Cân bằng Động cơ chữ V

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.68 MB, 39 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>Đồng Nai, 4/2024</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

<b>NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌCThS. NGUYỄN HOÀNG LUÂN</b>

<b>Đồng Nai, 4/2024</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>LỜI CẢM ƠN</b>

Nhóm em chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Hoàng Luân là giảng viên của bộ mơn tính tốn động cơ đốt trong.

Tính tốn động cơ đốt trong là một môn học chuyên ngành mà chúng em theo học, cảm ơn thầy đã truyền đạt những kiến thức hay những kiến thức sâu rộng để chúng em tiếp tục theo đuổi ngành học này, thầy đã mang đến cho chúng em một làn gió mới những thay đổi và muốn tìm hiểu hơn về bộ mơn này.

Trong thời gian qua thầy đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong công việc học tập cũng như bổ sung truyền đạt rất nhiều kiến thức hay cho chúng em.

Lời cuối chúng em xin chân thành cảm ơn thầy về những công sức mà thầy bỏ ra và chúng em sẽ cố gắng làm báo cáo tốt để khơng phụ lịng thầy.

Chúc thầy có thật nhiều sức khỏe để truyền đạt kiến thức hay cho các thế hệ sau này.

Em xin chân thành cảm ơn!!!

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>M C L CỤC LỤCỤC LỤC</b>

<b>CHƯƠNG 1 CÁC KIỂU ĐỘNG CƠ...1</b>

1.1. Động cơ thẳng hàng, chữ I – Inline engine...1

1.10. Động cơ piston đối đỉnh...15

<b>CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ CHỮ V...16</b>

2.1. Động cơ chữ V...17

2.1.1. Lịch sử ra đời...17

2.2. Cấu tạo của động cơ V...18

2.3. Phân loại động cơ V...19

2.3.1. Động cơ V dùng thanh truyền động dạng...19

2.3.2. Động cơ V dùng thanh truyền trung tâm...20

2.3.3. Động cơ V dùng thanh truyền chính thanh truyền phụ...20

2.4. Ưu nhược điểm của động cơ V...21

2.4.1. Ưu điểm...21

2.4.2. Nhược điểm...22

<b>CHƯƠNG 3 CÂN BẰNG ĐỘNG CƠ CHỮ V...24</b>

3.1. Cân bằng động cơ 2 xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)γ < 900 và γ = 900)...24

3.1.1 Xét trường hợp cân bằng của động cơ chữ V, 2 xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)có góc γ < 90<small>0</small>). 25 3.1.2. Xét trường hợp cân bằng của động cơ chữ V, 2 xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)có góc γ = 90<small>0</small>) 29

<b>...29</b>

<b>KẾT LUẬN...32</b>

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO...33</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>Hình 1.10 Động cơ hướng tâm hình sao...14</b>

<b>Hình 1.11 Động cơ hướng tâm hình sao...15</b>

<b>Hình 1.14 Động cơ piston đối đỉnh...18</b>

<b>Hình 1.15 Động cơ piston đối đỉnh...19</b>

<b>Hình 2. 3 Động cơ V dùng thanh truyền động dạng...20</b>

<b>Hình 2. 4 Động cơ V dùng thanh truyền trung tâm...20</b>

Hình 2. 5 Động cơ V dùng thanh truyền chính thanh truyền phụ...21

<b>Hình 2. 6 Thường xun kiểm tra và bảo dưỡng để động cơ hoạt động hiệu quả...22</b>

<b>Hình 3. 1 Quy cách và kích thước động cơ chữ V...24</b>

<b>Hình 3. 3 Cân bằng của động cơ chữ V, 2 xylanh (γ < 900 và γ = 900)có góc γ = 90</b><small>0</small>)...28

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>CHƯƠNG 1 CÁC KIỂU ĐỘNG CƠ</b>

<b>1.1. Động cơ thẳng hàng, chữ I – Inline engine</b>

Hiện nay, động cơ đốt trong gần như đã trong giai đoạn phát triển đỉnh điểm cũng như giới hạn của nó. Rất nhiều cơng nghệ được áp dụng để tối ưu hóa q trình đốt cháy cũng như hiệu quả, hiệu suất động cơ. Trên các loại phương tiện hiện nay, động cơ đốt trong có nhiều kiểu bố trí xi-lanh, mỗi kiểu bố trí này được xếp vào loại động cơ tương ứng (γ < 900 và γ = 900)Phân loại theo cách bố trí xi-lanh).

