Bài giảng cấu tạo ô tô

1 Bộ giáo dục vμ đμo tạo Tr−ờng đại học giao thông vận tải Bộ MÔN CƠ kHí ô tô ----*****---- Bμi giảng Cấu tạo ô tô Môn học : cấu tạo ô tô Số tiết : 60 Giảng viên : Tr−ơng Mạnh Hùng Bộ môn : Cơ khí Ôtô Hà Nội -2006 2 đại c−ơng về ô tô Suốt thế kỷ XIX, ngμnh vận tải đã tiến hμnh các cuộc cách mạng. Đầu tiên lμ ngμnh đ−ờng sắt, đó lμ các đầu máy có khả năng vận chuyển những khối hμng khổng lồ. Cuối thế kỷ XIX, sự vận chuyển bằng đ−ờng bộ cũng bắt đầu tiến bộ với sự phát triển của xe hơi. Vận chuyển hμng không, bằng hình thức khí cầu cũng đã bắt đầu. Nh−ng b−ớc đột phá đó lμ chiếc phi cơ vận hμnh động lực đầu tiên do hai anh em nhμ Wright ở Hoa Kỳ sáng chế. Sự vận chuyển đ−ờng thuỷ có khuynh h−ớng chậm hơn, bởi sự ma sát với n−ớc. Tốc độ của tμu thuyền không cải thiện đ−ợc nhiều so với tr−ớc đây, những loại tμu hiện đại chỉ đáp ứng vận tải trên các đoạn đ−ờng ngắn ( tμu cánh ngầm, tμu đệm không khí ). Các loại ph−ơng tiện vận tải. Có thể phân loại ph−ơng tiện vận tải theo những loại chính sau: + Ph−ơng tiện vận tải đ−ờng bộ. + Ph−ơng tiện vận tải đ−ờng sắt. + Ph−ơng tiện vận tải đ−ờng thuỷ. + Ph−ơng tiện vận tải hμng không. Ô tô lμ ph−ơng tiện cơ giới đ−ờng bộ dùng để chở ng−ời, hμng hoá hoặc phục vụ thực hiện một nhiệm vụ đặc biệt. Lịch sử phát triển ph−ơng tiện vận tải ô tô. Năm 1650 chiếc xe có bốn bánh vận chuyển bằng các lò xo tích năng đ−ợc thiết kế bởi nghệ sỹ, nhμ phát minh ng−ời ý Leonardo da Vinci. Sau đó lμ sự phát triển của nguồn động lực cho ôtô : động cơ gió, động có không khí nén. Năm 1769 đánh dấu sự ra đời của động cơ máy hơi n−ớc ( khói đen, ồn , khó vận hμnh.. ) vμ vμo thời kỳ nμy chiếc ô tô tải đầu tiên ra đời. Năm 1860 động cơ bốn kỳ chạy ga ra đời đánh dấu cho sự ra đời của ô tô con ( loại xe nμy dùng cho giới th−ợng l−u ng−ời Pháp). Năm 1864 động cơ bốn kỳ chạy xăng ra đời vμ sau 10 năm loại xe với động cơ nμy đạt đ−ợc công suất 20 kw vμ có thể đạt vận tốc 40 km/h. Năm 1885, Karl Benz chế tạo một chiếc xe có một máy xăng nhỏ đó lμ chiếc ô tô đầu tiên. Năm 1891 ô tô điện ra đời ở Mỹ do hãng Morris et Salon ở Philadel sản xuất. Sau khi lốp khí nén ra đời, 1892 Rudolf Diesel đã cho ra đời động cơ Diesel vμ đã cho chế tạo hμng loạt. Vμo thời gian nμy, đã hình thμnh tổng thể ôtô con, ôtô tải, ôtô chở ng−ời với lốp khí nén. Cuộc cách mạng xe hơi chỉ bắt đầu vμo 1896 do Henry Ford hoμn thiện vμ bắt đầu lắp ráp hμng loạt lớn. Vμo nh−ng năm tiếp theo lμ sự ra đời các loại xe hơi của các hãng Renault vμ Mercedes (1901). Peugeot (1911). Ngμy nay chiếc ô tô không ngừng phát triển vμ hiện đại, công nghiệp xe hơi đã trở thμnh ngμnh công nghiệp đa ngμnh. Xe hơi có hộp số tự động ra đời vμo năm 1934 Năm 1967 xe hơi có hệ thống phun xăng cơ khí. Ô tô phát triển đi cùng với tính năng an toμn: 1971 ABS: Anti-lock Brake System (hệ thống trống bó cứng bánh xe khi phanh),1979 (Đk kỹ thuật số ), EBD: Electronic Brake Distrition (phân phối lực phanh điện tử), TRC: Traction Control (điều khiển lực kéo), điều khiển thân xe:Active Body Control (ABC).... Tốc độ của xe cũng đ−ợc cải thiện không ngừng: Năm 1993 vận tốc của xe đạt 320 km/h vμ đến năm 1998, VMax= 378 km/h. Cho đến nay ô tô có thể đạt tốc độ lớn hơn 400km/h. 3 I. Khái niệm, phân loại 1.1. Khái niệm Ô tô lμ ph−ơng tiện cơ giới đ−ờng bộ dùng để chở ng−ời, hμng hoá hoặc phục vụ thực hiện một nhiệm vụ đặc biệt. 1.2. Phân loại a. Phân loại theo mục đích sử dụng. b. Phân loại theo loại nhiên liệu dùng 4 Logo một số ô tô 5 II. Cấu tạo chung ô tô Ô tô cấu tạo gồm các phần sau: + Động cơ. + Phần gầm + Phần thân vỏ + Phần hệ thống điện (không học trong học phần nμy có môn học riêng) 2.1. Động cơ Động cơ lμ nguồn động lực phát ra năng l−ợng để ô tô hoạt động. Động cơ th−ờng dùng trên ô tô lμ động cơ đốt trong kiểu piston. Nhiên liệu dùng cho động cơ: Xăng, Diesel, khí ga... Các bộ phận chính của động cơ: - Thân vỏ động cơ. - Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - Cơ cấu phối khí - Hệ thống cung cấp nhiên liệu - Hệ thống lμm mát - Hệ thống bôi trơn - Hệ thống điện. 2.2. Gầm ô tô - Hệ thống truyền lực - Các bộ phận chuyển động - Các hệ thống điều khiển 2.3. Thân vỏ Dùng để chứa ng−ời lái hμnh khách, hμng hoá - Ô tô tải: Cabin + thùng chứa hμng - Ô tô chở ng−ời: Khoang ng−ời lái + khoang hμnh khách 2.4. Hệ thống điện. - Hệ thống điện động cơ: Hệ thống khởi động, hệ thống nạp, hệ thống đánh lửa động cơ xăng. - Hệ thống điện thân xe: Hệ thống chiếu sáng, hệ thống gạt n−ớc m−a, hệ thống điều khiển khác... III. Bố trí chung của ô tô 3.1. Bố trí động cơ. + Vị trí đặt động cơ: Đặt tr−ớc, đặt giữa đặt sau ô tô + Bố trí: Ngang, dọc ô tô a. Ô tô con: 6 1. Động cơ đặt tr−ớc cầu tr−ớc chủ động- động cơ đặt ngang 2. Động cơ đặt tr−ớc- cầu sau chủ động, động cơ đặt dọc 3. Động cơ đặt sau cầu sau chủ động 4. Động cơ đặt tr−ớc hai cầu chủ động. b. Ô tô khách c. Ô tô tải e) f) a) b) c) 7 Ch−ơng I: Động cơ ô tô Hiện nay động cơ th−ờng đ−ợc sử trên các ô tô lμ động cơ đốt trong kiểu piston, nhiên liệu dùng cho loại động cơ nμy lμ xăng, Diesel, khí ga, khí H2... Ngoμi động cơ đốt trong, trên một số ô tô còn sử dụng động cơ lai (Hybrid), động cơ điện. Trong bμi giảng nμy chỉ giới thiệu về động cơ đốt trong kiểu piston. 1.1. Những vấn đề chung về động cơ đốt trong Động cơ đốt trong nói chung, động cơ xăng vμ động cơ Diesel nói riêng kiểu piston thuộc loại động cơ nhiệt, hoạt động nhờ quá trình biến đổi hoá năng thμnh nhiệt năng do nhiên liệu trong buồng kín bị đốt cháy rồi chuyển sang dạng cơ năng. Toμn bộ quá trình nμy đ−ợc thực hiện trong buồng kín của xy lanh động cơ Trên ô tô động cơ lμ bộ phận quan trọng quyết định đến các thông số cơ bản của ô tô nh−: công suất, tốc độ, trọng l−ợng hμng hoá hay hμnh khách chuyên chở của ô tô vμ các tính năng khác. Có tác động trực tiếp đến môi tr−ờng: gây ồn, gây ô nhiểm mối tr−ờng... do khí thải gây ra. Vì vậy, động cơ chiếm số % lớn về giá thμnh của cả ô tô (20ữ30%). a. Phân loại động cơ: + Phân loại