Đề cương Bài giảng Động cơ đốt trong và ứng dụng (Dành chó inh viên ngành Sư phạm kỹ thuật công nghiệp)

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA SƯ PHẠM KỸ THUẬT .......................o0o..................... ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ ỨNG DỤNG (Dành cho sinh viên ngành Sư phạm Kỹ thuật Công nghiệp) Hưng Yên, năm 2016 2 MỤC LỤC Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ............................................... 4 1.1. Lịch sử phát triển ........................................................................................................ 4 1.2. Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt ............................................................ 4 1.3. Phân loại động cơ đốt trong ....................................................................................... 5 1.4. Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong ................................................................ 6 1.4.1. Cấu tạo chung của động cơ đốt trong ................................................................. 6 1.4.2. Những khái niệm và định nghĩa cơ bản ............................................................. 6 1.4.3. Nguyên lý làm việc của động cơ bốn kỳ .............................................................. 7 1.4.4. Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ ............................................................ 10 1.5. So sánh các loại động cơ đốt trong .......................................................................... 12 1.6. Sự làm việc của động cơ nhiều xilanh ..................................................................... 12 Chương 2: CƠ CẤU THANH TRUYỀN – TRỤC KHUỶU ........................................ 16 2.1. Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu .................................... 16 2.2. Cấu tạo nhóm piston ................................................................................................. 17 2.2.1. Piston .................................................................................................................. 17 2.2.2. Chốt piston ......................................................................................................... 21 2.2.3. Secmăng ............................................................................................................. 21 2.3. Thanh truyền ............................................................................................................. 24 2.4. Trục khuỷu ................................................................................................................ 29 2.5. Bánh đà ...................................................................................................................... 34 2.6. Thân máy ................................................................................................................... 36 2.7. Lót xylanh .................................................................................................................. 40 2.8. Nắp xylanh ................................................................................................................. 42 Chương 3: CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ........................................................................ 46 3.1. Khái quát về cơ cấu phân phối khí .......................................................................... 46 3.2. Cơ cấu phân phối khí dùng supáp ........................................................................... 46 3.3. Kết cấu một số chi tiết của cơ cấu phân phối khí .................................................. 48 Chương 4: HỆ THỐNG LÀM MÁT .............................................................................. 60 4.1. Giới thiệu chung về hệ thống làm mát .................................................................... 60 4.2. Kết cấu các bộ phận của hệ thống làm mát ............................................................ 62 4.2.1. Két nước ............................................................................................................. 62 4.2.2. Bơm nước ........................................................................................................... 63 4.2.3. Quạt gió .............................................................................................................. 64 4.2.4. Van hằng nhiệt .................................................................................................. 65 Chương 5: HỆ THỐNG BÔI TRƠN .............................................................................. 69 5.1. Giới thiệu chung về hệ thống bôi trơn .................................................................... 69 5.2. Cấu tạo các bộ phận chính của hệ thống bôi trơn ................................................. 71 5.2.1. Bơm dầu ............................................................................................................. 71 5.2.2. Bầu lọc dầu ........................................................................................................ 72 5.2.3. Vấn đề thông hơi cho động cơ .......................................................................... 73 Chương 6: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG ................... 75 6.1. Giới thiệu chung ........................................................................................................ 75 6.1.1. Nhiệm vụ - phân loại ......................................................................................... 75 6.1.2. Cấu tạo chung của các hệ thống ....................................................................... 75 6.2. Cấu tạo và hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng bộ chế hoà khí.... 77 6.2.1. Bơm xăng ........................................................................................................... 77 3 6.2.2. Bầu lọc xăng ...................................................................................................... 78 6.2.3. Bộ chế hoà khí đơn giản.................................................................................... 80 6.2.4. Bộ chế hoà khí hiện đại ..................................................................................... 83 Chương 7: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊU LIỆU ĐỘNG CƠ DIEZEL ............... 96 7.1. Giới thiệu chung ........................................................................................................ 96 7.1.1 Nhiệm vụ - yêu cầu ............................................................................................. 96 7.1.2. Sơ đồ cấu tạo chung .......................................................................................... 96 7.2. Cấu tạo và hoạt động của các bộ phận chính ......................................................... 97 7.2.1. Bơm áp lực thấp ................................................................................................. 97 7.2.2. Bầu lọc nhiên liệu .............................................................................................. 98 7.2.3. Bơm cao áp ....................................................................................................... 100 7.2.4. Vòi phun ........................................................................................................... 103 Chương 8: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN Ô TÔ ................................................... 106 8.1. Giới thiệu chung ...................................................................................................... 106 8.2. Cấu tạo và hoạt động của một số bộ phận chính ................................................. 109 8.2.1. Hệ thống truyền lực ......................................................................................... 109 8.2.1.1. Khái quát chung ........................................................................................ 109 8.2.1.2. Ly hợp....................................................................................................... 110 8.2.1.3. Hộp số cơ khí ............................................................................................ 117 8.2.1.4. Truyền động các đăng .............................................................................. 122 8.2.1.5. Cầu chủ động ............................................................................................ 125 8.2.2. Một số hệ thống hỗ trợ quá trình truyền lực trên ô tô ................................... 131 8.2.2.1. Hệ thống phanh ........................................................................................ 131 8.2.2.2. Hệ thống treo ............................................................................................ 141 8.2.2.3. Hệ thống lái (Steering) ............................................................................ 150 Chương 9: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN XE MÁY ............................................ 152 9.1. Giới thiệu chung ...................................................................................................... 152 9.2. Cấu tạo và hoạt động (Hệ thống truyền lực trên xe máy) ................................... 154 9.2.1. Khái quát chung .............................................................................................. 154 9.2.2. Sơ đồ hệ thống truyền lực ............................................................................... 155 9.2.2.1. Ly hợp....................................................................................................... 155 9.2.2.2. Hộp số ....................................................................................................... 158 9.2.2.3. Bộ truyền lực cuối .................................................................................... 161 Chương 10: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN TÀU THỦY ...................................... 163 10.1. Giới thiệu chung .................................................................................................... 163 10.2. Cấu tạo và hoạt động của một số bộ phận chính (Hệ thống truyền lực) ......... 166 10.2.1. Động cơ .......................................................................................................... 170 4.2.2.2. Ly hợp ma sát ................................................................................................ 171 Chương 11: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN MÁY NÔNG NGHIỆP ................... 176 11.1. Giới thiệu chung .................................................................................................... 176 11.2. Cấu tạo và hoạt động của ĐCĐT trên máy nông nghiệp .................................. 178 11.2.1. Động cơ .......................................................................................................... 178 11.2.2. Hệ thống truyền lực (HTTL) ......................................................................... 178 11.2.3. Bộ phận di động ............................................................................................. 179 11.2.4. Hệ thống điều khiển ...................................................................................... 179 11.2.5. Thiết bị công tác ............................................................................................. 179 11.3. Kết cấu hệ thống truyền lực trên máy nông nghiệp .......................................... 179 4 Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1. Lịch sử phát triển - Năm 1784 Jiêm – Oat chế tạo thành công máy hơi nước. - Năm 1860 Jăng Echien Lơ Noa, một người hầu bàn và một nhà kỹ thuật nghiệp dư ở Paris chế tạo thành công động cơ hai kỳ đầu tiên chạy bằng khí thiên nhiên, hiệu suất 4,65%. - Năm 1877 Ôt tô Nicolas và Langhen phát minh ra động cơ đốt trong bốn kỳ chạy bằng khí thiên nhiên, hiệu suất 20%. - Năm 1885 Dam Le chế tạo thành công động cơ xăng đầu tiên. - Năm 1897 Rudolf Diezel chế tạo thành công động cơ chạy bằng nhiên liệu nặng, phun nhiên liệu bằng khí nén, hiệu suất đạt 26%. - Năm 1901 Robert và Bosh đề xuất và chế tạo bơm cao áp và vòi phun để phun nhiên liệu vào xilanh. Đến đây động cơ điêzel đã cơ bản hoàn chỉnh. Ở Việt nam: - Từ năm 1960 nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo – Hà Nội đã sản xuất động cơ 2B10,5/13 và từ năm 1972 chế tạo động cơ 2B9,5/11. - Công ty Diezel Sông Công đang sản xuất các loại động cơ D50, D80, TS - 130, - Nhà máy cơ khí Duyên Hải – Hải phòng sản xuất các loại động cơ D22T, D23T, 1B9,5/11,5, - Hiện nay, chúng ta đang xây dựng tổ hợp ô tô Đông Anh trên cơ sở Công ty ô tô 1 - 5 chuyên sản xuất xe ca, tổ hợp ô tô Bắc Giang chuyên sản xuất xe vận tải và chuẩn bị khởi công tổ hợp ô tô Hải Dương chuyên sản xuất xe du lịch, trong đó sẽ có các nhà máy chế tạo động cơ đáp ứng cho các nhà máy xản xuất ô tô. 1.2. Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt Động cơ nhiệt có hai loại lớn: 1/ Động cơ hơi nước (động cơ đốt ngoài) gồm: Động cơ kiểu piston và Turbin hơi; 2/ Động cơ đốt trong: là loại động cơ nhiệt mà việc đốt cháy nhiên liệu, toả nhiệt và quá trình chuyển nhiệt năng thành cơ năng được tiến hành ngay trong động cơ. Động cơ đốt trong có: Động cơ đốt trong kiểu piston; Turbin nhiệt; Động cơ phản lực; Động cơ rôto quay (động cơ valken). Ưu điểm của động cơ đốt trong: + Hiệu suất có ích cao: 40 – 45 % + Gọn nhẹ hơn các loại động cơ khác cùng công suất. + Khởi động nhanh và sẵn sàng khởi động. + ít nguy hiểm khi vận hành. + Không phải khử xỉ, tro. 5 + Không cần nhiều người phục vụ. + Điều kiện làm việc của thợ máy tốt. Nhược điểm: + Khả năng quá tải kém. + Không phát được mô men cực đại ở số vòng quay thấp. + Không khởi động được khi có tải. + Công suất không lớn. + Nhiên liệu đòi hỏi khắt khe và đắt. + Cấu tạo phức tạp, đắt tiền. + Làm việc gây tiếng ồn 1.3. Phân loại động cơ đốt trong a) Dựa vào cách thực hiện chu trình công tác: + Động cơ bốn kỳ: động cơ hoàn thành chu trình công tác sau bốn hành trình của piston hay hai vòng quay của trục khuỷu. + Động cơ hai kỳ: động cơ hoàn thành chu trình công tác sau hai hành trình của piston hay một vòng quay của trục khuỷu. b) Dựa vào nhiên liệu dùng cho động cơ: + Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng: 1/ Nhẹ: xăng, benzen,; 2/ Nặng: dầu mazut, dầu điezel, + Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí: khí thiên nhiên, khí lò ga, + Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí và lỏng. c) Dựa vào phương pháp hình thành hỗn hợp: + Động cơ hình thành hỗn hợp bên ngoài: Nhiên liệu và không khí hoà trộn với nhau bên ngoài và được hút vào xilanh. Hiện nay có động cơ dùng bộ chế hoà khí và động cơ phun xăng. + Động cơ hình thành hỗn hợp bên trong: Nhiên liệu và không khí hoà trộn và bốc cháy ngay trong xilanh động cơ. Hiện nay có động cơ diezel. d) Dựa vào phương pháp đốt cháy nhiên liệu: + Động cơ đốt cháy cưỡng bức: dùng tia lửa điện để đốt cháy hiên liệu. + Động cơ tự bốc cháy: nhiên liệu đưa vào và tự cháy trong xilanh. e) Theo phương pháp nạp: + Động cơ tăng áp: nạp khí vào xilanh ở áp suất cao hơn áp suất khí trời. + Động cơ không tăng áp: nạp khí vào xilanh ở áp suất bình thường. f) Theo cấu tạo của động cơ: + Theo số xilanh: Động cơ 1 xilanh và Động cơ nhiều xilanh. 6 + Theo cách bố trí xilanh: Động cơ có xilanh bố trí một hàng; Động cơ có xilanh bố trí hai hàng hình chữ V; Động cơ có xilanh bố trí nhiều hàng; Động cơ có xilanh đối đỉnh. Tóm lại, trong chương trình môn học tập trung nghiên cứu các loại động cơ sau: Động cơ điezel bốn kỳ; Động cơ xăng bốn kỳ; Động cơ hai kỳ: 1.4. Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong 1.4.1. Cấu tạo chung của động cơ đốt trong Động cơ đốt trong cấu tạo bởi các bộ phận chủ yếu sau: - Cơ cấu thanh truyền – trục khuỷu. - Cơ cấu phân phối khí. - Các chi tiết cố định. - Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí. - Hệ thống bôi trơn. - Hệ thống làm mát. - Hệ thống đánh lửa (chỉ có ở động cơ xăng). Và một số bộ phận khác. 1.4.2. Những khái niệm và định nghĩa cơ bản - Chu trình công tác: Tổ hợp các quá trình liên tục kế tiếp nhau lặp đi, lặp lại theo chu kỳ trong xilanh để thực hiện một quá trình sinh công. - Điểm chết: Vị trí của piston trong xilanh, mà tại đó piston đổi chiều chuyển động. Trong động cơ có hai điểm chết là điểm chết trên (ĐCT) và điểm chết dưới (ĐCD). - Hành trình của piston: khoảng chạy của piston trong xilanh giữa hai điểm chết: S = 2 * R. Trong đó: R - bán kính quay của trục khuỷu. - Thể tích công tác: thể tích xilanh giới hạn từ ĐCT đến ĐCD, ký hiệu Vh. D - đường kính xilanh. 7 - Thể tích buồng cháy: thể tích còn lại nhỏ nhất trong xilanh khi piston ở ĐCT, ký hiệu Vc. - Thể tích toàn phần: tổng thể tích công tác và thể tích buồng cháy: Va = Vh + Vc - Tỷ số nén: tỷ số giữa thể tích toàn phần và thể tích buồng cháy: Tỷ số nén chỉ rõ thể tích xilanh phía trên piston bị giảm bao nhiêu lần, tức là bị ép nhỏ bao nhiêu lần khi piston đi từ ĐCD lên ĐCT - Kỳ: một phần của chu trình công tác khi piston chạy từ điểm chết này đến điểm chết kia. - Tỷ số tăng áp suất: tỷ số giữa áp suất cuối quá trình cháy đẳng tích và áp suất cuối quá trình nén. 1.4.3. Nguyên lý làm việc của động cơ bốn kỳ a) Hoạt động của động cơ diezel bốn kỳ Động cơ diezel bốn kỳ hoàn chỉnh một chu trình công tác sau bốn hành trình của piston hay hai vòng quay của trục khuỷu. 1. Kỳ nạp Trục khuỷu quay nhờ có quán tính của các khối lượng quay làm cho piston đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới làm thể tích xilanh tăng dần và áp suất trong xilanh giảm dần. Xupáp nạp mở dưới sự điều khiển của cơ cấu phân phối khí, trong thời gian này xupáp thải đóng. Ở đầu quá trình (khi piston ở ĐCT), trong buồng đốt chứa đầy sản phẩm cháy của chu trình trước còn sót lại gọi là khí sót với áp suất pt > p0 và nhiệt độ Tt > T0. Khi áp suất trong xilanh giảm tới giá trị nhỏ hơn áp suất khí trời, không khí được hút vào xilanh. Để đảm bảo nạp đầy khí nạp mới vào xilanh, xupáp nạp mở trước khi piston lên đến ĐCT của chu trình trước một góc φ1 để khi piston đi xuống, xupáp đã mở đủ lớn, giảm sức cản trên đường nạp. φ1 gọi là góc mở sớm của xupáp nạp. Khi piston xuống đến ĐCD, xupáp nạp chưa đóng mà nó được đóng sau khi piston đã đi lên một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu là φ2 để tận dụng quán tính của dòng khí nạp để nạp đầy hơn khí nạp vào xilanh. φ2 gọi là góc đóng muộn của xupáp nạp. 8 Kết luận: Quá trình nạp thực tế bắt đầu sớm hơn và kết thúc muộn hơn chu trình lý thuyết, thời gian nạp thực tế dài hơn thời gian nạp lý thuyết. 2. Kỳ nén Dưới tác dụng của quán tính các khối lượng quay, piston bị đẩy đi lên ĐCT. Khi cơ cấu phân phối khí đóng xupáp nạp thì quá trình nén bắt đầu. Ban đầu nhiệt độ khí nạp nhỏ hơn nhiệt độ của chi tiết nên nhiệt được truyền từ chi tiết cho khí nạp. Piston đi lên, khí nạp được nén trong xilanh làm áp suất và nhiệt độ tăng lên làm cường độ trao đổi nhiệt giữa chi tiết và khí nạp giảm. Đến một thời điểm nào đó, nhiệt độ của khí nạp và nhiệt độ chi tiết bằng nhau, quá trình trao đổi nhiệt dừng lại. Lúc này xuất hiện quá trình nén đoạn nhiệt tức thời. Khí nạp tiếp tục bị nén làm áp suất và nhiệt độ tiếp tục tăng và nhiệt độ khí nạp lớn hơn nhiệt độ chi tiết. Lúc này nhiệt được truyền từ khí nạp cho chi tiết. Khi piston còn cách ĐCT một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu góc φ3, bơm cao áp và vòi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt, dưới áp suất và nhiệt độ cao nhiên liệu tự bốc cháy. Đến đây kết thúc quá trình nén. Góc φ3 gọi là góc phun sớm. Kết luận: ở chu trình lý thuyết, quá trình nén là nén đọan nhiệt với chỉ số nén không đổi, còn ở chu trình thực tế là quá trình nén đa biến với chỉ số nén luôn thay đổi. 3. Kỳ cháy - giãn nở. Khi nhiên liệu được phun vào xilanh, dưới áp suất và nhiệt độ cao, nhiên liệu tự bốc cháy làm áp suất và nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở đẩy piston đi từ ĐCT xuống ĐCD. Trong kỳ này ta thu được công có ích. Khi piston xuống cách ĐCD một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu một góc φ4 xupáp thải mở, khí có áp suất cao được thải ra ngoài. Đến đây kết thúc quá trình giãn nở. Góc φ4 gọi là góc mở sớm của xupáp thải. 4. Kỳ thải. Piston được đẩy từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính của các khối lượng quay. Trong thời gian này xupáp xả mở, khí thải được thải ra ngoài qua cửa thải. Để đảm bảo thải sạch khí thải ra khỏi xilanh, supáp thải mở sớm một góc φ4 và đóng muộn một góc φ5 để tận dụng quán tính của dòng khí thải để thải sạch khí thải ra khỏi động cơ. 9 b) Hoạt động của động cơ xăng bốn kỳ 1. Kỳ nạp (hút) Tương tự như động cơ diezel, chỉ khác là hỗn hợp xăng và không khí được nạp vào xilanh. 2. Kỳ nén Tương tự như động cơ diezel, chỉ khác là khi piston còn cách ĐCT một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu góc φ3, buji bật tia lửa điện đốt cháy nhiên liệu. Đến đây kết thúc quá trình nén. Góc φ3 gọi là góc đánh lửa sớm. Do quá trình nén nhiệt độ tăng cao nhiên liệu dễ bốc cháy nên ở động cơ xăng tỷ số nén bao giờ cũng thấp hơn nhiều so với động cơ diezel để tránh hiện tượng nhiên liệu tự bốc cháy trong xilanh. 3. Kỳ cháy - giãn nở Khi buji bật tia lửa điện, nhiên liệu bốc cháy làm áp suất và nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở đẩy piston đi từ ĐCT xuống ĐCD. Trong kỳ này ta thu được công có ích. Khi piston xuống cách ĐCD một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu một góc φ4 xupáp thải mở, khí có áp suất cao được thải ra ngoài. Đến đây kết thúc quá trình giãn nở. Góc φ4 gọi là góc mở sớm của xupáp thải. 4. Kỳ thải Piston được đẩy từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính của các khối lượng quay. Trong thời gian này xupáp xả mở, khí thải được thải ra ngoài qua cửa thải. Để đảm bảo thải sạch khí thải ra khỏi xilanh, supáp thải mở sớm một góc φ4 và đóng muộn một góc φ5 để tận dụng quán tính của dòng khí thải để thải sạch khí thải ra khỏi động cơ. 10 1.4.4. Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ Động cơ hai kỳ là động cơ hoàn thành một chu trình công tác sau hai hành trình của piston hay một vòng quay của trục khuỷu. Có động cơ xăng, diezel hai kỳ, nhưng chúng có quá trình chung là sử dụng dòng khí nạp mới để đẩy khí thải ra khỏi xilanh mà ta gọi là quá trình quét khí. a) Hoạt động của động cơ hai kỳ quét khí ngang (quét vòng). 1. Hành trình thứ nhất: Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, trong xilanh thực hiện các quá trình: - Thời gian đầu: do nhiên liệu cháy trong xilanh tạo ra áp suất và nhiệt độ cao làm môi chất công tác giãn nở đẩy piston đi xuống, ta thu được công có ích. - Khi mép trên piston mở cửa thải, khí cháy có áp suất cao được thải tự do ra ngoài. Đồng thời khi piston đi xuống, nó đóng cửa nạp, khí nạp mới được nén trong buồng trục khuỷu làm áp suất tăng. - Khi mép trên piston mở cửa quét, khí nạp mới được đẩy lên xilanh qua các cửa quét, nó quét khí thải ra ngoài và chiếm chỗ trong xilanh. Đây là quá trình quét khí. 11 Kết luận: Ở hành trình thứ nhất của piston, trong xilanh thực hiện các quá trình: thải khí tự do, nén khí nạp trong buồng trục khuỷu, quét khí và nạp khí nạp mới vào xilanh. 2. Hành trình thứ hai: piston đi từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính các khối lượng quay và cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu, trong động cơ thực hiện các quá trình: - Khi piston chưa đóng cửa quét và cửa thải: tiếp tục quét khí theo quán tính và thải khí thải ra ngoài. - Khi piston đóng cửa quét: tiếp tục thải khí theo quán tính. - Khi piston đóng cửa thải, khí nạp mới bắt đầu được nén trong xilanh. - Khi piston mở cửa nạp, khí nạp mới được nạp vào buồng trục khuỷu. Khi piston cách ĐCT một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu góc φ3, bơm cao áp và vòi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt (đối với động cơ diezel) làm nhiên liệu tự bốc cháy hay buji bật tia lửa điện (đối với động cơ xăng) đốt cháy nhiên liệu. Nhiên liệu cháy làm áp suất và nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở, đẩy piston đi xuống. Kết luận: ở hành trình thứ hai của piston, trong xilanh thực hiện các quá trình: quét khí theo quán tính, thải khí theo quán tính, nén khí nạp mới trong xilanh, nạp khí nạp mới vào buồng trục khuỷu và bắt đầu quá trình cháy. b) Hoạt động của động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupáp thải Để nạp khí nạp mới vào xilanh có các cửa nạp (quét). Các cửa này được đóng, mở bằng piston. Để đưa khí nạp vào xilanh có máy nén khí. Để thải khí có xupáp thải. 1. Hành trình thứ nhất: piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, trong động cơ thực hiện các quá trình: - Thời gian đầu: do nhiên liệu cháy trong xilanh tạo ra áp suất và nhiệt độ cao làm môi chất công tác giãn nở đẩy piston đi xuống, ta thu được công có ích. - Khi piston đi xuống một khoảng mà ta thu được công có ích hiệu quả nhất, cơ cấu phân phối khí điều khiển mở xupáp thải, khí thải được thải tự do ra ngoài. 12 Khi mép trên piston mở cửa nạp (quét), khí nạp mới được đẩy vào xilanh qua các cửa quét, nó quét khí thải ra ngoài và chiếm chỗ trong xilanh. đây là quá trình quét khí. Kết luận: ở hành trình thứ nhất của piston, trong xilanh thực hiện các quá trình: thải khí tự do, quét khí và nạp khí nạp mới vào xilanh. 2. Hành trình thứ hai: piston đi từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính các khối lượng quay và cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu, trong xilanh thực hiện các quá trình: - Khi cơ cấu phân phối khí chưa đóng xupáp thải và piston chưa đóng cửa quét: tiếp tục quét khí và thải khí thải ra ngoài. - Khi piston đóng cửa nạp và cơ cấu phân phối khí chưa đóng xupáp thải: tiếp tục thải khí theo quán tính. - Khi cơ cấu phân phối khí đóng xupáp thải thì quá trình nén bắt đầu. Khi piston cách ĐCT một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu góc φ3, bơm cao áp và vòi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt (đối với động cơ diezel) làm nhiên liệu tự bốc cháy hay buji bật tia lửa điện (đối với động cơ xăng) đốt cháy nhiên liệu. Nhiên liệu cháy làm áp suất và nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở, đẩy piston đi xuống. Kết luận: ở hành trình thứ hai của piston, trong xilanh thực hiện các quá trình: quét khí, thải khí theo quán tính, nén khí nạp mới trong xilanh và bắt đầu quá trình cháy. 1.5. So sánh các loại động cơ đốt trong Ưu điểm của động cơ hai kỳ so với động cơ bốn kỳ: - Khi cùng kích thước xilanh, hành trình của piston, số vòng quay của trục khuỷu, động cơ hai kỳ có công suất gấp hai động cơ bốn kỳ (thực tế chỉ gấp 1,6 - 1,8 lần). - Cấu tạo đơn giản hơn. - Mô men quay đều hơn. Ưu điểm của động cơ bốn kỳ so với động cơ hai kỳ: - Các quá trình hoàn hảo nên hiệu suất cao hơn động cơ 2 kỳ. - Có thể tăng công suất dễ dàng bằng cách tăng áp. - Tính kinh tế cao hơn. 1.6. Sự làm việc của động cơ nhiều xilanh 1. Đặt vấn đề - Trục khuỷu động cơ quay không đều do 4 hành trình của piston mới có 1 lần sinh công. - Ở động cơ một xilanh khi piston, thanh truyền, trục khuỷu chuyển động xuất hiện lực quán tính lớn nên khó cân bằng và khả năng tăng tốc kém. - Động cơ thường dùng cần công suất lớn. Chế tạo động cơ một xilanh có kích thước lớn rất khó khăn và phức tạp. Động cơ nhiều xilanh được coi như nhiều động cơ một xilanh ghép lại với nhau, 13 ở đó có nhiều chi tiết làm liền thành khối như trục khuỷu, bloc xilanh. Để động cơ nhiều xilanh làm việc được đều và liên tục, tránh được nhược điểm của động cơ một xilanh, trục khuỷu, trục cam, phải đảm bảo cho các xilanh làm việc theo thứ tự nhất định. 2. Hoạt động của động cơ bốn xilanh một hàng Trước hết ta làm quen với khái niệm góc công tác δK và một số quy ước. + Góc công tác δK là góc lệch giữa hai cổ biên của hai xilanh làm việc kế tiếp nhau. Công thức: δK=180.τ/i trong đó, τ : là số kỳ của động cơ; i : là số xilanh trong động cơ. + Quy ước: thứ tự xilanh từ phía đầu đến phía đuôi (phần nắp với bánh đà) trục khuỷu. - Động cơ này được coi như bốn động cơ một xilanh với trục khuỷu chung nên trục khuỷu phải bố trí sao cho bốn xilanh làm việc theo trình tự nhất định. Trục khủyu của loại động cơ này thường bố trí như hình vẽ. Sau hai vòng quay cả bốn xilanh đều hoàn chỉnh một chu trình công tác. Ta có thứ tự nổ là 1 – 2 – 4 – 3. Tương tự ta có thể có thứ tự nổ 1 – 3 – 4 – 2 như bảng thứ tự dưới 14 3. Hoạt động của động cơ 6 xilanh một hàng. Thứ tự làm việc của các xilanh là 1-5-3-6-2-4. Để đảm bảo cho trục quay đều và tận dụng quá trình sinh công của các xilanh, trục khủyu thường bố trí như hình vẽ. Ta có bảng thứ tự làm việc của động cơ (bảng trên). 4. Động cơ 8 xilanh hai hàng chữ V: Câu hỏi thảo luận: 1. Trình bày cấu tạo chung của động cơ? 2. Thế nào là quá trình công tác, kỳ, ý nghĩa của tỷ số nén? 3. Nguyên lý làm việc của động cơ điezel 4 kỳ? 15 4. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ? 5. Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ quét khí ngang (quét vòng)? 6. Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupáp thải? 7. Tìm hiểu cách lập bảng diễn biến của các xylanh trong động cơ? 8. So sánh động cơ bốn kỳ và động cơ hai kỳ 16 Chương 2: CƠ CẤU THANH TRUYỀN – TRỤC KHUỶU 2.1. Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu Trong quá trình làm việc, có rất nhiều lực tác dụng lên cơ cấu thành truyền – trục khuỷu: - Lực khí thể PK; - Lực quán tính: + Lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến; + Lực quán tính của các khối lượng chuyển động quay; - Lực ly tâm; - Lực ma sát; ... Sự thay đổi áp suất tác dụng lên đỉnh piston đ-ợc xác định từ đồ thị công p -V ở dạng PK = f(x) hay PK = f(V). Từ đồ thị triển khai p - α ta tìm được tổng hợp lực tác dụng lên đỉnh piston: PƩ = PK + Pj + Pj - lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến quy về một đơn vị diện tích đỉnh piston; Pj = -m1.R.ω.(cosα + λcos2α) = Pj1 + Pj2 - λ = R/L - thông số kết cấu của động cơ. - R: Bán kính quay của trục khuỷu; - L: chiều dài thanh truyền. Phân tích lực PƩ ra các lực thành phần, ta có: - Lực ngang N tác dụng lên thành xilanh: N = PƩ . tg β - Lực tác dụng dọc theo thân thanh truyền: F = PƩ .1/cos β Ta chuyển điểm đặt lực F đến đầu to trục khuỷu và phân tích ra các lực thành phần T và K: T = PƩ .1/cos β. cos(α + β) - lực tiếp tuyến. Lực này sinh ra mômen quay. K = PƩ .1/cos β. sin(α + β) - lực pháp tuyến, tác dụng dọc theo má khuỷu. Lực quán tính của các khối lượng chuyển động quay quy dẫn về chốt khuỷu: P'j = m2 . R . ω2 m2 - các khối lượng chuyển động quay quy dẫn về chốt khuỷu; ω - vận tốc góc của trục khuỷu. 17 Tổng các lực tác dụng lên chốt khuỷu: Từ trên ta có mô men quay của trục khuỷu: M = T. R 2.2. Cấu tạo nhóm piston 2.2.1. Piston 1. Điều kiện làm việc Chịu các lực lớn tác dụng: + Lực khí thể, áp suất khí thể có thể tới 130 at, thay đổi theo chu kỳ. + Lực quán tính của nhóm piston. Lực này thay đổi cả về cường độ lẫn chiều tác dụng theo chu kỳ, các lực gây cho piston sự va đập và ứng suất lớn. Nhiệt độ cao do tiếp xúc với sản vật cháy (nhiệt độ có thể tới 2300 – 28000K). Nhiệt độ cao có thể gây các tác hại: + ứng suất nhiệt lớn có thể làm rạn, nứt piston. + Gây biến dạng làm bó kẹt piston trong xylanh. + Giảm sức bền của piston. + Giảm hệ số nạp của động cơ. + Làm phân huỷ dầu nhờn. + Có thể gây kích nổ đối với động cơ xăng. Chịu ma sát lớn do thiếu dầu bôi trơn và do lực ngang ép piston vào xylanh làm piston bị mài mòn. Piston luôn tiếp xúc với sản vật cháy nên bị ăn mòn. 2. Yêu cầu đối với piston - Dạng đỉnh piston phải tạo cho khí nạp có độ xoáy lốc hợp lý nhất, đảm bảo quá trình cháy tốt nhất và hình thành buồng cháy tốt nhất. - Tản nhiệt tốt để giảm ứng suất nhiệt và tránh kích nổ. - Khối lượng nhỏ để giảm quán tính. - Đủ bền và cứng vững để tránh biến dạng trong quá trình làm việc. - Đảm bảo bao kín buồng cháy, không bị cháy và tiêu hao dầu nhờn. - Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. 3. Vật liệu chế tạo Vật liệu chế tạo piston phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Có độ bền lớn cả ở nhiệt độ cao và tải trọng thay đổi. - Trọng lượng riêng nhỏ. - Hệ số giãn nở vì nhiệt nhỏ nhưng hệ số dẫn nhiệt lớn. - Chịu mài mòn tốt trong điều kiện bôi trơn kém và nhiệt độ cao. 18 - Chịu được ăn mòn hoá học của sản vật cháy. Các loại vật liệu thường dùng: - Gang xám hợp kim: Cɥ 24 - 44, Cɥ 15 - 32, Cɥ 28 - 48, G3000, G3500,... - Hợp kim nhôm AJI - 1, AJI 25, AJI - 30, AK10M2H,... 4. Cấu tạo của piston Ta có thể chia piston làm 3 phần chính: a) Đầu piston Là phần trên cùng của piston, cùng với xylanh và nắp xylanh tạo thành buồng cháy. Đỉnh piston có nhiều dạng: - Đỉnh bằng là loại phổ biến, có diện tích chịu nhiệt nhỏ nhất, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Loại này được sử dụng nhiều trong động cơ xăng và động cơ diezel có buồng cháy phân cách. 19 - Đỉnh lồi có độ cứng vững cao, ít kết muội than nhưng có diện tích chịu nhiệt lớn nên ảnh hưởng xấu đến hoạt động của piston. Loại này thường dùng cho động cơ xăng có buồng cháy chỏm cầu xupáp treo và động cơ xăng hai kỳ. - Đỉnh lõm có diện tích chịu nhiệt lớn nhưng tạo ra xoáy lốc cho khí nạp trong quá trình nén. Loại này thường dùng cho động cơ diezel có buồng cháy thống nhất, mặc dù đầu piston nặng và khó giải quyết vấn đề nhiệt cho séc măng nhưng tạo được chỉ tiêu kinh tế cao nên được sử dụng nhiều. Trên phần đầu piston có các rãnh lắp séc măng để bao kín buồng cháy. Số lượng séc măng phụ thuộc vào tốc độ của piston và loại động cơ: Rãnh séc măng dầu có khoan lỗ để đưa dầu nhờn trở về các te. Rãnh séc măng sâu hơn chiều dày của séc măng 0,05 - 0,15 mm để lắp séc măng dễ dàng và tránh bó kẹt séc măng trong rãnh. Để đảm bảo độ bền và tản nhiệt tốt, phía trong piston có các gân chịu lực. Có nhiều kiểu gân: gân ngang, gân song song,... Có thể làm thêm gân dọc theo bệ chốt piston. ở một số loại động cơ, người ta lắp vòng tránh nhiệt bằng thép hay cả vành đai lắp séc măng chế tạo bằng thép chịu nhiệt sau đó đúc vào đầu piston để đảm bảo bền cho đầu piston. Để tránh cho piston không bị bó kẹt trong xilanh khi động cơ làm việc, phần đầu piston thường làm dạng côn. 20 b) Thân piston: Là phần dưới rãnh xécmăng đầu cuối cùng ở đầu piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston trong xilanh và chịu lực ngang. Để dẫn hướng tốt, ít va đập, khe hở giữa thân piston và xilanh phải nhỏ. Vì vậy thiết diện của thân piston thường không phải hình tròn mà là ôvan, độ ôvan 0,15 0,20mm, trục lớn ở phía chịu lực ngang, hoặc vát ở hai phía bệ chốt piston để khi động cơ làm việc piston không bị bó kẹt trong xilanh. Chiều dài phần thân piston phụ thuộc loại động cơ: Động cơ diezel có lực ngang lớn nên thân thường dài hơn piston động cơ xăng. Nếu thân quá dài dẫn hướng tốt nhưng piston sẽ nặng và tổn thất do ma sát lớn. Nếu thân quá ngắn tác dụng dẫn hướng kém. Đối với động cơ hai kỳ, thân piston phải đủ dài để khi piston lên đến điểm chết trên nó vẫn đóng kín cửa thải và cửa quét nhưng lại mở cửa nạp để nạp khí nạp mới vào cacte. Trong quá trình làm việc piston chịu lực ngang và lực ma sát nên có xu hướng quay quanh chốt. Nếu lỗ chốt đặt chính giữa chiều dài thân piston thì áp suất của piston nén lên xilanh sẽ không đều. Do đó bệ chốt thường làm cao hơn trọng tâm của phần thân piston. Vị trí của bệ chốt piston tính từ dưới lên: (0.6 ÷ 0.74)*H. H: Chiều cao của piston. Để thân piston ít bị mòn, người ta phủ một lớp thiếc mỏng 0.004 ÷ 0.006mm. c. Chân piston: Thường có vành đai để tăng cường độ cứng vững cho piston. Là nơi để điều chỉnh trọng lượng của piston. 21 Đối với một số động cơ diezel phần đuôi piston còn có các rãnh lắp xécmăng dầu. 2.2.2. Chốt piston 1. Nhiệm vụ Chốt piston là chi tiết nối piston với thanh truyền, truyền lực tác dụng của khí thể lên piston cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu. 2. Điều kiện làm việc Chốt piston chịu lực khí thể và lực quán tính lớn, thay đổi theo chu kỳ sinh va đập. Nhiệt độ của chốt piston cao (> 373 K), khó xoay trong bệ chốt nên bôi trơn kém, dễ bị mòn. 3. Yêu cầu đối với chốt piston Do chốt piston làm việc trong điều kiện như vậy nên yêu cầu phải có độ bền và cứng vững cao, bề mặt phải đảm bảo cứng, bóng để chống mài mòn, trong ruột phải đủ dẻo để tránh gẫy và chống mỏi. Chốt phải có khối lượng nhỏ để giảm lực quán tính. 4. Vật liệu chế tạo Thường dùng các loại thép hợp kim có hàm lượng các bon thấp: 20, 20X, 15XA, 12XH3A, 15XMA, 18XHMA... 5. Kết cấu và lắp ghép chốt piston Chốt piston có kết cấu đơn giản là một ống thép, mặt ngoài là hình trụ trơn, được tôi cứng và mài bóng; mặt trong có thể là hình trụ thẳng, trụ bậc hoặc côn. Hình 2.7. Một số dạng chốt piston Các phương pháp lắp ghép chốt piston với thanh truyền. + Cố định chốt piston lên bệ. + Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền. + Lắp tự do (dạng bơi). 2.2.3. Secmăng 1. Nhiệm vụ Bao kín buồng cháy phải dùng xecmăng. - Secmăng khí: Bao kín buồng cháy, không cho khí cháy lọt xuống cacte. - Secmăng dầu: Không cho dầu nhờn sục lên buồng cháy. 22 2. Điều kiện làm việc - Chịu nhiệt độ cao: Do tiếp xúc với khí cháy, do piston truyền nhiệt cho xilanh qua secmăng và do ma sát giữa secmăng với thành xilanh. - Chịu lực va đập lớn: Ngay cả khi động cơ không làm việc secmăng vẫn chịu ứng suất uốn. - Chịu mài mòn. - Chịu ăn mòn hoá học. 3. Vật liệu chế tạo secmăng Có khả năng chịu mòn tốt ở ma sát tới hạn. Có hệ số ma sát nhỏ với thành xilanh. Có sức bền và đàn hồi cao, ổn định ở nhiệt độ cao. Có khả năng rà khít với mặt xilanh nhanh chóng. * Vật liệu thường dùng: - Ngày nay secmăng khí dùng gang xám hợp kim. - Gang có tổ chức perlit nhỏ mịn, trên nền perlit cơ bản đó phân bố đều các hạt graphít. Trong gang pha thêm một số nguyên tố hợp kim như niken, vonphram, crôm, phốt pho, titan,... để cải thiện cơ, lý tính của gang. 4. Kết cấu của secmăng Secmăng khí: đơn giản chỉ là vòng kim loại hở miệng, kết cấu của secmăng chỉ khác nhau ở kích thước và tiết diện ngang. Một số tiết diện của séc măng. 23 Miệng của secmăng có nhiều dạng: - Miệng cắt thẳng: thông dụng, đơn giản nh-ng lọt khí nhiều. - Miệng cắt chéo: ít lọt khí đ-ợc dùng cho các động cơ tốc độ thấp. - Miệng cắt bậc: bao kín tốt, khó cắt, dùng cho động cơ tốc độ thấp. - Miệng secmăng động cơ hai kỳ có rãnh cố định không cho secmăng xoay, tránh gẫy. Khe hở miệng secmăng ở một số động cơ: 24 Secmăng dầu: Nếu không có secmăng dầu thì trong quá trình làm việc secmăng khí có tác dụng như một bơm để bơm dầu bôi trơn lên buồng đốt. Secmăng dầu gồm các loại: - Secmăng đơn: secmăng là một chi tiết. Dùng cho đa số các loại động cơ. Các loại secmăng có thiết diện khác nhau nhưng đều nhằm mục đích tăng áp suất tiếp xúc trên thành xilanh. - Secmăng tổ hợp: gồm một số vòng thép ghép lại với nhau thành secmăng. Loại này dùng cho một số loại động cơ xăng GAZ, ZIL,... 2.3. Nhóm thanh truyền Mục đích: giúp sinh viên nắm đ-ợc nhóm thanh truyền gồm những bộ phận nào. Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo và cấu tạo của từng bộ phận đó? Nhiệm vụ: Truyền lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston cho trục khuỷu để làm quay trục khuỷu. - Biến chuyển động tịnh tiến của piston trong quá trình sinh công thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu, để ta có thể đ-a công ra ngoài và biến chuyển động quay tròn của trục khuỷu trong các quá trình không sinh công thành chuyển động tịnh tiến lên xuống của piston trong các quá trình không sinh công để thực hiện các quá trình công tác của động cơ. 2.3. Thanh truyền 1. Điều kiện làm việc 25 Khi động cơ làm việc thanh truyền chịu tác dụng của các lực sau: + Lực khí thể trong xilanh. + Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston. + Lực quán tính của chính thanh truyền. Đầu nhỏ thanh truyền chịu lực quán tính của nhóm piston, đầu to chịu lực quán tính của cả nhóm piston và thanh truyền, thân thanh truyền chịu nén và chịu uốn trong mặt phẳng lắc. Các lực tác dụng lên thanh truyền luôn thay đổi cả về chiều và cường độ theo chu kỳ gây va đập và làm thanh truyền bị mỏi. - Ma sát giữa đầu nhỏ thanh truyền với chốt piston và đầu to thanh truyền với trục khuỷu làm cho thanh truyền bị mài mòn. - Nhiệt tác dụng lên thanh truyền không đáng kể. - Sự ăn mòn thanh truyền không đáng kể do thanh truyền đ-ợc bảo vệ trong hơi dầu bôi trơn. 2. Yêu cầu đối với thanh truyền - Phải có độ bền và cứng vững cao để tránh biến dạng khi làm việc. - Phải đảm bảo nhẹ để giảm lực quán tính. - Đầu nhỏ và đầu to có khả năng chịu mài mòn với chốt piston và trục khuỷu. - Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. 3. Vật liệu chế tạo Các loại động cơ tốc độ thấp có thể dùng thép các bon kết cấu: 30, 40, 45,... Các loại động cơ ô tô, máy kéo chế tạo bằng thép hợp kim 45T2, 40XH, 30XH3A, 18XH3A,... 4. Cấu tạo thanh truyền Ta có thể chia thanh truyền thành 3 phần: a. Đầu nhỏ: lắp ghép với chốt piston, kết cấu phụ thuộc kích thước chốt piston và phương pháp lắp ghép chốt piston. Đầu nhỏ thanh truyền phải đảm bảo độ cứng vững cao tránh biến dạng khi động cơ làm việc. Phần tiếp giáp giữa đầu nhỏ và thân thanh truyền phải có góc lượn đủ lớn để tránh ứng suất tập trung. 26 Để đầu nhỏ không bị mài mòn, trong lỗ đầu nhỏ có lắp bạc đồng để giảm ma sát với chốt piston. Để bôi trơn cho bạc, trên đầu nhỏ có khoan các lỗ hay phay các rãnh hứng dầu. - Khi chốt lắp cố định trên đầu nhỏ thanh truyền, kết cấu đầu nhỏ phụ thuộc phương pháp cố định chốt. Loại này giờ gần như không dùng. Đối với động cơ hai kỳ tốc độ cao và khó bôi trơn thường dùng ổ bi đũa. Khi đó lỗ trong đầu nhỏ thanh truyền phải chế tạo chính xác và có độ cứng, độ bóng cao để tránh mài mòn. - Trong một số loại động cơ lớn, người ta không dùng chốt piston mà đầu nhỏ làm dạng chỏm cầu. 27 b) Thân thanh truyền Chiều dài thanh truyền phụ thuộc thông số kết cấu λ: λ = R/L R - bán kính quay của trục khuỷu. L - chiều dài thanh truyền. Thiết diện ngang thanh truyền có nhiều dạng: Dạng tròn: dùng cho động cơ tĩnh, tốc độ thấp. Loại này dễ chế tạo nh-ng sử dụng vật liệu không hợp lý. Loại tiết diện chữ I được sử dụng trong đa số động cơ hiện nay. Chiều cao h đều từ trên xuống dưới. Chiều rộng b tăng dần từ đầu nhỏ đến đầu to. Loại tiết diện hình chữ nhật, ô van thường dùng cho các loại động cơ nhỏ. Để bôi trơn cho bạc đầu nhỏ, ở một số loại động cơ người ta khoan lỗ dọc thân thanh truyền. c. Đầu to thanh truyền 28 Kích thước đầu to phụ thuộc kích thước cổ trục thanh truyền (cổ tay biên) và hải đảm bảo các yêu cầu sau: - Có độ cứng vững cao. - Kích thước nhỏ để giảm quán tính. - Chỗ chuyển tiếp giữa thân và đầu to phải có góc lượn đủ lớn để tránh ứng suất tập trung. - Dễ lắp ghép cụm piston – thanh truyền với trục khuỷu. Hầu hết đầu to thanh truyền của động cơ ô tô, máy kéo được cắt thành 2 nửa, nửa trên liền với thân, còn nửa dưới làm rời gọi là nắp thanh truyền. Nắp được lắp với thanh truyền bằng bu lông hay gujông. Nắp thanh truyền có thể cắt ngang hay cắt chéo. Khi nắp cắt chéo, giữa nắp và thân phải có chốt định hay xẻ rãnh răng cưa hoặc gờ để bu lông không bị cắt. Để giảm kích thước đầu to thanh truyền (khoảng cách giữa hai lỗ bulông thanh truyền), người ta sử dụng một số biện pháp: - Tăng số bulông mỗi bên để giảm đường kính từng bulông. - Cắt chéo mặt lắp ghép giữa nắp và thanh truyền. - Dịch tâm các lỗ bulông lại gần nhau, có tr-ờng hợp khoan lẹm vào bạc để có thêm tác dụng phụ là định vị bạc. - Dùng chốt côn để lắp ghép hai nửa đầu to thanh truyền. Trường hợp này khó gia công, khó lắp ráp, điều chỉnh và cạo rà bạc lót. 29 Giữa đầu to thanh truyền và cổ trục khuỷu, ở động cơ có lắp bạc lót để giảm ma sát. Đối với các loại động cơ nhỏ, động cơ xe máy do dùng trục khuỷu ghép, đầu to thanh truyền làm liền thành một khối, liền với thân thanh truyền, nên có thể bố trí ổ lăn để giảm ma sát, nhưng nó làm tăng khối lượng đầu to thanh truyền và lắp ráp khó khăn. 2.4. Trục khuỷu 2.4.1. Nhiệm vụ Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất, có khối lượng lớn (7 ÷ 15% khối lượng động cơ), chịu cường độ làm việc lớn, giá thành cao nhất của động cơ (25 ÷ 30% giá thành động cơ). Nhiệm vụ của nó là nhận lực khí thể tác dụng lên piston qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của thanh truyền thành chuyển động quay của trục để đưa công suất ra ngoài. 2.4.2. Điều kiện làm việc - Trong quá trình động cơ làm việc, trục khuỷu chịu lực tác dụng rất phức tạp: + Lực khí thể. + Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston – thanh truyền. + Lực quán tính chuyển động quay của đầu to thanh truyền và của chính trục khuỷu. Những lực này có cường độ thay đổi làm cho trục khuỷu bị va đập; gây cho trục khuỷu ứng suất kéo, nén, uốn, xoắn; gây ra dao động dọc và dao động xoắn làm động cơ rung động, mất cân bằng. - Ma sát trên bề mặt cổ trục lớn gây làm các cổ trục bị mài mòn. Khi thiếu dầu bôi trơn sẽ sinh nhiệt rất lớn làm hỏng bề mặt cổ trục. 2.4.3. Yêu cầu đối với trục khuỷu - Có độ bền lớn, độ cứng vững cao. - Cân bằng, không gây ra dao động cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng. - Gia công chính xác. - Bề mặt cổ trục có độ nhám thấp và độ cứng cao tránh mài mòn. - Kết cấu đảm bảo tính cân bằng của cả động cơ. - Khối lượng nhỏ. - Đơn giản, dễ chế tạo. 2.4.4. Vật liệu chế tạo - Đối với các loại động cơ tốc độ thấp, động cơ tĩnh có thể dùng các loại thép các bon kết cấu, thép hợp kim thấp: 35, 40, 45, 35T2, 45T2,... - Đối với các loại động cơ tĩnh tốc độ cao, động cơ tàu thuỷ có thể dùng các loại thép 40XH, 20XHMA, 18XHMA,... 30 - Đối với các loại động cơ tốc độ cao, động cơ cường hoá, động cơ ô tô - máy kéo có thể dùng thép 30XMA, 40XH, 50XHMA, 25XH4BA,... 2.4.5. Phân loại trục khuỷu Theo hình thức kết cấu ta có thể chia trục khuỷu thành: + Trục khuỷu nguyên: là trục mà các bộ phận cổ trục, má khuỷu, đối trọng,... làm liền với nhau thành một khối. + Trục khuỷu ghép: các bộ phận của trục được làm rời sau lắp ghép lại với nhau hoặc trục khuỷu được làm thành một số đoạn rồi ghép lại với nhau bằng các mặt bích. Hình 2.18. Trục khuỷu nguyên và các phần của nó 1- đầu trục; 2- cổ trục thanh truyền; 3- cổ trục chính; 4- má khuỷu; 5- đối trọng; 6- đuôi trục; 7- lỗ dầu bôi trơn; 8- đệm hãm; 9- vành khống chế độ dơ dọc; 10- đệm hãm; 11- bánh răng dẫn động trục cam; 12- nắp tr-ớc động cơ; 13- puly dẫn động bơm n-ớc; 14- êcu khởi động a. Đầu trục khuỷu: Có cấu tạo dạng trục bậc, có rãnh then để lắp bánh răng hay puly dẫn động trục cam, puly bơm nước, quạt gió, máy nén khí,... đầu trục có ê cu răng sói để hãm puly và quay động cơ bằng tay quay (đối với động cơ nhỏ, trung bình). Trong 31 những động cơ tăng áp, trên đầu trục còn có các cơ cấu phụ để dẫn động bơm tăng áp, bơm quét khí,... b. Cổ trục khuỷu: Cổ trục khuỷu thường có đường kính bằng nhau, được tính toán theo sức bền và điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, thời gian sử dụng,... Có loại đừờng kính cổ trục tăng dần từ đầu đến đuôi trục để đảm bảo khả năng chịu lực và sức bền cổ trục đồng đều hơn, nhưng loại này phức tạp cho gia công, lắp ráp và nhất là cho sửa chữa nên ngày nay không dùng. Để giảm trọng lượng của trục và đảm bảo bôi trơn tốt cho cổ trục, ở một số loại động cơ người ta làm cổ trục rỗng, hai đầu được bịt bằng các nút ren, có lỗ ngang để dẫn dầu bôi trơn cho bề mặt làm việc. c. Chốt khuỷu (cổ trục thanh truyền): Là phần để lắp ráp với đầu to thanh truyền. Đường kính chốt khuỷu được tính toán để đảm bảo đủ bền nhưng có kích thước và trọng lượng nhỏ để giảm lực quán tính. Tăng chiều dài chốt khuỷu sẽ làm giảm độ cứng vững của trục, giảm chiều dài chốt sẽ làm tăng áp lực lên bề mặt chốt khuỷu. 32 d. Má khuỷu: Là bộ phận nối liền cổ trục với má khuỷu, ở chỗ tiếp giáp giữa má khuỷu với cổ trục và chốt khuỷu phải có góc lượn đủ lớn để tránh ứng suất tập trung gây gãy trục, nhưng nếu góc lượn quá lớn sẽ làm chiều dài bề mặt làm việc của trục giảm. Bán kính góc lượn r = (0,06 ÷ 0,08).dch Hình dáng má khuỷu phụ thuộc loại động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quay của trục. - Má khuỷu hình chữ nhật: - Loại má tròn đơn giản: - Loại má hình ô van phân bố ứng suất đều nhất. Để giảm tải trọng do quán tính, giảm mài mòn piston, xilanh người ta có xu hướng giảm tỷ số S/D và để tăng độ bền và cứng vững cho trục khuỷu người ta làm tăng đường kính cổ trục chính DCT và đường kính cổ trục thanh truyền dch do đó cổ trục và chốt khuỷu có độ trùng điệp: R – bán kính quay của trục khuỷu. Khi có độ trùng điệp ε, ta có thể giảm chiều dày má khuỷu do độ bền của trục tăng lên. Đối với một số loại động cơ, để đơn giản kết cấu, ta sử dụng ngay má khuỷu đồng thời làm đối trọng cho trục khuỷu. 33 Đối với một số loại động cơ lớn, người ta dùng ngay cổ trục chính vừa làm má khuỷu, vừa làm đối trọng. Khi đó cho phép sử dụng ổ lăn thay bạc. Loại này kết cấu đơn giản, giảm ma sát cho trục khi động cơ làm việc. e. Đối trọng: Đối trọng của trục khuỷu có tác dụng cân bằng các lực và mô men quán tính không cân bằng của động cơ (chủ yếu là lực quán tính ly tâm; đôi khi còn để cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến trong động cơ chữ V). - Giảm phụ tải cho cổ trục, nhất là cổ giữa của trục. - Trục khuỷu không phải là cứng vững tuyệt đối, thân động cơ cũng bị biến dạng nên cần có đối trọng để cân bằng làm động cơ ít rung động. Trong các loại động cơ thường dùng các loại đối trọng: - Đối trọng làm liền với má khuỷu thường dùng cho các loại trục của động cơ xăng, động cơ cỡ nhỏ. - Đối trọng làm rời rồi bắt chặt với má khuỷu bằng bu lông. Loại này thường dùng cho động cơ diezel. g. Đuôi trục Là bộ phận để lắp ráp với các chi tiết của cơ cấu truyền dẫn công suất ra ngoài như bánh đà, khớp nối, bánh đai,... Đuôi trục khuỷu có hai loại: loại dùng mặt bích để lắp bánh đà và loại đuôi côn. 34 Đuôi trục dùng mặt bích để lắp bánh đà có ưu điểm là mối ghép chắc chắn, dễ tháo lắp, nhưng có nhược điểm là việc chặn dầu bôi trơn khó khăn do không thể dùng phớt vòng. Để khắc phục nhược điểm này, ngày nay ở nhiều loại động cơ, người ta dùng loại mặt bích nhỏ, đủ để lắp bánh đà và có thể lắp phớt vòng để chắn dầu. Bánh đà với trục khuỷu phải đảm bảo cân bằng khi động cơ làm việc nên khi lắp ráp phải chú ý không lắp sai vị trí bánh đà với trục khuỷu. Do đó mặt bích đuôi trục có chốt định vị hay các lỗ bu lông khoan không đối xứng. Loại kết cấu này được sử dụng cho hầu hết các loại động cơ của các phương tiện vận tải và ở nhiều lĩnh vực khác. - Trục khuỷu có đuôi côn: có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ định vị bánh đà. Nhưng loại này có nhược điểm là khó bố trí các chi tiết dẫn động công suất ra ngoài. Loại này chủ yếu dùng cho các loại động cơ tĩnh. Trên đuôi trục có thể có thêm các bộ phận sau: - Bánh răng dẫn động các cơ cấu phụ. - Vành chắn dầu, thường đồng thời là vành chắn dịch chuyển dọc của trục khuỷu. - Ren hồi dầu, thường là ren trái để đẩy bớt dầu trở về. - Đuôi trục của động cơ ô tô, máy kéo làm rỗng để lắp ổ bi làm gối tựa cho đầu trục sơ cấp hộp số. 2.5. Bánh đà Nhiệm vụ: Bánh đà là chi tiết tích trữ năng lượng sinh ra trong quá trình sinh công để bù đắp phần năng lượng thiếu hụt trong các hành trình tiêu hao công làm cho trục quay đều và giảm biên độ dao động của trục khuỷu. 35 Nó còn có tác dụng rất lớn trong động cơ có tỷ số nén cao, số xylanh ít và khởi động bằng phương pháp quán tính. Có thể chia bánh đà thành 3 dạng : - Bánh đà dạng đĩa: Dùng cho hầu hết các loại động cơ ô tô máy kéo. Nó có dạng đĩa tròn, có chiều dày đồng đều. Phần moay ơ có các lỗ thoát dầu và các lỗ để lắp với mặt bích ở đuôi trục khuỷu, có lỗ định vị. Phía ngoài bánh đà được ép vành răng để khởi động. Vành răng được chế tạo rời và ép nóng vào bánh đà. Một mặt của bánh đà chính là bề mặt ma sát để truyền lực cho ly hợp. Nó tạo ra mô men nên chỉ phù hợp với các loại động cơ nhiều xy lanh, tốc độ cao. - Bánh đà dạng vành: Là một vành tròn bằng kim loại được nối với moay ơ bằng các nan hoa hoặc các tấm mỏng. Loại này thường lắp với đuôi trục hình côn có then định vị. Loại này tạo ra mô men bánh đà lớn, mà khối lượng nhỏ. Nhưng kích thước bánh đà lớn, không thể dùng cho động cơ ô tô máy kéo. Nó chỉ có thể được sử dụng cho một số động cơ tĩnh lại. - Bánh đà dạng chậu: Kết cấu chỉ khác bánh đà dạng đĩa là có thêm vành kim loại bên ngoài đúc liền với đĩa. Loại này tạo ra mô men bánh đà lớn, có độ bền cao, dùng nhiều cho động cơ diezel. 36 2.6. Thân máy 2.6.1. Nhiệm vụ của thân máy Thân máy là chi tiết cố định có khối lượng lớn, kết cấu phức tạp, là nơi lắp đặt các cơ cấu, bộ phận của động cơ. Khối lượng thân máy chiếm tới 30 - 60% thậm chí 50 - 70% khối l-ợng toàn bộ động cơ. 2.6.2 Điều kiện làm việc - Chịu lực lớn và phức tạp: lực PK, lực quán tính của piston, thanh truyền, trục khuỷu, trọng lượng của bản thân thân động cơ, lực cản từ các máy công tác. - Chịu nhiệt độ cao do nhiên liệu cháy. - Chịu mài mòn: thành xilanh, ổ đỡ trục khuỷu, ổ đỡ trục cam, - Chịu ăn mòn hóa học do khí cháy, do nước làm mát. 2.6.3. Yêu cầu đối với thân máy - Có đủ độ bền và độ cứng vững để chịu được tải trọng lớn và nhiệt độ cao. - Dễ dàng tháo, lắp, điều chỉnh các cơ cấu, hệ thống lắp trên thân máy. - Đảm bảo các yêu cầu đặc biệt: lưu thông khí nạp, khí thải, lưu thông nước làm mát tốt,... - Có khối lượng nhỏ. - Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. 2.6.4. Vật liệu chế tạo Gang xám CЧ 24 – 44, СЧ 15 – 32, СЧ 28 – 48, G2500, G3000, G3500,... dùng đúc thân và nắp xy lanh, nhất là động cơ diezen. - Hợp kim nhôm: dùng đúc các loại thân máy kiểu vỏ thân, thân động cơ loại nhỏ. - Thép: thép tấm, thép hình: chế tạo thân động cơ cỡ lớn. 2.6.5. Phân loại Kết cấu của thân máy phụ thuộc vào kiểu động cơ, công suất, cách làm mát, bố trí của cơ cấu phân phối khí,... 37 Hình 2.: Sơ đồ cấu tạo thân động cơ 1. Nắp chắn bụi; 2. Nắp xilanh; 3. Thân xilanh; 4. Hộp trục khuỷu; 5. Các te; 6. Đáy dầu - Theo kết cấu ta có thể chia thân máy thành: + Kiểu thân liền: có thân xy lanh (bloc xy lanh), hộp trục khuỷu, cacte, đáy dầu làm liền thành một khối. Loại này sử dụng cho một số loại động cơ tĩnh, động cơ cỡ nhỏ. + Kiểu thân xy lanh hộp trục khuỷu: có bloc xy lanh và hộp trục khuỷu làm liền thành một khối, đáy dầu làm rời và to, thay cả cacte. Loại này sử dụng hầu hết cho các loại động cơ ô tô, máy kéo, tàu thuỷ cỡ nhỏ. + Kiểu thân rời: các phần làm rời rồi ghép lại với nhau. Có loại làm thân xy lanh rời cho từng xy lanh hay cụm một số xy lanh. 2.6.6. Thân máy kiểu thân xy lanh, hộp trục khuỷu Đặc điểm kết cấu: - Loại thân này không dùng cacte mà động cơ được đặt trên bệ bằng các giá đỡ. - Ổ trục khuỷu chia làm 2 nửa, nửa trên liền với thân máy, nửa d-ới làm rời và lắp vào nửa trên bằng các bu lông. Ở loại này trục khuỷu lắp dạng treo. Để nắp không xê dịch ngang, nắp được định vị bằng hai mặt hông. Một số động cơ tĩnh, tàu thuỷ dùng loại thân này thì không có ổ trục, ổ trục gắn liền với đế máy, trục khuỷu lắp dạng đặt. - Mặt trên của thân gia công phẳng, chính xác để lắp ghép với nắp xy lanh. Động cơ một hàng, thân xy lanh có một khối (bloc) xy lanh. ở động cơ 2 hàng chữ V thân xy lanh gồm 2 khối trái và phải liên kết với nhau trong hộp trục khuỷu chung. 38 Hình 2. Thân máy kiểu thân xilanh - hộp trục khuỷu (vỏ thân chịu lực) của động cơ dùng supáp treo 1- ổ trục khuỷu; 2- ổ trục cam; 3, 4, 5- đ-ờng dầu bôi trơn; Khi thân động cơ đúc bằng hợp kim nhôm hay động cơ hình chữ V, các xy lanh được đúc dạng ống rồi ép vào thân động cơ (ta gọi là lót xy lanh). Xy lanh được tựa vào vai trên và vai dưới trong vách ngăn của vỏ thân, phía ngoài của lót xy lanh được tiếp xúc với nước làm mát. Hình 2. . Thân máy kiểu thân xilanh - hộp trục khuỷu (vỏ thân chịu lực của động cơ chữ V) 39 1- mặt phân chia ổ trục; 2, 3, 4- đ-ờng dẫn dầu bôi trơn; 5- mặt phân chia hộp trục khuỷu Ở động cơ dùng xupáp đặt, một bên thân máy bố trí các đường thải, nạp và có các ổ đặt xupáp. Ở phía đó của thân máy có bố trí hộp xu páp, trong đó bố trí các chi tiết của cơ cấu phân phối khí. Phía dưới bố trí hốc đặt con đội. Trên các vách ngăn của bloc xy lanh có bố trí các ổ đỡ trục khuỷu và các ổ đỡ trục cam. Phía trước thân động cơ được gia công phẳng để lắp ghép với nắp bánh răng trục cam. Phía sau gia công phẳng để lắp ghép với vỏ ly hợp. Vỏ ly hợp là chi tiết không lắp lẫn giữa các thân động cơ. Hình 3.4. Thân máy kiểu thân xilanh - hộp trục khuỷu (xilanh chịu lực) của động cơ dùng supáp đặt Ở đa số các loại động cơ, dọc theo thành cạnh thân máy nơi tiếp giáp bloc xilanh với hộp trục khuỷu có khoan lỗ dọc thân để dẫn dầu bôi trơn tới các ổ trục khuỷu và các ổ đỡ trục cam. Động cơ làm mát bằng nước, xung quanh xy lanh phải có khoang trống để chứa nước làm mát (áo nước). Động cơ làm mát bằng không khí phía ngoài thân xy lanh có bố trí các cánh tản nhiệt (thường ít dùng loại thân này). 40 Ưu điểm: Loại thân này có độ cứng vững cao vì nó như một khối kim loại hình hộp được gia công bằng các bản, các gân chắc chắn. - Số bề mặt lắp ghép ít nên gia công đơn giản. Do kết cấu dạng khối liền như vậy mà vỏ thân và các vách ngăn không cần làm dày, tiết kiệm được vật liệu. Về mặt sức bền thì vỏ thân có thể rất mỏng, chỉ đảm bảo yêu cầu đúc được. 2.6.7. Thân rời Đối với các động cơ lớn, việc chế tạo thân máy kiểu thân xy lanh hộp trục khuỷu rất khó nên thường dùng loại thân rời. Loại này dùng cho động cơ tĩnh và tàu thuỷ; động cơ ô tô, máy kéo có công suất lớn. Thân máy có thể làm riêng cho từng xy lanh hoặc làm chung cho một nhóm xy lanh hay tất cả xy lanh của động cơ. Loại làm mát bằng gió thường làm rời cho từng xylanh. Khi động cơ dùng thân rời, cũng có thể dùng lót xy lanh, có thể lót khô hay lót ướt. 2.7. Lót xylanh 2.7.1. Nhiệm vụ Là chi tiết dạng ống lắp vào thân máy với mục đích kéo dài tuổi thọ của thân máy. Kết cấu của thân máy phụ thuộc nhiều vào kiểu lót xy lanh. Ta có thể có lót xylanh khô, ướt hoặc không dùng lót xy lanh. - Mặt trong của lót xylanh được gia công chính xác, có độ bóng cao gọi là gương xy lanh. Độ côn và độ ô van ≤ 0,01 ÷ 0,06 mm (D = 80 ÷ 450 mm). 2.7.2. Điều kiện làm việc + Chịu tải trọng cơ học lớn. + Chịu nhiệt độ cao. + Bị mài mòn và ăn mòn. 2.7.3. Yêu cầu + Có đủ sức bền để chịu được áp suất khí thể. + Chịu mòn tốt. + Tổn thất ma sát ít khi piston và secmăng trượt trên gương xy lanh. + Không bị ăn mòn hoá học trong nhiệt độ cao. + Không bị rò nước xuống đáy dầu. + Giãn nở tự do theo hướng trục. 2.7.4. Vật liệu chế tạo 41 + Gang xám như secmăng: CЧ 18 – 36, СЧ 24 – 44, СЧ 28 – 48, G3000, G4000, ASTM class 40,... Để nâng cao tính chịu mòn, ở một số loại động cơ ng-ời ta mạ một lớp crôm xốp nên mặt gương xy lanh. + Thép nitơ hoá (dùng lót ngắn). 2.7.5. Cấu tạo lót xylanh khô - Lót xy lanh khô là ống lót lắp trong lỗ xylanh, mặt ngoài của lót gia công cẩn thận để lắp khít với lỗ xylanh, khe hở 0,01- 0,05mm, không trực tiếp với nước làm mát. - Mặt trên của vai nhô cao hơn mặt trên của thân xy lanh 0.025 ÷ 0,11mm để khi lắp nắp xylanh vai được ép chặt. Ưu điểm: - Có độ cứng vững lớn nên lót xylanh có thể làm mỏng. - Không sợ rò nước xuống đáy dầu. Hình 2. . Lót xilanh của động cơ a, b- lót xilanh -ớt; c, d- lót xilanh khô 1, 3- mặt lắp ghép của lót xilanh; 2- g-ơng xilanh; 4- vai tựa; 5- áo n-ớc làm mát; 6- đệm nắp máy; 7- lót xilanh; 8- bloc xilanh; 9- đệm làm kín; 10- ống lót ngắn; 11- đệm đồng - Ở một số động cơ phần trên của xy lanh mòn nhanh, người ta ép ống lót ngắn bằng thép chịu nhiệt, chịu mài mòn. - Khi dùng loại lót này thân máy phức tạp hơn. 2.7.6. Cấu tạo lót xy lanh ướt. - Lót xy lanh ướt là loại ống lót lắp vào vỏ thân, mặt ngoài trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát. Một số yêu cầu: - Khi làm việc không được xoay nhưng có thể giãn nở tự do theo chiều trục. - Đảm bảo không rò nước, lọt khí. Kết cấu: là một ống kim loại (gang), có vai tựa, có các bề mặt để định vị đảm bảo cho tâm xylanh vuông góc với tâm trục khuỷu, vai có thể ở các vị trí khác nhau. 42 - Khi lắp ghép, mặt trên của lót cao hơn bề mặt lắp ghép của thân máy với nắp xy lanh 0,05 - 0,15mm để đảm bảo lót được ép chặt. - Thân ống lót có các rãnh để lắp các gioăng cao su chắn nước. Số lượng và cách bố trí tuỳ thuộc loại động cơ. Ưu điểm: - Thân xy lanh dạng vỏ thân nên đơn giản, dễ chế tạo. - Khi xy lanh mòn, hỏng thay thế dễ dàng. - Làm mát tốt, không làm động cơ quá nóng. Nhược điểm: - Khó bao kín, dễ bị rò nước xuống đáy dầu. - Độ cứng vững nhỏ hơn của lót xy lanh khô. 2.8. Nắp xylanh 2.8.1. Nhiệm vụ - Là chi tiết đậy kín một đầu xylanh phía điểm chết trên, cùng với piston và xy lanh tạo thành buồng đốt của động cơ. - Là nơi lắp đặt nhiều chi tiết, bộ phận khác của động cơ: buji (vòi phun), cơ cấu xupap, giảm áp, buji sấy nóng, các chi tiết của hệ thống làm mát,... - Đối với động cơ dùng su páp treo còn là nơi bố trí các đường thải, nạp, buồng cháy... 2.8.2. Điều kiện làm việc - Chịu áp suất lớn, áp suất khí cháy có thể tới 40 at đối với động cơ xăng, tới 120 - 130 at đối với động cơ điêzel. - Chịu nén ban đầu khi xiết nắp xy lanh. - Chịu nhiệt độ cao. Động cơ xăng tới 2500C (làm mát bằng nước), 3000C (làm mát bằng gió), động cơ diesel tới 4500C. - Bị ăn mòn hoá học trong môi trường nhiệt độ cao. 2.8.3. Yêu cầu - Tạo ra buồng cháy hợp lý nhất để quá trình cháy của động cơ được tốt nhất. - Đảm bảo lưu thông dòng khí nạp và thải tốt, tạo điều kiện cho việc nạp đầy và thải sạch trong quá trình thay đổi khí. - Có đủ độ bền và độ cững vững để khi chịu tải trọng nhiệt và tải trọng cơ học lớn không bị biến dạng. - Dễ dàng tháo, lắp và điều chỉnh các cơ cấu, bộ phận lắp trên nó. - Đảm bảo đậy kín xy lanh, không bị lọt khí, rò nước. 43 - Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo. - Đối với động cơ xăng phải tản nhiệt nhanh tránh các hiện tượng cháy không bình thường của động cơ. 2.8.4. Vật liệu chế tạo - Động cơ diezen làm mát bằng chất lỏng, nắp xy lanh được đúc bằng gang hợp kim: CЧ15 – 32 СЧ 18 – 36 СЧ 21 – 40 СЧ 24 – 44, G3000, G250, G350,... - Nắp động cơ làm mát bằng gió đúc bằng hợp kim nhôm. - Nắp động cơ xăng hầu hết bằng hợp kim nhôm АЛ - 1, АЛ - 13, АЛ - 25,... đảm bảo tản nhiệt tốt tránh hiện tượng cháy kích nổ, tạo điều kiện tăng được tỷ số nén. 2.8.5. Kết cấu chung a. Nắp máy của động cơ xupáp treo. - Kết cấu như một hộp kim loại, trong có các khoang trống chứa nước làm mát, các đường nước làm mát được thông với đường nước làm mát ở thân động cơ. Hình 2. . Nắp xilanh động cơ xăng 44 Hình 2. . Nắp xilanh động cơ điêzel 1- gujông; 2- êcu; 3- mặt để gá ống hút; 4- mặt gá ống dẫn n-ớc làm mát; 5- lỗ bắt vòi phun; 6- gujông; 7- gujông; 8- vít; 9- nửa d-ới của buồng đốt; 10- họng buồng đốt; 11- buồng xoáy lốc; 12- ống hút; 13,14- ống dẫn n-ớc làm mát; 15- mặt gá ống xả; 16- gujông; 17- bulông - Trên mặt nắp máy phía xy lanh có các hốc lõm tạo thành buồng cháy. - Có các vị trí để lắp đặt supáp, lỗ luồn đũa đẩy, lỗ luồn bu lông hay gujông. - Có các đường thải, nạp thông từ buồng cháy ra ngoài. - Có các lỗ ren để lắp buji (động cơ xăng) hay các lỗ gia công chính xác, phía ngoài có các gujông để lắp vòi phun (ở động cơ diezen). Ở một số loại động cơ hiện nay, trục cam bố trí ngay trên nắp xilanh, do đó trên nắp máy có các ổ đỡ để lắp trục cam. b. Nắp máy dùng supáp đặt (chỉ có ở động cơ xăng): Nắp xilanh kết cấu đơn giản, không có các đường thải, nạp và đế supáp vì chúng đã được bố trí ở thân máy. 45 Hình 2. . Nắp xilanh của động cơ dùng supáp đặt - Mặt dưới của nắp máy được gia công chính xác để lắp ghép với mặt trên của thân máy. - Động cơ làm mát bằng chất lỏng cũng có các khoang trống để chứa nước làm mát. Động cơ làm mát bằng không khí phía ngoài có các cánh tản nhiệt. Nắp máy được lắp ghép với bloc xilanh bằng các bulông hay các gujông. Để đảm bảo làm kín buồng cháy giữa nắp máy và thân động cơ có bố trí đệm nắp máy. ở một số động cơ 2 kỳ không có đệm nắp máy mà thân xy lanh và nắp xilanh được gia công chính xác để tránh lọt khí. 46 Chương 3: CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 3.1. Khái quát về cơ cấu phân phối khí 3.1.1. Nhiệm vụ Cơ cấu phân phối khí dùng để điều khiển sự đóng mở các cửa nạp, thải thực hiện quá trình thay đổi khí: thải sạch khí thải khỏi xilanh, nạp đầy khí nạp mới vào xilanh tương ứng các quá trình xẩy ra trong xilanh để động cơ làm việc được liên tục. 3.1.2. Yêu cầu đối với cơ cấu phân phối khí + Đóng mở các đường thải nạp đúng thời gian quy định. + Độ mở các cửa phải lớn để dòng khí lưu thông tốt. + Đóng kín các đường nạp, thải; các supap, van... không mở tự do. Đảm bảo nạp đầy khí nạp mới vào xilanh, thải sạch khí thải ra khỏi xilanh. + ít mòn, làm việc không ồn. + Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. + Dễ điều chỉnh, sửa chữa. 3.1.3. Phân loại Trong động cơ đốt trong dùng các loại cơ cấu sau: + Cơ cấu dùng supap: được dùng trong hầu hết các loại động cơ 4 kỳ. + Cơ cấu dùng van trượt: có tiết diện lưu thông lớn, dễ làm mát, ít ồn nhưng kết cấu phức tạp, hiện nay không dùng ở động cơ 4 kỳ. Ở động cơ 2 kỳ, piston đóng vai trò van trượt đóng mở các cửa nạp, thải, quét làm nhiệm vụ thay đổi khí. + Cơ cấu hỗn hợp: vừa dùng van trượt, vừa dùng supap được dùng ở động cơ 2 kỳ quét thẳng, cửa nạp được đóng mở bằng piston, supap để thải khí thải. 3.2. Cơ cấu phân phối khí dùng supáp 3.2.1. Cơ cấu phân phối khí bố trí supáp đặt Supáp nạp và thải được đặt dưới thân máy và được đóng kín trên đế nhờ lò xo supap. Trục cam được dẫn động từ trục khuỷu qua cặp bánh răng, qua con đội các cam của trục sẽ tác động lên các supáp trong quá trình thay đổi khí. Giữa supap và con đội có khe hở tránh cho supap bị kênh khi các chi tiết giãn nở nhiệt (khe hở nhiệt). Khe hở này được điều chỉnh bằng bulông trên đầu con đội. 47 Hình 3.1. Cơ cấu phân phối khí dùng supáp đặt 1- supáp; 2- ống dẫn h- ớng; 3- lò xo supáp; 4-đĩa tựa supáp; 5- con đội; 6- ống dẫn con đội; 7-trục cam; 8- bulông điều chỉnh; 9- móng hãm; 10- bloc xilanh Hoạt động: Khi động cơ làm việc trục khuỷu quay, qua cặp bánh răng dẫn động làm trục cam quay theo. Khi vấu cam tỳ nên con đội sẽ nâng con đội lên tỳ vào đuôi supap. Sau khi khắc phục khe hở nhiệt con đội nén lò xo và mở supap thực hiện quá trình thay đổi khí của động cơ. Khi đỉnh vấu cam rời con đội, dưới tác dụng của lực lò xo supap được đóng chặt trên đế, kết thúc quá trình thay đổi khí. 3.2.2. Cơ cấu phân phối khí bố trí supap treo Hình 3.2. Cơ cấu phân phói khí dùng supáp treo Cơ cấu này được cấu tạo bởi một số chi tiết: trục cam được dẫn động từ trục khuỷu thông qua các cặp bánh răng hay bánh xích, đai răng. Con đội có nhiều dạng nhận truyền 48 động từ trục cam truyền cho đũa đẩy tới đuôi cò mổ. Cò mổ được xoay quanh trục của nó, một đầu tỳ lên đuôi supap. Supap được đóng kín trên đế nhờ lò xo và các chi tiết hãm. Hoạt động: Khi động cơ làm việc, trục khuỷu quay, qua hệ thống dẫn động làm trục cam quay. Khi vấu cam tỳ vào và nâng con đội lên, qua đũa đẩy, đuôi cò mổ bị đẩy lên làm đầu cò mổ tỳ vào đuôi supap. Sau khi khắc phục khe hở nhiệt, lò xo supap bị nén lại và supap mở ra ứng với thời điểm thay đổi khí của động cơ. Khi đỉnh vấu cam rời khỏi con đội, dưới tác dụng của lò xo supap đóng chặt trên đế, các chi tiết lại trở lại vị trí tự do. Ưu điểm của các phương án bố trí supap: Bố trí supap đặt: Giảm được chiều cao động cơ, nắp xilanh đơn giản, dẫn động supap đơn giản và dễ dàng. Nhược điểm: buồng cháy lớn, diện tích chịu nhiệt lớn, sức cản của dòng khí nạp và thải cao, ... làm tính kinh tế của động cơ kém và không tăng được tỷ số nén. Chỉ dùng cho một số loại động cơ tốc độ thấp. Động cơ dùng supap treo: Thể tích buồng cháy gọn, cho phép tăng được tỷ số nén, giảm được tổn hao trên đường nạp, thải. Hầu hết động cơ điezel dùng loại này. Ngày nay động cơ xăng cũng chủ yếu dùng supap treo. Loại này có kết cấu, dẫn động phức tạp hơn so với cơ cấu dùng supap đặt, nắp xilanh phức tạp, chiều cao của động cơ tăng. 3.3. Kết cấu một số chi tiết của cơ cấu phân phối khí 3.3.1. Supap a) Nhiệm vụ: đóng, mở các cửa nạp, thải của động cơ trong thời điểm phù hợp với pha phân phối khí. b) Điều kiện làm việc - Mặt tán supap chịu lực lớn: lực khí thể tới 10000-20000N, ở động cơ cường hoá có thể đến 30000N. - Tán supap bị va đập với đế supap trong quá trình làm việc. - Tán supap tiếp xúc với khí cháy có nhiệt độ cao, động cơ xăng tới 800-8500C, diezel 500-600oC. Dòng khí thải có nhiệt độ tới 110-1200C (động cơ xăng), 700-9000C (động cơ diezel). - Tốc độ dòng khí thải lớn (tới 400-600m/s) làm supap (nhất là supap thải) bị ăn mòn và quá nóng. - Do tiếp xúc với sản vật cháy có chứa các hợp chất hoá học nên các supap dễ bị ăn mòn. c) Vật liệu chế tạo Supap thải dùng các loại thép hợp kim X9C2, 4X9C2, X10CM, X12H7C, 40CX10MA,... 49 Để tiết kiệm vật liệu quý, ở một số loại động cơ tán supap làm bằng thép chiụ nhiệt và hàn vào thân supap làm bằng thép 40X hay 40XH. Supap nạp dùng thép hợp kim Crom hay Crom-niken: 4CX, 37XC, 40XH, 50XH, 40XHMA,... d) Kết cấu supap Ta có thể chia supap làm 3 phần. - Nấm supap (tán supap): Mặt làm việc quan trọng là mặt côn, có góc α = 15o - 450. Khi góc α quá nhỏ độ cứng vững kém làm cho tán supap dễ bị cong vênh. Khi góc α lớn, mặt nấm supap dầy hơn, bền hơn. Thường dùng : Supap nạp α = 30o Supap thải α = 45o Tán supap có các kiểu: Hình 3.3. Kết cấu supáp * Tán bằng: chế tạo đơn giản, có thể dùng cho xupap nạp và thải. Đa số động cơ dùng loại này. * Tán lõm: có thể cải thiện việc lưu thông của dòng khí nạp vào xi lanh, tăng độ cứng vững cho supap. Loại này khó chế tạo, diện tích chịu nhiệt lớn. * Tán lồi: cải thiện tốt việc lưu thông của dòng khí thải, nhưng chế tạo khó. - Thân supap: Phải có đường kính hợp lý để dẫn hướng tốt, chịu lực nghiêng khi đóng mở. Khi đẫn động supap bằng con đội hay cò mổ: dt = (0,16 - 0,25)dn Khi dẫn động trực tiếp bằng trục cam: dt =(0,30 - 0,40)dn dn: đường kính tán supap. + Để tránh cho supap quá nóng, ở một số động cơ cường hoá người ta làm thân rỗng, trong chứa Na để làm mát cho supap. 50 + Phần tiếp giáp giữa thân và tán supap có góc lượn đủ lớn để tránh ứng suất tập trung và làm đường kính thân nhỏ lại tránh kẹt. + Chiều dài thân supap tuỳ thuộc cách bố trí supap, nhưng phải chọn đủ lớn để lắp ống dẫn hướng và lò so supap. Thường chọn: lt = (2,5-3,5)dn Hình 3.4. Kết cấu đuôi supáp và ph-ơng pháp lắp ghép với lò xo su páp - Đuôi supap: Là nơi lắp ghép với đĩa lò xo. Nó có thể có nhiều dạng: + Lắp bằng ren với đĩa lò xo. + Lắp bằng móng hãm: đuôi supap có rãnh để lắp móng hãm, có thể rãnh trụ, côn hoặc làm nhiều rãnh. + Hãm lò xo bằng chốt. Ở động cơ dùng supap treo để tránh supap rơi vào trong xilanh, ở dưới rãnh lắp móng hãm, có loại phay một rãnh nhỏ để lắp vòng hãm. Mặt đầu của supap được tôi cứng, có khi tráng lên một lớp thép hợp kim cứng hay chụp một nắp bằng thép cứng để tránh mài mòn. Ở một số động cơ để đảm bảo cho tán supap mòn đều, có lắp cơ cấu xoay supap (Zil130). Cấu tạo và hoạt động của cơ cấu xoay supap: Cơ cấu xoay supap được cấu tạo bởi vỏ cố định, trong rãnh nghiêng của vỏ có bố trí các viên bi cùng các lò xo, lò xo đĩa và vòng đệm tựa cùng vòng hãm. Cơ cấu xoay supap đ-ợc lắp trong hốc của nắp xilanh cùng với ống dẫn hướng supap. Một đầu của lò xo supap 51 được tỳ lên vòng đệm tựa. Khi supap đóng chặt trên đế, áp lực của lò xo không lớn lắm, lò xo đĩa uốn cong cạnh ngoài lên trên, còn cạnh trong tỳ lên gờ của vỏ, lúc này các viên bi đ-ợc lò xo đẩy về phía tận cùng của rãnh nghiêng. Hình 3.5. Cơ cấu xoay supáp 1. Lò xo, 2. Thân supap, 3. Bạc dẫn hướng, 4. Lò xo đĩa, 5. Bi trượt, 6. Vỏ bọc, 7. Nắp xy lanh, 8. Đế, 9. Lò xo hồi vị, 10. Rãnh trượt Khi mở supap, áp lực của lò xo supap tăng sẽ tác dụng lên lò xo đĩa qua đệm tựa làm lò xo đĩa duỗi thẳng. Khi đó cạnh trong của lò xo đĩa rời khỏi gờ của vỏ, tỳ lên các viên bi. Kết quả làm cho các viên bi lăn trong rãnh nghiêng của vỏ cơ cấu, làm cho lò xo đĩa cùng với đệm tựa và lò xo supap xoay đi một góc. Khi supap đóng, áp lực lò xo supap lên lò xo đĩa giảm, nó lại cong lên như ban đầu, giải phóng các viên bi. Dưới tác dụng của lò xo các viên bi lại bị đẩy về phía tận cùng của rãnh. Khi đó supap đóng trên đế với vị trí khác ban đầu. e) Số lượng và cách bố trí supap 52 Ở các loại động cơ ngày nay ta có nhiều cách bố trí các supap cùng tên trong một xilanh: + Các động cơ trung bình và nhỏ (D > 120mm) thường bố trí hai supap (1 nạp, 1 thải) cho một xilanh. Supap có thể bố trí thành 1 dãy hoặc 2 dãy. Khi bố trí 2 dãy không tận dụng được nhiệt độ khí thải để xấy khí nạp. Loại này dùng cho động cơ điezel để tăng được hệ số nạp, làm cho đường nạp, thải đơn giản. Hình 3.6. Sơ đồ bố trí 2 hàng supáp và dẫn động bằng trục cam trên nắp máy + Động cơ lớn có thể dùng 4 supap cho một xilanh: 2 nạp, 2 thải. Các supap cùng tên thành 1 dãy hay 2 dãy. Nếu bố trí thành 1 dãy phải dùng 2 trục cam để dẫn động cho supap nhưng các supap không quá nóng, quá trình nạp, thải thuận tiện hơn. 3.3.2. Lò xo xupap - Dùng để đóng kín supap trên đế và đảm bảo cho supap chuyển động theo đúng quy luật của cam phân phối. - Lò xo làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi đột ngột. - Vật liệu thường dùng là C65, C65A, 65T. - Lò xo thường dùng là lò xo trụ, hai đầu mài phẳng để lắp ghép. 53 Hình 4.7. Lò xo supáp và các biện pháp chống dao động cộng hưởng của lò xo Số vòng lò xo: thường từ 4-10 vòng bước xoắn giống nhau. - Để tránh cộng hưởng gây gẫy lò xo, ở một số loại động cơ hiện nay dùng nhiều lò xo hoặc lò xo có bước xoắn khác nhau, ở giữa bước lớn hơn, cho một supap. 