Đại cương về ô tô

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCMKHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆBỘ MÔN CÔNG NGHỆ Ô TÔ CẤU TẠO Ô TÔ GV phụ trách TH.S BÙI CÔNG HẠNH ĐẠI CƯƠNG VỀ Ô TÔ Động cơ là nguồn động lực phát ra năng lượng để ô tô hoạt động. Thường dùng trên ô tô là động cơ kiểu piston Các bộ phận chính của động cơ: -Thân vỏ động cơ -Cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền - Cơ cấu phân phối khí - Hệ thống làm mát - Hệ thống bôi trơn - Hệ thống điện: + Điện động cơ: Khởi động, nạp điện, đánh lửa + Điện thân xe: Tín hiệu, chiếu sáng, gạt nước, tiện nghi khác… Lịch sử phát triển của phương tiện vận tải ô tô Năm 1650: chiếc xe 4 bánh vận chuyển bằng các lò xo tích năng lượng được thiết kế bởi nghệ sĩ, nhà phát minh người Ý Leonardo da Vinci. Năm 1769: Ra đời động cơ máy hơi nước 1860: Động cơ 4 kỳ chạy ga 1864: Động cơ 4 kỳ chạy xăng, sau 10 năm đạt được CS 20kW, V= 40km/h 1885: Karl Benz chế tạo 1 xe máy xăng nhỏ, là chiếc ô tô đầu tiên 1981: Ô tô điện ra đời ở Mỹ, hãng Morris et Salon ở Philadel sản xuất. 1892: Rudolf Diesel cho ra đời động cơ Diesel, bắt đầu hình thành tổng thể ô tô con, tải ô tô khách với lốp khí nén 1896: Cuộc cách mạng xe hơi bắt đầu, do Henry Ford hoàn thiện và lắp ráp hàng loạt lớn, sau đó là Renault, Mercedes (1901), Peugeot (1911) 1934: Xe hơi với hộp số tự động 1967:Hệ thống phun xăng cơ khí 1971: ABS, Anti-lock Brake System 1979: Đk kỹ thuật số, EBD: Electronic Brake Distrition (pp lực phanh điện tử); TRC: Traction Control ( đk lực kéo); ABC: Active Body Control (đk thân xe) Tốc độ xe cải thiện: 1993: 320 km/h; 1998 Vmax= 378 km/h; > 400 km/h Nữ xế đầu tiên của thế giớiBertha Benz (vợ của Karl Benz, người chế tạo ra chiếc xe chạy bằng động cơ xăng đầu tiên,29/01/1886) và 2 con trong thời gian thử xe PHÒNG LÀM ViỆC CHO TỶ PHÚ- CÁC NGUYÊN THỦ QUỐC GIA Khái niệm & Phân loại ô tô A)- Theo mục đích sử dụng B) Theo loại nhiên liệu Phân loại ôtô Động cơ cháy cưởng bức: Có thể là động cơ 2 kỳ, 4 kỳ, sử dụng nhiên liệu xăng hoặc khí dầu mỏ hóa lỏng LPG, khí tự nhiên…Động cơ dùng tia lửa để đốt cháy hỗn hợp hơi xăng và không khí. Hơi xăng được hòa trộn với không khí trước khi đi vào xy lanh động cơ. Điều này tạo ra hỗn hợp khí- xăng có khả năng cháy cao. Sau đó hỗn hợp khí- xăng được nén lại và bốc cháy nhờ tia lửa điện phóng ra ở bugie, tạo ra sự giãn nở nhiệt trong xy lanh sinh lực đẩy piston đi xuống. Chuyển động tịnh tiến của piston được biến đổi thành quay của trục khuỷu nhờ vào cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền. Động cơ cháy do nén: Theo nguyên lý nhiên liệu tự bốc cháy trong môi trường có nhiệt độ và áp suất cao, thường sử dụng nhiên liệu Diesel. Khác với động cơ xăng, động cơ Diesel nén không khí với tỉ số nén cao khoảng 22:1. Không khí được nén tới áp suất rất lớn nên nhiệt độ tăng cao (khoảng 538 0C), lúc này dầu Diesel được phun vào xy lanh dưới áp suất cao sẽ tự bốc cháy, sinh công và đẩy piston đi xuống. Phân loại ôtô theo nguồn động lực: + Theo loại nhiên liệu sử dụng có: Động cơ xăng, động cơ Diesel, động cơ sử dụng nhiên liệu khí (khí dầu mỏ hóa lỏng LPG, khí tự nhiên nén CNG), khí nhiên liệu sinh học…. + Theo nguyên lý, kết cấu động cơ có các loại chính như sau: Động cơ 2 kỳ: Động cơ có chu trình công tác được thực hiện trong hai hành trình piston hay một vòng quay trục khuỷu. Động cơ 4 kỳ: Động cơ có chu trình công tác được thực hiện trong bốn hành trình của piston hay hai vòng quay của trục khuỷu. Ôtô dùng động cơ điện: Loại xe này sử dụng nguồn điện của accu để vận hành mô tơ điện. Thay vì cần nhiên liệu thì động cơ điện chỉ cần nạp điện cho accu mà thôi. Loại xe này mang lại nhiều lợi ích như: Không gây ô nhiễm, không tiếng ồn khi hoạt động, ít gây cháy nổ….. Ôtô dùng động cơ lai (Hybrid): Loại xe này được trang bị đồng thời hai nguồn động lực khác nhau là động cơ đốt trong và mô tơ điện. Do động đốt trong dẫn động máy phát tạo điện năng nên không cần nguồn điện bên ngoài nạp điện cho accu. Hệ thống dẫn động bánh xe dùng nguồn điện 270 -550V, ngoài ra các thiết bị khác dùng nguồn 12V. Khi xuất phát hoặc chạy trong thành phố, xe dùng động cơ điện cho ra mômen xoắn cao mặc dù tốc độ thấp (đây chính là ưu điểm của động cơ điện). Khi tăng tốc hoặc chạy trên xa lộ, xe sẽ dùng động cơ đốt trong vì động cơ loại này có hiệu suất cao hơn khi vận hành ở tốc độ lớn. Bằng cách phân bố tối ưu hai nguồn động lực nêu trên sẽ giúp giảm ô nhiễm do khí thải và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu. Động cơ đặc biệt: Động cơ đốt trong có kết cấu đặc biệt, khác với piston tịnh tiến như các động cơ đốt trong thông dụng hiện nay, ví dụ như động cơ quay Wankel. Four stroke engine with one overhead camshaft (OHC) crankshaft drive, - camshaft timing (ratio of 1:2)- function of the rocker arm- opening and closing the valves- valve overlap Two stroke engine with rotary-disk valve control - gas control in a two-stroke engine with rotary-disk valve- reading of the angle for the induction, precompressing, overflow, exhaus, compression and working Ô tô Hybrid Động cơ Wankel Động cơ Wankel do nhà phát minh người Đức, Felix Wankel 1920, được công nhận 1936, sản xuất động cơ lắp lên xe máy 1950 Piston động cơ Wankel hình tam giác, chuyển động quay, các đỉnh của nó quét quanh thành của xylanh có dạng đường cong. Hai chuyển động hành tinh quanh bánh răng trung gian. Wankel engine the bid and solid overhead model shows how a wankel engine works, especially the function of an eccentric shaft and gearing Một số từ viết tắt thường dùng BDC: Bottom Dead Center TDC: Top Dead Center DOHC: Dual Overhead Camshaft EFI: Electronic Fuel Injection ESA: Electronic Spart System (đl điện từ) ECT: Electronic Controlled Transmisson TRC: Traction Control EBD: Electronic Brake Distrition ABC: Active Body Control MT: Manual Transmisson AT: Automatic Transmisson SRS: Supplemental Sestraint System (an toàn túi khí) VVT-i: Variable Valve Timinh-Intelligent A/C: Điều hòa không khí EDU: Bộ dẫn động bằng điện từ ERG: Tuần hoàn khí xả ISC: Điều khiển tốc độ không tải SCV: Van đk hút