theo nhiên liệu : - Động cơ xăng Động cơ INNOVA 8 - Động cơ Diesel KAMAZ V8 - Động cơ dùng nhiên liệu khí (ga, H2..) - Động cơ Hybrid: + Phân loại theo chu chình hoạt động: - Động cơ hai kỳ: Hiện nay không còn sử dụng trên ô tô - Động cơ bốn kỳ: Đang đ−ợc sử dụng phổ biến trên các ôtô. + Phân loại theo cách bố trí xy lanh: Động cơ ô tô th−ờng có nhiều hơn một xy lanh, có thể lμ: 3, 4, 6, 8,10, 12,...Do vậy, cần xắp xếp vị trí của các xy lanh hợp lý để đảm bảo động cơ lμm việc hiệu quả. Hiện nay xy lanh đ−ợc bố trí theo hai cách : - Động cơ có xy lanh bố trí thẳng hμng: Với động có có số xy lanh ≤ 6 9 - Động cơ xy lanh bố trí chữ V :Với động có có số xy lanh ≥ 6 (động cơ chữ V th−ờng có ký hiệu ở bên ngoμi thân vỏ ô tô. Ví dụ:V6 24V). b. Cấu tạo chung động cơ Các bộ phận chính của động cơ: - Thân vỏ động cơ. - Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - Cơ cấu phối khí - Hệ thống cung cấp nhiên liệu - Hệ thống lμm mát - Hệ thống bôi trơn - Hệ thống điện.(không giới thiệu ở bμi giảng nμy) - Hệ thống điều khiển động cơ. c. Một số khái niệm và chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ đốt trong kiểu piston: - Điểm chết : Lμ vị trí mμ tại đó piston đổi chiều chuyển động( không chuyển động tiếp đ−ợc nữa). Có điểm chết d−ới ( ĐCD) vμ điểm chết trên ( ĐCT), khi piston ở vị trí nμy thì thể tích của buồng công tác đạt giá trị Vmax vμ Vmin. Khoảng cách giữa hai điểm chết gọi lμ hμnh trình piston ( S). - Kỳ : lμ một phần của chu trình công tác xảy ra trong thời gian piston dịch chuyển một hμnh trình. - Chu trình công tác: - Thể tích công tác xy lanh: Lμ thể tích của buồng xy lanh vμ piston giữa hai điểm chết SDVh 4 2π= ( D: đ−ờng kính xy lanh, S lμ hμnh trình piston) - Tỷ số nén : lμ tỷ số giữa Vmax vμ Vmin: min max V V=ε - Công suất, Mômen xoắn cực đại, số vòng quay cực đại: (Kw; N.m; v/p) - L−ợng tiêu hao nhiên liệu: (g/Kwh, lit/100km) 10 Thông số động cơ: Động cơ 1TR-FE (INNOVA) 7KE (Zace) Số xy lanh và cỏch bố trớ 4-xi lanh thẳng hàng 4-xi lanh thẳng hàng Cơ cấu phối khớ 16-xu pỏp, cam kộp DOHC cú VVT-i, dẫn động xớch 8-valve, OHV, dẫn động xớch Dung tớch xi lanh [cm3 ] 1,998 1,781 Đường kớnh x hành trỡnh [mm] 86.0 x 86.0 80.5 X 87.5 Tỷ số nộn 9.8 9.1 Hệ thống nhiờn liệu L-EFI (Lucft) D-EFI (Druck) Hệ thống đỏnh lửa DIS Dựng bộ chia điện Cụng suất phỏt tối đa SAE-NET [HP / rpm] 134 / 5,600 82.0 / 4,800 Mụ men xoắn tối đa SAE-NET [Kgãm / rpm] 18.2 / 4,000 14.0 / 2,800 Mở 52°~0o BTDC 15o BTDC Nạp Đúng 12° ~ 64° ABDC 51o ABDC Mở 44° BBDC 49o BBTC Thời điểm phối khớ Xả Đúng 8° ATDC 17o ATDC Độ nhớt/cấp độ của dầu bụi trơn 5W-30 / API SL, SJ, EC or ILSAC 5W-30 / API SL, SJ, EC or ILSAC Một số từ viết tắt th−ờng dùng: BDC : Bottom Dead Center TDC : Top Dead Center DOHC: Dual Overhead Camshaft EFI : Electronic Fuel Injection ESA : Electronic Spark System: Đánh lửa điện tử ECT : Electronic Controlled Transmisson TRC : Traction Control (điều khiển lực kéo) EBD : Electronic Brake Distrition(phân phối lực phanh điện tử), ABC : Active Body Control (điều khiển thân xe) MT : Manual Transmisson AT : Automatic Transmisson SRS : Supplemental Sestraint System: Hệ thống an toμn bị động túi khí VVT-I: Variable Valve Timinh- Intelligent A/C...