Nguyên lý hoạt động và những đặc điểm kỹ thuật của xe ô tô vận tải mang tên “Quốc tế’’[1]


17-12-2018
Bảo tàng Hậu cần QĐND Việt Nam hiện đang trưng bày hiện vật độc đáo có tên xe “Quốc tế”. Đây là sản phẩm phát minh, sáng chế tiêu biểu, có giá trị thực tiễn cao, thể hiện tinh thần thông minh, sáng tạo, tự lực tự cường, khắc phục khó khăn của Quân đội ta, đặt cơ sở cho việc xây dựng và phát triển ngành công nghiệp xe máy quân đội. Tại Hội thảo khoa học: “Xe Quốc tế - Ý nghĩa văn hóa và công tác bảo tồn, phát huy giá trị di sản văn hóa quân sự” do Tổng cục Hậu cần tổ chức ngày 29/6/2018, Trung tá, PGS. TS Lương Đình Thi, Chủ nhiệm Bộ môn Động cơ/ Khoa Động lực/ Học viện Kỹ thuật Quân sự đã có bài tham luận nghiên cứu về nguyên lý hoạt động và các bộ phận trên xe “Quốc tế”. Trang tin điện tử Bảo tàng LSQS Việt Nam trân trọng giới thiệu tới quý độc giả bài viết về nguyên lý hoạt động và những đặc điểm kỹ thuật của hiện vật tiêu biểu này.

I. Đặc điểm chung và nguyên lý hoạt động của xe “Quốc tế”

1. Đặc điểm chung của xe “Quốc tế”

Chiếc xe này do các bậc tiền bối thuộc xưởng sửa chữa Tiền Phong lắp ráp từ nhiều bộ phận khác nhau vào cuối năm 1949. Các loại vật tư, phụ tùng được thu gom từ nhiều nguồn của các hãng khác nhau nên được đặt tên là “Quốc tế”. Xe có màu xanh cỏ úa, kích thước cơ bản: dài 6,7m; rộng 2,2m; cao 3,1m.

Chiếc xe “Quốc tế” được phân loại là xe vận tải, sử dụng động cơ xăng của hãng Renault bố trí ở phía đầu xe, xe được dẫn động cầu sau. Buồng lái của xe bố trí 3 chỗ ngồi bao gồm cả lái xe, do hãng Studebarker (Đức) chế tạo. Phía sau xe có lắp thùng có mui, loại thùng hở thông dụng, cửa thùng bố trí ở thành sau để bốc dỡ hàng hóa hoặc người lên xuống, khung xương làm bằng sắt hộp, bửng làm bằng khung sắt hộp và ốp gỗ, kèo được làm từ các thanh thép tròn uốn thành mái vòm che kín phần trên thùng xe; thùng xe chủ yếu dùng để chở hàng hóa phục vụ nhiệm vụ vận tải của Quân đội và có thể chở người khi cần thiết.

Chiếc xe được lắp ráp hoàn thành từ nhiều bộ phận như: Máy của hãng Ford (Mỹ), buồng lái của hãng Studebarker (Đức), Sát- xi của hãng Renault (Pháp), động cơ xe chạy bằng than... Sát-xi của xe thuộc dạng khung rời (body-on-frame) và chính là bộ khung xương để lắp ráp, nâng đỡ các bộ phận khác của xe. Thân xe và sát-xi được chia thành hai phần riêng biệt; sát-xi được làm từ các thanh kim loại, có dạng của một chiếc thang. Các bộ phận chính như: Buồng lái, Thùng xe, Động cơ, Hệ thống truyền lực và các hệ thống… được đặt cố định bên trên sát-xi này. Cấu trúc khung rời cho phép thay đổi các bộ phận trên xe được thực hiện dễ dàng, mà không cần thay đổi sát-xi, do đó việc cải hoán thuận lợi, tiết kiệm được nhiều công sức và thời gian.

