Ông cũng đưa ra các điều kiện nhằm đạt hiệu suất cực đại của động cơ đốt tronggồm: - Thể tích xy lanh tối đa - Tốc độ làm việc lớn nhất - Tăng tỉ số nén tối đa - Áp suất tối đa kể từ lúc
Theo phương pháp đốt cháy hòa khí
Động cơ Diesel là loại động cơ có đặc điểm nhiên liệu lỏng được phun vào buồng cháy và tự bốc cháy nhờ nhiệt độ cao của quá trình nén Trong khi đó động cơ đốt cháy cưỡng bức dùng hòa khí được đốt cháy nhờ nguồn nhiệt bên ngoài, thường là tia lửa điện từ bu-gi; loại này gồm toàn bộ động cơ dùng chế hòa khí và máy ga Động cơ đốt cháy hỗn hợp kết hợp hai nguồn nhiệt: một nguồn do nhiệt độ của môi chất ở cuối quá trình nén và một nguồn khác từ nhiệt của thành buồng cháy hoặc do lửa (cầu nhiệt) Động cơ đốt cháy tổ hợp ga – Diesel kết hợp hai công nghệ: hòa khí được đốt cháy cưỡng bức bởi ngọn lửa từ nguồn cháy của nhiên liệu lỏng, trong khi nhiên liệu Diesel được phun vào xi lanh ở cuối quá trình nén để tự bốc cháy nhờ nhiệt độ cao của môi chất nền.
Theo loại chu trình công tác
Động cơ cấp nhiệt đẳng tích (V = const) gồm tất cả động cơ có tỷ số nén thấp (E ≈ 5 –
11) và đốt nhiên liệu cưỡng bức (động cơ dùng chế hòa khí và động cơ ga).
- Động cơ cấp nhiệt đẳng áp (P = const) gồm các động cơ có tỷ số nén cao (E = 12 -
Trong lĩnh vực động cơ đốt trong, có các hệ thống phun nhiên liệu nhờ không khí nén và nhiên liệu tự bốc cháy (hiện nay không được sản xuất phổ biến), cùng với động cơ đốt trong tăng áp cao Động cơ cấp nhiệt hỗn hợp hoạt động bằng cách cấp nhiệt một phần theo điều kiện đẳng tích và phần còn lại theo điều kiện đẳng áp, đặc trưng của hầu hết động cơ Diesel hiện đại có tỷ số nén cao (g = 12–16), với phun nhiên liệu trực tiếp và khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu Phần lớn động cơ Diesel ngày nay vẫn hoạt động theo chu trình này.
Theo đặc điểm cấu tạo động cơ
- Động cơ một xy lanh
- Động cơ nhiều xy lanh a Động cơ 1 xy lanh b Động cơ nhiều xy lanh
Động cơ đốt cháy hỗn hợp đốt hòa khí nhờ hai nguồn nhiệt: một nguồn từ nhiệt độ của môi chất sau khi nén ở cuối chu trình (thời điểm này chưa đủ để tự cháy) và nguồn kia từ nhiệt do thành buồng cháy nóng lên hoặc do lửa cầu nhiệt Động cơ đốt cháy tổ hợp (động cơ ga – Diesel) đốt cháy hòa khí của nhiên liệu ở thể khí hoặc nhiên liệu lỏng bằng cách phun nhiên liệu vào xilanh ở cuối quá trình nén và nhờ nhiệt độ cao của môi chất nền để tự bốc cháy, trong đó nhiên liệu Diesel được phun nhằm tạo cháy cưỡng bức.
Theo loại chu trình công tác
Động cơ cấp nhiệt đẳng tích (V = const) gồm tất cả động cơ có tỷ số nén thấp (E ≈ 5 –
11) và đốt nhiên liệu cưỡng bức (động cơ dùng chế hòa khí và động cơ ga).
- Động cơ cấp nhiệt đẳng áp (P = const) gồm các động cơ có tỷ số nén cao (E = 12 -
Trong lĩnh vực động cơ đốt trong, có hai nhóm chính: một loại phun nhiên liệu nhờ sự hỗ trợ của không khí nén và nhiên liệu tự bốc cháy (hiện nay không sản xuất loại này) và các động cơ đốt trong tăng áp cao Động cơ cấp nhiệt hỗn hợp, hay còn gọi là dual cycle, kết hợp một phần nhiệt cấp ở trạng thái đẳng tích với phần còn lại ở trạng thái đẳng áp, đặc trưng bởi các động cơ Diesel hiện đại có tỷ số nén cao (g = 12–16), phun nhiên liệu trực tiếp và khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu Phần lớn động cơ Diesel ngày nay hoạt động theo chu trình này.
Theo cách bố trí xy lanh
Động cơ được phân loại theo hướng đặt và số hàng xy lanh: Động cơ đặt đứng có xy lanh thẳng đứng; động cơ nằm ngang có xy lanh nằm ngang; động cơ một hàng có xy lanh đặt thành một hàng, đường tâm xy lanh song song và nằm trên cùng một mặt phẳng Tiếp đến là các loại động cơ hai hàng song song hoặc hai hàng hình chữ V Động cơ nhiều hàng theo dạng sao X và các loại động cơ nhẹ cao tốc khác Động cơ sao một hàng có các đường tâm xy lanh nằm trên cùng một mặt phẳng, điển hình là động cơ Diesel cao tốc Động cơ sao nhiều hàng có nhiều hàng song song – động cơ Diesel cao tốc, trục khuỷu đặt trên mặt phẳng ngang hoặc đặt thẳng đứng Động cơ piston đối đỉnh có một, hai hoặc nhiều trục khuỷu, liên kết với nhau bằng hệ bánh răng.
Hình 2.8 - Cấu tạo động cơ theo cách bố trí xy-lanh
Theo khả năng thay đổi chiều quay của trục khuỷu
Động cơ quay về phía phải: trục khuỷu quay theo chiều kim đồng hồ khi quan sát từ phía bánh lái tới mũi tàu (động cơ tàu thủy) hoặc quan sát từ đầu tự do đối với các loại động cơ khác Quy tắc này giúp nhận diện đúng hướng quay của động cơ trong lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng, đồng thời hỗ trợ xác định hướng dẫn kết nối và cấu hình truyền động cho từng loại máy.
Động cơ có thể quay trái hoặc quay hai chiều tùy theo cơ cấu điều khiển: khi chỉ quay trái, trục khuỷu của động cơ quay ngược với chiều đã mô tả ở trên; khi cần quay hai chiều, động cơ được trang bị cơ cấu đảo chiều cho phép thay đổi hướng quay của trục khuỷu, cơ cấu này chỉ áp dụng cho động cơ chính trên tàu thủy.
Theo công dụng của động cơ
- Động cơ tĩnh tại: hoạt động cố định ở một điểm (trạm bơm, trạm phát điện ).
Động cơ tàu thủy gồm động cơ chính dùng để quay chân vịt hoặc máy phát điện truyền động điện tới chân vịt tàu thủy, và máy phụ dùng cho các nhu cầu khác trên tàu Các hệ thống phụ này bao gồm cụm phát điện Diesel và cụm Diesel máy nén, được dùng cho các nhu cầu trên tàu và trên lầu.
- Động cơ đầu xe lửa.
- Động cơ ô tô máy kéo.
- Động cơ dùng trong máy nông nghiệp, máy xây dựng, máy làm đường, các máy móc của trang thiết bị quân sự.
Ngoài những đặc trưng đã kể trên, động cơ đốt trong còn có thể được phân loại dựa vào các đặc trưng phụ như hệ thống làm mát và cơ cấu điều chỉnh Việc phân loại theo hệ thống làm mát cho thấy cách động cơ được làm mát, ảnh hưởng đến hiệu suất, khả năng tản nhiệt và độ bền của động cơ Phân loại theo cơ cấu điều chỉnh giúp làm rõ sự khác biệt ở van nạp/xả, cơ chế kiểm soát thời điểm và hành trình piston Về mặt nguyên lý làm việc, tất cả các loại động cơ đốt trong đều phải trải qua các quá trình cơ bản như nạp khí, nén, khuếch tán và đốt cháy để sinh công Nhờ cách phân loại này, bài viết dễ tiếp cận và tối ưu cho người đọc khi tìm hiểu về động cơ đốt trong và các đặc tính vận hành của chúng.
Các ứng dụng của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong (ĐCĐT) là nguồn động lực chính thúc đẩy hoạt động của các phương tiện giao thông vận tải như ô tô, xe máy, tàu thủy và máy bay, cùng với các máy công tác khác như máy phát điện và bơm nước ĐCĐT chiếm vai trò then chốt trong quá trình cơ giới hóa sản xuất ở mọi lĩnh vực, từ giao thông vận tải (đường bộ, đường sắt, đường thủy, hàng không) đến nông nghiệp (máy nông nghiệp, máy tuốt lúa), lâm nghiệp, xây dựng và công nghiệp.
ĐCĐT (điều khiển tự động) có tác động tương hỗ với nhiều lĩnh vực như cơ khí, điện và điện tử, thúc đẩy tự động hóa và nâng cao hiệu quả sản xuất Sự kết nối giữa ĐCĐT và các lĩnh vực công nghiệp khác mở rộng sang vật liệu kim loại và phi kim loại, vật liệu mới và ngành xăng dầu, tạo đà cho đổi mới công nghệ, tối ưu hóa quy trình và tăng cường năng lực cạnh tranh trong chuỗi cung ứng.
Hiện nay, nhiều loại động cơ đang được nghiên cứu và chế tạo như động cơ điện, tuốc-bin khí, tuốc-bin nước, động cơ chạy bằng nhiên liệu khí và hệ thống tận dụng năng lượng mặt trời, nhưng chưa được sản xuất hàng loạt vì còn tồn tại những khuyết điểm như giá thành chế tạo cao, kích thước chưa nhỏ gọn và tính tiện dụng còn hạn chế Vì vậy, động cơ đốt trong dùng nhiên liệu lỏng (xăng và diesel) vẫn giữ vai trò quan trọng và hiện nay vẫn đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực thực tế.
CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ
Trên ô tô ngày nay, động cơ đốt trong vẫn là hệ thống chủ lực cung cấp động lực cho xe Tuy nhiên để đạt được hiệu suất vận hành tối ưu cho cả động cơ lẫn xe, ngoài hệ thống động lực còn cần nhiều hệ thống phụ trợ quan trọng như làm mát, bôi trơn, cấp nhiên liệu, đánh lửa và điều khiển động cơ, cùng với các hệ thống truyền động hỗ trợ Sự phối hợp nhịp nhàng của những hệ thống này giúp tối ưu hiệu suất, tăng hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu và giảm phát thải, đồng thời duy trì sự bền bỉ và ổn định cho xe ở mọi điều kiện vận hành.
Hệ thống phát lực có nhiệm vụ đóng kín buồng cháy và nhận lực khí cháy truyền xuống trục khuỷu để chuyển động đến máy công tác Các thành phần của hệ thống phát lực bao gồm piston và xéc măng (bạc piston), chốt piston, thanh truyền (tay dên), bạc đầu to (miễn dên) và đầu nhỏ (nếu có) của thanh truyền, trục khuỷu (cốt máy), bạc trục khuỷu (miễn cốt máy) và bánh đà.
Hình 3.1- Hệ thống phát lực
Hệ thống cố định của động cơ là tập hợp các chi tiết chiếm phần lớn khối lượng, như thân máy, nắp quy-lát, nắp cò, carter nhớt và các đường ống nạp thải Đây là những chi tiết có kết cấu phức tạp, đảm nhiệm vai trò ghép nối và liên kết các cơ cấu, hệ thống khác của động cơ Hình dạng và kết cấu của chúng phụ thuộc vào công suất động cơ, kiểu làm mát và phương pháp chế tạo.
Hình 3.2 - Hệ thống cố định
Hình 3.3 - Thân máy là bộ xương của động cơ đốt trong
3.3 Hệ thống phân phối khí
Hệ thống phân phối khí đảm nhận nhiệm vụ nạp đầy không khí hoặc hòa khí (xăng hòa trộn với không khí) vào buồng đốt trong kỳ nạp và thải khí cháy sạch ra khỏi xilanh trong kỳ thải Để thực hiện đúng chức năng này, hệ thống phải hoạt động với độ chính xác cao, kiểm soát lưu lượng và thời điểm nạp/xả, nhằm tối ưu quá trình đốt và hiệu suất của động cơ.
Hình 3.4 - Hệ thống phân phối khí
Hệ thống phân phối khí của động cơ bao gồm các chi tiết như trục cam, xích cam (dây cuaroa cam), xupap, lò xo xupap và cò mổ Trên các hệ thống phân phối khí hiện đại của Toyota, như Camry, Altis, Fortuner và Land Cruiser, còn được trang bị cơ cấu điều khiển cam thông minh VVT-i nhằm tối ưu thời gian đóng mở van và nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống phân phối khí Các hãng xe khác như Honda, Mazda, Kia, Hyundai, BMW, Mercedes và Audi cũng trang bị các cơ cấu điều khiển cam tương tự để cải thiện công suất, hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu.
Hình 3.5 – Cơ cấu phân phối khí DOCH trên các mẫu ô tô hiện đại
Hệ thống nhiên liệu trên động cơ có nhiệm vụ cung cấp đúng lượng nhiên liệu cần thiết cho kỳ nạp, và lượng nhiên liệu được điều chỉnh theo các điều kiện vận hành của động cơ như khởi động, cầm chừng (không tải), tăng tốc, nửa tải và toàn tải.
Các loại động cơ xăng hiện đại ngày nay hầu như đều được trang bị hệ thống phun nhiên liệu điện tử (EFI), cho phép điều phối lượng nhiên liệu pha trộn với không khí một cách chính xác do ECU điều khiển Nhờ phun nhiên liệu điện tử, động cơ có thể tăng công suất tối ưu đồng thời giảm tiêu hao nhiên liệu và hạn chế phát thải ô nhiễm so với hệ thống phun cơ khí cũ EFI liên tục điều chỉnh thời gian phun, áp suất và lượng nhiên liệu dựa trên dữ liệu từ các cảm biến như nhiệt độ động cơ, lưu lượng không khí và cảm biến oxy, giúp động cơ vận hành trơn tru, đáp ứng nhanh và tiết kiệm nhiên liệu hơn ở nhiều điều kiện lái Đồng thời, hệ thống này tối ưu hóa quá trình cháy nhờ tỉ lệ không khí-nhiên liệu chính xác, góp phần giảm khí thải và tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường Việc ứng dụng EFI là một phần cốt lõi của công nghệ động cơ xăng hiện đại, mang lại hiệu suất cao và vận hành bền bỉ hơn.
Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng b Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel Hình 3.6- Hệ thống nhiên liệu
Ngày nay, các loại động cơ Diesel vẫn dùng bơm cao áp (bơm phân phối) để cấp nhiên liệu đến buồng đốt và đảm bảo phun ở áp suất chính xác Hệ thống phun nhiên liệu điện tử Common Rail được ứng dụng rộng rãi nhằm giảm phát thải ô nhiễm và tăng công suất cho động cơ Diesel, đồng thời cải thiện hiệu suất hoạt động và tiết kiệm nhiên liệu.
Hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong được chế tạo hoàn toàn từ kim loại, vì vậy khi hoạt động sẽ xảy ra ma sát giữa các bề mặt chi tiết gây mài mòn Nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn là làm giảm tối đa ma sát mài mòn và giúp động cơ hoạt động mượt mà hơn Do đó, hệ thống bôi trơn là một thành phần quan trọng ảnh hưởng tới tuổi thọ và khả năng sinh công suất của động cơ.
Hình 3.7 - Hệ thống bôi trơn động cơ
Trong quá trình vận hành, động cơ đốt trong sinh ra lượng nhiệt lớn; nếu nhiệt độ quá cao, các chi tiết dễ giãn nở quá mức gây bó kẹt và tăng mài mòn, làm giảm độ bền và hiệu suất của động cơ Vì vậy hệ thống làm mát được thiết kế để duy trì nhiệt độ vận hành ở mức ổn định, tránh quá nóng hay quá lạnh, từ đó bảo vệ chi tiết và kéo dài tuổi thọ của động cơ đốt trong.
Hình 3.8 - Hệ thống làm mát động cơ đốt trong
Hệ thống điện động cơ đốt trong trên ô tô luôn được trang bị đầy đủ các thiết bị và hệ thống điện nhằm giúp động cơ hoạt động ổn định Với động cơ xăng, dễ nhận biết nhờ các trang bị điện như hệ thống đánh lửa, hệ thống khởi động, máy phát và ắc-quy; còn với động cơ Diesel, các thiết bị điện đi kèm gồm bugi xông, máy phát, hệ thống khởi động và ắc-quy.
Hình 3.9 - Bộ chia điện trên ô tô đời cũ
CHUẨN ĐOÁN SỬA CHỬA HƯ HỎNG HỆ THỐNG PHÁT LỰC
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là một cơ chế phức tạp, gồm các thành phần liên kết chặt chẽ và hoạt động liên động với nhau để chuyển đổi chuyển động giữa piston và trục khuỷu Đây là thành phần chính cấu thành động cơ, đóng vai trò then chốt trong quá trình vận hành Nhờ có hệ thống này, động cơ có thể hoạt động trơn tru, biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành sự quay của trục khuỷu và ngược lại, đảm bảo chu trình nén–cháy–giãn nở diễn ra liên tục để cấp động lực cho máy móc.
Động cơ piston hoạt động dựa trên sự chuyển động quay của trục khuỷu được sinh ra từ lực đẩy của piston thông qua thanh truyền Thanh truyền, còn được biết đến với tên gọi thanh biên, tay biên, tay dên (tiếng Pháp: bielle) hoặc gọi ngắn gọn là thanh truyền, là bộ phận trung gian nối piston với trục khuỷu Khi piston chuyển động tịnh tiến do sự nén và đẩy của quá trình cháy, thanh truyền biến đổi chuyển động tịnh tiến này thành chuyển động quay của trục khuỷu Thanh truyền chịu lực nén và lực kéo từ piston và liên kết ở hai đầu, giúp chu trình nạp, nổ, xả và thải diễn ra đồng bộ trong động cơ.
Thanh truyền có nguồn gốc từ cơ cấu liên hợp cơ học được sử dụng trong các cối xay nước Cơ cấu liên hợp này biến đổi chuyển động quay của bánh xe nước thành chuyển động tịnh tiến, từ đó truyền lực cho các bộ phận liên quan Thanh truyền được ứng dụng chủ yếu trong các động cơ đốt trong và động cơ hơi nước, và đóng vai trò quan trọng trong hệ truyền động của máy móc.
Trục khuỷu là một phần của động cơ dùng để biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay Nó nhận lực từ piston để tạo ra mô men quay sinh công đưa ra bộ phận công tác và nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại cho piston để thực hiện các quá trình sinh công Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khíthể, lực quán tính và lực quán tính ly tâm Có hai loại trục khuỷu là trục khuỷu nguyên và trục khuỷu ghép.
Hình 4.1 - Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
4.1.1.Cấu tạo chi tiết của trục khuỷu – thanh truyền a Cấu tạo chi tiết của trục khuỷu
Hình 4.2 - Cấu tạo chi tiết trục khuỷu
Trục khuỷu có cấu tạo chung bao gồm: đầu trục khuỷu, cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu, đối trọng, đuôi trục khuỷu, cụ thể như sau: Đầu trục khuỷu: Thường được lắp vấu để khởi động hoặc để quay, puly dẫn động quạt gió, bơm nước, các bánh răng dẫn động trục cam, …Đầu trục khuỷu thường được lắp thêm bộ giảm chấn xoắn để nâng cao hiệu quả làm việc
Cổ trục khuỷu là phần trọng yếu của hệ thống trục khuỷu trong động cơ, đảm bảo truyền động và đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả hoạt động của máy Ở hầu hết các loại động cơ, cổ trục khuỷu được thiết kế rỗng ở bên trong để chứa dầu bôi trơn, giúp bôi trơn liên tục và làm mát các bề mặt ma sát Đồng thời, cổ trục khuỷu là nơi tiếp xúc và truyền động đến các bánh răng dẫn động trục cam và các cơ cấu truyền động khác của động cơ Tương tự như phần đầu, cổ trục khuỷu cũng có thể được lắp thêm bộ giảm chấn xoắn theo thiết kế hoặc yêu cầu của động cơ nhằm giảm rung động và tăng độ ổn định vận hành.
Chốt khuỷu là bộ phận đóng vai trò lắp nối với đầu to của thanh truyền trong cơ cấu trục khuỷu của động cơ Chúng được gia công ở nhiệt độ cao, giúp nâng cao độ cứng và độ bóng Thông thường số chốt khuỷu bằng số xi lanh của động cơ (động cơ một hàng xi lanh) Chốt khuỷu cũng có đường kính nhỏ hơn đường kính cổ trục; tương tự như cổ trục, bộ phận chốt khuỷu có thể làm rỗng để giảm trọng lượng và chứa dầu bôi trơn Bên cạnh đó, các khe hở còn có tác dụng lọc dầu bôi trơn.
Má khuỷu có hình elip và đóng vai trò phân bố ứng suất hợp lý nhất, đồng thời là bộ phận nối liền cổ trục và cổ chốt Đối trọng giúp cân bằng các lực và mô men quán tính không cân bằng của động cơ, giảm tải cho ổ trục và khoét bớt khối lượng thừa khi cân bằng trục khuỷu; đối trọng được chế tạo liền với má khuỷu hoặc làm rời, sau đó hàn hoặc bắt bulông với má khuỷu Đuôi trục khuỷu phía trên lắp bánh đà với nhiệm vụ chính là truyền công suất ra bên ngoài.
Nhóm 1 Trang 28 b Cấu tạo của thanh truyền
Hình 4.3 - Cấu tạo chi tiết thanh truyền
Thanh truyền được cấu tạo từ ba phần chính là đầu nhỏ, đầu to và thân Đầu nhỏ là một khối trụ liên kết với pit-tông qua một thanh chốt; tại khu vực tiếp xúc có lớp bạc mỏng bọc quanh nhằm hạn chế ma sát và nâng cao tuổi thọ của bộ phận Đầu to gắn vào trục khuỷu và thiết kế thường được chia làm hai phần để thuận tiện cho quá trình lắp đặt và sửa chữa, hai nửa ghép với nhau bằng chốt ốc bu lông.
Thân là đoạn kim loại gắn kết giữa hai đầu của thanh truyền.
4.1.2 Phân loại a Phân loại trục khuỷu
Hiện nay có hai loại trục khuỷu phổ biến là trục khuỷu nguyên và trục khuỷu ghép Mỗi loại có đặc điểm chung và ứng dụng riêng: trục khuỷu nguyên là một khối rắn được đúc hay rèn thành một thể thống nhất, có độ cứng tốt, độ cân bằng cao và hiệu suất ổn định, nhưng chi phí gia công cao và khó sửa chữa khi hỏng; ngược lại, trục khuỷu ghép được ghép từ nhiều thành phần với các mối ghép hoặc liên kết, dễ thay thế, linh hoạt thiết kế và chi phí thấp hơn, nhưng đòi hỏi quá trình gia công và lắp ráp chính xác để đảm bảo liên kết bền vững và có thể đi kèm với độ cứng thấp hoặc rung động nếu liên kết không tối ưu; ứng dụng phụ thuộc vào yêu cầu về hiệu suất, trọng lượng và chi phí: trục khuỷu nguyên phù hợp động cơ hiệu suất cao, đòi hỏi độ bền và rung thấp; trục khuỷu ghép phổ biến trong động cơ công nghiệp và các máy móc cần bảo trì dễ dàng và chi phí thấp hơn.
Trục khuỷu liền gồm các bộ phận: cổ trục, cổ biên, má khuỷu liên kết thành một khối thống nhất không thể tháo rời.
Trục khuỷu ghép gồm các bộ phận cổ biên, cổ trục và má khuỷu được nối lại bằng thanh trục khuỷu, tạo thành một hệ thống liên kết làm việc cho động cơ cỡ lớn hoặc động cơ có công suất nhỏ nhưng ít xi lanh và đầu to thanh truyền không bị cắt đôi Tùy thuộc vào cấu tạo của thiết bị, động cơ tương ứng, người dùng có thể lựa chọn một trong hai loại trục khuỷu như đã nêu ở trên; mỗi loại có nguyên lý hoạt động riêng, vì vậy cần lưu ý khi chọn và vận hành Phân loại thanh truyền là yếu tố quan trọng khác được đề cập trong bối cảnh này để tối ưu hiệu suất và độ bền của hệ thống.
Kiểu thanh truyền này thường được ứng dụng trong các động cơ thẳng hàng hoặc động cơ pít-tông ngược (Opposed-piston engine) Đầu thanh truyền kết nối với chốt trục khuỷu và được trang bị nắp biên cùng vòng bi kim, giúp tối ưu hóa độ bền, độ chính xác và khả năng truyền lực giữa các bộ phận của động cơ.
Hình 4.4 – Loại thanh truyền đơn trên ô tô
Nắp vòng bi được cố định ở đầu thanh truyền bằng bu lông hoặc bu lông hai đầu ren Để duy trì cân bằng và sự phù hợp của hệ thống, các thanh truyền phải được thay thế đồng thời trong cùng một xi-lanh và ở đúng vị trí tương đối so với các thành phần liên quan.
Động cơ hình sao thường sử dụng hệ thống thanh truyền chính–phụ (master-and-slave rod), hay còn gọi là thanh truyền hình sao (articulated connecting rod) Trong cấu hình này, một pít-tông ở vị trí trên cùng được nối với thanh truyền chính và trục khuỷu, còn các pít-tông khác có thanh truyền phụ nối với thanh truyền chính bằng một bộ khớp nối ở giữa để truyền động giữa các piston nhịp nhàng thông qua hệ thống thanh truyền hình sao.
Động cơ nhiều xi-lanh, như V12, không có đủ không gian để lắp ổ trục cho nhiều thanh truyền do bị giới hạn về chiều dài trục khuỷu Giải pháp là thiết kế mỗi cặp xi-lanh dùng chung một cổ trục, giúp tối ưu hóa không gian và cân bằng động lực của hệ thống, nhưng điều này làm giảm kích thước ổ trục thanh truyền và các xi-lanh đối đỉnh ở các dãy xi-lanh khác nhau sẽ lệch nhẹ theo trục khuỷu, gây nên hiện tượng khớp nối rung lắc.
Hình 4.5 - Kiểu thanh truyền chính- phụ trên ô tô
Chẩn đoán các hư hỏng, sửa chữa và bảo dưỡng trục khuỷu - thanh truyền
4.2.1 Cổ trục, cổ biên bị mòn
Hình 4.8 - Hư hỏng của trục khuỷu trên ô tô a Chuẩn đoán:
Do ma sát giữa bạc và cổ trục.
Chất lượng dầu bôi trơn kém, trong dầu có chứa nhiều tạp chất Do bạc bị mòn.
Do lực khí cháy thay đổi theo chu kỳ.
Do làm việc lâu ngày.
Nhóm 1 Trang 34 b Sửa chữa, bảo dưỡng:
Trục khuỷu bị mòn, rỗ hoặc xước nhẹ mà chưa vượt quá giới hạn cho phép có thể được xử lý bằng giấy nhám mịn kết hợp dầu nhờn để đánh bóng bề mặt, loại bỏ các vết rỗ và xước và tiếp tục sử dụng Quá trình này giúp khôi phục bề mặt trục khuỷu ở mức an toàn, đảm bảo độ nhám phù hợp và duy trì hiệu suất của động cơ, miễn sao tình trạng mòn nằm trong phạm vi cho phép và cần được kiểm tra kỹ trước khi vận hành lại.
Khi cổ trục và cổ biên của trục khuỷu bị mòn quá giới hạn cho phép, hiệu suất và độ an toàn của động cơ bị ảnh hưởng nghiêm trọng; để khôi phục lại đường kính và dung sai ban đầu, cần tiến hành mài lại trên máy mài chuyên dụng để đạt được kích thước sửa chữa đúng yêu cầu, từ đó đảm bảo sự làm việc chính xác của trục khuỷu và tăng tuổi thọ của động cơ.
Trong trường hợp không có máy mài chuyên dùng, có thể giảm bớt độ côn và độ ô van của cổ trục hoặc cổ biên bằng cách đặt trục khuỷu lên một giá đỡ quay được, dùng dũa và vải nhám mịn để dũa chỗ côn hoặc méo theo hình vòng cung thật nhịp nhàng, vừa dũa vừa quay trục khuỷu và thường xuyên kiểm tra độ tròn bằng com pa và bán kính góc lượn ở má khuỷu; sau khi dũa tròn xong thì phải đánh bóng bằng cách dùng vải nhám quấn vào cổ trục hoặc cổ biên rồi lấy dây mềm quấn hai vòng để giữ miếng vải nhám, sau đó cầm hai đầu dây kéo đi kéo lại nhiều lần cho đến khi cổ trục hoặc cổ biên nhẵn bóng; cuối cùng dùng miếng dạ hoặc da có thấm dầu hoả để đánh bóng lại cho đến khi không còn vết chỉ nhỏ là được.
Khi cổ trục khuỷu đã mòn đến mức không thể sửa chữa bằng biện pháp nhỏ nhất, có thể áp dụng phương pháp phun đắp thép hoặc mạ thép, sau đó mài lại để phục hồi kích thước tiêu chuẩn Chú ý không làm tắc lỗ dầu; các mép lỗ nên được mài lại bằng đá dầu để tạo vát và đảm bảo dòng dầu chảy thông suốt.
4.2.2 Trục khuỷu bị cong, xoắn
Hình 4.9 - Trục khuỷu bị cong
Do lọt nước vào trong buồng cháy, do kích nổ hoặc do sự cố piston thanh truyền.
Do làm việc lâu ngày.
Do tháo, lắp không đúng kỹ thuật
Trong quy trình sửa chữa và bảo dưỡng trục khuỷu, đặt trục lên giá đỡ chữ V và tác dụng một lực vào cổ trục ở giữa theo chiều ngược lại với chiều cong của trục nhằm cân bằng và giảm thiểu biến dạng Để tránh làm xây xước cổ trục, lắp đệm gỗ hoặc đệm đồng ở vị trí đầu ép và điểm tựa của khối chữ V; phía dưới cổ trục đặt đồng hồ đo để kiểm soát áp lực Nếu trục khuỷu bị cong nhiều quá thì nắn chỉnh nhiều lần; sau đó thực hiện quá trình nhiệt luyện để khử ứng suất dư, đảm bảo an toàn và chất lượng sửa chữa.
Trong trường hợp không có máy ép hoặc trục khuỷu quá nhỏ để ép được, có thể dùng thân động cơ cũ hoặc khuôn nắn chuyên dụng làm khuôn ép Đặt trục khuỷu vào khuôn, ở hai đầu đặt đệm gỗ làm chặn và tác dụng lực đều từ hai phía để nắn trục khuỷu bị cong trở về trạng thái thẳng, khắc phục lệch trục và đảm bảo hoạt động ổn định của động cơ.
4.2.3 Trục khuỷu bị nứt, gãy a Chuẩn đoán:
- Do nỗi của nhà chế tạo hoặc do vật liệu chế tạo không đảm bảo yêu cầu.
- Do tháo lắp không đúng kỹ thuật b Sửa chữa, bảo dưỡng:
Nếu trục khuỷu bị nứt nhẹ ở phần không quan trọng như đầu, đuôi và vai má khuỷu, có thể hàn đắp và dũa phẳng.
Nếu trục khuỷu bị nứt ở phần cổ trục và cổ biên đều phải thay mới.
4.2.4 Thanh truyền bị cong xoắn
Hình 4.10 - Thanh truyền bị cong a Chuẩn đoán:
Nguyên nhân gây nổ động cơ và mất tín hiệu đánh lửa bao gồm bị kích nổ, đánh lửa quá sớm, piston bị bó kẹt hoặc đặt cam sai Để sửa chữa và bảo dưỡng hiệu quả, cần xác định đúng nguyên nhân và áp dụng biện pháp khắc phục phù hợp Đối với thanh truyền của động cơ công suất nhỏ hoặc trung bình có kích thước không lớn, có thể dùng đồ gá nắn để nắn cong và xoắn trực tiếp lên thân thanh truyền; còn với thanh truyền có kích thước lớn thì phải đưa lên bàn ép để tạo lực ép cần thiết, đảm bảo độ thẳng và độ bền của thanh truyền trong quá trình sửa chữa.
Hình 4.11 - Thanh truyền bị gãy a Chuẩn đoán:
Thanh truyền chịu tác dụng của lực khí cháy có trị số và hướng luôn thay đổi theo chu kỳ, cùng với lực quán tính do chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của bản thân thanh truyền Sự biến thiên liên tục của các lực này đòi hỏi kiểm tra độ bền ở các trạng thái làm việc và lên kế hoạch bảo dưỡng phù hợp để duy trì hiệu suất và an toàn của động cơ Trong quá trình sửa chữa, bảo dưỡng, biện pháp tối ưu là thay mới thanh truyền.
4.2.6 Thanh truyền bị rạn nứt a Chuẩn đoán:
Lực tác dụng quá lớn từ các nguyên nhân đã nêu khiến piston bị bó kẹt trong xi-lanh, làm tăng nguy cơ hư hỏng và giảm hiệu suất vận hành Trong quá trình sửa chữa, bảo dưỡng, khi thanh truyền có vết rạn nứt nhỏ ở gần lỗ lắp bu lông hoặc ở đầu nhỏ, hoặc lỗ bu lông bị mòn rộng, có thể hàn đắp đồng rồi dũa và mài phẳng bề mặt để khôi phục tính năng và độ an toàn của hệ thống truyền động.
Nếu thanh truyền bị rạn nứt lớn đều phải thay thanh truyền đúng chủng loại.
4.2.7 Các thông số kỹ thuật cần chú ý khi kiểm tra của trục khuỷu
Hình 4.12 - Sơ đồ kiểm tra độ cong của trục khuỷu
Trong trường hợp, độ cong của trục = [(giá trị lớn nhất của kim đồng hồ - giá trị nhỏ nhất của kim đồng hồ) - độ ô van ] : 2
Kiểm tra độ mòn của trục khuỷu được thực hiện bằng cách dùng panme đo ngoài để đo đường kính của các cổ khuỷu và chốt khuỷu Phải đo ở nhiều điểm khác nhau để xác định độ mòn lớn nhất (đường kính nhỏ nhất), cũng như độ ô van và độ côn Độ ô van là hiệu giữa hai đường kính lớn nhất đo được trên hai hướng vuông góc với nhau của một tiết diện bất kỳ; độ côn là hiệu giữa hai đường kính đo trên cùng một phương ở hai đầu cổ khuỷu.
Cơ cấu pit tong xi lanh, xupap
4.3.1 Cơ cấu pit tong a Hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng piston
Trong quá trình vận hành, piston thường gặp các hiện tượng hư hỏng ở đỉnh piston như cháy rỗ và nứt thủng Nguyên nhân chủ yếu là đỉnh piston chịu nhiệt độ và áp suất cao của khí cháy, đồng thời chịu sự ăn mòn từ nhiên liệu và khí cháy trong quá trình đốt.
Bề mặt thân piston bị cạo xước, bị mòn, nứt vỡ Do ma sát với thành xi lanh, do tạp chất bám vào bề mặt piston.
Rãnh lắp xéc măng bị mòn, nứt vỡ, do ma sát và va đập với xéc măng hoặc do xéc măng bị gãy.
Lỗ lắp chốt piston bị mòn, do chịu ma sát và va đập với chốt piston Piston bị bám muội than. b Phương pháp kiểm phát hiện hư hỏng piston
- Kiểm tra vết xước, rạn nứt:
Để phát hiện vết xước hoặc nứt trên piston, có thể quan sát bằng mắt thường hoặc dùng kính phóng đại để soi kỹ vùng piston; ngoài ra, gõ nhẹ quanh piston bằng một thanh kim loại và lắng nghe âm thanh phát ra, nếu nghe thấy tiếng rè thì piston có dấu hiệu bị nứt.
Để kiểm tra, dùng panme đo ngoài đo đường kính phần đáy thân piston và so sánh với kích thước tiêu chuẩn Khi kiểm tra độ mòn, cần kiểm tra khe hở giữa piston và xilanh; nếu khe hở vượt quá giới hạn cho phép thì công suất của động cơ sẽ giảm và khi làm việc có tiếng gõ không bình thường (gõ xilanh) Khe hở cho phép giữa piston và xilanh không được vượt quá 0,34 mm trên 100 mm đường kính xilanh.
Để đo khe hở giữa piston và xilanh, lắp ngược piston (không có xéc măng) vào xilanh, đặt căn lá có chiều dày thích hợp, dài 200 mm và rộng 13 mm vào giữa piston và xilanh ở mặt piston không có rãnh vuông góc với lỗ chốt piston; sau đó dùng cân lò xo kéo với lực 2–3,5 kg, nếu có thể kéo được căn lá ra thì khe hở đạt yêu cầu, đồng thời độ chênh lệch lực kéo giữa các xilanh không được quá 1 kg; nếu căn lá cắm được vào lỗ thì khe hở quá lớn, piston bị mòn.
Kiểm tra khe hở giữa pit tông và xi lanh
Hình 4.14 – Kiểm tra khe thở pitson – xi lanh
Dùng thước cặp để kiểm tra kích thước các rãnh xéc măng, sau đó so sánh với kích thước của xéc măng chuẩn để xác định độ mòn.
Dùng cữ đo hoặc đồng hồ so để đo độ mòn của lỗ chốt piston. c Phương pháp sửa chữa piston
Tuỳ theo mức độ hư hỏng và các lỗi khác nhau, các phương pháp sửa chữa được chọn sao cho phù hợp nhất Phần lớn, người ta dùng piston mới hoặc tăng kích thước piston để khắc phục, và khi cần thiết thì áp dụng các phương pháp sửa chữa phù hợp nhằm đảm bảo độ tin cậy và hiệu suất vận hành của hệ thống piston.
Khi piston chỉ gặp vết xước nhỏ nằm trong phạm vi cho phép và các thông số kích thước khác đều đạt chuẩn, có thể áp dụng phương pháp đánh bóng bằng giấy nhám mịn thấm dầu để làm mờ vết xước và tiếp tục vận hành bình thường.
Trong trường hợp xilanh chưa mòn quá giới hạn cho phép nhưng khe hở giữa piston và xilanh lại quá lớn, có thể dùng phương pháp mạ và tạo màng bằng molybdenum disulfide (MoS2) để tăng kích thước của piston và cải thiện độ kín Hoặc nếu chỉ có một piston bị hỏng, có thể dùng một piston cũ đã được gia công tăng kích thước và tiện lại cho vừa để sử dụng.
Khi piston có vết nứt nhỏ và chưa làm ảnh hưởng đến hoạt động bình thường, có thể khoan một lỗ nhỏ ở cuối vết nứt để kiểm soát sự mở rộng và tiếp tục sử dụng; nếu vết nứt lớn thì piston phải được thay thế.
Trong trường hợp lỗ chốt piston bị mòn và biến dạng, nên dùng dao doa bằng tay, dao chuốt hoặc tiện để mở rộng lỗ chốt theo kích thước sửa chữa đã được xác định, và lắp chốt có đường kính lớn hơn phù hợp với tình trạng mòn nhằm phục hồi chức năng và độ tin cậy của động cơ.
Trong trường hợp xi lanh phải mài doa hoặc piston trong xi lanh quá lỏng, hoặc piston bị nứt vỡ và hư hỏng nặng, rãnh xéc măng bị mòn quá mức, hoặc lỗ chốt piston bị mòn quá kích thước cho phép sửa chữa, thì phải thay piston.
Để thay pit tông đúng chuẩn, cần căn cứ vào đường kính xi lanh để chọn pit tông phù hợp Kích thước tăng lớn của pit tông có 6 mức là 0,25; 0,50; 0,75; 1,00; 1,25 và 1,50 mm, và các kích thước tăng lớn này được ghi rõ trên đỉnh pit tông.
Trong quá trình thay piston, nên dùng loại piston có nhãn hiệu tương tự để đảm bảo sự nhất quán giữa các piston Khe hở giữa piston thay mới và thành xilanh phải tương đương với khe hở của các xilanh khác trên động cơ Độ ô van của piston mới thay so với các piston khác chênh lệch không quá 0,075 mm.
Khi dùng piston cũ, cần kiểm tra kỹ chiều sâu và chiều cao của rãnh xéc măng để xác định sự phù hợp với xéc măng mới và kiểm tra xem lỗ chốt piston có đảm bảo tương thích hay không Trọng lượng piston mới thay thế phải bằng đúng trọng lượng của piston cũ và không được vượt quá trọng lượng cho phép.
Khi thay cả bộ piston, trọng lượng các piston phải bằng nhau, những piston có đường kính lớn hơn 85mm, trọng lương giữa các piston chênh lệch nhau cho phép không vượt quá
15 gam, những piston có đường kính nhỏ hơn 85mm, thì trọng lượng chênh lệch không quá
9 gam Nếu vượt quá giới hạn cho phép không nhiều, có thể dũa bớt một ít ở mặt đầu trong piston để giảm bớt trọng lượng.
Hình 4.15 - Dùng pan me đo ngoài để đo đường kính piston
4.3.2 Cơ cấu xi lanh a Hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng xilanh
Xi lanh hay ống lót xi lanh thường có những hư hỏng như: vết xước, ran nứt có mòn côn, mòn ô van hay mòn méo.
Vết xước và rạn nứt nhỏ
Nguyên nhân xi lanh bị vết xước và rạn nứt nhỏ:
Nhiệt độ động cơ quá cao.
Dầu bôi trơn không đủ hoặc không sạch
Khe hở giữa pit tông và xéc măng quá nhỏ.
Xéc măng bị gãy hoặc vòng hãm chốt pit tông bị hỏng.
Mòn côn và mòn méo
Nguyên nhân lót xi lanh và xi lanh bị mòn côn và mòn méo:
Hiện tượng ăn mòn tự nhiên, do ma sát giữa pit tông, xéc măng với lót xi lanh Dùng nhiên liệu, dầu bôi trơn không đúng quy định.
Nhiệt độ động cơ thấp hơn 3530K.
Lót xi lanh hay xi lanh bị mòn nhiều nhất ở vị trí tương ứng với xéc măng khí thứ nhất, khi pit tông ở điểm chết trên.
Hình 4.16 - Vị trí xi lanh mòn nhiều nhất b Phương pháp kiểm tra phát hiện hư hỏng xy lanh
Kiểm tra vết xước, rạn nứt
Khi lót xi lanh hay xi lanh bị vết xước, rạn nứt có thể kiểm tra bằng mát thường hoặc dùng kính phóng đại để soi.
Kiểm tra độ ô van và độ côn
Kiểm tra mòn ô van và độ côn của xi lanh, dùng đồng hồ so hoặc pan me đo trong để kiểm tra.
Khi kiểm tra độ ô van: phải đo ở vị trí mòn nhất, tức là vị trí ứng với xéc măng khí thứ nhất khi pit tông ở điểm chết trên, thường cách mặt trên hay miệng của xi lanh 25 – 30mm và đo ở hai đường kính Đường kính AA nằm trong mặt phẳng dao động của thanh truyền và đường kín A/A/ vuông góc với đường kính AA
HỆ THỐNG CỐ ĐỊNH
Hệ thống cố định
Hệ thống cố định động cơ đóng vai trò làm bệ đỡ cho các chi tiết trên động cơ và cùng với hệ thống phát lực hình thành buồng đốt để đốt cháy động cơ Những thành phần chính của hệ thống này gồm nắp máy và thân máy, hai chi tiết đóng vai trò cốt lõi để tạo buồng đốt của ô tô; phía dưới động cơ còn có nắp đáy chứa dầu và một số chi tiết bạc đỡ, giúp dầu được chứa và các chi tiết quay ổn định.
Chuẩn đoán hư hỏng và sửa chửa hệ thống cố định
5.2.1 Nắp các te bị hư hỏng a Chuẩn đoán hư hỏng
Rò rỉ dầu động cơ có thể do ron hoặc phốt làm kín bị hư hỏng, khiến dầu rò rỉ ra ngoài và tích tụ bụi, cặn bẩn bên trong động cơ Động cơ có thể thải khói đen, đồng thời độ ẩm và cặn bẩn tích tụ nhiều bên trong gây suy giảm hiệu suất và tuổi thọ Khi động cơ rung giật ở chế độ cầm chừng và đèn báo Check Engine sáng lên là dấu hiệu cho thấy hệ thống vận hành đang gặp trục trặc Để khắc phục, cần tiến hành sửa chữa và bảo dưỡng: kiểm tra và khắc phục rò rỉ dầu, thay ron hoặc phốt làm kín nếu cần, làm sạch hệ thống và lên lịch bảo dưỡng định kỳ để ngăn ngừa sự cố tái diễn.
Thay thế mới nắp cacte và các ron làm kín các khe hở
5.2.2 Nguyên nhân xe bị chảy dầu dưới gầm a Chuẩn đoán hư hỏng
Gioăng cao su và phớt dầu trong động cơ ô tô dễ bị lão hoá và hư hỏng theo thời gian, làm giảm khả năng kín và có nguy cơ rò rỉ dầu Động cơ ô tô là hệ thống phức tạp gồm nhiều bộ phận và trục, vì vậy việc duy trì dầu ở trạng thái ổn định và ngăn dầu chảy ra là rất quan trọng Để đảm bảo liên kết giữa nắp máy và thân máy được kín, nhà sản xuất lắp gioăng dàn cò và phớt chặn dầu ở mỗi trục, giúp ngăn rò rỉ dầu và bảo vệ hiệu suất vận hành của động cơ.
Khi động cơ hoạt động, các trục quay liên tục và nhiệt độ động cơ có thể tăng lên hàng trăm độ C, khiến gioăng cao su và phớt dầu phải chịu áp lực lớn cũng như sự thay đổi nhiệt độ đột ngột Sự lão hóa nhanh của các chi tiết bằng cao su này dẫn đến hiện tượng mòn, nứt, gãy và rách theo thời gian Hậu quả là dầu rò rỉ ra ngoài qua gioăng và phớt dầu bị lão hóa, trở thành một trong những nguyên nhân chính gây hiện tượng xe ô tô bị chảy dầu dưới gầm.
Khoảng trên dưới 10.000 km vận hành, hệ thống gioăng dàn cò bắt đầu co cứng và xuống cấp, dẫn đến các khe hở giữa các bộ phận Khi gioăng phớt hỏng nặng, khe hở càng lớn sẽ làm dầu máy bị rò rỉ và gây hiện tượng xe chảy dầu Để sửa chữa và bảo dưỡng, cần thay mới ron làm kín và phủ keo xám lên các khe hở để khắc phục rò rỉ dầu và duy trì hiệu suất động cơ.
Đối với chỗ rò rỉ dầu nhỏ trên xe ô tô, thợ kỹ thuật thường dùng chất trám chuyên dụng để trám kín và ngăn ngừa hiện tượng rò dầu Chất trám hoạt động giống như chất bảo dưỡng gioăng cao su và phớt dầu, giúp các bộ phận kín có thể phục hồi lại hình dạng ban đầu Đồng thời, chất trám không ảnh hưởng đến đường dẫn dầu và không làm gián đoạn hệ thống bôi trơn.
Có thể sử dụng chất trám chuyên dụng để trám kín lại các vết hở gây rò rỉ dầu xe 5.2.3.Bu lông lỏng
Bu lông lỏng cũng là một trong các nguyên nhân phổ biến khiến xe ô tô bị chảy dầu dưới gầm Bởi đai ốc và khớp nối sẽ có xu hướng bị nới lỏng theo thời gian Khi bu lông lỏng, dầu máy dễ theo đó rò rỉ ra ngoài.
Khi phát hiện xe bị chảy dầu dưới gầm cần kiểm tra và xử lý ngay bởi nếu chậm trễ sẽ bị lỗi xe hao dầu, thiếu dầu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của động cơ Tuỳ theo nguyên nhân xe oto chảy dầu mà sẽ có cách xử lý khác nhau.
Sửa chửa, bảo dưỡng : Kiểm tra và xiết chặt bu lông nắp máy, thân máy, cate
Nếu dầu bị rò rỉ do bu lông lỏng thì nên xiết chặt lại Nếu đai ốc có hiện tượng lờn thì tốt nhất nên thay mới Mỗi mẫu xe thường có những thông số về kết cấu và dung sai khác nhau để xiết bu lông Nên lưu ý điều này khi xiết bu lông.
HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ
GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG
Trải qua chặng đường cả thể kỷ phát triển, động cơ đốt trong đang được trên bị trên ô tô ngày nay đã được cải tiến rất nhiều để tăng hiệu quả làm việc, hiệu suất, tính tiết kiệm nhiên liệu… Nhưng có một điều mà trong suốt quá trình phát triển đó nó vẫn không đổi, đó là các chu trình hoạt động của động cơ Động cơ đốt trong được trang bị trên ô tô dù hiện đại đến đâu cũng phải thực hiện bốn quá trình hoạt động, đó là: Nạp – Nén – Nổ
Hình 6.1 – Nguyên lí hoạt động của động cơ bốn kỳ
Về mặt lý thuyết, các quá trình của động cơ bốn thì (nạp, nén, nổ và xả) sẽ được phân bổ đều trên hai vòng quay trục khuỷu (720 độ), mỗi chu trình diễn ra trong 180 độ quay Tuy nhiên, để động cơ đạt công suất tối đa và hiệu suất cao thực tế đòi hỏi động cơ phải được nạp đầy và thải sạch; do đó thời gian cho quá trình nạp và xả được kéo dài, trong khi thời gian cho hai quá trình còn lại được rút ngắn lại.
Hình 6.2 – Cơ cấu phân phối khí
Hệ thống phân phối khí được thiết kế để thực hiện nạp đầy hỗn hợp hòa khí (xăng + không khí) hoặc không khí sạch vào xilanh trong kỳ nạp và thải khí cháy ra khỏi xilanh trong kỳ xả Dựa trên nhiệm vụ này, hệ thống phân phối khí đáp ứng các yêu cầu khắt khe như đảm bảo tỉ lệ xăng – không khí chính xác, điều khiển thời điểm đóng mở van đúng kỳ, tối ưu lưu lượng khí vào xilanh, giảm thất thoát và tổn thất áp suất, nâng cao hiệu suất đốt cháy và giảm phát thải, đồng thời chịu được nhiệt độ và áp lực cao để vận hành bền bỉ.
Xupap cần được mở sớm và đóng muộn tùy theo kết cấu của từng loại động cơ và điều kiện vận hành của động cơ.
Phải đóng mở đúng thời gian quy định.
Phải đảm bảo đóng kín buồng cháy trong kỳ nén và nổ. Độ mở xupap phải đủ lớn để dòng khí dễ lưu thông vào buồng cháy
Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa và các yêu cầu khác.
Phân loại cơ cấu phân phối khí căn cứ vào cách thức đóng mở cửa nạp và cửa xả:
Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt;
Cơ cấu phân phối khí dùng piston đóng cửa nạp và cửa xả (động cơ 2 kỳ);
Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp, hay còn gọi là cơ cấu phân phối khí xupáp treo, là hệ thống điều khiển thời điểm mở van và hành trình đóng mở van trong động cơ đốt trong Loại này có hai biến thể chính: trục cam nằm trong thân máy và trục cam nằm trên nắp máy, đi kèm với xupáp treo hoặc xupáp đặt tùy thiết kế Việc lựa chọn giữa các biến thể ảnh hưởng tới hiệu suất làm việc, độ ồn, trọng lượng và độ bền của hệ thống phân phối khí, đồng thời quyết định mức độ tin cậy và chi phí sản xuất của động cơ.
6.1.2 Cấu tạo một số bộ phận chính của hệ thống phân phối khí a Xupap
Nhiệm vụ: đóng mở các đường nạp và xả
Hình 6.3 cho thấy đầu xupap có hình đĩa, mặt làm kín tỳ lên đế xupap và được chế tạo vát hình côn, thường có góc nghiêng là 45 độ Đường kính nắp xupap nạp lớn hơn nắp xupap xả, giúp tối ưu luồng khí vào và ra Xupap nạp thường làm bằng thép crom, trong khi xupap xả được làm bằng thép chịu nhiệt để chịu nhiệt độ vận hành cao.
Thân xupap chịu trách nhiệm dẫn hướng và làm kín nên phải được gia công với độ chính xác và độ bóng cao Ống dẫn hướng xupap có nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động cho xupap, giúp giảm mòn cho thân hoặc nắp xilanh tại vị trí lắp xupap Đế xupap đóng vai trò chịu lực và hạn chế mòn cho thân máy và nắp xilanh khi xupap chịu lực va đập, người ta thường dùng đế xupap ép vào hông đường thai và đường nắp, có kết cấu hình trụ, trên có mặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nắp xupap, được làm bằng thép hoặc gang hợp kim.
Trong hệ thống van của động cơ, lò xo xupap có nhiệm vụ ép chặt mặt tì của xupap lên đế nhằm đảm bảo xupap luôn đóng kín; nhờ vậy trong quá trình hoạt động sẽ không có hiện tượng va đập giữa xupap và mặt cam Lò xo xupap có dạng lò xo xoắn ốc hình trụ và vật liệu chế tạo phổ biến là thép Con đội là bộ phận liên quan khác, đảm nhận vai trò truyền động và điều khiển sự lên xuống của xupap theo chu kỳ làm việc của động cơ.
Con đôi lá là một chi tiết máy truyền lực trung gian, đồng thời chịu lực nghiêng do cam phôi gây ra trong quá trình dẫn động xupap Nhờ khả năng chịu đựng và phân bổ lực của nó, con đôi lá giúp xupap vận hành ổn định, giảm thiểu tác động của lực nghiêng và đảm bảo xupap nằm ở vị trí chính xác trong cơ cấu phân phối khí khi van mở đóng.
Bộ phận chính và vật liệu sản xuất: kêt câu con đôi gôm hai phân: phân dân hương(thân con đôi) va phân măt tiêp xuc vơi cam phôi khi Thân con đôi đêu co dang hinh tru con phân măt tiêp xuc thương co nhiêu dang khac nhau Cac loai con đôi thương lam băng thep cacbon, gang.
Phân loại: con đội hình nấm và con đội hình trụ
Các con đội hình nấm được sử dụng phổ biến trong cơ cấu xupap của động cơ Thân con đội thường nhỏ và đặc, được thiết kế để vừa với khe hở xupap và có vít điều chỉnh ở đầu để tinh chỉnh khe hở và thời gian đóng mở van Việc điều chỉnh khe hở xupap đúng cách giúp động cơ vận hành ổn định, tối ưu hiệu suất, giảm mòn và tiếng ồn, đồng thời tăng tuổi thọ của hệ thống xupap.
Cac con đôi hinh tru đêu co kêt câu rât đơn gian, nhe va dê chê tao Thân con đôi hinh tru co kich thươc vưa băng đương kinh măt tiêp xuc.
; a.Con đội hình nấmb Con đội hình trụ Hình
Dung loai con đôi nay cơ câu phân phôi khi không tôn tai khe hơ nhiêt nên không gây va đâp giưa cac chi tiêt may trong cơ câu phân phôi khi do đo tranh đươc tiêng go.
Hình 6.6 – Con dội thủy lực
Truc cam dung đê điêu khiên viêc đong mơ cac xupap theo đung thư tư lam viêc cua cac xy lanh Ơ môt sô đông cơ, truc cam con co nhiêm vu dân đông bơm dâu, bơm nhiên liêu (đông cơ diezel) bô chia điên (đông cơ xăng).
Trục được làm bằng thép, cấu tạo bởi các vấu cam và các cổ trục, số lượng cam đúng bằng với số lượng xupap, chúng được bố trí sao cho đảm bảo thứ tự nổ của các xilanh của động cơ Số cổ trục được tính toán, thiết kế tùy theo số lượng xilanh và cách bố trí xilanh sao cho đảm bảo độ cứng vững cho trục.
Có 3 phương pháp phổ biến dẫn động trục cam là: bằng bánh răng, bằng dây đai răng và bằng xích Việc lựa chọn phương pháp dẫn động phụ thuộc vào vị trí bố trí trục cam, loại động cơ, các động cơ diesel công suất lớn thường sử dụng dẫn động bằng bánh rang với các trục cam bố trí dưới trong thân máy, các động cơ cỡ nhỏ đặt trên ô tô con thường sử dụng dẫn động đai rang hoặc xích:
Dẫn động bằng bánh răng: có ưu điểm là độ bền cao mà kết cấu lại đơn giản, nhược điểm là ồn.
Hình 6.8 – Dẫn động bằng bánh răng
Dẫn động bằng xích: nó cũng cần được bôi trơn giống như bánh răng để đảm bảo cho xích có độ căng nhất định
Hình 6.9 – Dẫn động bằng xích
Cấu tạo và nguyên lý
6.2.1 Cơ cấu phân phối khí xupap đặt
Hình 6.13 - Sơ đồ nguyên lý cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt
3 Lò xo xupáp 6 Thân máy
Khi động cơ làm việc trục khuỷu quay dẫn động trục cam quay Khi phần cao của cam tác dụng vào đáy con đội, đẩy con đội đi lên, tác dụng vào đuôi xupáp làm cho xupáp đi lên, lò xo bị nén lại cửa nạp hoặc cửa xả được mở ra để nạp hỗn hợp vào xilanh hoặc xả khí thải ra ngoài.
Khi phần cao của cam rời khỏi đáy con đội, dưới tác dụng của lò xo đẩy xupáp đi xuống để đóng kín cửa nạp và cửa xả.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý xupap đặt:
Hình 6.14 - Sơ đồ cấu tạo cơ cấu phân phối khí xupáp đặt 1. Đế xupáp; 2 Xupáp; 3 ống dẫn hướng;4 Lò xo; 5 Móng hãm; 6 Đĩa chặn; 7 Bulông điều chỉnh; 8 Đai ốc hãm; 9.
Hình 6.15 - Sơ đồ nguyên lý cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo
1.Trục cam; 2 Con đội; 3 Lò xo xupáp; 4 Xupáp; 5 Nắp máy; 6 Thân máy; 7. Đũa đẩy; 8 Đòn gánh; 9 Cò mổ
Khi động cơ làm việc, trục khuỷu quay và truyền động cho trục cam Đỉnh cam tác động lên đáy con đội và kéo con đội lên; qua thanh đẩy, lực được chuyển tới đầu đòn gánh và tác động lên xupáp Lò xo xupáp bị nén, khiến xupáp mở ra để cửa nạp hoặc cửa xả mở, từ đó nạp hỗn hợp khí hoặc không khí vào xilanh hoặc xả khí thải ra ngoài.
Khi phần cao của cam rời khỏi đáy con đội, xupáp được đóng lại nhờ lò xo, đòn gánh, thanh đẩy con đội chở về vị trí ban đầu.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý xupap treo:
Hình 6.16 - Sơ đồ cấu tạo cơ cấu phân phối khí xupáp treo 1.Bánh răng cam;
2 Cam xả; 3 Cam nạp; 4 Gối đỡ; 5.Con đội; 6 Xupáp; 7 Ống dẫn hướng;
8 Đũa đẩy; 9 Trục đòn gánh; 10 Cò mổ; 11 Lò xo xupáp;
12 Vít điều chỉnh;13 Bạc gối đỡ.
Các dạng cơ cấu phân phối khí xupap treo thường gặp:
Hình 6.17 trình bày các dạng cơ cấu phân phối khí xupáp treo thường gặp, bao gồm các thành phần xupáp, cần bẩy, đũa đẩy, con đội và trục cam Các cấu hình phổ biến được thể hiện bằng các vị trí lắp đặt trục cam và đường dẫn truyền động xupáp: a) trục cam đặt trên thân máy dẫn động xupáp qua con đội, đũa đẩy và cần bẩy; b) trục cam đặt trên nắp xilanh, dẫn động xupáp qua con đội và cần bẩy; c) trục cam đặt trên nắp xilanh và dẫn động xupáp qua cần; d) trục cam đặt trên nắp xilanh và dẫn động xupáp qua cần bẩy; e) trục cam đặt trên nắp xilanh và dẫn động trực tiếp xupáp.
6.2.3 So sánh ưu nhược điểm cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo và xupáp đặt
Khi sử dụng cơ cấu phân phối khí đặt trên động cơ, chiều cao của động cơ được giảm xuống so với kết cấu nắp xi lanh đơn giản, từ đó hệ thống dẫn động xupáp trở nên dễ dàng hơn và hiệu quả hoạt động của động cơ được nâng cao.
Do buồng cháy không gọn, diện tích truyền nhiệt lớn nên động cơ kém kinh tế: tiêu thụ nhiều nhiên liệu ở tốc độ cao và hệ số nạp giảm làm giảm mức độ cường hoá của động cơ Việc tăng tỷ số nén trở nên khó khăn, đặc biệt với động cơ cỡ lớn, khi bố trí buồng cháy gặp nhiều thách thức Vì vậy, cơ cấu phân phối khí xupáp đặt thường chỉ được dùng cho một số động cơ xăng có tỷ số nén thấp và vòng quay nhỏ.
Việc sử dụng cơ cấu phân phối khí xupáp treo làm buồng cháy gọn, có diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ, giúp giảm tổn thất nhiệt trong quá trình đốt nhiên liệu Trong động cơ tăng áp dùng cơ cấu phân phối khí xupáp treo, nhờ buồng cháy nhỏ gọn này có thể tăng tỷ số nén so với cơ cấu phân phối khí xupáp đặt, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và công suất.
CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA
Nhiệt độ quá cao trong buồng đốt có thể làm hỏng đế hoặc mặt bệ xupap (Valve Seat Face); đồng thời van EGR có thể bị kẹt đóng hoặc cacbon tích tụ trong buồng đốt Nếu nhiệt độ cao làm nứt đế/mặt bệ xupap, khả năng kín khít của xupap bị giảm, gây rò khí giữa buồng đốt và cổ xupap, dẫn tới giảm công suất, tăng tiêu hao nhiên liệu và thải khói đen Bên cạnh đó, van EGR đóng kẹt hoặc tích tụ cacbon có thể làm hệ thống EGR hoạt động không đúng, dẫn đến lưu lượng khí thải quay vòng không ổn định, làm động cơ không mượt mà và ảnh hưởng tới tuổi thọ động cơ.
Rò rỉ áp suất buồng đốt
Bỏ lửa ở chế độ không tải (idle)
Xuất hiện tiếng ồn lạ ở cơ cấu phân phối khi trục cam
Hình 6.18 – Xupap bị nứt vỡ
Hình 6.19 – Bụi bẩn bám dính
Hình 6.20 – Bụi khói và muội than bám
Chẩn đoán đế/mặt bệ xupap bị cháy, nứt:
Nếu áp suất nén bị rò rỉ thông qua xupap nạp, ta có thể nghe thấy âm thanh lạ từ bộ chế hòa khí (cũ) hoặc bướm ga.
Nếu áp xuất bị rò rỉ thông qua xupap xả, ta có thể nghe thấy tiếng ồn “bộp bộp bộp” (tiếng pô ngắt quãng) từ ống xả, hoặc bô nổ k giòn.
Khi một trong số xupap gặp vấn đề, ta phải tháo nắp máy, kiểm tra mặt bệ xupap và thay thế/ sửa chữa các xupap gặp vấn đề
6.3.2 Động cơ nổ ngược Động cơ bị nổ ngược xuất phát ở nhiều vấn đề: trên đường ống nạp – xả, cảm biến MAF, rò rỉ chân không ở bầu trợ lực phanh và đường ống chân không, bơm nhiên liệu bị nghẹt, hệ thống đánh lửa hoạt động không đúng cách (góc đánh lửa sai, hỏng bộ chia điện, bugi mòn cực,…),… Tuy nhiên trong bài này chỉ đề cập đến việc hư hỏng trên cơ cấu phân phối khí.
Hình 6.21 – Cơ cấu chi tiết
Thông thường trục cam sẽ được thiết kế nhằm để mở và đóng xupap nạp và xả Trục cam có chức năng giúp làm cho khí xả đi ra ngoài và khí nạp đi vào buồng đốt Trường hợp góc mở của xupap xả bị nhỏ lại chứng tỏ vấu cam xả đang bị mòn, lúc này trong xilanh sẽ còn sót lại khí xả, khi xupap nạp mở khí xả này sẽ đi ra ngoài bằng đường ống nạp Nếu vấu cam vẫn ổn tiến đến kiểm tra lò xo xupap và đũa đẩy.
Hình 6.22 – Trục cam động cơ
Tình trạng này xảy ra khi xupap không thể đóng và làm kín buồng đốt đúng cách Gây ra tình trạng “tụt hơi”, giảm tỷ số nén của động cơ, hòa khí khó cháy hơn, công suất động cơ giảm và trong nhiều trường hợp động cơ không khởi động được, xe bị rung, giật,
… Thông thường, điều này xảy ra do lò xo xupap bị yếu (thiếu tính đàn hồi) hoặc bị gãy, nghiêng, khe hở nhiệt quá nhỏ hoặc muội than bám nhiều.
Mặc dù các vấn đề cơ học là nguyên nhân chính gây ra việc xupap đóng không kín, hoặc cũng có thể do tốc độ động cơ vượt quá mức cho phép cũng có thể ngăn xupap đóng đúng cách, dẫn đến các vấn đề về hiệu suất động cơ.
6.3.3 Xuất hiện âm thanh lạ từ cơ cấu phân phối khí
Con đội xu-páp/ con đội thủy lực bị kẹt, mòn hoặc hỏng cũng có thể gây ra âm thanh lạch cạch Tiếng lách cách này còn xuất hiện ở buồng xu pap hoặc nắp che giàn đòn gánh.
Do khe hở của đuôi xupap với con đội (khe hở nhiệt) quá lớn, thân xupap với ống dẫn hướng quá lớn làm các chi tiết mòn nhanh, công suất động cơ giảm, thay đổi góc mở sớm, đóng muộn của xupap hoặc làm cho hành trình mở xupap giảm,… Nếu vấu cam mòn lớn sẽ giảm hành trình nâng con đội => Giảm độ mở xupap.
Hình 6.24 – Vấu cam bị trầy xước
Bạn có thể nghe thấy tiếng gõ nhẹ hoặc tiếng ồn ào phát ra từ một hoặc nhiều trục cò mổ khi xảy ra tình trạng trên (phát hiện bằng ống nghe).
Ngoài ra, tiếng lách cách này còn xuất hiện ở buồng xu pap hoặc nắp che giàn đòn gánh.
Hình 6.25 – Cam Cò Để biết âm thanh xuất phát từ đâu, tiến hành các kiểm tra sơ bộ ở cơ cấu phân phối khí:
Kiểm tra mức dầu động cơ
Kiểm tra tình trạng dầu động cơ Kiểm tra van điều chỉnh.
Kiểm tra tình trạng của đòn bẫy/cò mổ, đũa đẩy, lò xo.
Khe hở nhiệt quá lớn do con đội, vấu cam bị mòn hoặc con đội thủy lực bị chảy dầu. Khi chạy ở tốc độ thấp, tại vị trí nắp đậy nắp máy có tiếng kêu lách tách rõ ràng và liên tục do vấu cam va đập với con đội.
Nếu lò xo xu-páp bị gãy khi làm việc sẽ phát ra tiếng gõ nhẹ và thường kèm theo hiện tượng máy yếu, rung do xuất hiện tình trạng xu-páp đóng không kín.
Trường hợp khe hở giữa thân xu-páp và ống dẫn hướng quá lớn ta có thể nghe thấy tiếng gõ nhẹ với âm điệu trung bình (thường chỉ phát hiện được khi sử dụng thiết bị nghe tiếng gõ chuyên dụng).
6.3.5 Động cơ công suất yếu, khó khởi động
Việc sai lệch pha phối khí có thể làm cho động cơ yếu, tăng tốc kém ở tốc độ cao, làm việc không ổn định ở tốc độ thấp động cơ khó khởi động hoặc không thể khởi động được (kèm theo tiếng va mạnh và đều ở xích cam hoặc dây đai), khí xả có màu đen và nhiều muội than.
Thường chỉ xảy ra khi xích hoặc đai cam đã quá mòn và chùn, trong quá trình sửa chữa do căn chỉnh không chuẩn. Đặt cam sai, sai lệch nhỏ pha phân phối khí Động cơ khó nổ, công suất giảm.