Daihatsu 1000kg" của nhóm tác giả Vũ Văn Lập và Vũ Đình Đông Hưng đã hoàn thành các mục tiêu đề ra thông qua việc kết hợp cơ sở lý thuyết nhiệt động lực học và quy trình thực nghiệm kỹ thuật cơ khí ô tô. Đề tài đã chẩn đoán chính xác các hư hỏng, thực hiện mài rà phục hồi cụm phân phối khí, cân chỉnh hệ thống nhiên liệu chế hòa khí, phục hồi hệ thống đánh lửa má vít và bảo dưỡng hệ thống làm mát. Kết quả thực hiện không chỉ khôi phục thành công khả năng khởi động và hoạt động ổn định của động cơ mà còn cung cấp một mô hình thiết bị trực quan phục vụ hiệu quả cho công tác giảng dạy, thực tập tại Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh.