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 nhiên liệu tự bốc cháy (động cơ Diesel) là loại đốt trong mà nhiên liệu lỏng được phun vào buồng cháy và tự bốc cháy nhờ nhiệt độ cao do quá trình nén sinh ra Động cơ đốt cháy cưỡng bức (động cơ xăng) đốt cháy hòa khí nhờ nguồn nhiệt bên ngoài, điển hình là tia lửa điện từ bugi; loại này gồm các động cơ dùng chế hòa khí và máy ga Động cơ đốt cháy hỗn hợp đốt cháy hòa khí nhờ hai nguồn nhiệt: một từ nhiệt độ môi chất ở cuối quá trình nén (không đủ tự cháy) và một nguồn khác từ tác dụng của thành buồng cháy nóng hoặc từ ngọn lửa (cầu nhiệt) Động cơ ga–Diesel (động cơ đốt cháy tổ hợp) kết hợp hai cơ chế: hòa khí được đốt cháy cưỡng bức, nhờ nguồn nhiệt từ hệ thống đốt, đồng thời nhiên liệu Diesel được phun vào xi lanh ở cuối quá trình nén và 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 -
24), có loại động cơ phun tới nhiên liệu nhờ không khí nén và nhiên liệu tự bốc cháy (hiện nay không sản xuất loại này), ngoài ra còn động cơ đốt trong tăng áp cao Động cơ cấp nhiệt hỗn hợp hoạt động bằng cách cấp nhiệt một phần ở điều kiện đẳng tích và phần còn lại ở điều kiện đẳng áp – bao gồm tất cả các động cơ Diesel hiện đại với tỷ số nén cao (g = 12 – 16), phun nhiên liệu trực tiếp và nhiên liệu tự bốc cháy Phần lớn động cơ Diesel hiện nay 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
Hình 2.7 – Động cơ 1 xy lanh và nhiều xy lanh Động cơ đốt cháy hỗn hợp đốt cháy hòa khí nhờ hai nguồn nhiệt: một nguồn từ nhiệt độ của môi chất ở cuối quá trình nén (không đủ tự cháy) và nguồn khác do tác dụng của thành nóng trong buồng cháy hoặc do tia lửa Động cơ đốt cháy tổ hợp (động cơ ga – Diesel) đốt cháy hòa khí của nhiên liệu ở dạng khí hoặc nhiên liệu lỏng được đốt cháy cưỡng bức, nhờ ngọn lửa do tự chảy của nhiên liệu; riêng nhiên liệu Diesel được phun vào xy lanh ở cuối quá trình nén và 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 công nghệ động cơ đốt trong, có cấu hình phun nhiên liệu dựa vào không khí nén kết hợp với nhiên liệu tự bốc cháy (loại này hiện nay không sản xuất) Ngoài ra còn có các động cơ đốt trong tăng áp cao với hệ thống phun hiện đại Động cơ cấp nhiệt hỗn hợp là sự kết hợp giữa cấp nhiệt đẳng tích và cấp nhiệt đẳng áp; về cơ bản nó bao gồm tất cả các động cơ Diesel hiện đại có tỷ số nén cao (g = 12–16), với phun nhiên liệu trực tiếp và nhiên liệu tự bốc cháy Phần lớn động cơ Diesel hiện nay hoạt động theo chu trình này.
Theo cách bố trí xy lanh
Động cơ được phân loại theo hướng bố trí xy lanh gồm các nhóm phổ biến: động cơ đặt đứng với xy lanh thẳng đứng, động cơ nằm ngang với xy lanh nằm ngang, và động cơ một hàng có các xy lanh đặt thành một hàng, đường tâm xy lanh song song và cùng nằm trên một mặt phẳng Các cấu hình phổ biến khác gồm động cơ hai hàng song song hoặc hai hàng hình chữ V, cùng với động cơ nhiều hàng theo dạng hình sao X và các loại động cơ nhẹ cao tốc khác Trong dòng sao X, một hàng các đường tâm xy lanh nằm trên cùng một mặt phẳng thể hiện ở động cơ Diesel cao tốc; động cơ sao X có thể có nhiều hàng và các hãng song song – với trục khuỷu đặt trên mặt phẳng ngang hoặc thẳng đứng Cuối cùng, động cơ piston đối đỉnh có thể có một, hai hoặc nhiều trục khuỷu, liên kết với nhau nhờ 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 chỉ quay về phía bên phải Trục khuỷu của động cơ quay theo chiều kim đồng hồ khi được quan sát từ phía bánh đã tới mũi tẩu (động cơ tàu thuyền) hoặc nhìn từ đầu tự do ở các loại động cơ khác Việc xác định đúng chiều quay rất quan trọng để lắp đặt hệ thống truyền động và đảm bảo vận hành an toàn, hiệu suất và sự tương thích giữa động cơ và cánh quạt.
Động cơ chỉ quay trái, nghĩa là trục khuỷu quay ngược với chiều đã nêu Động cơ có thể quay được hai chiều nhờ cơ cấu đảo chiều, và tính năng này chỉ được 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 máy chính và máy phụ Máy chính được dùng để quay chân vịt hoặc là máy phát điện truyền động điện tới chân vịt tàu thủy, đảm bảo lực đẩy và điều khiển vận hành tàu Máy phụ phục vụ các nhu cầu khác trên tàu, bao gồm cụm phát điện Diesel và cụm Diesel máy nén, cung cấp nguồn điện và khí nén cho các hệ thống trên tàu.
- 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 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 Phân loại theo hệ thống làm mát giúp nhận diện các loại động cơ được làm mát bằng nước, bằng gió hoặc bằng dung dịch khác, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất, nhiệt độ làm việc và tuổi thọ của động cơ Phương án phân loại dựa trên cơ cấu điều chỉnh cho thấy sự khác biệt ở cách điều khiển quá trình nạp nhiên liệu, phun nhiên liệu và đóng mở van, nhằm tối ưu hoá hiệu suất và khả năng kiểm soát vận hành Về mặt nguyên lý làm việc, các loại động cơ đốt trong đều phải thực hiện một chu trình làm việc gồm các giai đoạn nén, nổ và thải khí để sinh công.
Các ứng dụng của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong (ĐCĐT) là nguồn động lực chính dẫn động các phương tiện giao thông vận tải như ô tô, xe máy, tàu thủy, máy bay và các máy công tác khác (máy phát điện, bơm nước, ) ĐCĐT chiếm vị trí then chốt trong quá trình cơ giới hóa sản xuất và đóng vai trò nền tảng trên 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 (điện cơ điện tử) có tác động tương hỗ với nhiều lĩnh vực khác, nổi bật là cơ khí, điện và điện tử, cùng với điều khiển tự động Sự liên kết giữa ĐCĐT và các ngành này không chỉ nâng cao hiệu suất và độ chính xác của các hệ thống tự động mà còn thúc đẩy tiến bộ trong thiết kế và vận hành thiết bị Mối quan hệ này mở rộng sang vật liệu kim loại và phi kim loại, vật liệu mới và công nghệ chế tạo, từ đó mở ra nhiều ứng dụng và tối ưu hóa quy trình sản xuất Đồng thời, ĐCĐT còn liên quan đến xăng dầu và các nguồn năng lượng, giúp cải thiện hiệu suất truyền động và hiệu quả biến đổi năng lượng Nhờ tác động lẫn nhau giữa ĐCĐT và các lĩnh vực liên quan, ngành này có nhiều cơ hội đổi mới, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
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 nguồn năng lượng mặt trời Tuy vậy, các công nghệ này vẫn chưa được sản xuất hàng loạt do còn tồn tại các khuyết điểm như giá thành chế tạo cao, kích thước lớn và tính tiện dụng chưa đáp ứng yêu cầu Vì vậy, động cơ đốt trong dùng nhiên liệu lỏng như xăng và dầu diesel vẫn giữ vai trò quan trọng và hiện nay vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng.
CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ
Hệ thống phát lực
Hệ thống phát lực có nhiệm vụ bao kín buồng cháy và tiếp nhận lực khí cháy truyền xuống trục khuỷu tới máy công tác Các chi tiết của hệ thống phát lực gồm piston, xéc măng (bạc piston), chốt piston, thanh truyền (tay dên), bạc đầu to (miễn dên) và đầu nhỏ (nếu có) thanh truyền, trục khuỷu (cốt máy), bạc trục khuỷu (miễn cốt máy) và bánh đà, đóng vai trò then chốt trong quá trình biến đổi sức căng trong buồng cháy thành chuyển động quay và cung cấp lực cho máy công tác.
Hình 3.1- Hệ thống phát lực
Hệ thống cố định
Hệ thống cố định của động cơ gồm các chi tiết chiếm phần lớn khối lượng như thân máy, nắp quy-lát, nắp cò, cạc te nhớt và đường ống nạp và thải Những chi tiết này có kết cấu rất phức tạp dùng để ghép các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ Hình dạng và kết cấu của chúng phụ thuộc vào công suất động cơ, kiểu làm mát động cơ hay phương pháp chế tạo.
Hình 3.2 - Hệ thống cố định
Hình 3.3 - Thân máy là bộ xương của động cơ đốt trong
Hệ thống phân phối khí
Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ nạp đầy không khí hoặc hòa khí (xăng hòa trộn với không khí) vào buồng đốt trong kỳ nạp và thải sạch khí cháy ra khỏi xylanh trong kỳ thải Hệ thống phân phối khí phải làm việc rất chính xác để đáp ứng được nhiệm vụ trên.
Hình 3.4 - Hệ thống phân phối khí
Hệ thống phân khối bao gồm các chi tiết như trục cam, xích cam (dây cuaroa cam), xupap, lò xo xupap, cò mổ, … Ngoài ra trên các hệ thống phân phối khí hiện đại trên các dòng xe của TOYOTA như Camry, Altis, Fortuner, LandCruiser còn trang bị thêm các cơ cấu điều khiển cam thông minh VVT-i, tương tự trên các dòng xe khác như HONDA, MAZDA, KIA, HYUNDAI, BMW, MERCEDES, AUDI… đều trang bị thêm các cơ cấu để cải thiện hiệu quả làm việc của các hệ thống phân phối khí.
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, đảm bảo quá trình đốt cháy diễn ra ổn định và hiệu quả Lượng nhiên liệu được điều chỉnh dựa trên các điều kiện vận hành của động cơ như khởi động, cầm chừng (không tải), tăng tốc, nửa tải và toàn tải, nhằm đáp ứng nhu cầu công suất thực tế và tối ưu hóa hiệu suất nhiên liệu.
Các loại động cơ xăng hiện đại ngày nay đều sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử nhằm tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm phát thải ô nhiễm Hai nhánh hệ thống nhiên liệu chủ đạo là hệ thống nhiên liệu động cơ xăng và hệ thống nhiên liệu động cơ diesel, mỗi loại có nguyên lý vận hành riêng và ảnh hưởng tới hiệu suất, độ tin cậy cũng như mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ.
Hình 3.6- Hệ thống nhiên liệu
Động cơ diesel hiện đại vẫn vận hành bằng bơm cao áp (bơm phân phối) để cấp nhiên liệu cho động cơ Song song đó, hệ thống phun nhiên liệu điện tử Common Rail được áp dụng rộng rãi nhằm giảm phát thải ô nhiễm và tối ưu công suất cho động cơ diesel.
3.5 Hệ thống bôi trơn Động cơ đốt trong hoàn toàn được chế tạo từ kim loại, do đó khi hoạt động sẽ có ma sát giữa các bề mặt chi tiết gây mài mòn Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ làm giảm tối đa sự ma sát mài mòn đó, đồng thời giúp cho động cơ hoạt động mượt mà hơn Hệ thống bôi trơn là một hệ thống quan trọng ảnh hưởng tới tuổi thọ lẫn khả năng sinh công suất của động cơ.
Hình 3.7 - Hệ thống bôi trơn động cơ
Trong quá trình hoạt động, động cơ đốt trong sinh ra lượng nhiệt lớn; nhiệt độ quá cao khiến các chi tiết giãn nở, có thể bó kẹt giữa các bề mặt, đồng thời tăng mài mòn và làm giảm độ bền của chi tiết Do đó, hệ thống làm mát được thiết kế để duy trì nhiệt độ của động cơ ở mức ổn định, tránh quá nóng cũng như quá lạnh, từ đó tối ưu hiệu suất và tăng tuổi thọ của động cơ đốt trong.
Hình 3.8 - Hệ thống làm mát động cơ đốt trong
3.7 Hệ thống điện động cơ Động cơ đốt trong trên ô tô luôn được trang bị các thiết bị và hệ thống điện nhầm giúp cho động cơ có thể hoạt động Có thể dễ dàng nhận biết các trang bị điện cho động cơ xăng như: hệ thống đánh lửa, hệ thống khởi động, máy phát, ac-quy…, động cơ Diesel được trang bị các thiết bị điện như bugi xông, máy phát, hệ thống khởi động, ac-quy…
Hình 3.9 - Bộ chia điện trên ô tô đời cũ
CHƯƠNG 4 CHUẨN ĐOÁN SỬA CHỬA HƯ HỎNG HỆ THỐNG PHÁT LỰC
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
Cơ cấu trục khuỷu và thanh truyền là một cơ chế phức tạp, hoạt động liên động với nhau và đóng vai trò là thành phần chủ chốt cấu tạo nên động cơ Hệ thống này chuyển đổi chuyển động quay của trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của piston, đồng thời truyền lực và năng lượng trong động cơ để quá trình đốt nhiên liệu sinh công suất Nhờ có cơ chế trục khuỷu-thanh truyền, động cơ có thể hoạt động ổn định và hiệu quả, biến quá trình cháy khí thành lực đẩy và công suất cho các loại xe và máy móc.
Để một xe có thể vận hành, chuyển động quay của bánh xe được tạo ra bởi trục khuỷu Thanh truyền, còn gọi là connecting rod, biên, tay biên hoặc tay dên (tiếng Pháp: bielle), là bộ phận trung gian nối piston với trục khuỷu trong động cơ piston và có nhiệm vụ biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Thanh truyền kết hợp với tay quay (khuỷu) để chuyển đổi động năng của piston thành động lực quay của trục khuỷu, đồng thời chịu lực nén và lực kéo từ piston ở hai đầu và truyền chúng vào trục khuỷu để duy trì chu trình hoạt động của động cơ.
Thanh truyền bắt nguồn từ cơ cấu liên hợp cơ học được dùng trong các cối xay nước, nơi cơ cấu này biến đổi chuyển động quay của bánh xe nước thành chuyển động tịnh tiến Cơ chế liên hợp này đã hình thành vai trò của thanh truyền như một thành phần thiết yếu trong truyền động, và về sau thanh truyền được sử dụng chủ yếu trong các động cơ đốt trong và động cơ hơi nước để chuyển đổi động năng thành chuyển động tuyến tính.
Trục khuỷu là một phần của động cơ dùng để biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay, nhằm sinh công và truyền mô-men quay tới các bộ phận làm việc Nó nhận lực từ piston để tạo ra mô-men quay và truyền công suất tới bộ phận công tác, đồng thời 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 khí thể, 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 quay, đồng thời là thành phần chủ chốt trong các hệ thống dẫn động như puly dẫn động quạt gió, bơm nước và các bánh răng dẫn động trục cam Đầu trục khuỷu thường được trang bị thêm bộ giảm chấn xoắn để nâng cao hiệu quả làm việc và giảm rung động cho toàn bộ hệ thống.
Cổ trục khuỷu là thành phần khá quan trọng của động cơ, thường được thiết kế để chứa dầu bôi trơn trong lòng cổ nhằm đảm bảo bôi trơn cho các chi tiết hoạt động Đồng thời, nó liên kết với các bánh răng dẫn động trục cam để truyền động giữa trục khuỷu và trục cam, giúp chu trình nạp/xả hoạt động chuẩn xác Giống như phần đầu, cổ trục khuỷu cũng có thể lắp thêm bộ giảm chấn xoắn theo thiết kế và yêu cầu vận hành Việc đảm bảo dầu bôi trơn và hệ thống truyền động tại cổ trục khuỷu đóng vai trò quan trọng cho hiệu suất và tuổi thọ của động cơ.
Chốt khuỷu là bộ phận đóng vai trò liên kết giữa đầu to của thanh truyền và trục khuỷu trong cơ cấu khuỷu của động cơ Chốt khuỷu được gia công ở nhiệt độ cao nhằm tăng độ cứng và tạo bề mặt bóng nhất định Thông thường số chốt khuỷu bằng với số xi lanh của động cơ một hàng xi lanh Đường kính của chốt khuỷu nhỏ hơn đường kính cổ trục Tương tự cổ trục, chốt khuỷu có thể được thiết kế rỗng để giảm trọng lượng và chứa dầu bôi trơn; các khoảng trống này cũng có tác dụng lọc dầu bôi trơn.
Má khuỷu thường có hình elip, đóng vai trò phân bố ứng suất một cách hợp lý nhất và là bộ phận liên kết giữa cổ trục và cổ chốt trong hệ thống cơ cấu Với thiết kế elip, má khuỷu tối ưu hóa truyền lực và giảm tập trung ứng suất ở các mối nối, đảm bảo độ bền và độ tin cậy của liên kết cổ trục – cổ chốt, đồng thời nâng cao tuổi thọ và hiệu suất làm việc của toàn bộ cơ cấu.
Đối trọng là bộ phận đóng vai trò cân bằng các lực và mô men quán tính không cân bằng của động cơ, từ đó giúp ổn định hoạt động và giảm rung động Bên cạnh đó, nó làm giảm tải cho ổ trục và là nơi khoan bớt các khối lượng thừa khi cân bằng trục khuỷu Đối trọng có thể được chế tạo liền với má khuỷu hoặc làm rời, sau đó hàn hoặc bắt bulông với má khuỷu để đảm bảo liên kết chắc chắn.
Đuôi trục khuỷu: Phía trên đuôi có lắp bánh đà với nhiệm vụ chính là truyền công suất ra bên ngoài. b Cấu tạo của thanh truyền
Hình 4.3 - Cấu tạo chi tiết thanh truyền
Thanh truyền được cấu tạo nên từ 3 phần gồm: đầu nhỏ, đầu to và thân.
Đầu nhỏ là một khối trụ tròn liên kết với pít-tông qua một thanh chốt Tại vị trí tiếp xúc, một lớp bạc mỏng được bọc nhằm giảm ma sát và nâng cao tuổi thọ của đầu nhỏ.
Đầu to gắn vào trục khuỷu được thiết kế thành hai nửa nhằm thuận tiện cho quá trình lắp đặt và sửa chữa; hai nửa này được ghép lại với nhau bằng chốt và bu lông, giúp tháo lắp nhanh chóng và dễ dàng bảo dưỡng.
