nghiên cứu tính toán xây dựng sa bàn mô hình động cơ xe vios 2 0 dẫn động bằng động cơ điện

Đúng là loại động cơ đốt trong 2 thì với công suất thấp 2HP, sử dụng nguyên liệu là các loại khí thiên nhiên.. 1897 Loại động cơ đốt trong sử dụng dầu Diesel 4 thì đầu tiên được chế tạo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, XÂY DỰNG SA BÀN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ XE VIOS 2.0 DẪN ĐỘNG BẰNG

Bắc Ninh, năm 2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

LÊ VĂN NAM

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, XÂY DỰNG SA BÀN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ XE VIOS 2.0 DẪN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ

ĐIỆN

Giáo viên hướng dẫn: Th.S Phí Hoàng Trình

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1: Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu của đối tượng 2

1.1 Lịch sử phát triển 2

1.2 Đặc điểm, tính chất và lĩnh vực sử dụng 4

1.2.1 Đặc điểm của động cơ đốt trong 4

1.2.2 Một số ứng dụng phổ biến của động cơ đốt trong 7

1.3 Các phương pháp nghiên cứu 9

1.3.1 Phương pháp khởi động động cơ 9

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 10

1.3.2 Ưu nhược điểm của động cơ đốt trong 12

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về của đối tượng chính của đồ án 15

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện 3 pha 28

2.1.3 Nguyên lý hoạt động của bộ truyền dây đai (xích) 28

2.2 Giới thiệu về tay quay con trượt lệch tâm 28

Chương 3: Phân tích thông số và chức năng 30

3.1 Phân tích thông số và chức năng của động cơ đốt trong 30

3.2 Lựa chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyền 31

Chương 4: Công nghệ chế tạo 39

4.1 Thiết kế hệ thống giá đỡ 39

4.2 Thiết kế mô hình cắt bổ động cơ 40

4.2.1 Điều kiện làm việc 40

4.2.2 Yêu cầu đối với mô hình cắt bổ động cơ 41

4.2.3 Thiết kế 42

4.2.4 Các bước thực hiện 53

KẾT LUẬN 58

MỘT SỐ HƯỚNG MỞ CỦA ĐỀ TÀI 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của động cơ đốt trong 3

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay khoa học kỹ thuật càng ngày càng phát triển và hoàn thiện Nền kinh tế của nước ta đang đổi mới, chuyển mình theo nhịp độ chung của toàn thế giới, nó đòi hỏi phải vận dụng những thành tựu khoa học kĩ thuật một cách linh hoạt nhất Trong đó ngành cơ khí đóng vai trò then chốt, có tính chất quyết định đến công cuộc đổi mới đất nước Chúng ta không thể phát triển toàn diện được nếu thiếu vắng sự lớn mạnh của ngành cơ khí mà điển hình là công nghệ chế tạo máy

Đây là một lĩnh vực rất rộng, phức tạp và không ít khó khăn khi chúng ta đi sâu vào nghiên cứu nó nhưng bằng sự sáng tạo, trí thông minh và tính cần cù của con người chúng ta đã đạt được một số thành tựu đáng kể trong những năm gần đây để đáp ứng được những nhu cầu của xã hội có thể dễ dàng hoà nhập với công nghệ mới đòi hỏi mỗi kỹ sư thực hành ngành chế tạo máy phải biết vận dụng mọi kiến thức được học trong trường để áp dụng có hiệu quả

Trong thời gian làm đồ án chúng em đã cố gắng học hỏi và ứng dụng kiến thức của mình đã được học vào thực tế, với nỗ lực của bản thân và sự hướng dẫn của các

thầy cô trong bộ môn công nghệ chế tạo máy, đặc biệt là Th.S Phí Hoàng Trình đã

giúp chúng em hoàn thành đồ án được giao đủ và đúng thời hạn Tuy nhiên do thời gian có hạn nên bản đồ án của chúng em không tránh khỏi những sai sót, chúng em mong nhận được sự góp ý các thầy cô giáo, để bản đồ án này của chúng em được hoàn thiện

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo

trong bộ môn Đặc biệt là ThS Phi Hoàng Trình đã tạo điều kiện tốt cho chúng em

làm đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1: Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu của đối tượng 1.1 Lịch sử phát triển

Động cơ đốt trong được ra đời cách đây hơn 2 thế kỷ, trải qua quá trình phát triển và nghiên cứu, các nhà khoa học và kỹ sư đã không ngừng ứng dụng, cải tiến để nâng cao tính năng, mang đến những động cơ hiện đại, đáp ứng nhu cầu người dùng

Hình 1.1: Động cơ đốt trong thế kỷ trước

Hình 1.2: Động cơ đốt trong trong những năm gần đây

Bảng 1.1: Lịch sử hình thành và phát triển của động cơ đốt trong

1860

Chiếc động cơ đốt trong đầu tiên xuất hiện trên thế giới được phát minh bởi hai kỹ sư người Pháp gốc Bỉ (Giăng Echiên Lona) Đúng là loại động cơ đốt trong 2 thì với công suất thấp 2HP, sử dụng nguyên liệu là các loại khí thiên nhiên