3.3.3. Đế supap Bố trí trên nắp xilanh hay blôc xilanh. Đế supap thải hay tất cả các supap khi nắp xilanh bằng hợp kim nhôm, được chế tạo rời dạng vành bằng thép chịu nhiệt hay gang đặc biệt rồi ép chặt vào hốc đặt supap của thân máy (động cơ dùng supap đặt) hay nắp máy (động cơ dùng supap treo) để đảm bảo tăng tuổi thọ cho thân máy hay nắp máy. Miệng đỡ supap được gia công chính xác với các góc côn nhất định phù hợp với góc công tác của supap đảm bảo không bị lọt khí ra khỏi xilanh khi supap đóng. Hình 3.8. Đế supáp 3.3.4. Ống dẫn hướng supap Là chi tiết dẫn hướng cho supap, đảm bảo supap đóng chính xác trên miệng đỡ supap. Ống dẫn hướng supap ở hầu hết các động cơ được chế tạo bằng gang xám hợp kim hoặc kim loại bột và ép chặt vào nắp xilanh hay thân động cơ, sau đó được gia công chính 54 xác đảm bảo khe hở giữa thân supap và ống dẫn hướng 0,05-0,09mm (đối với supap hút) hay 0,08-0,12mm (đối với supap xả). Hình 4.9. ống dẫn h-ớng supáp 3.3.5. Con đội Là chi tiết truyền lực tác dụng từ trục cam đến supap hay cho đũa đẩy. Trong các động cơ hiện nay sử dụng rất nhiều dạng con đội. Hình 3.10. Các dạng con đội của cơ cấu phân phối khí và sơ đồ xoay supáp - Con đội hình nấm: có loại nấm phẳng, nấm lồi. - Con đội hình trụ. - Con đội dạng con lăn. - Con đội dạng đòn bẩy. Con đội được chế tạo bằng thép hoặc gang, các bề mặt làm việc được tôi cứng, mài bóng để giảm ma sát, giảm cường độ mài mòn. 55 Ở một số động cơ để con đội mòn đều con đội hình nấm được đặt lệch tâm so với đỉnh cam để khi tán con đội trượt trên đỉnh cam sẽ làm cho con đội xoay một góc. Ở động cơ dùng supap đặt, đầu con đội được khoan và tarô ren để lắp bulông điều chỉnh khe hở nhiệt. Để giảm ồn và làm việc với độ tin cậy cao, một số loại động cơ dùng con đội thuỷ lực. Khi dùng con đội loại này ta không cần điều chỉnh khe hở nhiệt supap. Hình 4.11. Con đội thuỷ lực Cấu tạo con đội thuỷ lực: Trong vỏ của con đội 8 có piston 3, có đĩa tựa 2 cho đũa đẩy. Piston luôn được đẩy lên phía trên nhờ lò xo 7, hành trình của piston được khống chế bằng vòng hãm 1. Ở không gian phía dưới piston trên nắp 6 có van một chiều 4 cùng với lò xo 5. Trong piston và phần dưới của thân con đội chứa đầy dầu được đưa từ đường dầu bôi trơn qua lỗ 9 trên thân con đội. Khi supap đóng, lò xo 7 đẩy piston lên phía trên tỳ vào đũa đẩy và khắc phục hoàn toàn khe hở nhiệt. Khi con đội được nâng lên, áp lực từ đũa đẩy tác dụng lên piston tăng lên và piston bị đẩy xuống phía dưới tương đối với thân con đội. Khi áp suất dầu trong thân con đội tăng lên làm van một chiều 4 đóng, khi đó tất cả các chi tiết của con đội thành một khối không chịu nén và đẩy đũa đẩy mở supap. Khi con đội đi xuống, áp suất dầu trong thân con đội giảm van 4 mở ra và dầu đ-ợc điền đầy vào thân con đội, nhờ đó khắc phục khe hở nhiệt của supap khi các chi tiết giãn nở vì nhiệt. 3.3.6. Đũa đẩy Là chi tiết trung gian truyền lực tác dụng từ con đội lên đuôi cò mổ. 56 Chi tiết này chỉ có với các động cơ dùng supap treo, và trục cam bố trí dưới thân động cơ. Đũa đẩy là chi tiết có kết cấu đơn giản, dạng ống bằng thép, 2 đầu lắp 2 đầu mút được tôi cứng để chống mài mòn. Đầu trên của đũa đẩy tỳ vào đuôi cò mổ, đầu dưới tỳ vào con đội. 3.3.7. Cò mổ Hình 4.12. Đũa đẩy và cò mổ Chỉ có ở động cơ dùng supap treo, là chi tiết làm thay đổi hướng chuyển động từ trục cam. Cò mổ được chế tạo bằng gang hay bằng thép, được lắp trên trục cò mổ trên nắp xilanh. Một đầu của cò mổ được tỳ vào đuôi supap và đầu kia tỳ vào đũa đẩy. Để điều chỉnh khe hở nhiệt, ở đầu tỳ vào đũa đẩy được bố trí vít điều chỉnh cùng với êcu hãm. \3.3.8. Trục cam Là chi tiết đảm bảo sự đóng, mở của supap đúng thời điểm cần thiết và theo đúng thứ tự làm việc của động cơ để các quá trình trong xilanh diễn ra tuần tự và đúng đắn. Trên trục cam có các vấu cam nạp và xả, số lượng vấu cam bằng số lượng supap của động cơ. Có các cổ trục, có bánh răng dẫn động cho bơm dầu, có cam lệch tâm dẫn động cho bơm xăng (đối với động cơ xăng). Ở một số loại động cơ hiện nay dùng nhiều xupáp cho một xilanh, do đó có thể dùng nhiều trục cam cho một động cơ, có thể dùng trục cam điều khiển toàn bộ xupáp nạp và trục cam điều khiển toàn bộ xupáp thải. Góc lệch giữa các vấu cam cùng tên phụ thuộc vào số lượng, cách bố trí xilanh của động cơ và thứ tự làm việc của động cơ. 57 Hình 4.13. Một số dạng trục cam của động cơ Ở động cơ một hàng xilanh: λ = 36/i i: số xilanh của động cơ. Trục cam được chế tạo bằng thép, các cổ trục và các vấu cam được tôi cứng và mài bóng để giảm cường độ mài mòn. Ở đa số các động cơ các vấu cam làm liền với trục. Ở một số động cơ lớn vấu cam được làm rời và lắp lên trục bằng then. Prophin của vấu cam phải đảm bảo việc đóng mở supap được êm dịu và có thời gian mở supap đủ lớn để đảm bảo nạp đầy khí nạp mới và thải sạch khí thải ra khỏi động cơ. Ở các động cơ chữ V trục cam bố trí giữa 2 dãy xilanh để dẫn động cho tất cả các supap của động cơ. Các cam bố trí phụ thuộc vào số xilanh, thứ tự làm việc của động cơ và góc lệch giữa 2 hàng xilanh. Việc khống chế khe hở dọc trục của trục cam ở hầu hết các động cơ được thực hiện bằng mặt bích đỡ chặn nắp bằng bulông với thân máy và có khe hở cần thiết với mặt đầu của cổ trục thứ nhất. ở một số động cơ việc khống chế khe hở dọc trục bằng bulông điều chỉnh. - Trục cam bố trí trên thân máy hoặc trong hộp trục khuỷu: thường dẫn động bằng bánh răng. Có thể dùng một cặp (nếu khoảng cách nhỏ) hay phải thêm các bánh răng trung gian (khi khoảng cách lớn). Dẫn động kiểu này có ưu điểm là bền, êm, dẫn động chính xác. Nhưng nếu phải thêm nhiều bánh răng trung gian sẽ làm cho thân máy phức tạp. 58 Hình 3.13. ổ chắn dọc trục cam 1- bánh răng cam; 2- bích chắn; 3- bulông hãm bích; 4- vòng chắn; 5- trục cam; 6- vít điều chỉnh khe hở dọc trục; 7- vành tựa trên trục cam; 8- ổ đỡ trục cam; 9- nút hãm; 10-nút trượt; 11- nút tỳ Dùng đai răng: khi khoảng cách giữa trục cam và trục khuỷu lớn. - Khi trục cam bố trí trên nắp xilanh có thể dùng xích răng hay trục trung gian với các cặp bánh răng côn để dẫn động. Hình 4.14. Các phương án dẫn động trục cam a- dẫn động bằng 1 cặp bánh răng; b- dẫn động bằng nhiều cặp bánh răng; c- dẫn động bằng đai răng; d- dẫn động bằng các cặp bánh răng côn; e- dẫn động bằng xích 59 Truyền động xích có ưu điểm là gọn, nhẹ truyền động được xa nhưng đắt. Khi phụ tải và tốc độ thay đổi xích dễ bị rung động, sau một thời gian làm việc xích dơ, rão làm thay đổi pha phân phối khí, do đó phải dùng cơ cấu căng xích. Dẫn động cho trục cam nếu từ đầu trục khuỷu dễ làm cho hệ thống dẫn động chịu dao động xoắn làm lệch pha phân phối khí và chịu thêm tải trọng phụ do dao động xoắn gây nên. Nếu dẫn động trục cam từ đuôi trục khuỷu tránh được hiện tượng trên nh-ng làm cho kết cấu động cơ phức tạp. Do đó đa số động cơ hiện nay vẫn dẫn động trục cam từ đầu trục khuỷu. 60 Chương 4: HỆ THỐNG LÀM MÁT 4.1. Giới thiệu chung về hệ thống làm mát Hình 4.1. Hệ thống làm mát trên động cơ 4.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát Tản nhiệt từ động cơ ra ngoài. Đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định ở nhiệt độ nhất định. Khi động cơ làm việc, nhiên liệu cháy tạo ra nhiệt, nắp xilanh có thể tới 4500C, piston có thể tới 2300 - 28000K. Nếu không có bộ phận thu nhiệt từ các chi tiết của động cơ thải ra ngoài môi trường, các chi tiết của động cơ có thể bị quá nhiệt làm cho chúng giảm độ bền dẫn đến nhanh hỏng. Khi nhiệt độ quá cao làm dầu bôi trơn biến chất mất khả năng bôi trơn làm cho các chi tiết mòn nhanh hơn. Nếu nhiệt độ động cơ càng cao, hệ số nạp càng giảm, ảnh h-ởng đến hoạt động của động cơ. 4.1.2. Phân loại hệ thống làm mát Theo cách thu và truyền nhiệt từ động cơ ra ngoài, ta có: - Hệ thống làm mát bằng không khí. Loại này cấu tạo đơn giản, ít chi tiết. Phía ngoài thân máy, nắp máy có các cánh tản nhiệt, xung quanh động cơ có thể có nắp che để h-ớng luồng gió làm mát. Ở một số loại động cơ có bố trí thêm quạt gió dẫn động từ trục khuỷu để tăng cường làm mát cho động cơ. Hệ thống làm mát loại này chủ yếu sử dụng cho động cơ nhỏ. - Hệ thống làm mát bằng chất lỏng: Hệ thống này được chia thành nhiều kiểu: 61 + Hệ thống làm mát bằng đối lưu tự nhiên. + Hệ thống làm mát bằng bốc hơi. + Hệ thống làm mát cưỡng bức: cưỡng bức một vòng tuần hoàn, cưỡng bức hai vòng tuần hoàn. Hệ thống làm mát bằng chất lỏng được sử dụng nhiều cho đa số các loại động cơ hiện nay. 4.1.3. Kết cấu của hệ thống làm mát bằng chất lỏng Hệ thống này cấu tạo bởi các bộ phận: - Áo nước: khoảng không gian xung quanh xy lanh, xung quanh các điểm nóng trên nắp xy lanh, chứa chất lỏng làm mát, làm nhiệm vụ thu nhiệt từ xy lanh và từ nắp xylanh. - Bơm nước: Đưa chất lỏng làm mát từ két làm mát vào áo nước của động cơ. - Két làm mát là nơi nhiệt của chất lỏng làm mát toả ra không khí. - Quạt gió: tăng cường sự tản nhiệt của két nước. - Van hằng nhiệt: đảm bảo giữ cho nhiệt độ của nước làm mát trong động cơ ở một giá trị nhất định. Hình 5.2. Hệ thống làm mát bằng chất lỏng a - Làm mát bằng đối l-u tự nhiên; b - Làm mát cưỡng bức. 1 - Lõi của két làm mát; 2 - Quạt gió; 3 - Cánh che gió; 4 - Bình nước trên; 5 - Nắp két nước; 6 - ống thông hơi; 7 - ống dẫn nước trên; 8 - áo nước trên nắp xy lanh; 9 - áo nước trong thân động cơ; 10 - ống dẫn nước vào động cơ; 11 - Bình nước dưới; 12 - nút xả nước; 13 - van hơi; 14- van hằng nhiệt; 15 - nhiệt kế; 16 - ống chia nước; 17 - bơm nước; 18 - ống dẫn nước về bơm. - Các đường ống dẫn đưa chất lỏng làm mát từ két làm mát tới bơm và động cơ và từ động cơ ra két làm mát. Ở hầu hết các loại động cơ làm mát bằng cưỡng bức, nước làm mát được lưu thông theo hai vòng tuần hoàn: vòng tuần hoàn nhỏ (khi nước nguội) và vòng tuần hoàn lớn (khi nước đã nóng). 62 Hoạt động: Khi động cơ làm việc nước được bơm hút từ bình nước lạnh của két làm mát đẩy vào áo nước xung quanh xi lanh. Tại đây nước thu nhiệt của động cơ và đi lên nắp xilanh tiếp tục thu nhiệt và ra khỏi động cơ. Khi nhiệt độ nước làm mát chưa cao, van bằng nhiệt đóng đường ra két làm mát, mở đường xuống bơm, nước quay trở về bơm và tiếp tục đi vào động cơ để làm cho động cơ nóng nhanh đến nhiệt độ cần thiết. Khi động cơ nóng đến nhiệt độ nhất định, van hằng nhiệt mở dần để đưa nước ra két làm mát và van chỉ mở hoàn toàn khi n-ớc đạt tới nhiệt độ quy định. Tại két làm mát nước toả nhiệt cho không khí, nguội đi và lại được bơm đưa vào động cơ tiếp tục đi làm mát. Ở các loại động cơ trước đây, khi động cơ làm việc quạt gió quay tăng cường độ tản nhiệt ở két làm mát. Nhưng ở một số loại động cơ ngày nay, quạt gió được dẫn động riêng (có khi dùng động cơ điện), nó chỉ làm việc khi nhiệt độ nước đạt tới giá trị cho phép. 4.2. Kết cấu các bộ phận của hệ thống làm mát 4.2.1. Két nước Hình 4.3. Két nước và các chi tiết của nó. a - Két nước. 1- Lõi két nước; 2 - Bình nước trên; 3 - Thanh kéo điều khiển cửa sổ; 4- Nắp két nước; 5,8 - Các thanh cố định; 6 - Hệ thống đòn kéo; 7- Bình nước dưới. Cấu tạo bởi 3 phần chính: - Bình nước trên (bình nước nóng), chế tạo bằng đồng thau, là nơi chứa nước nóng, có chỗ nối với ống dẫn nước từ nắp xy lanh. Ở bình trên có lỗ đổ nước, đậy bằng nắp có kết cấu đặc biệt, giữ cho áp suất trong két nước ở giá trị nhất định, đảm bảo nước không sôi, không bị hao hụt, giữ được nhiệt độ nhất định cho nước làm mát. 63 Bình nước dưới (bình nước lạnh), chế tạo bằng đồng thau, là nơi chứa nước lạnh, có chỗ nối với ống dẫn nước tới bơm nước. - Giữa bình trên và dưới là bộ phận tản nhiệt gồm nhiều ống nhỏ bằng đồng, được hàn với các cánh tản nhiệt đảm bảo diện tích toả nhiệt lớn (tới 15 - 25m2). Kết cấu phần tản nhiệt có nhiều kiểu nhưng thông dụng hơn cả là dạng ống ô van hàn với các lá tản nhiệt. Các ống có thể bố trí thành hàng hay bố trí so le. Để đảm bảo cho két làm mát đủ bền xung quanh két làm mát có gông bằng thép, có bố trí các lỗ để bắt với khung xe. Để tăng cường độ tản nhiệt từ két nước, ở mặt két nước phía động cơ có bộ phận hướng luồng gió từ quạt gió. 4.2.2. Bơm nước Có nhiệm vụ tạo ra sự lưu thông nước để làm mát cho động cơ được tốt. Hình 4.4. Bơm nước a - Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của bơm: 1 - vỏ bơm; 2 - cánh bơm; 3 - trục bơm; 4,5 - các đường ống dẫn; b - Bơm nước và quạt gió của động cơ D240: 1- quạt gió; 2 - moayơ puly; 3- then; 4 - trục bơm; 5 - puly bơm nước; 6 - vòng hãm; 7 - vú mỡ; 8 - đệm có lò xo; 9 - cánh bơm; 10 - bulông; 11 - đệm kín; 12 - vòng đệm; 13 - phớt chắn nước; 14 - vỏ bơm; 15 - vòng bi; 16 - dây đai thang; 17 - phớt chắn nước. Bơm nước dùng trên động cơ hầu hết là bơm ly tâm. Mặt đầu của vỏ bơm nước đẩy nước ra lắp với thân động cơ, trục của bơm được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu cùng với quạt gió. 64 Ở một số động cơ ngày nay bơm nước được làm rời và dẫn động bằng điện. Kết cấu bơm nước gồm một số chi tiết cơ bản: vỏ bơm bằng nhôm hay gang, có đường ống dẫn nước vào, trục cùng với mặt bích lắp moay ơ quạt gió được đặt trên 2 ổ bi. Cánh bơm được đúc bằng gang, nhôm hay nhựa được lắp ở đầu trong của trục. Hoạt động: Khi động cơ làm việc trục bơm quay. Nước từ bình nước lạnh ở két làm mát được đưa và khu vực trung tâm của bơm. Tại đây dưới tác dụng của lực ly tâm do cánh bơm tạo ra nước được đẩy ra thành của vỏ và theo lỗ trên thân động cơ vào áo nước làm mát cho động cơ. 4.2.3. Quạt gió Có nhiệm vụ tăng cường dòng khí qua két làm mát đẻ tản nhiệt nhanh từ két nước ra không khí. Quạt gió được dẫn động bằng 2 cách: - Dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu. - Dẫn động bằng động cơ điện riêng biệt. Trong phương pháp thứ nhất ta lại có: - Dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu: quạt gió luôn quay khi trục khuỷu quay. - Dẫn động gián tiếp quá khớp nối điện từ hay khớp dầu. Hình 4.5. Sơ đồ điều khiển mô tơ quạt két nước. Hoạt động của quạt gió: * Dẫn động qua khớp điện từ: Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, rơ le nhiệt ngắt nguồn điện, puly quay nhưng cánh quạt không quay. Khi nhiệt độ nước cao, rơ le đóng mạch điện, cuộn dây thành nam châm điện hút lõi thép đóng quạt gió quay. 65 Hình 4.6. Dẫn động quạt gió bằng khớp dầu * Dẫn động qua khớp dầu: Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, vòng lò xo bimetal tách quạt gió với puly làm cho quạt không quay. Khi nhiệt độ nước cao nhờ vòng lò xo bimetal giãn nở gài cánh quạt với puly, lúc này quạt gió mới quay. Trong phương pháp thứ 2 ta có hai kiểu điều khiển (hình 104). - Dùng rơ le nhiệt. - Điều khiển theo chương trình. 