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 tính ứng dụng riêng biệt Trục khuỷu nguyên nổi bật với độ bền cao, cấu tạo đơn giản và hoạt động ổn định trong các hệ thống yêu cầu lực xoay đều, trong khi trục khuỷu ghép cho phép điều chỉnh chiều dài và dễ thay thế linh hoạt, phù hợp với những thiết kế cần tính tùy biến và bảo trì thuận tiện Tùy thuộc vào tải trọng, tốc độ và điều kiện vận hành, người dùng sẽ chọn loại trục khuỷu phù hợp nhất để tối ưu hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống.
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 riêng biệt được nối lại với nhau bằng thanh trục khuỷu; trục khuỷu ghép được dùng nhiều trong động cơ cỡ lớn hoặc động cơ có công suất nhỏ nhưng ít xi lanh và đầu thanh truyền không bị cắt đôi Tùy thuộc vào cấu tạo của thiết bị và động cơ tương ứng, người ta có thể lựa chọn một trong hai loại trục khuỷu như phía trên, vì mỗi loại trục khuỷu có nguyên lý hoạt động khác nhau nên người dùng cần lưu ý Phân loại thanh truyền cũng được xác định dựa trên yêu cầu kỹ thuật và mục đích sử dụng để tối ưu hiệu suất và kết cấu của hệ thống truyền động.
Kiểu thanh truyền này phổ biến trong các động cơ thẳng hàng và động cơ pít-tông ngược (Opposed-piston engine) Đầu thanh truyền liên kết với chốt trục khuỷu thông qua nắp biên và vòng bi kim.
Hình 4.4 – Loại thanh truyền đơn trên ô tô
Nắp vòng bi được cố định trên đầu thanh truyền bằng bu lông hoặc bu lông hai đầu ren, đảm bảo liên kết chắc chắn giữa các thành phần Để duy trì cân bằng và sự khớp nối, các thanh truyền phải được thay thế đồng bộ trong cùng một xi-lanh và ở cùng một vị trí tương đối.
Chẩn đoán các hư hỏng, sửa chữa và bảo dưỡng trục khuỷu - thanh truyền
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 lực khí cháy thay đổi theo chu kỳ. b Sửa chữa, bảo dưỡng:
Trục khuỷu bị mòn, rỗ hoặc xây xước nhẹ nhưng chưa vượt quá giới hạn cho phép có thể được phục hồi bằng cách dùng giấy nhám mịn và dầu nhờn để đánh bóng bề mặt, loại bỏ các vết rỗ và xước và tiếp tục vận hành động cơ.
Khi cổ trục và cổ biên của trục khuỷu bị mòn quá giới hạn cho phép, phải tiến hành mài lại trên máy mài chuyên dụng để đưa kích thước về chuẩn sửa chữa Quá trình này khôi phục độ chính xác, cân bằng và tuổi thọ của động cơ, giúp vận hành mượt và an toàn hơn Nên thực hiện bởi kỹ thuật viên có kinh nghiệm và sử dụng máy mài đúng mục đích, nhằm tránh làm hỏng chi tiết và kéo dài thời gian sử dụng sau sửa chữa.
Trong trường hợp không có máy mài chuyên dụng, có thể làm giảm 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 dũa theo hình vòng cung để chỉnh vùng côn hoặc méo Trong quá trình dũa, quay trục khuỷu nhịp nhàng và thường xuyên kiểm tra độ tròn bằng compa và bán kính vòng lượn ở má khuỷu Sau khi dũa cho đến khi tròn, tiến hành đánh bóng bằng cách quấn vải nhám mịn quanh cổ trục hoặc cổ biên, buộc hai đầu dây mềm để cố định miếng vải và kéo đi kéo lại nhiều lần cho đến khi cổ trục nhẵn bóng Cuối cùng dùng miếng dạ hoặc da có thấm dầu hoả để đánh bóng thêm cho đến khi không còn vết chỉ nhỏ.
Khi cổ trục khuỷu đã mòn đến mức không còn kích thước sửa chữa nhỏ có thể áp dụng phương pháp phun đắp thép hoặc mạ thép, sau đó mài lại để khôi phục kích thước tiêu chuẩn Chú ý không làm tắc lỗ dầu; các mép lỗ phải được mài lại bằng đá dầu để tạo vát, nhằm đảm bảo dầu bôi trơn lưu thông và gia công cho cổ trục khuỷu đạt chuẩn.
4.2.2 Trục khuỷu bị cong, xoắn
Hình 4.9 - Trục khuỷu bị cong a Chuẩn đoán:
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
Khi chịu momen quá lớn trong quá trình làm việc, tiến hành sửa chữa, bảo dưỡng trục khuỷu bằng cách đặt trục lên giá đỡ chữ V và tác dụng một lực vào cổ trục chính ở giữa theo hướng ngược lại với chiều cong của trục khuỷu Để tránh làm xước cổ trục, cần đặt đệm gỗ hoặc đệm đồng ở đầu ép và tại điểm tựa của khối chữ V; ở phía dưới cổ trục cần đặt đồng hồ đo để kiểm soát áp lực Nếu trục khuỷu bị cong quá nhiều thì phải nắn lại nhiều lần, sau đó nung trong dầu nóng ở 2000°C từ 5-6 giờ để khử ứng suất dư.
Trong trường hợp không có máy ép hoặc trục khuỷu bị cong nhỏ, có thể tận dụng thân động cơ cũ hoặc bộ khuôn chuyên dụng làm khuôn nắn Đặt trục khuỷu vào bên trong khuôn, hai đầu dùng đệm gỗ để phân bổ lực và bảo vệ bề mặt Tác dụng lực từ hai phía một cách đều đặn để nắn trục khuỷu trở về trạng thái thẳng hoàn toàn, đảm bảo hoạt động của động cơ sau khi sửa chữa.
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:
Động cơ bị kích nổ, đánh lửa quá sớm, piston bị bó kẹt và đặt cam sai là những nguyên nhân chính ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ động cơ Trong sửa chữa và bảo dưỡng, đối với thanh truyền của động cơ công suất nhỏ hoặc trung bình có kích thước không lớn, có thể dùng đồ gá nắn nắn cong và xoắn trực tiếp lên thân thanh truyền Trường hợp thanh truyền có kích thước lớn, phải đưa lên bàn ép để đủ lực ép cần thiết.
Hình 4.11 - Thanh truyền bị gãy a Chuẩn đoán:
Thanh truyền chịu tác dụng của các lực khí cháy có trị số và hướng luôn thay đổi theo chu kỳ, tạo ra lực quán tính và gây chuyển động tịnh tiến cùng chuyển động quay của bản thân thanh truyền Trong sửa chữa và bảo dưỡng động cơ, việc thay mới thanh truyền là biện pháp quan trọng để duy trì độ bền, tối ưu hiệu suất và đảm bảo an toàn cho hệ thống truyền động.
4.2.6 Thanh truyền bị rạn nứt a Chuẩn đoán:
Do lực tác dụng quá lớn từ các nguyên nhân đã kể, piston bị bó kẹt trong xy lanh, làm tăng tải trọng và có thể gây hỏng hóc nghiêm trọng cho động cơ Trong sửa chữa và bảo dưỡng, khi phát hiện 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, mài phẳng mặt để khôi phục độ bền và độ chính xác của chi tiết.
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
Để kiểm tra độ mòn của trục khuỷu, sử dụng panme đo ngoài đo đường kính của các cổ khuỷu và chốt khuỷu, đo ở nhiều điểm khác nhau để xác định độ mòn lớn nhất (đường kính nhỏ nhất) nhằm đánh giá độ ô van và độ côn Độ ô van là hiệu giữa hai đường kính lớn nhất đo được trên hai phương vuông góc của một tiết diện nào đó, còn độ côn là hiệu giữa hai đường kính đo ở cùng phương tại hai đầu cổ trục.
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 làm việc, piston thường có các hiện tượng hư hỏng sau:
Đỉnh piston bị cháy rỗ, nứt thủng, do chịu nhiệt độ và áp suất cao của khí cháy, chịu sự ăn mòn của nhiên liệu và khí cháy.
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:
Đối với piston bị vết xước hoặc nứt, bạn có thể kiểm tra bằng mắt thường hoặc dùng kính phóng đại để soi kỹ; ngoài ra có thể gõ nhẹ quanh piston bằng một thanh kim loại và lắng nghe, nếu có tiếng rè thì cho thấy piston đang bị nứt.
Đo đường kính phần đáy thân piston bằng panme đo ngoài, sau đó 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 có tiếng gõ bất thường (gõ xilanh) Khe hở cho phép giữa piston và xilanh không được vượt quá 0,34 mm trên mỗi 100 mm đường kính xilanh.
Để đo khe hở giữa piston và xilanh, lắp ngược piston (không có xéc măng) vào xilanh, dùng căn lá có kích thước phù hợp (chiều dài 200 mm, rộng 13 mm) chèn vào giữa piston và xilanh ở mặt piston, không xẻ rãnh vuông góc với lỗ chốt piston Dùng cân lò xo kéo với lực 2–3,5 kg; nếu căn lá bị kéo ra khỏi khe hở thì khe hở đạt yêu cầu, và độ chênh lệch lực kéo giữa các xilanh không được quá 1 kg Ngược lại, nếu căn lá cắm vào khe hở một cách lỏng lẻo thì khe hở quá lớn, cho thấy piston có dấu hiệu 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 mức độ hư hỏng và các yếu tố khác nhau mà lựa chọn phương pháp sửa chữa phù hợp cho piston động cơ Phần lớn trường hợp sẽ sử dụng piston mới hoặc tăng kích thước piston để khôi phục hiệu suất và độ kín Khi cần thiết, có thể áp dụng các phương pháp sửa chữa khác nhằm đảm bảo an toàn vận hành và tối ưu hiệu suất của động cơ, tùy thuộc vào tình trạng cụ thể của piston và động cơ.
Trong trường hợp piston bị vết xước nhỏ nằm trong phạm vi cho phép và các kích thước khác vẫn đạt chuẩn, có thể dùng giấy nhám mịn thấm dầu để đánh bóng bề mặt và tiếp tục sử dụng Quá trình đánh bóng giúp làm mịn bề mặt piston, giảm ma sát và duy trì hiệu suất của động cơ khi vết xước ở mức cho phép Tuy nhiên, cần kiểm tra lại toàn bộ thông số sau khi đánh bóng để đảm bảo piston vẫn đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn vận hành.
Trường hợp xilanh chưa mòn quá giới hạn cho phép nhưng khe hở giữa piston và xilanh lại quá lớn, có thể áp dụng phương pháp mạ và tạo màng bằng molybdenum disulfide (MoS2) để tăng kích thước của piston và thu hẹp khe hở Nếu chỉ có một piston bị hỏng, có thể dùng một piston cũ đã được gia công để tăng kích thước và tiến hành tiện lại cho vừa với xilanh, nhằm tái sử dụng thay vì thay mới.
Đối với piston gặp vết nứt nhỏ nhưng chưa 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; ngược lại, nếu vết nứt lớn thì bắt buộc thay piston để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành của động cơ.
Trường hợp lỗ chốt piston bị mòn và biến dạng, cần thực hiện sửa chữa bằng các dụng cụ phù hợp như dao doa bằng tay, dao chuốt hoặc tiện Việc mở rộng lỗ chốt theo kích thước sửa chữa giúp tạo lại kích thước chuẩn và bề mặt lỗ đạt yêu cầu Sau đó lắp chốt có đường kính lớn hơn nhằm khôi phục chức năng và độ chắc chắn của hệ thống piston.
Trường hợp xilanh phải mài doa hoặc piston trong xilanh quá lỏng, đồng thời có nứt vỡ hoặc hư hỏng nặng, rãnh xéc măng bị mòn quá mức và lỗ chốt piston bị mòn quá kích, thì mức sửa chữa lớn nhất là phải thay piston.
Khi thay pit tông cần căn cứ vào đường kính xi lanh để chọn pit tông Kích thước tăng lớn của pit tông có 6 mức là 0,25; 0,50, 0,75; 1,00; 1,25; và 1,50mm Các kích thước tăng lớn đều có ghi rõ trên đỉnh pit tông
Khi thay từng piston tốt nhất dùng loại piston có nhãn hiệu tương tự Khe hở giữa piston thay mới với thành xilanh phải như các xilanh khác Độ ô van của piston mới thay so với các piston khác chênh lệch nhau không quá 0,075mm.
Khi dùng piston cũ để thay thế, cần kiểm tra chiều sâu và chiều cao của rãnh xéc măng để đảm bảo phù hợp với xéc măng mới và kiểm tra lỗ chốt piston có phù hợp hay không Trọng lượng piston mới thay thế phải bằng với trọng lượng piston cũ và không được vượt quá trọng lượng cho phép.
Khi thay thế toàn bộ bộ piston, trọng lượng của các piston phải đồng đều để đảm bảo vận hành ổn định và tránh tải bất đồng Đối với các piston có đường kính lớn hơn 85 mm, sự chênh lệch trọng lượng giữa các piston được giới hạn ở mức cho phép nhằm duy trì hiệu suất và độ bền của động cơ.
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.
Để kiểm tra độ ô van, đo ở vị trí mòn nhất, tức là vị trí ứng với xéc măng khí thứ nhất khi pit tông ở điểm chết trên Vị trí đo thường cách mặt trên hoặc miệng xi lanh 25–30 mm và được thực hiện ở hai đường kính Đường kính AA nằm trong mặt phẳng dao động của thanh truyền và vuông góc với đường kính AA.
Khi đo, đặt đồng hồ so vào bên trong xi lanh, giữ ở tư thế thẳng đứng để tránh sai lệch và đảm bảo đồng hồ không bị rung lắc về phía trước hoặc phía sau Độ ô van được xác định bằng hiệu hai đường kính AA – A/A Độ ô van cho phép không vượt quá 0,07 mm trên mỗi 100 mm đường kính xi lanh.
HỆ THỐNG CỐ ĐỊNH
Hệ thống cố định
Hệ thống cố định đóng vai trò bệ đỡ để lắp đặt các chi tiết trên động cơ và cùng với hệ thống phát lực hình thành buồng đốt nơi diễn ra quá trình đốt cháy động cơ Các chi tiết chính của hệ thống này gồm nắp máy và thân máy, hai thành phần này góp phần tạo ra buồng đốt của ô tô; phía dưới động cơ còn có nắp cate để chứa dầu và một số chi tiết bạc đỡ.
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
Xuất hiện tình trạng rò rỉ dầu động cơ.