1877

Sau 17 năm kể từ trước động cơ 2 thì được phát minh vào năm 1877, bảy loại động cơ 4 thì, thì đầu tiên ra đời do Nicola Aogut Otto (kỹ sư người Đức) và Lăng Ghen (kỹ sư người Pháp) chế tạo

Kể từ đó tới nay động cơ 4 thì đã trở thành loại động cơ tiêu chuẩn trên hầu hết các phương tiện và máy móc sử dụng động cơ đốt trong

1885

Đúng 8 năm sau đó chiếc động cơ đốt trong 4 thì, thì với công suất 8HPlần đầu tiên được chế tạo bởi Golip Đemlo (kỹ sư người Đức) Động cơ này sử dụng nhiên liệu là than cho công suất đạt 8HP, tạo nên bước ngoặt mới so với các động cơ khí

1897

Loại động cơ đốt trong sử dụng dầu Diesel 4 thì đầu tiên được chế tạo bởi kỹ sư người Đức (Rudonpho Saclo Sredieng Dieze) Đây là loại động cơ với công suất gấp 2,5 lần động cơ đốt trong trước đó đạt 20HP Không chỉ vậy loại động cơ này có thể tạo ra vòng quay tới hàng nghìn vòng trên phút Kể từ thời điểm đó các loại động cơ sử dụng dầu diesel và xăng ngày càng trở nên phổ biến với ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống

1.2 Đặc điểm, tính chất và lĩnh vực sử dụng 1.2.1 Đặc điểm của động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong, động cơ nhiệt hay ICE (internal combustion engine) là tên gọi của một nhóm động cơ nhiệt, chúng giúp chuyển hóa từ nhiệt năng, thành động năng thông qua quá trình đốt cháy nhiên liệu bên trong buồng đốt (xi lanh), cung cấp hoạt động cho các phương tiện và máy móc Loại nguyên liệu chủ yếu sử dụng cho động cơ đốt trong là các loại nhiên liệu hóa thạch

Quá trình đốt cháy nhiên liệu và sinh công được xảy ra trong 2 hoặc 4 giai đoạn được gọi là các thì Khi hoàn thành tất cả các thì, thì người ta gọi là một chu kỳ của động cơ Các chu kỳ của động cơ diễn ra trong một thời gian cực ngắn và liên tục, đảm bảo các thiết bị sử dụng động cơ đốt trong hoạt động liên tục trong thời gian dài

Như vậy chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về động cơ đốt trong là gì cũng như lịch sử hình thành và phát triển của chúng Cùng với sự góp mặt của nhiều tập đoàn chế tạo động cơ lớn mỗi loại động cơ đốt trong sẽ mang trong mình những thiết kế riêng Tuy vậy chúng vẫn phải tuân thủ đầy đủ về mặt cấu tạo chung từ trước Cấu tạo của động cơ đốt trong như sau:

Bảng 1.2: Cấu tạo của động cơ đốt trong

Là bộ phận bao bọc bên ngoài Piston, vừa có nhiệm vụ làm buồng đốt, vừa có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động tịnh tiến

Piston là một trong những bộ phận quan trọng trong động cơ đốt trong Nó là bộ vận đảm nhiệm 2 công việc chính bao gồm: nén nhiên liệu, và tạo chuyển nhiệt năng thành động năng thông qua cơ cấu trượt bên trong xi lanh Ở giai đoạn 1, Piston sẽ nén phần nhiên liệu được bơm từ kim phun đến một áp xuất nhất định Sau khi lượng nhiên liệu đã được nén, chúng sẽ phát nổ đẩy piston trở lại vị trí ban đầu đồng thời sinh công

truyền

Đây là cơ cấu kết nối trực tiếp piston và trục khuỷu, chúng còn được gọi là chi tiết tay biên Thanh truyền được thiết kế chắc chắn, bền bỉ bằng thép gia cường

Là bộ phận kết nối với thanh truyền làm nhiệm vụ chuyển từ chuyển động tịnh tiến sang chuyển động quay khi động cơ hoạt động Trục khuỷu vừa cung cấp động năng cho bánh đà, vừa tiếp nhận lực từ bánh đà tác động ngược lại piston để thực hiện một chu kỳ mới

5

Cơ cấu phân phối

khí

Cơ cấu phân phối khi là tên gọi chung của các chi tiết trong động cơ làm nhiệm vụ nạp khí mới vào buồng đốt, và xả khí cũ từ buồng đốt ra ngoài Chúng làm nhiệm vụ đóng, mở các của nạp thải trong quá trình động cơ hoạt động

bôi trơn

Được thiết kế nhằm tạo ra chuyển động trơn, mượt mà, giảm ma sát giữa các chi tiết khi động cơ hoạt động Chúng làm nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn từ bình chứa tới từng chi tiết bên

Hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm kim phun, các cơ cấu lọc, chế hòa khí, và các chi tiết khoác Bộ phận này có nhiệm vụ hòa trộn không khí sạch với nhiên liệu và phun chúng vào bên trong buồng đốt khi mỗi chu kỳ mới bắt đầu

làm mát

Động cơ hoạt động dựa trên việc đốt nhiên liệu, vì vậy nhiệt độ động cơ tỏa ra là vô cùng lớn Không một loại kim loại nào có thể chịu được nhiệt độ tăng lên mãi mãi Chính vì vậy bộ phận làm mát trên động cơ là bắt buộc Chúng hoạt động giúp giữ nhiệt độ của động cơ ổn định ở mức độ cho phép

khởi động

Hệ thống khởi động cho phép tạo ra chu kỳ đầu tiên của động cơ trong một phiên làm việc mới Chúng bao gồm cả hệ thống đánh lửa đối với động cơ đốt trong

1.2.2 Một số ứng dụng phổ biến của động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong hiện nay đang có vai trò quan trọng trong việc tạo ra nguồn động lực cơ khí để ứng dụng vào các ngành và lĩnh vực sản xuất Chính bởi vậy, các bạn có thể tìm thấy các ứng dụng của động cơ đốt trong: ô tô, tàu thủy, máy phát điện, máy bay, các máy móc tĩnh ở những nơi không có nguồn cung cấp điện…

Ứng dụng của động cơ đốt trong với phương tiện di chuyển

Ứng dụng của động cơ đốt trong trong sản xuất các phương tiện di chuyển hàng ngày là ứng dụng phổ biến và quan trọng nhất Bạn có thể dễ dàng bắt gặp các loại phương tiện sử dụng động cơ đốt trong như: ô tô, xe máy, xe đầu kéo, xe tải,… Động cơ đốt trong sử dụng cho các loại phương tiện thường là động cơ xăng hoặc dầu diesel Chúng được thiết kế với kích thước nhỏ cho tới lớn vòng rất lớn tùy thuộc vào mục đích và các loại phương tiện mà chúng phục vụ Người ta có thể sử dụng 1 xilanh, 2 xilanh cho tới 8 hoặc 32 xi lanh trong một khối động cơ

Ứng dụng của động cơ đốt trong trong lĩnh vực quân sự

Ứng dụng lớn thứ hai của động cơ đốt trong cả hoạt động trong các lĩnh vực liên quan tới quân sự Đôi khi người ta còn cho rằng động cơ đốt trong chính là động lực để tạo nên hai cuộc chiến tranh thế giới Chúng có mặt trong hầu hết các phương tiện kỹ thuật quân sự và khí tài Một số phương tiện sử dụng động cơ đốt trong trong lĩnh vực quân sự như: xe tăng, xe tải, các loại tàu thuyền,…

Ứng dụng trong sản xuất máy công cụ nông nghiệp

Trong hoạt động sản xuất máy công cụ phục vụ lĩnh vực nông nghiệp động cơ đốt trong hiện tại là loại động cơ không thể thay thế được Với ưu điểm là độ bền cao hoạt động bền bỉ dễ dàng bảo trì bảo dưỡng, động cơ đốt trong được sử dụng để chế tạo máy thu hái, máy bơm, máy sơ chế nông sản, cho tới các loại máy cắt cỏ, máy cưa,… Các loại máy tự chế của người nông dân cũng đa số sử dụng các loại động cơ đốt trong

Ứng dụng trong sản xuất máy phát điện

Tại những khu vực mà điện lưới quốc gia không thể với tới, thì máy phát điện sử dụng động cơ đốt trong được sử dụng rất phổ biến Tại cơ quan, bệnh viện, tổ chức nhà nước, hay các hộ gia đình cũng thường được trang bị máy phát điện sử dụng động cơ đốt trong

Người ta sẽ chạy phát điện bằng cách khởi động động cơ đốt trong Sau đó tạo ra động năng, làm quay hệ thống máy phát Nhờ ưu điểm hoạt động ổn định, mà dòng điện tạo ra điện áp liên tục, và đều đặn hơn

Ứng dụng trong sản xuất xe nâng hàng

Trong lĩnh vực nâng hạ hàng hóa các dòng xe nâng dầu, xe nâng xăng cũng chiếm ưu thế vượt trội Chúng có độ bền cao, chi phí đầu tư ban đầu thấp, điều quan trọng nhất của các loại xe nâng trang bị động cơ đốt trong là sức mạnh vượt trội, khả năng làm việc ở nhiều điều kiện khác nhau của chúng

Các loại xe nâng dầu diesel được sử dụng phổ biến nhất Một số loại xe nâng

dầu diesel phải kể đến như: xe nâng dầu 2 tấn, xe nâng dầu 3 tấn, cho tới các dòng

xe nâng siêu tải trọng 50 tấn Nhược điểm duy nhất của các loại xe nâng sử dụng động cơ đốt trong so với xe nâng điện là ồn ào, và phát thải khí nhà kính

Ứng dụng trong sản xuất máy, và máy công trình

Ứng dụng lớn khác của các loại động cơ đốt trong là phục vụ trong ngành công nghiệp xây dựng, ngành công nghiệp nặng Tại những công trường bạn không khó để bắt gặp các loại máy móc sử dụng động cơ đốt trong như: máy xúc, máy ủi, băng truyền, máy đóng cọc,…

1.3 Các phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Phương pháp khởi động động cơ

Phương pháp khởi động sử dụng cần khởi động/tay quay khởi động

Phương pháp này thường được sử dụng trên những động cơ cỡ nhỏ do nó yêu cầu về mô men để quay trục khuỷu không quá lớn Mô men quay để khởi động được sinh ra bằng cách dùng chân/tay tác động vào cần/tay quay khởi động Mô men quay này sẽ được truyền trực tiếp đến trục khuỷu hoặc bánh đà làm trục khuỷu quay giúp động cơ thực hiện được quá trình cháy giãn nở sinh công Khi tốc độ quay của động cơ đạt đến vòng quay tối thiểu ổn định thì nó tự duy trì được sự hoạt động Quá trình khởi động kết thúc

Phương pháp khởi động điện

Trong phương pháp khởi động này, mô men làm quay trục khuỷu được tạo ra bởi một động cơ điện 1 chiều Trục ra của động cơ điện này có gắn bánh răng và khi khởi động động cơ nó sẽ ăn khớp với vành răng trên bánh đà để kéo trục khuỷu quay theo Phương pháp khởi động điện hiện nay được dùng rất phổ biến trên các động cơ ôtô, xe máy… Trên một số dòng xe của hãng Honda, hệ thống khởi động điện còn được cải tiến kết hợp máy khởi động cùng với máy phát (bộ đề tích hợp ACG) Trong hệ thống này bộ máy phát/ máy khởi động được nối trực tiếp với trục khuỷu đảm bảo việc vừa phát điện vừa khởi động động cơ

Phương pháp khởi động khí nén

Trên một số động cơ đốt trong cỡ lớn và siêu lớn yêu cầu mô men quay khởi động lớn, việc trang bị động cơ điện sẽ không phù hợp do kích thước của động cơ điện khi đó sẽ rất lớn Lúc này, người ta sử dụng khí nén có áp suất cao để khởi động động cơ

a Khởi động dùng tua bin khí nén

Phương pháp này về cơ bản là giống với phương pháp khởi động điện được

trình bày ở trên Trong đó động cơ điện 1 chiều sẽ được thay thế bằng một tua bin khí nén Dòng khí được nén với áp suất cao sẽ thổi vào cánh tua bin làm tua bin quay kéo bánh đà và trục khuỷu động cơ quay theo giúp khởi động động cơ So với kích thước của động cơ điện thì tua bin khí nén có kích thước nhỏ gọn hơn rất nhiều, trong khi đó vẫn đảm bảo cung cấp được mô men quay lớn để khởi động động cơ

b Khởi động dùng khí nén cấp trực tiếp vào buồng đốt động cơ

Nguyên lý của phương pháp này là dùng năng lượng của khí nén thay thế cho quá trình cháy giãn nở trong xi lanh động cơ để làm cho piston chuyển động Do đó, khí nén phải được cung cấp vào buồng đốt động cơ ở đúng kỳ cháy giản nở Phương pháp khởi động này thích hợp với động cơ có nhều xi lanh Quy luật cung cấp khí nén trùng với thứ tự nổ của động cơ Do động cơ có góc mở sớm của xu páp xả/cửa xả nên quá trình cung cấp khí nén vào động cơ phải kết thúc trước thời điểm xu páp xả/cửa xả mở

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Phương pháp nghiên cứu định tính thường được dùng trong phân tích văn

hóa, hành vi của con người hoặc một nhóm người Phương pháp này sử dụng các chiến thuật như tường thuật học, dân tộc học, nghiên cứu tình huống Những phân tích này thường mang quan điểm cá nhân của nhà nghiên cứu dựa trên kinh nghiệm, kiến thức để phân loại và đánh giá

Một số kỹ thuật phân tích định tính thông dụng như: phỏng vấn, nhóm tập trung, quan sát, phân tích tài liệu, lịch sử truyền miệng hoặc những câu chuyện cuộc sống

Phương pháp nghiên cứu định lượng thường được dùng để lượng hóa các

yếu tố quan hệ, lượng hóa các mô hình hoặc giả thiết, kiểm định tính đúng đắn của giả thiết Các hiện tượng được giải thích bởi tập hợp các dữ liệu dạng số và phân tích

bởi những phương thức toán học Kỹ thuật (công cụ) định lượng bao gồm: các khảo sát hoặc bảng câu hỏi, quan sát, sàng lọc dữ liệu, thí nghiệm…

Phương pháp thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm là phương pháp thu thập thông tin dưới dạng quan sát, ghi nhận số liệu do thay đổi điều kiện xung quanh hay biến đổi đối tượng khảo sát

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm phổ biến không chỉ trong nghiên cứu tự

nhiên, môi trường, y học mà còn trong xã hội và cả những lĩnh vực khác Trên thực tế, người ta thường sử dụng phương pháp phi thực nghiệm hơn thực nghiệm

Phương pháp phi thực nghiệm

Phương pháp nghiên cứu phi thực nghiệm là phương pháp thu thập số liệu dựa trên quan sát sự vật, hiện tượng từ đó rút ra quy luật của chúng

Có các dạng nghiên cứu phi thực nghiệm

1) Phương pháp phỏng vấn - trả lời:

Phỏng vấn là phương pháp người điều tra đưa ra một loạt các câu hỏi cho người trả lời Phỏng vấn có thể được tổ chức theo cấu trúc có nghĩa là người phỏng vấn đưa ra những câu hỏi được xác định rõ ràng hoặc tổ chức phi cấu trúc có nghĩa là người phỏng vấn cho phép người trả lời đôi khi trả lời những câu hỏi theo ý kiến của họ

2) Phương pháp điều tra bảng hỏi:

Bảng hỏi là một loạt các câu hỏi được thiết kế bởi người nghiên cứu cho đối tượng nghiên cứu trả lời Cấu trúc bảng câu hỏi thường ở dạng đánh giá mức độ, trả lời theo những câu trả lời đã được phân loại sẵn, người nghiên cứu cũng có thể sử dụng dạng câu hỏi mở để người trả lời điền câu trả lời của mình vào bảng Đôi khi

người nghiên cứu sẽ sử dụng câu hỏi phân loại để phân loại đối tượng nghiên cứu tùy vào mục tiêu nghiên cứu

3) Phương pháp hỏi ý kiến chuyên gia:

Trong phương pháp này, người nghiên cứu sẽ đưa chủ đề hoặc đặt câu hỏi cho một nhóm các chuyên gia thảo luận Ưu điểm của phương pháp này là tính chính xác của nội dung phân tích cao nhưng nhược điểm là người nghiên cứu sẽ nghiêng về ý kiến các chuyên gia mà không nêu bật lên quan điểm của mình

4) Phương pháp quan sát:

Người nghiên cứu tự thu thập số liệu, tư liệu qua quan sát, theo dõi, nghe, nhìn từ đó đem lại cho mình những số liệu và tìm ra được bản chất vấn đề Nhưng nhược điểm của phương pháp này là tốn nhiều thời gian, chi phí và quy mô thực hiện nhỏ

Phương pháp phân tích và tổng hợp

Phân tích trước hết là phân chia đối tượng nghiên cứu thành những bộ phận, những mặt, những yếu tố đơn giản hơn để phân tích, phát hiện ra bản chất, thuộc tính, quy luật của từng bộ phận nhận của đối tượng nghiên cứu để từ đó hiểu rõ hơn đối tượng nghiên cứu, từng bước bóc tách từng mảng dữ liệu để nhìn rõ hơn bản chất của sự vật, hiện tượng nghiên cứu

1.3.2 Ưu nhược điểm của động cơ đốt trong

Bất cứ một loại công nghệ, máy móc, hay thiết bị nào được tạo ra cũng đều tồn tại trong mình những ưu, nhược điểm riêng của nó Với động cơ đốt trong cũng vậy chúng có nhiều ưu điểm vượt trội và cũng mang trong mình những nhược điểm riêng Vậy ưu, nhược điểm của động cơ đốt trong là gì

- Ưu điểm:

Giá thành rẻ: So với các loại động cơ điện, động cơ phản lực, các thì động

cơ đốt trong là một trong những loại động cơ có chi phí đầu tư ban đầu thấp

Bền bỉ: Ở thời điểm hiện tại động cơ đốt trong vẫn được cho là một trong

những loại động cơ có khả năng hoạt động bền bỉ ít phải bảo trì, bảo dưỡng, và ít hỏng vặt

Hoạt động mạnh mẽ: So với động cơ điện thì động cơ đốt trong có công suất

hoạt động mạnh mẽ hơn nhiều Chính vì vậy chúng không thể thay thế trên các loại phương tiện vận tải hạng nặng

Hoạt động không ngừng nghỉ: Nếu động cơ điện cần phải sạc lại điện trong

một khoảng thời gian nhất định Thì động cơ đốt trong có khả năng hoạt động liên tục không ngừng nghỉ, việc bạn cần làm là bổ sung nhiên liệu để chúng hoạt động

Nguyên liệu sẵn có: Hiện nay công nghệ sạc và các trạm sạc trên thế giới là

không phổ biến Nhưng các trạm xăng và các trạm cung cấp nhiên liệu dành cho động cơ đốt trong lại được xây dựng vô cùng nhiều Vì vậy bạn có thể dễ dàng sử tìm mua và dùng nhiên liệu đốt trong theo các phương tiện máy móc và thiết bị của mình

Đào tạo về công suất thiết kế: Động cơ đốt trong với công suất thiết kế tùy

theo nhu cầu của người sử dụng Bạn có thể dễ dàng tìm thấy các loại động cơ đốt trong với công suất cực nhỏ (vài mã lực), cho tới những loại động cơ với công suất hàng trăm nghìn mã lực

- Nhược điểm:

Tuy mang trong mình nhiều ưu điểm vượt trội so với các dòng động cơ khác Tuy vậy động cơ đốt trong đang dần được nghiên cứu và thay thế bởi các loại động cơ mới bởi các nhược điểm sau đây

Ô nhiễm môi trường: Nhược điểm lớn nhất của động cơ đốt trong đó là phát

thải khí nhà kính gây ô nhiễm môi trường Khí thải từ động cơ đốt trong là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính thủng tầng ozon Đây cũng là

nguyên nhân chính khiến cho các quốc gia ra trên thế giới chung tay hạn chế loại động cơ này

