Bài 31. Thực hành: Tìm hiểu cấu tạo của động cơ đốt trong

Thực hành tìm hiểu cấu tạo của động cơ đốt trong

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG DÙNG CHO XE Ô TÔ

TRÌNH BÀY : NHÓM 2
Xe ô tô hiện nay
Cách bố trí động cơ đốt trong trên ô tô
Bố trí động cơ ở đầu ô tô
Bố trí động cơ ở đuôi ô tô
Bố trí động cơ ở giữa xe
a) Bố trí động cơ ở đầu ô tô
-Động cơ được đặt trước buồn lái
-Động cơ được đặt trong buồng lái

Ưu điểm
Lái xe ít bị ảnh hưởng của tiếng ồn và nhiệt thải của động cơ
Dễ chăm sóc, bảo dưỡng động cơ
Nhược điểm
Tầm quan sát mặt đường bị hạn chế bởi phần mui xe nhô ra phía trước
b) Bố trí động cơ ở đuôi ô tô

Ưu điểm:
Tầm quan sát của người lái rộng
Ít bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn và nhiệt động cơ
Nhược điểm :
Làm mát động cơ khó
Bộ phận điều khiển động cơ và hệ thống truyền lực phức tạp
c) Bố trí động cơ ở giữa xe
Dung hòa được ưu điểm của hai cách bố trí trên nhưng sẽ chiếm chỗ thùng xe, gây tiếng ồn và rung động nên trong thực tế rất ít được áp dụng.
HIện nay, phần lớn xe hơi sử dụng loại động cơ nhiệt đốt trong được gọi là động cơ 4 kỳ để chuyển năng lượng trong nhiên liệu (xăng, diesel,...) thành động năng giúp xe di chuyển. Động cơ 4 kỳ còn được gọi động cơ Otto nhằm vinh danh Nikolaus Otto (1832-1891), nhà phát minh người Đức đã lần đầu tiên chế tạo ra loại động cơ này vào năm 1867. Bốn kỳ hoạt động của động cơ bao gồm: nạp, nén, nổ và xả.
Các chi tiết chính của động cơ
Phần cốt lõi của động chính là piston, chi tiết sẽ chuyển động lên xuống trong lòng xylanh. Trong infographic bên trên đã mô tả động cơ 1 xy lanh. Tuy nhiên, phần lớn động cơ xe hơi đều cần nhiều xylanh hơn, có thể là 4, 6, 8, 10, 12 hoặc thậm chí là 16 xy lanh. Đối với các động cơ nhiều xy lanh, xylanh thường được bố trí theo vào 1 trong 3 dạng: thẳng hàng, chữ V hoặc đối xứng ngang.
Mỗi dạng bố trí xylanh khác nhau sẽ tương ứng với các ưu/nhược điểm khác nhau về độ nhịp nhàng, chi phí chế tạo và hình dạng tổng thể của khối động cơ. Do đó, mỗi cách bố trí sẽ phù hợp với từng loại xe hơi khác nhau tùy theo mục đích sử dụng cuối cùng.

Động cơ các xylanh
được đặt thẳng hàng
Động cơ các xy lanh
được đặt trên 2 mặt phẳng
lệch nhau 1 góc tạo thành
chữ V
Động cơ được đặt đối xứng
với nhau trên cùng 1 mặt phẳng
theo phương ngang (Động cơ Boxer)​
Dưới đây là những thành phần chính của động cơ xe hơi
Bugi (bộ phận đánh lửa): Bugi sẽ đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp không khí/nhiên liệu trong 1 thời điểm chính xác nhằm đảm bảo chu kỳ hoạt động của động cơ diễn ra một cách hoàn hảo.

Van (cổng) nạp/xả: 2 cổng nạp và cổng xả sẽ phối hợp đóng, mở một cách nhịp nhàng trong mỗi kỳ hút và xả tương ứng để nạp nhiên liệu và xả khí thải sau quá trình đốt. Đồng thời, 2 cổng này sẽ đồng thời đóng lại trong kỳ nén và kỳ nổ để đảm bảo rằng buồng đốt hoàn toàn kín.

Piston: là một chi tiết hình trụ bằng kim loại có thể chuyển động lên xuống trong lòng xylanh.