Xe “Quốc tế” thuộc loại xe hai cầu, động cơ được đặt ở phía trước xe, ngoài buồng lái, dẫn động cầu sau. Công thức bánh xe là 4x2.

2. Nguyên lý hoạt động của xe “Quốc tế”

Đặc điểm của hệ thống truyền lực trên xe “Quốc tế”: Là xe có một cầu chủ động, động cơ (1) được đặt ở phía trước xe và được dẫn động ra cầu sau chủ động (5). Đây là biện pháp dẫn động thông dụng đối với ô tô vận tải có công dụng chung vì tận dụng được trọng lượng bám của xe khi đầy tải.


Sơ đồ hệ thống truyền lực trên xe “Quốc tế”. 1. Động cơ; 2. Ly hợp; 3. Hộp số; 4. Các-đăng; 5. Cầu sau chủ động

Hệ thống truyền lực: Thuộc loại hệ thống truyền lực cơ khí có cấp, điều khiển dẫn động ly hợp bằng thủy lực.

Hệ thống thiết bị phụ bao gồm hệ thống lái, hệ thống phanh, hệ thống treo, hệ thống khởi động, hệ thống cứu kéo, hệ thống chiếu sáng, hệ thống tín hiệu...

Nguyên lý hoạt động

Do động cơ chạy bằng khí gas tạo ra từ việc đốt than trong lò yếm khí nên trước khi khởi động động cơ cần cho than vào lò, tổ chức đốt than bằng mồi lửa bên ngoài, khi than cháy ổn định thì sẽ tạo ra hơi gas để dùng cho động cơ. Sau khi khởi động động cơ (1), hỗn hợp hơi gas được đốt cháy trong xy lanh và tỏa nhiệt, hóa năng của hỗn hợp gas biến thành nhiệt năng. Hỗn hợp cháy giãn nở trong xy lanh của động cơ và sản sinh công giãn nở, công này tác dụng lên pít tông của động cơ dưới dạng áp lực khí thể, nhiệt năng lúc này được biến thành cơ năng. Nhờ có cơ cấu khuỷu trục thanh truyền của động cơ, áp lực khí thể trên pít tông biến thành mô men xoắn trên trục khuỷu. Dòng lực được truyền từ Động cơ (1) qua Ly hợp (2) đến Hộp số (3) ra Các-đăng (4) đến Cầu sau chủ động (5) làm cho hai bánh xe phía sau quay và toàn bộ xe chuyển động.

Công dụng một số bộ phận chính trên xe:

- Động cơ: Động cơ dùng trên xe là động cơ 4 kỳ, được bố trí phía trước xe, ngoài buồng lái. Động cơ dùng để sinh ra mô men xoắn truyền đến bánh xe thông qua ly hợp, hộp số, truyền động Các-đăng và cầu xe.

- Ly hợp: Ly hợp là một trong các cụm chính của xe và là cụm đầu tiên trong hệ thống truyền lực, ly hợp được đặt giữa động cơ và hộp số. Công dụng của ly hợp đó là dùng để truyền mô men xoắn từ trục khuỷu động cơ đến các cụm tiếp theo của hệ thống truyền lực và dùng để cắt động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi cần thiết (phanh dừng xe tại chỗ mà động cơ vẫn làm việc, khởi hành xe, chuyển số…). Ly hợp là cơ cấu an toàn, tránh quá tải cho động cơ và hệ thống truyền lực.

- Hộp số: Hộp số là cụm chi tiết tiếp theo sau ly hợp trong hệ thống truyền lực, công dụng của hộp số là: (i) truyền mô men xoắn và thay đổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực nhằm mục đích thay đổi lực kéo ở các bánh xe chủ động và thay đổi vận tốc chuyển động của xe trong khoảng rộng hơn khi chỉ thay đổi chế độ làm việc của động cơ; (ii) cho phép xe thực hiện chuyển động tiến hoặc lùi; (iii) cắt động cơ đang làm việc ra khỏi hệ thống truyền lực với thời gian tuỳ ý (để sấy nóng động cơ, nạp bình điện, quay trục trích công suất,…).