SPV: Van đk lượng phun TCV: Van đk thời điểm phun VRV: Van đk chân không VSV: Van chuyển mạch chân không Logo một số hãng xe ô tô 10 HÃNG XE LỚN NHẤT THẾ GIỚI 1- GENERAL MOTORS 9,04 triệu xe 2- TOYOTA MOTOR CORP 7,10 3- FORD MOTOR 6,418 4- VOLKSWAGEN 5,173 5- DAIMLER CHRYSLER AG 4,319 6- PEUGEOT CITROEN PSA 3,375 7- HONDA MOTOR 3,373 8- NISSAN MOTOR 3,35 9- HYUNDAIN MOTOR 2,853 10- RENAULT 2,617 Ô tô con Động cơ xe Innova Cấu tạo chung ô tô 1-Động cơ:Là nguồn động lực phát ra năng lượng để ô tô hoạt động, đ65ng cơ thường dùng trên ô tô là động cơ đốt trong kiểu piston Các bộ phận chính của động cơ: -Thân vỏ Cơ cấu Trục khuỷu- thanh truyền Cơ cấu phân phối khí Hệ thống cung cấp nhiên liệu Hệ thống bôi trơn, làm mát Hệ thống điện. 2- Gầm ô tô: bao gồm -Hệ thống truyền lực -Các bộ phận chuyển động -Các hệ thống điều khiển 3- Thân vỏ: Dùng chứa người lái, hàn khách, hàng hóa 4- Hệ thống điện: -Hệ thống điện động cơ: Khởi động, nạp điện, đánh lửa -Hệ thống điện thân xe: Chiếu sáng, gạt nước, điều khiển…. III- Bố trí chung của ô tô 3-1 Bố trí động cơ: +Vị trí đặt động cơ: Đặt trước, giữa và sau ô tô +Bố trí: Ngang, dọc ô tô A)- Ô tô con: +Động cơ đặt trước, cầu trước chủ động- động cơ đặt ngang +Động cơ đặt trước, cầu sau chủ động, động cơ đặt dọc + Động cơ đặt sau, cầu sau chủ động + Động cơ đặt trước, hai cầu chủ động Động cơ Diesel Kamaz V8 Động cơ Hybird Chương 1: ĐỘNG CƠ Ô TÔ 1-1 Những vấn đề chung về động cơ đốt trong: ĐCĐT nói chung kiểu piston thuộc loại động cơ nhiệt, hoạt động nhờ quá trình biến đổi hóa năng thành nhiệt năng do nhiên liệu trong buồng kín bị đốt cháy , chuyển sang dạng cơ năng. Toàn bộ quá trình này được thực hiện trong buồng kín của xy lanh động cơ. -Các thông số cơ bản của ô tô: -Công suất, tốc độ, trọng lượng hàng hóa hay hành khách và các tính năng khác. -Các tác động trực tiếp đến môi trường: gây ồn, gây ô nhiễm…do khí thải - Vì vậy, động cơ chiếm 20-30% giá thành cả ô tô + Phân loại theo cách bố trí xy lanh: Động cơ ô tô thường có nhiều hơn 1 xy lanh, 3,4,5,6,8,12,12…có 2 cách bố trí: -Xy lanh thẳng hàng: Số xy lanh=6 OPPOSED CYLINDERS Flat engine characteristics of a flat engine in motion- function of the oposed pistons V-engine arrangement of the cylinders- characteristics of the two pistons in motion Radial cylinder engine - function of a the master connecting rod- coordinated displacement of all pistons in one level Động cơ có pison quay 2-2 Phân loại ôtô theo kiểu dáng: a)- Sedan (Anh) – Saloon (Mỹ): Là loại xe mui kín 4 chổ ngồi, chú trọng tiện nghi của hành khách và lái xe. b)- Xe Coupe: c)- Convertible:Là các xe có mui tháo hoặc gấp lại được. d)- Cabriolet:Là xe mui trần, nội thất sang trọng e)- Hardtop :Đây là loại xe Sedan không có khung cửa sổ cũng như trụ đở giữa. g)- Lift back (Hatch back) : h)- Van và Wagon:Loại này có không gian dành cho hành khách và hàng hóa liền nhau i)- Pick up: Đây là loại xe tải nhẹ có khoang động cơ kéo dài về phía trước của ghế lái xe và có khoang sau không mui để chở hàng. k)- SUV (Sport Utility Vehicle):Đây là dòng xe thể thao đa dụng l)- MPV (Multi Purpose Vehicle):Xe đa dụng, có thể vừa chở hàng vừa chở người. 