Tiếng động lớn: Động cơ đốt trong được cho là hoạt động với nhiều tiếng

động lớn Chúng không thích hợp làm việc trong những môi trường cần sự yên tĩnh như nhà xưởng, kho sạch

Ảnh hưởng tới sức khỏe con người: Động cơ đốt trong không chỉ tạo ra khí

CO2 mà chúng còn có thể tạo ra nhiều loại khí khác, độc hại ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe của con người Đã có nhiều tai nạn nghiêm trọng xảy ra khi động cơ đốt trong đốt sạch khí oxi, và thải khí CO2 trong buồng kín

Hình 1.3: Xe cơ sở để làm đồ án

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về của đối tượng chính của đồ án

Hình 2.1: Cấu tạo động cơ xăng 4 kỳ 2.1 Nguyên lý chung

2.1.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền dùng để biến chuyển động tịnh tiến của pit

tông thành chuyển động quay của trục khuỷu Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền gồm: xi lanh với nắp có thể tháo rời, pit tông với các xec măng, chốt pit tông, thanh truyền có đầu nhỏ (đầu trên) nối với pit tông và đầu to (phía dưới) nối với trục khuỷu, bánh đà bắt chặt vào đuôi trục khuỷu Pit tông chuyển động tịnh tiến lên xuống trong xi lanh Trục khuỷu quay trong các vòng bi đặt trong các te, các te đúc liền với xi lanh Ở phía dưới của động cơ được đậy kín bằng các te và dùng để chứa dầu bôi trơn

Cơ cấu phân phối khí dùng để nạp đầy hoà khí vào xi lanh và xả sạch khí

cháy ra khỏi xi lanh Cơ cấu phân phối khí gồm: xu páp nạp và xu páp xả, lò xo, ống dẫn hướng xu páp, ống dẫn hướng xu páp, con đội, đũa đẩy, cần đẩy xu páp, trục cam đặt trong các ổ đỡ của cácte, các bánh răng truyền chuyển động quay từ trục khuỷu tới trục cam

Hệ thống làm mát có bơm nước, dùng để toả nhiệt từ xi lanh và nắp xi lanh Hệ thống bôi trơn gồm bơm dầu nhờn và các bầu lọc dùng để đưa dầu nhờn

đến các bề mặt chi tiết có ma sát

Hệ thống nhiên liệu dùng để chuẩn bị hoà khí cung cấp cho động cơ Ngoài

bộ chế hoà khí, hệ thống nhiên liệu còn bao gồm thùng nhiên liệu, bơm nhiên liệu, các bầu lọc nhiên liệu và bầu lọc không khí, các đường ống nạp, ống xả và ống tiêu âm

Hệ thống đánh lửa dùng để đốt cháy hoà khí trong xi lanh động cơ Nó bao

gồm: nguồn điện, ống tăng điện, bộ chia điện, dây dẫn và bu gi đánh lửa

2.1.1.1 Kỳ nạp

- Trong kỳ nạp của động cơ xăng 4 kỳ : Xu páp nạp mở piston chuyển động đi xuống, tạo ra độ chân không phía trên piston (áp suất giảm)

- Lúc này áp suất khí quyển đẩy hỗn hợp nhiên liệu đi theo đường ống hút qua cửa hút vào xi lanh Khi piston đến ĐCD thì xu páp hút và thải đều đóng lại và hỗn hợp cháy đã điền đầy trong xi lanh

- Đồng thời góc quay của trục khuỷu quay từ 0o đến 180o Cuối quá trình hút áp suất và nhiệt độ hỗn hợp trong xi lanh vào khoảng:

Pa = (0,8 - 0,9) kg/cm2 Ta = (90 - 120)oC

Trong thực tế quá trình nạp được bắt đầu từ điểm d1

Tương ứng với góc 1 Trước điểm ĐCT được gọi (góc mở sớm xu pap nạp)

Thời điểm áp suất trong Xilanh bằng áp suất trên đường ống nạp pk đến piston đến ĐCD tại r’ thì khí nạp mới được hút vào xi lanh

Mở sớm xu pap nạp nhằn mục đích khi khí nạp thực sự đi vào xilanh (điểm 𝒓 ′ ) thì diện tích thông qua của xu pap nạp đã khá lớn nên sức cản khí động nhỏ ->> nạp được nhiều khí nạp mới

Tận dụng quán tính của dòng khí nạp, xu pap nạp chưa đóng ngay tại ĐCD mà đóng sau đó một góc 2 (gọi là góc đóng muộn xupap nạp) từ a→ d2 thời kỳ nạp thêm Để đánh giá quá trình nạp người ta đưa ra hệ số nạp 𝜂𝑣 đây là tỷ số giữ khối lượng môi chất thực tế nạp vào xilanh Gtt và môi chất theo lý thuyết Glt ở nhiệt độ tk và áp suất pk trên đường ống nạp

Thông thường

2.1.1.2 Kỳ nén

Piston chuyển động từ ĐCD lên ĐCT cả xu páp hút và thải đều đóng kín, hỗn hợp khí trong xi lanh bị nén dần lại

Đồng thời trục khuỷu tiếp tục quay từ 180o đến 360o

Đến cuối quá trình nén, áp suất và nhiệt độ hỗn hợp khí trong xi lanh vào khoảng: Pc = (5 - 15) kg/cm2 Tc = (350 - 450)oC