Các loại động cơ theo cách bố trí xi-lanh gồm: Động cơ thẳng hàng I, động cơ chữ V, động cơ phẳng Flat hay Boxer, động cơ W, động cơ Wankel,… Hãy cùng tìm hiểu các loại động cơ đốt trong này.

<b>Hình 1. 1 Động cơ thẳng hàng, chữ I – Inline Engine</b>

Động cơ thẳng hàng là động cơ phổ biến nhất hiện nay trong các dòng xe cỡ nhỏ, xe gia đình. Gọi là thẳng hàng, chữ I, viết tắt của Inline bởi vì xi-lanh của nó được bố trí theo một đường thẳng, và nó chỉ có 1 hàng xi-lanh.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Động cơ thẳng hàng được tìm thấy hầu hết trong các xe có động cơ 3, 4 và 6 xi-lanh.

Nếu cùng số xi-lanh thì động cơ thẳng hàng dài hơn động cơ V nhưng bề rộng lại hẹp hơn, cho nên chúng thường được đặt ngang (γ < 900 và γ = 900)Động cơ I6) để giảm tối đa chiều dài của khoang động cơ, giúp mở rộng tối đa diện tích khoang hành khách. Do có kích thước khá nhỏ gọn nên động cơ I4 có thể đặt dọc hoặc đặt ngang tùy thuộc vào nhà sản xuất. Ngồi ra, chúng có:

 Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ và ít các chi tiết chuyển động tối ưu hóa cho việc bố trí các thành phần khác trong khoang động cơ.

 Chi phí sản xuất thường sẽ thấp hơn các loại động cơ khác (γ < 900 và γ = 900)V, W, Boxer) nên việc sửa chữa, thay thế cũng không quá tốn kém.

 Tiết kiệm nhiên liệu hơn các loại động cơ ô tô chữ V.

 Động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng nhỏ và gọn, nó dễ dàng phù hợp với hầu hết mọi khoang động cơ.

 Nó cũng nhẹ và thường chỉ có một ống xả, do đó trọng lượng được giảm hơn nữa.

 Với chỉ một đầu xi lanh (γ < 900 và γ = 900)Nắp quy lát), có ít bộ phận chuyển động hơn so với động cơ có nhiều khối xi lanh. Điều này có nghĩa là ít năng lượng bị mất hơn, làm giảm xác suất trục trặc.

 Các lực sơ cấp cân bằng vì hai piston bên ngồi chuyển động ngược chiều với hai piston bên trong.

 Động cơ bốn xi-lanh dễ dàng bảo trì và sửa chữa.  Động cơ bốn xi-lanh địi hỏi chi phí chế tạo thấp hơn.  Động cơ 6 xi-lanh thẳng hàng có độ cân bằng tối ưu.

 Cách bố trí kết hợp với thứ tự nổ của nó dẫn đến cơ bản là động cơ hoạt động trơn tru nhất.

 V12 và Flat-12 là bước tiếp theo trong việc giảm rung động hơn nữa, vì chúng là hai I6 khớp với nhau.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

 Chi phí sản xuất thấp hơn khối xi lanh đơn với tất cả các xi-lanh ở một

 Động cơ 4 xi-lanh lớn hơn thường sẽ yêu cầu trục cân bằng để loại bỏ rung động gây ra bởi sự mất cân bằng thứ cấp.

 Trọng tâm cao so với một số cách bố trí (γ < 900 và γ = 900)Động cơ H hay phẳng).  Không vững chắc và bền bỉ như một số cách bố trí (γ < 900 và γ = 900)Động cơ V6, V8).  Việc bố trí trong khoang động cơ có thể khó khăn do chiều dài của I6.  Động cơ I6 hông lý tưởng cho xe FWD.

<b>1.2. Động cơ chữ V</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Đây là loại động cơ phổ biến cho các dịng xe hiệu suất. Động cơ có cách bố trí xi-lanh theo kiểu chữ V, thường là 60 hoặc 90 độ và một số ít 120 độ. Với kiểu bố trí này, thơng thường thì thanh truyền của từng cặp piston gần nhau sẽ gắn trên một khuỷu trục (γ < 900 và γ = 900)Một số loại đặc biệt mỗi thanh truyền một khuỷu trục). Các loại động cơ V phổ biến là V6, V8, V12.

 Động cơ chữ V nhỏ gọn hơn động cơ thẳng hàng cùng số lượng xi-lanh và có thể dễ dàng sử dụng cho cả xe FWD và RWD.

 Cân bằng tốt hơn. Đặc biệt là động cơ V8 và V12 sẽ cần bằng tốt nhất.

 Cho phép tạo ra hành trình piston lớn hơn động cơ xi-lanh thẳng hàng, điều này có nghĩa là mạnh hơn.

 Thiết kế cứng cáp hơn.

<b>Nhược điểm:</b>

 Động cơ cần có 2 đầu xi lanh (γ < 900 và γ = 900)Nắp quy lát), cần đến 2 bộ góp xả và 2 ống xả, điều này có nghĩa là chi phí, độ phức tạp và trọng lượng tăng thêm.

 Quán tính quay và ma sát lớn (γ < 900 và γ = 900)Nhiều bộ phận chuyển động hơn).  Trọng tâm cao so với động cơ phẳng.

 Chi phí thường lớn hơn động cơ thẳng hàng vì độ phức tạp của khối xi-lanh và các bộ phận khác.

 Sự mất cân bằng thứ cấp ở động cơ V6 đòi hỏi trọng lượng bổ sung trên trục khuỷu.

<b>1.3. Động cơ ngang – đối: Flat, Boxer</b>

Động cơ này có các xi-lanh nằm ngang ở hai bên với trục khuỷu nằm ở giữa. Cần phân biệt động cơ này với động cơ có piston đối nhau (γ < 900 và γ = 900)hai piston đối nhau trên một xi-lanh, có hai trục khuỷu).

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>Hình 1.2 Động cơ ngang – đối: Flat, Boxer</b>

Động cơ chiều Ngang – Đối này thường được phân biệt: động cơ phẳng Flat và động cơ Boxer. Bản chất của nó thì xi-lanh vẫn là được nằm ngang, chỉ khác ở trục khuỷu.

<b>Hình 1.3 Động cơ ngang</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Trong đó, động cơ phẳng Flat là trường hợp đặc biệt của động cơ V với góc mở bằng 180 độ, các cặp thanh truyền đều gắn với một khuỷu trục; động cơ Boxer khác ở chỗ là mỗi thanh truyền sẽ gắn với một khuỷu trục.

 Lực sơ cấp và lực thứ cấp cân bằng tốt. Do vậy đây là một động cơ hoạt động rất trơn tru. Điều này cho phép giảm trọng lượng trên trục khuỷu (γ < 900 và γ = 900)Không cần trọng lượng bổ sung để cân bằng), dẫn đến ít mất cơng suất do qn tính quay hơn.

 Hiệu suất động cơ cao hơn.

 Trọng tâm thấp, bố trí dễ dàng cho phép xe xử lý tốt hơn.

<b>Nhược điểm:</b>

 Kích thước bao của động cơ rất rộng, do đó nó chiếm khoảng không gian ngang lớn.

 Động cơ phẳng đã từng được sử dụng trong cơng thức 1 vì lợi thế về hiệu suất của chúng, nhưng do chiều rộng của chúng, chúng cản trở luồng khơng khí và khơng còn được sử dụng nữa.

 Độ phức tạp hai đầu xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)Nắp quy lát) hệ thống van.

 Một cặp rung lắc (γ < 900 và γ = 900)sự mất cân bằng của mặt phẳng) do các piston bù lại để cho phép các thanh truyền kết nối với trục khuỷu.

 Việc bảo trì có thể khó khăn nếu tổng thành đóng gói chặt chẽ.

<b>1.4. Động cơ VR</b>

Động cơ VR xuất phát từ chữ cái đầu trong tiếng Đức của động cơ V (γ < 900 và γ = 900)tiếng Đức: V-Motor) và động cơ thẳng hàng (γ < 900 và γ = 900)inline) (γ < 900 và γ = 900)tiếng Đức: Reihenmotor), do đó động cơ VR được mô tả là “động cơ Vee-Inline” (γ < 900 và γ = 900)VR-Motor ). Đây cũng được coi là một biến thể đặc biệt của động cơ V và động cơ thẳng hàng. Hai dãy xi-lanh, tương ứng các xi-lanh nghiêng một góc nhỏ (γ < 900 và γ = 900)thường là 15 độ). Điều đặc biệt của nó là chỉ sử dụng một đầu xi-lanh cho cả hai dãy xi-lanh.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Tập đoàn Volkswagen giới thiệu động cơ VR6 đầu tiên vào năm 1991 và động cơ VR6 hiện vẫn được sản xuất. Từ năm 1997-2006, Volkswagen cũng sản xuất động cơ VR5 năm xi-lanh dựa trên VR6.