2-3 Phân loại ôtô theo kiểu truyền động: 2-3-1 Loại cầu trước chủ động: Loại xe này động cơ được đặt ở phía trước (nằm ngang), và cầu trước là cầu chủ động. 2-3-2 Loại cầu sau chủ động: Ở loại này động cơ đặt ở phìa trước (đặt dọc), xe dẫn động bằng cầu sau 2-3-3 Loại truyền động 4 bánh – 4WD: Loại xe này được dẫn động thường xuyên bằng cả hai cầu, do vậy xe loại này có công suất kéo tốt hơn loại xe thường một cầu vì tận dụng được khả năng bám tốt hơn. 2-3 Phân loại ôtô theo kiểu truyền động: 2-3 Phân loại ôtô theo kiểu truyền động: 2-4 Các thông số cơ bản của ôtô A: Chiều dài tổng thể (Overall length, total length) B: Chiều rộng xe (Vihicle width) C: Chiều cao xe (Vihicle heitht) D: Phần nhô phìa trước tính từ tâm bánh xe trước (Front overhang) E: Chiều dài cơ sở, khoảng cách giữa hai cầu xe (Wheel base) F: Phần nhô ra phìa sau tính từ tâm bánh xe sau (Rear overhang) G: Khoảng cách từ mặt đất đến sàn xe ( Ground clearance) H,I: Chiều rộng cơ sở, khoảng cách giữa hai bánh xe chung cầu xe (Track,tread, track width, wheel track, wheel tread) H: Chiều rộng cơ sở hai bánh phía trước (Front track) I: Chiều rộng cơ sở hai bánh xe sau (Rear track) J: Góc tiến (Approach angle, Angle of incidence) K: Góc phần nhô ra ở phía sau ( Departure angle, Rear overhang angle) L: Chiều cao có tải (Loading height) M: Chiều dài của thùng xe (Chassis frame length) N: Chiều cao của thùng chở hàng hóa (Cargo body height) O: Chiều rộng bên trong thùng chở hàng hóa (Interior cargo body width) P: Chiều rộng thùng chở hàng hóa (Cargo body width) R: Chiều dài bên trong thùng chở hàng hóa (Interior cargo body length) CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC CƠ BẢN CỦA ÔTÔ 3-1 Kiến thức tổng quan về ô tô: Cấu tạo chung: Ô tô gồm ba phần chính: Động cơ, gầm và điện. 3-2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ: Dung tích xy lanh: Dung tích xy lanh là tổng dung tích chiếm chổ của piston trong xy lanh khi piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới. Nếu động cơ có nhiều xy lanh thì dung tích động cơ được tính bằng tổng cộng dung tích của các xy lanh. Dung tích động cơ được tính: V = ( лD2 /4) * L*N V: Dung tích tổng cộng các xy lanh D: Đường kính xy lanh L: Hành trình piston N: Số xy lanh của động cơ Tỉ số nén: Tỉ số nén được thể hiện trong quá trình nạp. Giá trị tỉ số nén được tính: € = Va / Vc Va: Thể tích buồng cháy, là thể tích của xy lanh khi piston nằm ở điển chết trên Vc: Thể tích toàn phần, là thể tích của xy lanh khi piston nằm ở điểm chết dưới. Động cơ có tỉ số nén cao sẽ tạo ra áp suất cao trong buồng đốt và sẽ tạo ra công suất động cơ lớn. Chú ý: - Tỉ số nén của động cơ xăng từ 8:11 đến !!:1 - Tỉ số nén động cơ Diesel: từ 17:1 đến 24:11 3- 3 Mômen xoắn & Công suất động cơ Môn men xoắn động cơ: Mô men xoắn của động cơ là giá trị được chỉ ra trong quá trình quay hoặc lực xoắn của trục khuỷu động cơ (tại số vòng quay). Đơn vị: (kW;N.m) T = N * r 1 Kgf = 9,80665 N N: Lực xoắn R : bán kính xoắn Công suất động cơ : Công suất phát ra của động cơ được đánh giá sự làm việc của nó trong một khoảng thời gian nào đó. Đơn vị đo công suất là kW, và một số đơn vị khác : HP (Horse power), PS (German horse power). 