Piston đi từ ĐCD lên ĐCT

Xu páp nạp đóng muộn một góc 2 tại điểm d2 nhằm tận dụng quán tính của dòng khí Tại thời điểm d2 môi chất thực sự được nén

Trong quá trình nén, nhiệt độ và áp suất trong xi lanh tăng dần Giữa môi chất và các chi tiết trong xi lanh diễn ra quá trình trao đổi chất rất phức tạp

Để đơn giản hoá, người ta coi quá trình nén là là quá trình đa biến với chỉ số nén đa biến trung bình n1 trên cơ sở đó ta có thể tính toán được nhiệt độ và áp xuất tại c (không cháy) theo công thức: 𝑇𝑐 =𝑇𝑎𝜀 𝑛1−1 𝑝𝑐 =𝑝𝑎𝜀 𝑛1

Đối với động cơ diesel nhiên liệu có thể tự cháy 𝑇𝑐 thì phải lớn hơn nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu

Cuối quá trình nén tại góc s trước điểm chết trên tại điểm 𝑐 ′ Nhiên liệu có áp suất cao được phun vào buồng cháy qua vòi phun (đối với đc diesel) Đối với động cơ xăng thì bugi bật tia lửa điện để đốt cháy hồn hợp góc s được gọi là góc phun sớm (diesel) hoặc góc đánh lửa sớm (đc Xăng)

2.1.1.3 Kỳ nổ

• Khi piston tới ĐCT kỳ nén hoàn thành hai xu páp vẫn đóng kín, lúc này buzi đánh tia lửa điện (đối với động cơ xăng) làm cho hỗn hợp khí cháy đã bị nén bốc cháy rất nhanh và giãn nở mãnh liệt, tạo ra một áp suất lớn pz = 25 - 50 kg/cm2 tác dụng lên đỉnh piston và đẩy nó đi xuống từ ĐCT xuống ĐCD qua thanh truyền làm trục khuỷu quay từ 360o đến 540o và truyền mô men xoắn ra ngoài

• Nhiệt độ ở quá trình cháy lên tới Tz = 2000 - 2800oC

• Kỳ này hai xu páp vẫn đóng, khi piston đi xuống ĐCD là kết thúc kỳ nổ

Bản chất quá trình cháy là quá trình oxy hoá nhiên liệu sau 1 khoảng thời gian ngắn chuẩn bị 𝜏𝑖 tính từ lúc bắt đầu phun nhiên liệu (đc Diesel) hay bắt đầu bật tia lửa điện (Đc xăng) 𝜏𝑖 được gọi là thời gian cháy trễ

Trong động cơ diesel được hình thành bên trong xilanh nên hỗn hợp được hình thành bên trong xi lanh nên đầu tiên thành phần hỗn hợp được chuẩn bị và tích tụ trong giai đoạn cháy trễ sẽ rất nhanh tốc độ tăng áp Δ𝑝 Δ𝜑 rất lớn, tạo ra tiếng gõ đanh đặc trưng của động cơ diesel Tiếp theo đó là giai đoạn vừa chuẩn bị hỗn hợp vừa cháy nên cháy từ từ hơn Vì thế chu trình làm việc của động cơ diesel giống như chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

Động cơ xăng do hốn hợp có thành phần tương đối đồng đều khi vào trong xilanh nên hỗn hợp cháy rất nhanh sau thời gian cháy trễ vì thế chu trình làm việc của động cơ xăng gần với chu trình cấp nhiệt đẳng tích

Tuy nhiên ở cả 2 loại động cơ sau khi cháy phần lớn hỗn hợp quá trình cháy còn tiếp tục với tốc độ cháy nhỏ kéo dài trên đường giãn nở do cháy nốt phần hỗn hợp chưa cháy gọi là cháy rớt, cháy rớt chỉ làm nóng các chi tiết hiệu quả nhiệt thấp nên người ta cố gắng nghiên cứu các biện pháp như hạn chế cháy rớt: như chọn góc phối khí, đánh lửa sớm, phun sớm…

Quá trình giãn nở:

Tiếp theo quá trình cháy là quá trình giãn nở sinh công (từ điểm z tới điểm 𝑏′) Thực ra đầu quá trình giãn nở còn có quá trình giãn nở còn có quá trình cấp nhiệt do cháy rớt Mặt khác còn có hiện tượng trao đổi nhiệt của môi chất với các thành vách các chi tiết, vì vậy quá trình giãn nở là quá trình nhiệt động phức tạp, tương tự quá trình nén, người ta coi gần đúng đây là quá trình đa biến với chỉ số giãn nở đa biến 𝑛2

2.1.1.4 Kỳ xả

Trục khuỷu tiếp tục quay từ 540o đến 720o Piston đi từ ĐCD lên ĐCT, lúc này xu páp hút đóng, xu páp thải từ từ mở piston ép dần khí thải ra ngoài xi lanh Kết thúc quá trình thải Piston lên đến ĐCT thì xu páp thải đóng lại, xu páp hút mở để nạp hỗn hợp khí vào Các quá trình lại được lặp lại như cũ Như vậy qua bốn quá trình hút, nén, nổ, thải, trục khuỷu đã quay được hai vòng từ 0 độ đến 720 độ Trong đó chỉ có quá trình thứ ba là sinh công có ích Còn ba quá trình còn lại đều là quá trình tiêu hao công