Các vòng găng piston (xéc-măng, bạc piston): các vòng gắn vào rãnh dọc thân piston có các nhiệm vụ chính là đóng kín buồng đốt ngăn không cho hỗn hợp nhiên liệu/không khí và chất thải lọt xuống bên dưới, truyền nhiệt từ piston ra thành xylanh chống quá nóng và tiếp dầu bôi trơn cho phép piston có thể di chuyển trơn tru bên trong xylanh. Đồng thời, các vòng này cũng có nhiệm vụ không cho dầu nhớt từ các te xâm nhập vào buồng đốt.

Trục cam: trên trục cam có các vấu cam. Khi trục cam quay, các vấu cam có nhiệm vụ đóng/mở xupap đúng thời điểm. Về cơ bản có thể chia ra làm 4 loại trục cam tùy vào vị trí lắp đặt trong động cơ: trục cam đặt trong cacte thân máy (OHV), trục cam đặt trên nắp xylanh (OHC), trục cam đơn đặt trên nắp xylanh (SOHC) và trục cam kép đặt trên nắp xylanh (DOHC).

Thanh truyền (tay dên): thanh kết nối piston với trục khuỷu. Nhờ thanh truyền mà chuyển động thẳng của piston sẽ được chuyển thành chuyển động xoay tròn của trục khuỷu.

Trục khuỷu: là chi tiết nhận lực từ piston để tạo ra mô men quay sinh công đưa ra bộ phận công tác và nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại cho piston.

Cacte: bộ phận bao quanh trục khuỷu. Đáy cacte là nơi chứa dầu nhớt bôi trơn cho động cơ.
Cơ cấu vận hành chung
Các hệ thống cấu thành nên động cơ xe hơi
Động cơ xe hơi bao gồm nhiều hệ thống phụ với các cơ cấu vận hành khác nhau. Dưới đây sẽ khảo sát 8 hệ thống phụ trong động cơ, bao gồm:
Hệ thống nạp nhiên liệu.
Bộ truyền động xupap.
Hệ thống đánh lửa.
Hệ thống bôi trơn.
Hệ thống xả khí thải.
Hệ thống giải nhiệt động cơ.
Hệ thống nạp khí.
Hệ thống khởi động.


Hệ thống nạp nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ nạp nhiên liệu từ bình chứa, sau đó trộn nó với không khí để tạo thành hỗn hợp nhiên liệu/khí và đưa vào trong buồng đốt. Nhiên liệu thường được cung cấp bằng 1 trong 3 cách sau: chế hòa khí, phun nhiên liệu trực tiếp (GDI) và phun nhiên liệu gián tiếp. Bộ chế hòa khí thường được sử dụng cho các động cơ thế hệ cũ hoặc động cơ xe máy, nhiên liệu sẽ được trộn với không khí trước khi nạp vào xylanh. Đối với động cơ phun nhiên liệu, một lượng đúng nhiên liệu sẽ được đưa vào mỗi xy lanh, tại vị trí phía trên cổng nạp (đối với phun gián tiếp) hoặc trực tiếp vào xy lanh (đối với phun trực tiếp).
Bộ truyền động xupap

Bộ truyền động bao gồm hệ thống các xupap và những chi tiết cơ khí khác giúp xupap có thể đóng mở đúng thời điểm. Chi tiết cơ khí được nói đến ở đây chính là trục cam. Trên trục cam có các vấu cam hỗ trợ đóng mở trục cam. Tùy theo mỗi loại động cơ mà các vấu cam sẽ được bố trí tại những góc độ khác nhau giúp động cơ có thể hoạt động nhịp nhàng và trơn tru. Trên các động cơ hiện đại, trục cam được đặt trên đỉnh các xupap.

