Bài giảng: Cấu tạo ô tô

Bộ giáo dục v đo tạo

Trờng đại học giao thông vận tải
Bộ MÔN CƠ kHí ô tô
----*****----

Bi giảng
Cấu tạo ô tô

Môn học : cấu
Số tiết
: 60

tạo ô tô

Trơng Mạnh Hùng
: Cơ khí Ôtô

Giảng viên :
Bộ môn

Hà Nội -2006

1


đại cơng về ô tô
Suốt thế kỷ XIX, ngnh vận tải đà tiến hnh các cuộc cách mạng. Đầu tiên l ngnh
đờng sắt, đó l các đầu máy có khả năng vận chuyển những khối hng khổng lồ. Cuối thế
kỷ XIX, sự vận chuyển bằng đờng bộ cũng bắt đầu tiến bộ với sự phát triển của xe hơi.
Vận chuyển hng không, bằng hình thức khí cầu cũng đà bắt đầu. Nhng bớc đột phá đó

l chiếc phi cơ vận hnh động lực đầu tiên do hai anh em nh Wright ở Hoa Kỳ sáng chế.
Sự vận chuyển đờng thuỷ có khuynh hớng chậm hơn, bởi sự ma sát với nớc. Tốc độ của
tu thuyền không cải thiện đợc nhiều so với trớc đây, những loại tu hiện đại chỉ đáp ứng
vận tải trên các đoạn đờng ngắn ( tu cánh ngầm, tu đệm không khí ).
Các loại phơng tiện vận tải.
Có thể phân loại phơng tiện vận tải theo những loại chính sau:
+ Phơng tiện vận tải đờng bộ.
+ Phơng tiện vận tải đờng sắt.
+ Phơng tiện vận tải đờng thuỷ.
+ Phơng tiện vận tải hng không.
Ô tô l phơng tiện cơ giới đờng bộ dùng để chở ngời, hng hoá hoặc phục vụ thực hiện
một nhiệm vụ đặc biệt.
Lịch sử phát triển phơng tiện vận tải ô tô.
Năm 1650 chiÕc xe cã bèn b¸nh vËn chun b»ng c¸c lò xo tích năng đợc thiết kế bởi
nghệ sỹ, nh phát minh ngời ý Leonardo da Vinci. Sau đó l 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 nớc ( khãi ®en, ån , khã vËn hμnh.. ) vμ vμo thời kỳ ny 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 ny dùng cho giới thợng lu ngời Pháp).
Năm 1864 động cơ bốn kỳ chạy xăng ra đời v sau 10 năm loại xe với động cơ ny đạt
đợc công suất 20 kw v có thể đạt vận tốc 40 km/h.
Năm 1885, Karl Benz chÕ t¹o mét chiÕc xe cã mét máy xăng nhỏ đó l chiếc ô tô đầu
tiên.
Năm 1891 « t« ®iƯn ra ®êi ë Mü do h·ng Morris et Salon ë Philadel s¶n xuÊt.
Sau khi lèp khÝ nÐn ra ®êi, 1892 Rudolf Diesel ®· cho ra ®êi ®éng cơ Diesel v đà cho
chế tạo hng loạt. Vo thời gian ny, đà hình thnh tổng thể ôtô con, ôtô tải, ôtô chở ngời
với lốp khí nén.
Cuộc cách mạng xe hơi chỉ bắt đầu vo 1896 do Henry Ford hon thiện v bắt đầu lắp

ráp hng loạt lớn. Vo nhng năm tiếp theo l sự ra đời các loại xe hơi của các hÃng
Renault v Mercedes (1901). Peugeot (1911).
Ngy nay chiếc ô tô không ngừng phát triển v hiện đại, công nghiệp xe hơi đà trở
thnh ngnh công nghiệp đa ngnh.
Xe hơi có hộp số tự động ra đời vo 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 (hÖ
thèng trèng bã 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 đợc cải thiện không ngừng: Năm 1993 vận tốc của xe đạt 320 km/h
v đến năm 1998, VMax= 378 km/h. Cho đến nay ô tô có thể đạt tốc độ lớn hơn 400km/h.

2


I. Khái niệm, phân loại
1.1. Khái niệm
Ô tô l phơng tiện cơ giới đờng bộ dùng để chở ngời, hng 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

3


Logo mét sè « t«

4


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 ny có môn học riêng)
2.1. Động cơ
Động cơ l nguồn động lực phát ra năng lợng để ô tô hoạt động. Động cơ thờng dùng
trên ô tô l 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 ®éng c¬.
- C¬ cÊu trơc khủu - thanh trun
- C¬ cÊu phèi khÝ
- HƯ thèng cung cÊp nhiªn liƯu
- HƯ thống lm 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 ngời lái hnh khách, hng hoá
- Ô tô tải: Cabin + thùng chứa hng
- Ô tô chở ngời: Khoang ngời lái + khoang hnh 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 nớc ma, hệ thống điều
khiển khác...
III. Bố trí chung của ô tô
3.1. Bố trí động cơ.
+ Vị trí đặt động cơ: Đặt trớc, đặt giữa đặt sau ô tô
+ Bố trí: Ngang, dọc ô tô
a. Ô tô con:

5


1.
2.
3.
4.

Động cơ đặt trớc cầu trớc chủ động- động cơ đặt ngang
Động cơ đặt trớc- cầu sau chủ động, động cơ đặt dọc
Động cơ đặt sau cầu sau chủ động
Động cơ đặt trớc hai cầu chủ động.

b. Ô tô khách

a)

b)

c)

c. Ô tô tải

e)

f)

6


Chơng I: Động cơ ô tô
Hiện nay động cơ thờng đợc sử trên các ô tô l động cơ đốt trong kiểu piston, nhiên
liệu dùng cho loại động cơ ny l xăng, Diesel, khí ga, khí H2... Ngoi động cơ đốt trong,
trên một số ô tô còn sử dụng động cơ lai (Hybrid), động cơ điện.
Trong bi giảng ny 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 v động cơ Diesel nói riêng kiểu piston
thuộc loại động cơ nhiệt, hoạt động nhờ quá trình biến đổi hoá năng thnh nhiệt năng do
nhiên liệu trong buồng kín bị đốt cháy rồi chuyển sang dạng cơ năng. Ton bộ quá trình ny
đợc thực hiện trong buồng kín của xy lanh động cơ
Trên ô tô động cơ l bộ phận quan trọng quyết định đến các thông số cơ bản của ô tô
nh: công suất, tốc độ, trọng lợng hng hoá hay hnh khách chuyên chở của ô tô v các
tính năng khác. Có tác động trực tiếp đến môi trờng: gây ồn, gây ô nhiểm mối trờng... do
khí thải gây ra. Vì vậy, động cơ chiếm số % lớn về giá thnh của cả ô tô (20ữ30%).
a. Phân loại động cơ:
+ Phân loại theo nhiên liệu :
- Động cơ xăng

ng c INNOVA

7


-

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 đợc sử dụng phổ biến trên các ôtô.
+ Phân loại theo cách bố trí xy lanh:
Động cơ ô tô th−êng cã nhiỊu h¬n mét xy lanh, cã thĨ 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 lm việc hiệu quả. Hiện nay xy
lanh đợc bố trí theo hai cách :
- Động cơ có xy lanh bố trí thẳng hng: Với động có có số xy lanh ≤ 6

8


Động cơ xy lanh bố trí chữ V :Với động có có số xy lanh 6 (động cơ chữ V thờng
có ký hiệu ở bên ngoi 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 cÊu trơc khủu - thanh trun
- C¬ cÊu phèi khÝ
- Hệ thống cung cấp nhiên liệu

- Hệ thống lm mát
- Hệ thống bôi trơn
- Hệ thống điện.(không giới thiệu ở bi giảng ny)
- 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 : L vị trí m tại đó piston đổi chiều chuyển động( không chuyển động tiếp
đợc nữa). Có điểm chết dới ( ĐCD) v điểm chết trên ( ĐCT), khi piston ở vị trí ny thì thể
tích của buồng công tác đạt giá trị Vmax v Vmin.
Khoảng cách giữa hai điểm chết gọi lμ hμnh tr×nh piston ( S).
- Kú : lμ mét phần của chu trình công tác xảy ra trong thời gian piston dịch chuyển một
hnh trình.
- Chu trình công tác:
- Thể tích công tác xy lanh: L thể tích của buồng xy lanh v piston giữa hai điểm chết
D 2
Vh =
S ( D: ®−êng kÝnh xy lanh, S lμ hμnh trình piston)
4
V
- Tỷ số nén : l tỷ số giữa Vmax v Vmin: = max
Vmin
- Công suất, Mômen xoắn cực đại, số vòng quay cực đại: (Kw; N.m; v/p)
- Lợng tiêu hao nhiên liệu: (g/Kwh, lit/100km)