Cuối quá trình giãn nở, xu pap thải được mở tại thời điểm 𝑏′ tương tứng với góc 𝜑3 trước điểm chết dưới nhằm lợi dụng sự chênh áp trong xylanh với đường thải thải tự do một lượng đáng kể khí đã cháy Góc 𝜑3 được gọi là góc mở sớm xupap thải Do piston đi lên, khí cháy được thải cường bức ra bên ngoài

Do tổn thất khí động qua xupap thải, áp suất trong xylanh trong quá trình thải cao hơn so với áp suất trên đường thải 𝑝𝑡, nếu áp suất 𝑝𝑡 càng cao, công bơm trong quá trình thải càng lớn, mặt khác khí sót càng nhiều sẽ làm bẩn môi chất công tác của chu trình tiếp theo

Vì thế người ta cố gắng tìm cách giảm 𝑝𝑡 như chọn góc mở sớm xupap thải, thiết kế đường thải hợp lý… Muốn lợi dụng quán tính của dòng khí thải để thải sạch thêm thì cuối quá trình thải xu pháp thải không đóng ở thời điểm ĐCT mà đóng tại điểm 𝑟 ′ sau điểm chết trên tương ứng với góc 𝜑4 tức là đầu quá trình nạp của chu trình tiếp theo

Như vậy cuối quá trình thải và đầu quá trình nạp, cả 2 xupap đều mở trong khoảng 𝜑1+ 𝜑4 gọi là góc trùng điệp Do tiết chênh áp nhỏ và tiết diện thông qua của xupap còn rất nhỏ nên lượng khí thải lọt vào đường ống nạp là rất nhỏ

Tổng kết

Một chu trình làm việc của động cơ 4 kỳ tương ứng với 04 hành trình của piston Để thải sạch và nạp đầy phải lựa chọn góc mở sớm và đóng muộn của các xupap hay còn gọi là pha phối khí hợp lý Pha phối khí hay góc phun sớm (đc diesel) hay đánh lửa sớm (đc xăng) thường được tối ưu bằng thực nghiệm

Hình 2.2: Tài liệu của hãng toyota khi ra mắt một moden xe mới Bảng 2.1: Bảng góc mở xupap

Bảng 2.2: Bảng áp suất & nhiệt độ các kỳ làm việc động cơ

Bảng 2.3: So sánh về nguyên lý

nhiên liệu cung cấp không khí vào lòng xy lanh (hòa khí được hình thành trong

oC Cuối cùng quá trình nén nhiên liệu được phun sớm vào buồng đốt

Ép hòa khí với áp suất

Nhiện liệu phan vào xy lanh hòa trộn với không khí tự bốc cháy nhòe nhiệt độ

Hòa khí được đốt bởi tia lửa phát ra từ bougie

cao của không khí Hỗn hợp nhiên liệu cháy giãn nở và sinh công

Hỗn hợp nhiên liệu cháy giãn nở và sinh công

Thải Khí thải được đẩy ra ngoài bằng thải hoặc supap thải

Khí thải được đẩy ra ngoài bằng cửa thải hoặc supap thải

Ưu điểm của động cơ diesel

- Do tỷ số nén cao nên kỳ cháy giãn nở được thực hiện triệt để và sinh công nhiều hơn nên hiệu suất của nó lớn hơn so với động cơ xăng Hiệu suất động cơ diesel lớn hơn 1,2-1,25 lần so với động cơ xăng

- Suất tiêu hao nhiên liệu riêng của động cơ diesel thấp hơn động cơ xăng

- Nhiên liệu diesel không bốc cháy ở nhiệt độ bình thường, vì vậy ít gây nguy hiểm - Động cơ diesel ít hư hỏng lặt vặt vì không có bộ đánh lửa và bộ chế hoà khí

Nhược điểm của động cơ diesel

- Hai động cơ có cùng công suất thì động cơ diesel có khối lượng lớn hơn động cơ xăng

- Những chi tiết của hệ thống nhiên liệu như bơm cao áp, kim phun được chế tạo rất tinh vi, đòi hỏi độ chính xác cao với dung sai 1/100 mm

- Tỉ số nén cao đòi hỏi vật liệu chế tạo các chi tiết động cơ như nắp culasse… phải tốt Các yếu tố trên làm cho động cơ diesel đắt tiền hơn động cơ xăng

- Do tỷ số nén cao nên khởi động nặng và khó khăn hơn nhất là khi trời lạnh - Không êm dịu

- Sửa chữa hệ thống nhiên liệu cần phải có máy chuyên dùng, dụng cụ đắt tiền và thợ chuyên môn cao

- Tốc độ động cơ diesel thấp hơn tốc độ động cơ xăng

Chú ý: Chu trình làm việc của động cơ diesel giống như chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

(vì phần nhiên liệu phun trước đã kịp hoà trộn với oxi ￫ cháy nhanh đẳng tích