Khi quay, các vấu cam có dạng hình giọt nước sẽ đẩy xupap xuống để mở cổng nạp hoặc xả nhiên liệu/chất thải. Trục cam được chia thành 2 dạng là trục cam đơn (cho phép đóng mở cả cổng hút và cổng xả) và trục cam kép (2 trục cam điều khiển việc hút và xả một cách độc lập). Ngày nay, những hệ thống động cơ hiện đại đều sử dụng hệ thống cam kép (DOHC) đặt phía trên xupap cho phép điều khiển đóng/mở cùng lúc nhiều xupap một cách hiệu quả nhất, đảm bảo tiêu chí là "nạp đầy, thải sạch".
Hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ tạo nên dòng điện cao áp và đưa đến bugi thông qua các dây dẫn. Đầu tiên, dòng điện sẽ chạy từ nguồn cấp đến bộ phân phối điện. Bộ phân phối điện thường được chế tạo theo dạng tròn, dây điện chính từ nguồn cấp sẽ được dẫn vào bộ phận dẫn điện, có thể xoay được, đặt tại vị trí trung tâm. Xung quanh đường kính của bộ phân phối điện sẽ được nối tới các dây điện (có thể 4, 6,... dây tương ứng với số lượng xylanh) dẫn tới mỗi bugi. Khi chi tiết dẫn điện trung tâm quay, nó sẽ lần lượt tiếp xúc với các dây điện nối tới từng bugi. Từ đó, dòng điện sẽ tuần tự chạy tới và đánh lửa trong các xylanh tại những thời điểm thích hợp
Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn cũng là thành phần hết sức quan trọng trong quá trình vận hành của động cơ. Chức năng chính của hệ thống bôi trơn là giúp đảm bảo tất cả các chi tiết tham gia chuyển động trong động cơ đều được bôi trơn và chuyển động một cách dễ dàng. Bên trong động cơ, các thành phần cần được bôi trơn nhiều nhất là piston (để dễ dàng chuyển động tịnh tiến trong lòng xylanh) và hàng loạt vòng bi (giúp trục cam, trục khuỷu,... có thể quay dễ dàng). Trong phần lớn động cơ, dầu nhớt thường được hút lên từ cacte, chạy qua bộ lọc và sau đó phun dưới áp lực cao vào các vòng bi hoặc thành xylanh. Cuối cùng, dầu nhớt vẫn chảy trở lại cacte và chu trình cứ thế được tiếp tục.
Hệ thống xả khí thải
 Hệ thống xả bao gồm các ống xả và bộ tiêu âm . bộ tiêu âm có nhiệm vụ triệt tiêu những tiếng ồn phát ra trong quá trình động cơ vận hành. Bên cạnh đó, hệ thống xả cũng bao gồm bộ chuyển đổi xúc tác. Nhiệm vụ chính của nó là chuyển đổi lượng nhiên liệu chưa cháy hết thành khí thải được đốt hoàn toàn.
Hệ thống giải nhiệt
Bên cạnh đó, một quạt gió cũng được bố trí tại vị trí bộ tản nhiệt để hỗ trợ đẩy dòng khí nóng và nhanh chóng làm mát dòng nước bên trong. Trong quá trình lưu thông trong động cơ, dung dịch làm mát cũng chảy qua một van hằng nhiệt có nhiệm vụ giữ cho nhiệt độ nước giải nhiệt luôn ở trong một khoảng nhất định.
được hợp thành bởi 2 bộ phận chính là bộ tản nhiệt và bơm nước. Nước (có pha chất chống đông) được dẫn qua hệ thống ống tới các áo nước quanh xylanh để hấp thụ nhiệt. Sau đó nước nhiệt độ cao sẽ được dẫn trở về bộ tản nhiệt để hạ nhiệt độ nước xuống và tiếp tục lặp lại chu trình khép kín trên.
Hệ thống nạp khí

Phần lớn động cơ trên xe hơi thường sử dụng hệ thống nạp thông thường, nghĩa là dòng không khí từ bên ngoài sẽ đi qua bộ lọc và trực tiếp đi vào các xylanh. Tuy nhiên, các động cơ hiệu suất cao đòi hỏi một lượng không khí lớn hơn để kịp thời phục vụ cho công tác đốt nhiên liệu, đó cũng là nguyên nhân cho sự xuất hiện của hệ thống nạp tăng áp Turbocharger hoặc Supercharger. Mục đích của hệ thống này là nén lượng khí đi vào giúp tăng hiệu suất hoạt động của động cơ.

Hệ thống khởi động
Nhờ vào hệ thống khởi động với các thành phần chính là motor khởi động và nam châm từ khởi động (cuộn dây hình ống, starter selonoid) nhằm tạo ra ngoại lực ban đầu. Khi bạn bật chìa khóa điện khởi động máy, motor khởi động sẽ quay trục khuỷu vài vòng cho tới khi thắng được tốc độ quay tối thiểu và động cơ sẽ bắt đầu đi vào vận hành.
Bảng 31.1 sgk
Bảng 31.2 sgk
Thành viên trong nhóm
Lê Đức Lợi
Trần Anh Minh
Nguyễn Đức Tân
Tạ Đức Duy
Phạm Thị Mai
Hoàng Thị Mỹ
Cao Thị Hạnh Nhân