9


Thông số động cơ:
ng c

S xy lanh v cỏch b trí
Cơ cấu phối khí
Dung tích xi lanh [cm3 ]
Đường kính x hành trình [mm]
Tỷ số nén
Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống đánh lửa
Công suất phát tối đa SAE-NET
[HP / rpm]
Mô men xoắn tối đa SAE-NET
[Kg·m / rpm]
Mở
Nạp
Thời
Đóng
điểm
Mở
phối khí Xả
Đóng
Độ nhớt/cấp độ của dầu bôi trơn

1TR-FE
(INNOVA)
4-xi lanh thẳng hàng
16-xu páp, cam kép DOHC có
VVT-i, dẫn động xích

7KE
(Zace)
4-xi lanh thẳng hàng

8-valve, OHV, dẫn động
xích

1,998
86.0 x 86.0
9.8
L-EFI (Lucft)
DIS

1,781
80.5 X 87.5
9.1
D-EFI (Druck)
Dùng bộ chia điện

134 / 5,600

82.0 / 4,800

18.2 / 4,000

14.0 / 2,800

52°~0o BTDC
12° ~ 64° ABDC

15o BTDC
o
51 ABDC

44° BBDC

49 BBTC

8° ATDC
5W-30 / API SL, SJ, EC or
ILSAC

17 ATDC
5W-30 / API SL, SJ, EC or
ILSAC

o

o

Mét sè tõ viÕt t¾t th−êng dïng:
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 (®iỊu khiĨn lùc kÐo)
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: HÖ thèng an ton bị động túi khí
VVT-I: Variable Valve Timinh- Intelligent

A/C...iu hũa khơng khí
TCV...Van điều khiển thời điểm phun
EDU...Bộ dẫn động bằng điện tử
VRV...Van điều chỉnh chân không
E/G...Động cơ
VSV...Van chuyển mạch chân khơng
EGR...Hệ thống tuần hồn khí xả
ISC...Điều khiển tốc độ khơng tải
SCV...Van điều khiển hút
SPV...Van điều khiển lượng phun

10


11


CAMRY 2004

CAMRY 2004

Động cơ có Piston quay

12


1.2. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
1.2.1. Thân v nắp động cơ.
a. Thân động cơ
+ Nhiệm vụ:

- Thân động cơ l giá đỡ để bắt các chi tiết, bộ phận của động cơ.
- Chịu bộ phận lực của động cơ.
- Bố trí tơng quan các bộ phận, chi tiết của động cơ: Trục khuỷu, trục cam, xi lanh...
- Chứa các đờng ống nớc, áo nớc lm mát cho động cơ
+ Cấu tạo:
- Thân động cơ đợc đúc thnh một khối liền, trong có các lỗ xi lanh(lỗ lắp ống lót xi lanh),
có các đờng nớc lm mát đi qua, đờng ống dẫn dầu bôi trơn, v các vị trí để lắp đặt
các bộ phận khác. Vật liệu chế tạo thân động cơ thờng l gang hợp kim hoặc hợp kim
nhôm.
- Động cơ dùng trên ô tô thờng có số xi lanh nhiều hơn hai, các xi lanh đợc xếp thnh
dÃy thẳng hnh hoặc đợc xếp theo hình chữ V, W.

Thân động cơ chữ W 12 xi
l h

Thân động cơ ch÷ V

13


Thép đúc

Động cơ lm mát bằng gió

14


Phần đậy kín phía dới thân máy đợc gọi l các te. Các te dùng để chứa dầu bôi trơn động
cơ

Động cơ MITSUBISI
b. Nắp máy (nắp xi lanh)
+ Nhiệm vụ:
- Cùng với xilanh tạo thnh buồng đốt động cơ
- Lm giá đỡ để bắt các bộ phận khác.
- Chịu lực
- Bố trí tơng quan: trục cam, xúppáp, buồng cháy...
- Chứa các đờng nớc lm mát, dầu bôi trơn động cơ.
+ Cấu tạo:
Nắp máy đợc đúc liền khối với động cơ xilanh thẳng hng hoặc đúc riêng mỗi nắp cho
một xilanh.

15


Giữa nắp máy v thân máy có lắp đệm lm kín (gioăng quylát)

16


1.2.2. Nhóm Piston
Nhóm Piston gồm: Piston, vòng găng(xéc măng), v 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:

17

Corola

18


§Ĩ gi¶m tiÕng gâ khi Piston lμm viƯc chèt Piston đợc chế tạo lệch tâm.