 Động cơ chỉ dùng một đầu xi-lanh (γ < 900 và γ = 900)nắp quy lát) như động cơ thẳng hàng nhưng lại ngắn hơn, nó vẫn có cấu trúc 2 hàng <small>xi-</small>lanh như các loại động cơ ô tơ chữ V. Do đó:

 Kết cấu đơn giản hơn, chi phí cũng tương đối thấp.

 Khả năng cân bằng tốt, độ rung thấp hơn nhiều so với động cơ V6.

 Trọng lượng giảm so với động cơ chữ V do có một đầu xi-lanh và một bộ góp ống xả.

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

 Động cơ VR6 dùng chung một đầu xi lanh cho hai dãy xi-lanh. Chỉ cần hai trục cam cho động cơ, bất kể động cơ có hai hay bốn van trên mỗi xi-lanh. Điều này giúp đơn giản hóa việc chế tạo động cơ và giảm chi phí.

<b>Nhược điểm:</b>

 Vì các xi-lanh khơng nằm trên đường tâm của đầu xi-lanh kết hợp, cho nên chiều dài của các cổng nạp và xả khác nhau ở mỗi dãy xi-lanh. Nếu khơng có sự bù trừ, độ dài cổng nạp xả thay đổi này sẽ dẫn đến việc hai dải xi-lanh tạo ra lượng công suất khác nhau ở một RPM của động cơ cụ thể.

 Thiết kế phức tạp hơn động cơ thẳng hàng, bề rộng lớn hơn.  Chiều cao trọng tâm cao hơn động cơ V.

 Cần có khoảng cách tối thiểu giữa các dãy xi-lanh để vẫn có khơng gian cho các kênh nước làm mát và đường dẫn dầu.

 Thành xi-lanh phải có độ dày tối thiểu nhất định, nếu khơng thành giữa các xi lanh riêng lẻ có thể bị quá nhiệt.

<b>1.5. Động cơ W</b>

Động cơ W là một loại động cơ piston trong đó ba hoặc bốn dãy xi-lanh sử dụng cùng một trục khuỷu, giống như chữ W khi nhìn từ phía trước.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Động cơ W với ba dãy xi-lanh còn được gọi là động cơ “Broad Arrow” (γ < 900 và γ = 900)“Mũi tên rộng”), do hình dạng của chúng giống với nhãn hiệu thuộc tính mũi tên rộng của chính phủ Anh.

Động cơ W với bốn dãy xi-lanh thường là được tọa bở hai động cơ VR ghép lại với một góc độ lớn (γ < 900 và γ = 900)khoảng 72 độ).

 Kết cấu phức tạp hơn động cơ V, do đó chi phí sản xuất cũng như bảo dưỡng và sửa chữa cao hơn.

 Tạo ra tiếng ồn khá lớn.

<b>1.6. Động cơ chữ H</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Đây thực sử là một loại động cơ khá dị và phức tạp. Nó giống như hai động cơ phẳng được xếp chồng lên nhau theo chiều thẳng đứng, tương ứng nó có 2 trục khuỷu và được kết nối với nhau ở đuôi để tạo ra một đầu ra.

Nhìn thẳng theo đầu trục khuỷu thì nó đúng là có hình chữ H, do đó gọi nó là động cơ chữ H.

Động cơ H là một kiểu bố trí tương đối hiếm, với mục đích sử dụng chính là động cơ máy bay trong những năm 1930 và 1940. Chiếc xe Lotus 43 Formula One năm 1966 sử dụng động cơ H 16 xi-lanh và động cơ H 8 xi-lanh được sử dụng cho các cuộc đua xuồng máy vào những năm 1970.

 Lợi ích của động cơ H là khả năng chia sẻ các bộ phận chung với động cơ phẳng mà nó dựa trên đó và sự cân bằng động cơ tốt giúp ít rung động hơn (γ < 900 và γ = 900)Điều khó đạt được ở nhiều loại động cơ bốn xi-lanh khác).