1PS = 0,7355 kW 1 HP = 0,7457 kW Lượng tiêu hao nhiên liệu: (g/kW.h; lít/ 100km) 3-2 CÁC HỆ THỐNG CƠ BẢN TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ : Động cơ đốt trong bao gồm các cơ cấu và hệ thống chủ yếu sau đây : - Cơ cấu biên tay quay ( thanh truyền – trục khuỷu). - Cơ cấu phân phối khí. - Hệ thống cung cấp nhiên liệu - Hệ thống bôi trơn - Hệ thống lám mát - Hệ thống điện. 1-2 Cơ cấu Trục khuỷu- thanh truyền:1.2.1 Thân và nắp động cơ: a)- Thân động cơ: + Nhiệm vụ: -Là giá đỡ để bắt các chi tiết , bộ phận của động cơ. -Chịu bộ phận lực của động cơ -Bố trí tương quan các bộ phận, chi tiết của động cơ:trục khuỷu, trục cam, xy lanh… -Chứa các đường ống nước , áo nước làm mát. Chứa các đường ống dầu, dầu bôi trơn.. + cấu tạo: -Thân động cơ được đúc thành một khối liền, trong có các ống xy lanh (lỗ lắp ống lót xy lanh), các đường ống nước lám mát, đường ống dẫn dầu bôi trơn, các vị trí để lắp các bộ phận khác. Vật liệu chế tạo thường là gang hợp kim hoặc hợp kim nhôm. - Số xy lanh thường nhiều hơn 2, bố trí thẳng hàng hoặc hình chữ V, W Phần đậy kín phía dưới thân máy được gọi là các te, dùng chứa dầu bôi trơn động cơ. CƠ CẤU BIÊN TAY QUAY Thân động cơ chữ W 12 xylanh Thân động cơ chữ V Động cơ làm mát bằng gió Động cơ Mitsubisi Cấu tạo nắp quy lát b)- Nắp máy (nắp xy lanh) + Nhiệm vụ: -Cùng với xy lanh tạo thành buồng đốt động cơ. -Làm giá đỡ để bắt các bộ phận khác -Chịu lực -Bố trí tương quan: trục cam, các xu páp, buồng cháy.. -Chứa các đường nước làm mát, dầu bôi trơn.. + Cấu tạo: -Nắp máy được đúc liền khối với động cơ xy lanh thẳng hàng hoặc đúc riêng mỗi nắp cho một xy lanh. -Giữa nắp máy và thân máy có lắp đệm làm kín (gioăng quy lát) 1.2.2 Nhóm piston: Gồm:Piston, xéc măng, chốt piston a)- Piston: + Nhiệm vụ: -Nén hỗn hợp (kk+n liệu) trong kỳ nén -Tiếp nhận áp suất khí cháy chuyển động sinh công cơ học truyền qua chốt piston, thanh truyền- trục khuỷu + Cấu tạo: -Để giảm tiếng gõ khi piston làm việc, chốt pison được chế tạo lệch tâm. Nhóm Piston: Piston, Xéc măng, Chốt piston b)- xéc măng: Có 2 loại: xéc măng khí và xéc măng dầu + Nhiệm vụ: -Xéc măng khí: làm kín buồng cháy, ngăn không cho khí cháy lọt xuống các te - Xéc măng dầu: gạt dầu bôi trơn xy lanh và piston đồng thới ngăn không cho dầu bôi trơn lọt lên buồng cháy. + Cấu tạo: Xéc măng ứng suất thấp PVD: Physical Vapor Deposition 1.2.3 Thanh truyền –Trục khuỷu: a)- Thanh truyền: +Nhiệm vụ: Truyền lực từ piston đến trục khuỷu trong kỳ sinh công và theo chiều ngược lại trong các kỳ khác. + Cấu tạo: b)-Trục khuỷu: + Nhiệm vụ: Tiếp nhận lực từ piston do thanh truyền chuyển tới và biến lực thành mômen xoắn + Cấu tạo: Thường chế tạo bằng phương pháp dập hoặc đúc, lăn ép tôi cứng bề mặt + Trục cân bằng: Thanh truyền- Trục khuỷu Trục cân bằng Cơ cấu phân phối khí