19


b. Xéc măng
+ Nhiệm vụ: có hai loại xéc măng xéc măng khí(hơi), xéc măng dầu
- Xéc măng khí: lm kín buồng cháy, ngăn không cho khí cháy lọt xuống cácte dầu
- Xéc măng dầu: gạt dầu bôi trơn xilanh v piston đồng thời ngăn không cho dầu bôi trơn
lọt lên buồng cháy.
+ Cấu tạo:

[Xộc móng ng sut thp]
Xộc mng hơi số 1
được xử lý PVD*
Xéc măng hơi số 2
được mạ Chrome
Xéc măng dầu

*PVD: Physical Vapor Deposition

20

1.2.3. Thanh trun – Trơc khủu
a. Thanh trun
+ NhiƯm vơ:
Trun lực từ Piston đến trục khuỷu trong kỳ sinh công v theo chiều ngợc lại trong các
kỳ khác.
+ Cấu tạo:

b. Trơc khủu
+ NhiƯm vơ:
TiÕp nhËn lùc tõ Piston do thanh truyền chuyể tới v biến lực thnh mô men xoắn.
+ Cấu tạo: Trục khuỷu thờng chế tạo bằng phơng pháp dập hoặc đúc

Cổ biên

Khối lợng cân bằng

Cổ trục

21


Lỗ dầu

Cổ trục
Khối lợng cân bằng

22

+ Trục cân bằng

1.3. Cơ cấu phối khí
a. Công dụng, phân loại.
Cơ cấu phối khí hay còn goi l 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 v cửa xả với mục
đích nạp đầy không khí, hỗn hợp cháy (hỗn hợp cháy
gồm xăng - không khí đối với động cơ xăng) v thải
sạch khí cháy ra khỏi xy lanh.
Có thể phân loại hệ thống phân phối khí thnh các
loại sau:
+ Loại dùng trục cam - xupáp : loại ny có kết cấu
đơn giản đợc dùng phổ biến trên các loại đông cơ
hiện nay.
+ Loại dùng van trợt: loại ny 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 v cửa thải ( của
động cơ hai kỳ) có kết cấu đơn giản, không phải điều
chỉnh nhng chất lợng trao đổi khí không cao.
b) Cấu tạo v nguyên lý lμm viƯc cđa hƯ thèng
1: Trơc cam; 2: Con đội; 3: Lò xo
phối khí dùng xupáp:
xupáp; 4: Xupáp; 5: Nắp máy; 6: Thân
- Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt
máy

23

+ Nguyên lý lm 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 v tỳ vo
đuôi xupáp đẩy xupáp đi lên lm 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 ny, ton bộ cơ cấu phối khí bố trí ở thân
động cơ nên chiều cao thân máy giảm, dễ bố trí trên
các loại phơng tiện vận tải tuy nhiên khó bố trí buồng
cháy gọn nên loại ny chỉ đợc dùng trong một số động
cơ xăng.
- Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo:
Có hai loại l dẫn động trực tiếp v gián tiếp
Loại dẫn động gián tiếp:
+ Nguyên lý lm việc: Chuyển động quay của trục
khuỷu dẫn ®éng trơc cam 1 quay. VÊu cam quay tú lªn
con đội 2, đẩy con đội chuyển động đi lên, thông qua
đũa đẩy7 lm cho đòn gánh 8, gin cò 9 tỳ vo đuôi
1: Trục cam; 2: Con đội; 3: Lò
xupáp 4 đẩy xupáp chuyển động xuống phía dới mở
xo xupáp; 4: Xupáp; 5: Nắp
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 máy; 6: Thân máy;7: Đũa đẩy;
tiết, lò xo bị giÃn ra kéo xupáp trở lại vị trí đóng nh ban 8: Đòn gánh; 9: Cò mổ
đầu.
Loại dẫn động trực tiếp:
+ Nguyên lý lm viƯc: ë lo¹i nμy, vÊu cam sÏ trùc tiÕp tú lên đuôi xupáp hoặc thông qua
đòn gánh. Loại ny có −u ®iĨm Ýt chi tiÕt xong viƯc dÉn ®éng tõ trục khuỷu lên trục cam rất
xa( thông thờng dùng dẫn động xích).
Loại xupáp treo cho phép có đợc buồng cháy gän nªn cã thĨ cho tû sè nÐn cao vμ tăng
hiệu quả của buồng cháy. Loại ny đợc sử dụng rộng rÃi cho cả động cơ xăng v động cơ

điesel.

Xớch cam

Trục cam
Đĩa xích cam

Xúp páp

Trục khuỷu
24


25