<b>Nhược điểm:</b>

 Cấu tạo phức tạp, cần thêm một kết cấu truyền động hợp nhất 2 trục khuỷu. Do đó chi phí tăng cao.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

 Động cơ H tương đối nặng và có trọng tâm cao. Do nó có 2 trục khuỷu chồng lên nhau, và động cơ cũng phải đủ cao so với mặt đất để có khoảng trống bên dưới cho các ống xả.

<b>1.7. Động cơ Wankel</b>

<b>Hình 1.8 Động cơ Wankel</b>

Động cơ Wankel hay còn được biết đến là động cơ piston quay. Nó được cấu tạo từ một xi-lanh hình oval và piston hình tam giác thực hiện chuyển động quay bên trong nó. Động cơ Wankel

 Tính ổn định cao, do có ít chi tiết chuyển động hơn so với các động cơ piston trụ có sức mạnh tương đương.

 Kết cấu đơn giản, nhỏ, gọn và nhẹ.

 Hoạt động êm do chuyển động của piston là quay theo một hướng, khơng có các thành phần tịnh tiến, nó có cơ chế tự cân bằng khiến động cơ hoạt động mà hầu như không có rung động. Dịng cơng suất mượt mà hơn nhưng cũng

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

có khả năng tạo ra nhiều cơng suất hơn bằng cách chạy ở vịng tua máy cao hơn.

 Nhiên liệu có trị số octan rất thấp có thể được sử dụng mà khơng gây ra đánh lửa sớm hoặc kích nổ.

 Lợi ích an tồn đáng kể khiến nó hữu ích khi sử dụng trên máy bay.

 Động cơ được cấu tạo với một rôto bằng thép bên trong vỏ làm bằng nhơm, có khả năng giãn nở nhiệt lớn hơn. Điều này đảm bảo rằng ngay cả khi động cơ Wankel q nóng cũng khơng bị kẹt hay bó máy.

 Nó có diện tích phía trước nhỏ hơn một động cơ piston tịnh tiến có công suất tương đương. Sự đơn giản trong thiết kế và kích thước nhỏ hơn của động cơ Wankel cũng cho phép tiết kiệm chi phí sản xuất so với động cơ piston tịnh tiến có cơng suất tương đương.

<b>Nhược điểm:</b>

 Hỗn hợp nhiên liệu-khơng khí khơng thể được lưu trữ trước vì khơng có van nạp.

 Thời gian để nhiên liệu được bơm vào động cơ Wankel ngắn hơn đáng kể. Công nghệ phun nhiên liệu quá phức tạp.

 Về khả năng tiết kiệm nhiên liệu, động cơ Wankel nói chung kém hiệu quả hơn so với động cơ piston tịnh tiến.

 Khả năng làm kín kém, độ mài mòn buồng đốt cao.

 Tỷ số nén thấp hơn. Điều này làm giảm hiệu suất nhiệt và do đó tiết kiệm nhiên liệu kém.

 Khó có thể mở rộng động cơ lên nhiều hơn hai rơto.

 Có thể có nhiều Carbon Monoxide và Hydrocacbon chưa cháy trong dịng khí thải của Wankel. Do đó ơ nhiễm khơng khí hơn.

 Động cơ Wankel rất nhạy cảm với bỏ nửa vì động cơ sẽ mất động lực từ hành trình bị mất và bị đập trở lại chuyển động sau khi buồng tiếp theo cháy. Chăm sóc hệ thống đánh lửa là điều quan trọng nhất để tránh sự cố.

<b>1.8. Động cơ hướng tâm hình sao</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<b>Hình 1.9 Động cơ hướng tâm hình sao</b>

Động cơ gồm các xi-lanh được bố trí xung quanh một trục khuỷu. Số lượng xi-lanh từ 5 trở nên, và nhìn nó như ngơi sao. Tất cả các chuyển động của piston đều hướng về tâm quay nên gọi nó là hướng tâm.

Trục của các xi-lanh là đồng phẳng, các thanh truyền sẽ không gắn trực tiếp với chốt khuỷu mà gắn qua một trục trung gian.

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<b>Hình 1.10 Động cơ hướng tâm hình sao</b>

Ưu điểm của động cơ hình sao là ngắn và cân bằng tốt. Nó thường được sử dụng cho máy bay. Tuy nhiên độ phức tạp về kết cấu và chi phí cao.