Điều hũa khụng khớ EDU...Bộ dẫn động bằng điện tử E/G...Động cơ EGR...Hệ thống tuần hoàn khớ xả ISC...Điều khiển tốc độ khụng tải SCV...Van điều khiển hỳt SPV...Van điều khiển lượng phun TCV...Van điều khiển thời điểm phun VRV...Van điều chỉnh chõn khụng VSV...Van chuyển mạch chõn khụng 11 12 CAMRY 2004 CAMRY 2004 Động cơ có Piston quay 13 1.2. Cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 1.2.1. Thân vμ nắp động cơ. a. Thân động cơ + Nhiệm vụ: - Thân động cơ lμ giá đỡ để bắt các chi tiết, bộ phận của động cơ. - Chịu bộ phận lực của động cơ. - Bố trí t−ơng quan các bộ phận, chi tiết của động cơ: Trục khuỷu, trục cam, xi lanh... - Chứa các đ−ờng ống n−ớc, áo n−ớc lμm mát cho động cơ + Cấu tạo: - Thân động cơ đ−ợc đúc thμnh một khối liền, trong có các lỗ xi lanh(lỗ lắp ống lót xi lanh), có các đ−ờng n−ớc lμm mát đi qua, đ−ờng ống dẫn dầu bôi trơn, vμ các vị trí để lắp đặt các bộ phận khác. Vật liệu chế tạo thân động cơ th−ờng lμ gang hợp kim hoặc hợp kim nhôm. - Động cơ dùng trên ô tô th−ờng có số xi lanh nhiều hơn hai, các xi lanh đ−ợc xếp thμnh dãy thẳng hμnh hoặc đ−ợc xếp theo hình chữ V, W. Thân động cơ chữ W 12 xi l h Thân động cơ chữ V 14 Thép đúc Động cơ lμm mát bằng gió 15 Phần đậy kín phía d−ới thân máy đ−ợc gọi lμ các te. Các te dùng để chứa dầu bôi trơn động cơ b. Nắp máy (nắp xi lanh) + Nhiệm vụ: - Cùng với xilanh tạo thμnh buồng đốt động cơ - Lμm giá đỡ để bắt các bộ phận khác. - Chịu lực - Bố trí t−ơng quan: trục cam, xúppáp, buồng cháy... - Chứa các đ−ờng n−ớc lμm mát, dầu bôi trơn động cơ. + Cấu tạo: Nắp máy đ−ợc đúc liền khối với động cơ xilanh thẳng hμng hoặc đúc riêng mỗi nắp cho một xilanh. Động cơ MITSUBISI 16 Giữa nắp máy vμ thân máy có lắp đệm lμm kín (gioăng quylát) 17 1.2.2. Nhóm Piston Nhóm Piston gồm: Piston, vòng găng(xéc măng), vμ chốt Piston a. Piston: + Nhiệm vụ: - Nén hỗn hợp (không khí - nhiên liệu) trong kỳ nén - Tiếp nhận áp suất khí cháy chuyển động sinh công cơ học truyền qua chốt Piston, thanh tới trục khuỷu động cơ + Cấu tạo: 18 Corola 19 Để giảm tiếng gõ khi Piston lμm việc chốt Piston đ−ợc chế tạo lệch tâm. 20 b. Xéc măng + Nhiệm vụ: có hai loại xéc măng xéc măng khí(hơi), xéc măng dầu - Xéc măng khí: lμm kín buồng cháy, ngăn không cho khí cháy lọt xuống cácte dầu - Xéc măng dầu: gạt dầu bôi trơn xilanh vμ piston đồng thời ngăn không cho dầu bôi trơn lọt lên buồng cháy. + Cấu tạo: [Xộc móng ứng suất thấp] Xộc măng dầu Xộc măng hơi số 2 được mạ Chrome Xộc măng hơi số 1 được xử lý PVD* *PVD: Physical Vapor Deposition 21 1.2.3. Thanh truyền – Trục khuỷu a. Thanh truyền + Nhiệm vụ: Truyền lực từ Piston đến trục khuỷu trong kỳ sinh công vμ theo chiều ng−ợc lại trong các kỳ khác. + Cấu tạo: b. Trục khuỷu + Nhiệm vụ: Tiếp