- Truyền động Các-đăng: Các-đăng dùng để truyền mô men xoắn giữa các cụm có vị trí tương đối luôn thay đổi. Truyền động các-đăng có công dụng là truyền mô men xoắn giữa các trục xa nhau và có khoảng cách thay đổi trong quá trình chuyển động của xe (các trục có sự thay đổi về góc đặt, khoảng cách hoặc không nằm trên một đường thẳng). Truyền động các-đăng gồm có: Khớp các-đăng, trục các-đăng và gối các-đăng.     

- Cầu xe chủ động: Cầu xe là cụm cuối cùng của hệ thống truyền lực, cầu xe là khối lượng không được treo nằm dưới nhíp, tức là cầu xe là bộ phận đỡ toàn bộ trọng lượng của các cụm như động cơ, ly hợp, hộp số…và trọng lượng của hệ thống được treo.

Cầu xe dùng để tăng mô men xoắn và phân phối mô men xoắn ra các bánh xe chủ động, đồng thời cầu chủ động còn nhận phản lực tác dụng từ mặt đường lên.

Cầu xe chủ động bao gồm các bộ phận chính: Truyền lực chính; Vi sai giữa các bánh xe; Bán trục; Vỏ cầu.

- Hệ thống lái: Hệ thống lái có công dụng: thay đổi và duy trì hướng chuyển động đã định của xe theo ý muốn của người lái bằng cách thay đổi mặt phẳng lăn của bánh xe dẫn hướng, và đảm bảo khả năng ổn định của chuyển động thẳng.

- Hệ thống phanh: Hệ thống phanh là một hệ thống quan trọng trên xe, là một trong những hệ thống có vai trò quyết định đến khả năng an toàn chuyển động của xe. Hệ thống phanh dùng để giảm vận tốc chuyển động của xe đến một giá trị nào đó hoặc đến lúc dừng hẳn. Ngoài ra, hệ thống phanh còn dùng để dừng xe tại chỗ khi cần thiết.

- Hệ thống treo: Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi giữa cầu xe với khung xe, đảm bảo độ êm dịu và an toàn chuyển động của xe.

II. Động cơ trên xe Quốc tế

1. Đặc điểm chính của động cơ

Động cơ trên xe được chế tạo bởi hãng Ford (Mỹ). Đây là loại động cơ 4 kỳ, có 6 xy lanh thẳng đứng, bố trí thành một hàng. Động cơ được làm mát cưỡng bức bằng chất lỏng và bôi trơn kiểu các te ướt. Động cơ nguyên bản dùng nhiên liệu xăng, tạo hỗn hợp cháy bằng bộ chế hòa khí (carburator), đánh lửa bằng bugi. Sau khi cải tiến, động cơ chạy bằng hơi ga (hỗn hợp khí CO, CO2, O2, N2), được tạo ra bằng cách đốt than trong lò yếm khí. Trong quá trình làm việc, toàn bộ nguồn điện cung cấp cho động cơ và xe được máy phát điện đảm bảo. Khi bắt đầu hoạt động, động cơ được khởi động bằng ắc quy. Cơ cấu phối khí thuộc loại xu páp đặt, toàn bộ các chi tiết của cơ cấu phối khí được bố trí trong thân máy. Các xu páp có nhiệm vụ đóng, mở các cửa nạp và cửa thải. Trục cam được dẫn động từ trục khuỷu với tỷ số truyền 2:1 (i = ntk/ntc = 2).


Hiện vật xe “Quốc tế” trưng bày tại Bảo tàng Hậu cần QĐND Việt Nam. Ảnh BTHC.