4.2.4. Van hằng nhiệt Dùng để tăng nhanh nhiệt độ nước làm mát của động cơ đến nhiệt độ làm việc và giữ cho động cơ ở nhiệt độ làm việc nhất định bằng cách thay đổi lưu lượng nước làm mát qua két. Van hằng nhiệt có 2 loại: loại dùng hoạt chất là chất lỏng và loại dùng hoạt chất là chất rắn. * Van hằng nhiệt dùng hoạt chất là chất lỏng (hình 4.7). 66 Hình 5.7. Van hằng nhiệt với hoạt chất là chất lỏng. Van cấu tạo bởi vỏ là hộp xếp bằng đồng 1 với ty đẩy và 2 van: van chính (8) và van phụ (5). Trong hộp xếp chứa chất dễ bay hơi, thường dùng là hỗn hợp r-ợu êtylic và ê te hoặc 1/3 rượu êtylic và 2/3 nước cất. Ty đẩy bố trí phía trên của hộp và nối liền với các van 8 và 5. Phần dưới của hộp được đặt trong vỏ của van 3. Van hằng nhiệt được đặt trên đường ra của nước làm mát trên nắp xilanh. Hoạt động: Khi nhiệt độ nước làm mát chưa cao, hộp xếp co lại, các van ở vị trí dưới cùng và van chính đóng đường nước ra két làm mát, van phụ mở để nước quay trở lại bơm làm cho nhiệt độ nước làm mát tăng nhanh đến nhiệt độ làm việc. Khi nhiệt độ nước đạt giá trị nhất định chất lỏng trong hộp xếp giãn nở, bốc hơi làm thân hộp xếp dài ra đẩy ty đẩy đi lên mở van chính, đóng van phụ. Khi đó nước làm mát không quay về bơm mà ra két làm mát, giảm nhiệt độ cho động cơ. * Van hằng nhiệt dùng hoạt chất là chất rắn: Động cơ làm mát ở nhiệt độ cao, van hằng nhiệt loại dùng chất lỏng không đảm bảo độ tin cậy khi làm việc. Do đó người ta dùng van hằng nhiệt với hoạt chất là chất rắn. Cấu tạo: Van được cấu tạo bởi hộp bằng đồng, trong chứa hoạt chất gỗm xerezin và bột đồng, được đậy bằng nắp (4), giữa vỏ và nắp được làm kín bằng màng cao su (3). Thanh đẩy 5 một đầu tỳ lên màng cao su, một đầu nối với van 7. Van 7 luôn đóng trên họng nước ra 8 nhờ lò xo 6. Khi nước làm mát còn lạnh, hoạt chất trong hộp ở trạng thái rắn, van được đóng kín dưới tác dụng của lò xo. Khi đó nước không ra két làm mát. 67 Khi nước nóng hoạt chất trong hộp nóng chảy làm thể tích tăng lên, đẩy màng cao su cùng thanh đẩy đi lên mở van 7 nước được ra két làm mát. Hình 4.8. Van hằng nhiệt với hoạt chất là chất rắn. Trong quá trình làm việc, phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát mà van mở nhiều hay ít làm lưu lượng ra két tăng hay giảm đảm bảo nhiệt dộ làm việc của động cơ ở giá trị tốt nhất. * Vấn đề nhiệt độ nước làm mát: Nhiệt độ nước làm mát là thông số quan trọng của hệ thống làm mát. Nếu tăng nhiệt độ nước làm mát sẽ giảm lượng nhiệt mất do làm mát, tăng được cường độ toả nhiệt từ két làm mát, từ đây ta có thể giảm được kích thước két làm mát, quạt gió. Ở nhiệt độ thấp dầu có nhiệt độ nhớt cao, khó hình thành màng dầu bôi trơn trên các bề mặt lắp ghép, nhiên liệu khó bốc hơi làm quá trình cháy không hoàn toàn. Khoảng 30% lượng mài mòn các chi tiết của động cơ là ở giai đoạn khởi động và chạy không tải. Khi tăng nhiệt độ nước làm mát sẽ giảm cường độ mài mòn các chi tiết của nhóm piston - xilanh do giảm khả năng ngưng tụ các hơi lưu huỳnh và các hơi a xít từ khí thải trên bề mặt các chi tiết, làm giảm qúa trình mài mòn do ăn mòn. Thực nghiệm cho thấy khi tăng nhiệt độ nước làm mát sẽ giảm cường độ mài mòn của sec măng nhưng không ảnh hưởng đén sự mài mòn của trục. Hiện tượng xâm thực của nước làm mát mạnh nhất ở khoảng 55 - 650C. Nếu tăng nhiệt độ nước làm mát sẽ giảm được hiện tượng xâm thực phá hỏng thành ngoài của ống lót và vỏ động cơ. Khi tăng nhiệt độ nước làm mát sẽ làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn, làm giảm tổn hao công suất do sức cản của dầu. Nhưng điều này phải xem xét khả năng chịu nhiệt của dầu mà ta có thể nâng nhiệt độ nước. Tăng nhiệt độ nước làm mát sẽ cải thiện được quá trình công tác của động cơ, tăng hiệu suất chỉ thị, tăng hiệu suất cơ khí, giảm suất tiêu hao nhiên liệu do quá trình cháy hoàn thiện hơn vì khí nạp mới được xấy nóng, giảm được mức độ cháy nặng nhọc của động cơ (tỷ số tăng áp suất vừa phải). Như vậy có thể nói tăng nhiệt độ nước làm mát có thể tăng 68 được nhiều chỉ tiêu kinh tế của động cơ. Do vậy đa số động cơ ngày nay đều làm mát ở nhiệt độ cao. - Ở động cơ điezel nếu nhiệt độ tăng quá cao sẽ làm giảm hệ số nạp, dẫn tới giảm công suất động cơ. Ta có thể xem xét từ công thức tính hệ số: - Nhiệt độ quá cao làm phân huỷ dầu nhờn, mất tính chất bôi trơn dẫn đến cường độ mài mòn tăng. - Vật liệu chế tạo các chi tiết nếu làm việc ở nhiệt độ quá cao dễ bị kẹt do giãn nở vì nhiệt, giảm cơ, lý tính. 69 Chương 5: HỆ THỐNG BÔI TRƠN 5.1. Giới thiệu chung về hệ thống bôi trơn Hình 5.1. Sơ đồ hệ thống bôi trơn 5.1.1. Nhiệm vụ Làm sạch dầu, giữ dầu ở nhiệt độ nhất định và đưa dầu bôi trơn tới các bề mặt ma sát của động cơ với áp suất và lưu lượng cần thiết nhằm mục đích bôi trơn, rửa sạch và làm mát cho các bề mặt ma sát của các chi tiết động cơ. 5.1.2. Phân loại Theo cách đưa dầu tới các bề mặt ma sát ta có thể chia hệ thống bôi trơn thành một số loại: - Hệ thống bôi trơn kiểu vung té, tự chảy: phương pháp này đơn giản, không cần tới nhiều bộ phận, chi tiết nhưng không đưa dầu tới được các chi tiết ở cao, các bộ phận khó bôi trơn. - Bôi trơn bằng cách pha dầu nhờn vào nhiên liệu: dùng chủ yếu cho một số loại động cơ hai kỳ: phương pháp này đơn giản nhưng hiệu quả thấp, tiêu tốn dầu bôi trơn, động cơ luôn có khói, ô nhiễm. - Bôi trơn cưỡng bức: đưa dầu dưới áp suất nhất định đến các bề mặt ma sát. Phương pháp này có thể đưa dầu tới bất cứ bề mặt ma sát nào và được dùng chủ yếu cho các loại động cơ hiện nay. Hệ thống bôi trơn cưỡng bức có thể có hai dạng: bôi trơn các te khô và bôi trơn các te ướt. Thực tế bôi trơn cưỡng bức không tồn tại độc lập mà nó kết hợp với vung té, tự chảy thành phương pháp bôi trơn hỗn hợp. 5.1.3. Cấu tạo chung của hệ thống bôi trơn hỗn hợp 70 Ở hệ thống này các chi tiết chịu lực đều được bôi trơn dưới áp suất nhất định, các bề mặt ma sát khác được bôi trơn bằng vung té hay do dầu tự chảy. Các bộ phận chính của hệ thống gồm: - Đáy dầu (các te): là nơi chứa dầu bôi trơn cho động cơ. - Bơm dầu: đưa dầu dưới áp suất và lưu lượng nhất định tới bề mặt các chi tiết. - Phao lọc dầu: Lọc dầu sơ bộ trước khi lên bơm dầu. - Van điều chỉnh áp suất: giữ cho áp suất dầu trong hệ thống ở giá trị nhất định. - Bầu lọc dầu: Có bầu lọc thô, lọc tinh - lọc sạch dầu bôi trơn khỏi các tạp chất cơ học để đảm bảo chất lượng bôi trơn và giảm cường độ mài mòn các chi tiết. - Các đường ống dẫn dầu: đưa dầu tới các bề mặt cần bôi trơn. Hình 5.2. Sơ đồ hệ thống bôi trơn cưỡng bức. 1 - bầu lọc tinh; 2 - ống đổ dầu; 3 - cò mổ; 4 - van an toàn; 5 - bầu lọc thô; 6 - đồng hồ báo áp suất dầu; 7 - đường dầu chính; 8 - cổ trục cam; 9 - cổ biên; 10 - cổ trục khuỷu; 11- đáy dầu; 12 - thước thăm dầu; 13 - phao lọc dầu; 14 - đường ống dầu lên bầu lọc; 15 - bơm dầu; 16 - van đIều chỉnh áp suất dầu; 17 - van nhiệt; 18 - két làm mát dầu; 19 - cặp bánh răng dẫn động trục cam. Hoạt động: Khi động cơ làm việc, bơm hút dầu từ đáy dầu, đưa đến bầu lọc thô, sau khi lọc dầu được đưa tới đường dầu chính bố trí dọc theo bloc xy lanh. Từ đây dầu được đưa tới bôi trơn cho cổ trục khuỷu, cỏ tay biên, trục cam và theo đường ống lên bôi trơn cho dàn cò mổ v.v... Sau khi bôi trơn các chi tiết, dầu tự chảy xuống bôi trơn cho các chi tiết nó gặp trên đường về đáy dầu. 71 Trục khuỷu của đa số động cơ có cổ tay biên làm rỗng, khi dầu vào trong trục khuỷu dưới tác dụng của lực ly tâm cặn bẩn bám lên thành lỗ, còn dầu sạch mới theo lỗ ra bôi trơn cho bạc. Xylanh và các cam của trục cam, ở một số động cơ được bôi trơn bằng dòng dầu phun ra từ lỗ ở cạnh đầu to thanh truyền khi nó trùng với lỗ dầu trên cổ tay biên. ở một số động cơ cỡ lớn thanh truyền có khoan lỗ dọc thân, dầu bôi trơn được đưa lên bôi trơn cho chốt piston và phun làm mát cho đỉnh piston. Còn ở đại đa số động cơ khi trục khuỷu quay dầu được vung té lên bôi trơn cho xy lanh, chốt piston Một phần dầu sau khi qua bầu lọc thô được đưa tới bầu lọc tinh (~ 15%), lọc sạch khỏi các tạp chất và đưa về đáy dầu. Khi nhiệt độ dầu quá cao, van nhiệt mở ra cho dầu ra két làm mát, sau khi làm mát dầu chảy về đáy dầu. Ở một số động cơ ngày nay dùng bơm dầu 2 ngăn. Một ngăn đưa dầu đi bôi trơn, một ngăn bơm dầu đi làm mát. Bầu lọc tinh dùng trong hệ thống bôi trơn có thể là bầu lọc thấm, có thể là bầu lọc ly tâm. Bầu lọc ly tâm có 2 loại: lọc một phần và loại lọc toàn phần. Ở đa số động cơ hiện nay dùng bầu lọc ly tâm toàn phần. Dầu được đưa từ bơm dầu qua bầu lọc ly tâm và sau khi ra khỏi bầu lọc đi bôi trơn cho các chi tiết. Ở các loại động cơ này chỉ dùng 1 bầu lọc. 5.2. Cấu tạo các bộ phận chính của hệ thống bôi trơn 5.2.1. Bơm dầu a) Cấu tạo Hình 6.3. Bơm dầu (loại ăn khớp ngoài và b) Hoạt động Khi động cơ làm việc trục cam quay làm cho trục bơm dầu và các bánh răng quay theo. Tại buồng hút của bơm các bánh răng ra khỏi khớp làm thể tích buồng hút tăng, tạo 72 ra độ chân không nhất định làm cho dầu được hút vào bơm. Khi bánh răng quay dầu theo các khoảng trống giữa các răng và vỏ về buồng đẩy. Tại đây các răng vào khớp làm thể tích buồng đẩy giảm, tạo cho dầu một áp suất nhất định và dầu được đẩy lên bầu lọc. 5.2.2. Bầu lọc dầu a) Bầu lọc qua khe Hoạt động: Dầu từ bơm dầu đưa tới phần ngoài của lõi lọc, dưới tác dụng của áp suất dầu qua khe giữa các tấm lọc, dầu vào trong lõi lọc sau khi đã gạt bỏ được các cặn bẩn có kích thước lớn. Sau khi lọc dầu theo đường ống ở vỏ bầu lọc đi bôi trơn cho các bộ phận của động cơ. Hình 5.4. Cấu tạo bầu lọc của hệ thống bôi trơn động cơ b) Bầu lọc ly tâm Dùng lực ly tâm để làm sạch dầu khỏi các cặn bẩn. Cấu tạo: 73 Hình 5.5. Bầu lọc ly tâm - Cấu tạo gồm vỏ (6), nắp (4) úp trên vỏ và được hãm chặt bằng tai hồng1. Roto 5 cấu tạo bởi đáy, vỏ được đặt quay quanh trục 9 trên ổ bi chặn 8. Dưới roto có 2 jiclơ 7 quay sang 2 chiều ngược nhau. Trục 9 rỗng, phía dưới thông với đường dầu lên từ đường dầu chính, xung quanh trục có các lỗ để đưa dầu vào trong roto. Giữa trục không gian trong roto có lưới lọc để lọc dầu khỏi các cặn bẩn lớn. Hoạt động: Khi dầu được đưa vào bầu lọc, theo lỗ trên trục chính vào rôto. Khi dầu vào đầy rôto sẽ qua lưới lọc, vào khe dẫn xuống jiclơ. Tại đây dầu được phun ra qua hai jiclơ tạo thành ngẫu lực làm roto quay với tốc độ cao (khi áp suất dầu 4 - 6kg/cm2 roto quay tới 5000 - 7000 v/p). Dưới ác dụng của lực ly tâm các cặn bẩn văng ra bám lên thành rôto, phía trong làm dầu sạch, tiếp tục qua lưới 3 đi xuống jiclơ làm rôto quay và sau đó trở về đáy dầu. 5.2.3. Vấn đề thông hơi cho động cơ Khi động cơ làm việc, hơi từ xy lanh bị lọt xuống đáy dầu, làm cho áp suất mặt thoáng dầu tăng, có thể phá hỏng các đệm làm kín. Đồng thời hơi lọt xuống cacte có nhiều thành phần: hơi khí, hơi nước, hơi nhiên liệu,... góp phần làm hỏng dầu nhờn. Vì vậy trong quá trình làm việc cần phải loại trừ hơi này bằng cách thông hơi cưỡng bức cho cacte. Không khí sạch được đưa vào các te qua bầu lọc không khí của hệ thống nuôi dưỡng hay qua bầu lọc riêng đặt cạnh ống đổ dầu. 74 Hơi trong cácte được thải tự do ra ngoài hay được hút trở lại xy lanh. 75 Chương 6: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG 6.1. Giới thiệu chung Hình 6.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu trên ô tô 6.1.1. Nhiệm vụ - phân loại Lọc sạch không khí, nhiên liệu (xăng) đảm bảo cung cấp cho động cơ một lượng hỗn hợp đúng về thành phần, đủ về