nhận lực từ Piston do thanh truyền chuyể tới vμ biến lực thμnh mô men xoắn. + Cấu tạo: Trục khuỷu th−ờng chế tạo bằng ph−ơng pháp dập hoặc đúc Khối l−ợng cân bằng Cổ trục Cổ biên 22 Khối l−ợng cân bằng Lỗ dầu Cổ trục 23 + Trục cân bằng 1.3. Cơ cấu phối khí a. Công dụng, phân loại. Cơ cấu phối khí hay còn goi lμ hệ thống phân phối khí có công dụng điều khiển quá trình trao đổi khí trong xy lanh. Thực hiện các công việc đóng mở các cửa nạp vμ cửa xả với mục đích nạp đầy không khí, hỗn hợp cháy (hỗn hợp cháy gồm xăng - không khí đối với động cơ xăng) vμ thải sạch khí cháy ra khỏi xy lanh. Có thể phân loại hệ thống phân phối khí thμnh các loại sau: + Loại dùng trục cam - xupáp : loại nμy có kết cấu đơn giản đ−ợc dùng phổ biến trên các loại đông cơ hiện nay. + Loại dùng van tr−ợt: loại nμy có kết cấu phức tạp khó chế tạo, đa số dùng trong các xe đặc chủng nh− xe đua. + Loại dùng piston đóng mở cửa nạp vμ cửa thải ( của động cơ hai kỳ) có kết cấu đơn giản, không phải điều chỉnh nh−ng chất l−ợng trao đổi khí không cao. b) Cấu tạo vμ nguyên lý lμm việc của hệ thống phối khí dùng xupáp: - Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt 1: Trục cam; 2: Con đội; 3: Lò xo xupáp; 4: Xupáp; 5: Nắp máy; 6: Thân máy 24 + Nguyên lý lμm việc: Trục cam chuyển động quay nhờ dẫn động từ trục khuỷu của động cơ. Vấu cam trên trục cam quay đẩy con đội đi lên. Con đội đi lên nén lò xo lại vμ tỳ vμo đuôi xupáp đẩy xupáp đi lên lμm mở cửa nạp ( xả). Vấu cam sau khi qua điểm cao nhất ( cửa mở lớn nhất) chuyển động đi xuống, lò xo bị giãn ra kéo xupáp chuyển động xuống đóng kín cửa nạp ( xả). ở loại nμy, toμn bộ cơ cấu phối khí bố trí ở thân động cơ nên chiều cao thân máy giảm, dễ bố trí trên các loại ph−ơng tiện vận tải tuy nhiên khó bố trí buồng cháy gọn nên loại nμy chỉ đ−ợc dùng trong một số động cơ xăng. - Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo: Có hai loại lμ dẫn động trực tiếp vμ gián tiếp Loại dẫn động gián tiếp: + Nguyên lý lμm việc: Chuyển động quay của trục khuỷu dẫn động trục cam 1 quay. Vấu cam quay tỳ lên con đội 2, đẩy con đội chuyển động đi lên, thông qua đũa đẩy7 lμm cho đòn gánh 8, giμn cò 9 tỳ vμo đuôi xupáp 4 đẩy xupáp chuyển động xuống phía d−ới mở van nạp( xả), lò xo 3 bị ép lại. Khi vấu cam đi qua điểm cao nhất chuyển động quay xuống thông qua các chi tiết, lò xo bị giãn ra kéo xupáp trở lại vị trí đóng nh− ban đầu. Loại dẫn động trực tiếp: + Nguyên lý lμm việc: ở loại nμy, vấu cam sẽ trực tiếp tỳ lên đuôi xupáp hoặc thông qua đòn gánh. Loại nμy có −u điểm ít chi tiết xong việc dẫn động từ trục khuỷu lên trục cam rất xa( thông th−ờng dùng dẫn động xích). Loại xupáp treo cho phép có đ−ợc buồng cháy gọn nên có thể cho tỷ số nén cao vμ tăng hiệu quả của buồng cháy. Loại nμy đ−ợc sử dụng rộng rãi cho cả động cơ xăng vμ động cơ điesel. 1: Trục cam; 2: Con đội; 3: Lò xo xupáp; 4: Xupáp; 5: Nắp máy; 6: Thân máy;7: Đũa đẩy; 8: Đòn gánh; 9: Cò mổ Trục khuỷu Xớch cam Đĩa xớch cam Xỳp pỏp Trục cam 25