2. Nguyên lý làm việc của động cơ:

Động cơ lắp trên xe là loại 4 kỳ, một chu trình công tác của động cơ được thực hiện trong 4 hành trình chuyển động của pít tông, tương ứng với 2 vòng quay của trục khuỷu. 4 kỳ làm việc của động cơ lần lượt là: nạp, nén, cháy-giãn nở, thải.

- Kỳ thứ nhất – kỳ nạp: Lúc bắt đầu của kỳ nạp, pít tông ở vị trí điểm chết trên. Buồng cháy còn chứa đầy sản phẩm cháy của chu trình trước, áp suất trong buồng cháy lớn hơn một chút so với áp suất khí quyển. Khi trục khuỷu quay, thanh truyền làm pít tông dịch chuyển xuống phía dưới, lúc này xu páp nạp mở ra và không gian phía trên đỉnh pít tông thông với không gian đường ống nạp. Do pít tông dịch chuyển xuống phía dưới nên xy lanh được nạp đầy môi chất công tác mới (hỗn hợp khí ga). Do sức cản trên đường ống nạp và của xu páp nên áp suất bên trong xy lanh trong kỳ nạp nhỏ hơn áp suất trên đường ống nạp.

- Kỳ thứ hai - kỳ nén: Pít tông chuyển động từ điểm chết dưới lên điểm chết trên để thực hiện việc nén môi chất công tác chứa trong xy lanh. Áp suất và nhiệt độ của môi chất công tác tăng lên. Để tăng lượng môi chất công tác nạp vào xy lanh, ở đầu thời kỳ nén xu páp nạp vẫn mở. Sự đóng muộn của xu páp nạp cho phép tận dụng độ chân không bên trong xy lanh cũng như động năng của dòng khí trên đường ống nạp để nạp đầy xy lanh động cơ. Sau khi xu páp nạp đóng lại và pít tông tiếp tục chuyển động lên phía trên, áp suất và nhiệt độ bên trong xy lanh tiếp tục tăng lên. Giá trị áp suất và nhiệt độ ở cuối quá trình nén phụ thuộc vào tỷ số nén, chất lượng bao kín của buồng cháy, mức độ trao đổi nhiệt, áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nạp.

Để sử dụng hiệu quả nhiệt lượng được giải phóng khi đốt cháy nhiên liệu, quá trình cháy phải được diễn ra ở gần điểm chết trên. Do đó, khi pít tông lên đến gần điểm chết trên thì bugi sẽ đánh lửa, hỗn hợp môi chất công tác được đốt cháy và tỏa nhiệt.

- Kỳ thứ ba – kỳ cháy-giãn nở: Pít tông chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới. Ở đầu kỳ này, hỗn hợp môi chất công tác cháy với tốc độ rất mãnh liệt. Do một lượng nhiệt lớn được giải phóng nên áp suất và nhiệt độ bên trong xy lanh tăng lên một cách đột ngột. Dưới tác dụng của áp suất cao, pít tông tiếp tục chuyển động xuống phía dưới và thực hiện quá trình giãn nở. Khi giãn nở, hỗn hợp khí cháy sẽ thực hiện công có ích. Vì vậy, kỳ thứ ba còn được gọi là hành trình sinh công.

- Kỳ thứ tư – kỳ thải: Nhiệm vụ của thời kỳ này là thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xy lanh của động cơ. Pít tông đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, đẩy khí thải ra khỏi xy lanh qua xu páp thải, qua đường ống thải và ra ngoài môi trường. Để quá trình thải đạt chất lượng tốt hơn, xu páp thải thường được mở sớm, tức là trong kỳ cháy-giãn nở, trước khi pít tông xuống điểm chết dưới khoảng 30 - 500 góc quay trục khuỷu thì xu páp được mở ra, nhằm thực hiện giai đoạn thải tự do nhờ sự chênh áp. Do vậy, sẽ làm giảm được lực cản lên pít tông ở trong thời kỳ thải cưỡng bức và làm cho chất lượng của quá trình thải cao hơn. Xu páp thải đóng muộn sau điểm chết trên một góc 10 - 300 góc quay trục khuỷu để lợi dụng quán tính dòng khí thải nhằm thải sạch tối đa khí thải ra khỏi xy lanh.

Chu trình làm việc của động cơ bốn kỳ kết thúc. Khi pít tông tiếp tục dịch chuyển khỏi điểm chết trên thì một chu trình làm việc tiếp theo lại được bắt đầu và sẽ lặp lại theo trình tự 4 kỳ như trên. Trong 4 kỳ, chỉ có kỳ cháy-giãn nở là sinh công, còn các kỳ khác được thực hiện hoặc là nhờ động năng của các chi tiết chuyển động quay hoặc là nhờ công của các xy lanh khác.

Hỗn hợp khí ga (hỗn hợp khí CO, CO2, O2, N2) được tạo ra bằng cách đốt than trong lò yếm khí. Lò đốt được bố trí ở trên thùng xe phía sau, trên lò có các cửa để nạp than, điều chỉnh lượng không khí vào lò và cửa để xả xỉ và tro. Hỗn hợp khí ga được dẫn theo đường ống chạy vòng quanh phía dưới thùng xe trước khi đi vào xy lanh nhằm mục đích làm mát, trên đường nạp có bố trí thiết bị lọc bụi để loại bỏ bụi than. Để điều chỉnh tốc độ của xe, công suất động cơ được thay đổi bằng bướm ga lắp trên đường nạp, độ mở bướm ga thay đổi nhờ chân ga của xe.

III. Những điểm đặc biệt trên xe “Quốc tế”

- Xe được chế tạo từ nhiều cụm chi tiết của nhiều hãng khác nhau, các cụm chi tiết khi lắp ráp đều đã cũ.

- Để có thể lắp ráp các bộ phận từ nhiều nguồn khác nhau, nhóm thực hiện đã phải chế tạo lại các chi tiết ghép nối như các mặt bích nối của hộp số, ly hợp, các-đăng… khoan lại các lỗ lắp ghép trên sát-xi.

- Thời gian khởi động của xe khá dài (khoảng 5-10 phút), do thời gian nhóm lò lâu, phụ thuộc vào loại than, chất lượng của than và điều kiện thời tiết.

- Động cơ của xe sau khi cải tiến thuộc loại động cơ “đa nhiên liệu”, tức là nó có thể chạy bằng xăng như động cơ nguyên bản, có thể chạy bằng than củi hoặc than đá. Động cơ “đa nhiên liệu” đang được sử dụng trên các loại xe quân sự hiện đại của Nga hiện nay như xe tăng T-72, T-90, pháo tự hành SU152, 2S25, xe chiến đấu hỗ trợ tăng BMPT-72 … với ba loại nhiên liệu: diesel, xăng và dầu hỏa.

- Khi sử dụng than đá làm nhiên liệu, tránh sử dụng loại than quá vụn để đảm bảo cho bầu lọc khí và lò đốt không bị tắc. Khi vận hành xe dưới điều kiện mưa gió, cần phải che chắn lò cẩn thận đảm bảo cho lò đốt cháy liên tục.

- Nhiệt độ trên đường ống nạp khi xe chạy xăng thì khá thấp (chỉ hơi cao hơn nhiệt độ môi trường), còn khi xe chạy bằng hơi gas thì rất cao.

- Khí gas sử dụng để chạy xe thuộc loại khí độc (có thành phần CO) nên tránh để lọt khí vào trong buồng lái./.


[1] Tham luận tại Hội thảo khoa học: “Xe Quốc tế - Ý nghĩa văn hóa và công tác bảo tồn, phát huy giá trị di sản văn hóa quân sự” tại Bảo tàng Hậu cần QĐND Việt Nam, ngày 29/6/2018.


Nguồn: Trung tá, PGS. TS Lương Đình Thi
17-12-2018
Các bài viết gần đây
Các bài viết cùng chuyên mục
s