Ron hoặc phốt làm kín hư hỏng.
Động cơ xuất hiện khói đen.
Độ ẩm, cặn bẩn tích tụ nhiều bên trong động cơ.
Động cơ rung giật khi chạy ở chế độ cầm chừng và đèn báo Check Engine báo sáng. b Sửa chữa, bảo dưỡng
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 có thể bị lão hoá, hư hỏng dẫn tới rò rỉ dầu trên động cơ ô tô Động cơ được cấu tạo từ nhiều bộ phận và trục, vì vậy để dầu bên trong hệ thống được ổn định và không bị thất thoát, nhà sản xuất lắp các gioăng cao su nhằm làm kín các liên kết giữa nắp máy và thành máy (gọi là gioăng dàn cò) và phớt chặn dầu ở mỗi trục.
Khi động cơ hoạt động, các trục quay liên tục khiến nhiệt độ động cơ tăng lên rất cao, có thể lên đến hàng trăm độ C Gioăng và phớt bằng cao su vừa phải chịu lực tác động lớn vừa phải chịu sự biến đổi nhiệt độ, nên chúng nhanh bị lão hóa Quá trình này dẫn tới mòn, nứt, gãy và rách của các bộ phận cao su, tạo khe rò rỉ dầu Dầu có thể rò rỉ ra ngoài qua các gioăng bị lão hóa, làm tăng nguy cơ chảy dầu dưới gầm xe Vì thế, lão hóa của gioăng cao su và phớt dầu là một nguyên nhân chính gây xe ô tô bị chảy dầu dưới gầm.
Thông thường sau khoảng 10.000 km vận hành, hệ thống gioăng dàn cò bắt đầu co cứng Phớt và ron làm kín càng xuống cấp sẽ càng dễ xuất hiện khe hở, khiến dầu máy rò rỉ và xe chảy dầu Để sửa chữa và bảo dưỡng, thay ron làm kín mới và phủ keo xám lắp các khe hở, nhằm đảm bảo động cơ kín dầu và vận hành ổn định.
Đối với chỗ rò rỉ nhỏ trên hệ thống dầu ô tô, thợ thường dùng chất trám kín chuyên dụng để trám kín lại và ngăn tình trạng dầu rò rỉ Chất trám này hoạt động tương tự như chất bảo dưỡng gioăng cao su và phớt dầu, giúp chúng lấy lại hình dạng ban đầu và duy trì độ kín của các mối ghép Chất trám không ảnh hưởng đến đường dẫn dầu trong hệ thống, đảm bảo dầu được lưu thông tốt và xe vận hành an toàn.
Có thể sử dụng chất trám chuyên dụng để trám kín lại các vết hở gây rò rỉ dầu xe
Bu lông lỏng là một trong những nguyên nhân phổ biến gây chảy dầu dưới gầm xe ô tô Theo thời gian, đai ốc và khớp nối có xu hướng bị nới lỏng, khiến dầu máy dễ rò rỉ ra ngoài.
Phát hiện xe bị rò rỉ dầu dưới gầm là dấu hiệu cần kiểm tra và xử lý ngay để ngăn xe hao dầu, thiếu dầu và tránh ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của động cơ Việc xử lý sớm giúp bảo vệ hệ thống động cơ và giảm thiểu nguy cơ hỏng hóc do dầu thất thoát Tùy vào nguyên nhân rò rỉ dầu ô tô mà biện pháp khắc phục sẽ khác nhau, từ kiểm tra và siết các mối nối, thay gioăng hoặc vòng đệm, đến thay dầu và lọc dầu hoặc sửa chữa các chi tiết bị hỏng như vỏ động cơ hoặc bơm dầu Để đảm bảo an toàn và tối ưu hiệu suất, hãy đưa xe đến garage hoặc trung tâm dịch vụ uy tín để chẩn đoán và xử lý triệt để.
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 có thông số kết cấu và dung sai khác nhau khi xiết bu lông, vì vậy cần lưu ý các thông số này để đảm bảo liên kết chắc chắn và an toàn Tuân thủ đúng thông số xiết bu lông giúp ngăn ngừa rò rỉ dầu và kéo dài tuổi thọ của các bộ phận máy.
GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG
Qua nhiều thập kỷ phát triển, động cơ đốt trong trên ô tô ngày nay đã được cải tiến đáng kể để tăng hiệu quả làm việc, hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu Tuy vậy, trong suốt quá trình đó một yếu tố không đổi là các chu trình hoạt động cơ bản của động cơ: dù công nghệ có hiện đại đến đâu, động cơ đốt trong vẫn phải thực hiện bốn quá trình nạp khí, nén, nổ và xả, gọi là chu trình bốn thì, tạo nền tảng cho mọi xe ô tô hiện đại.
Hình 6.1 – Nguyên lí hoạt động của động cơ bốn kỳ
Theo lý thuyết, các quá trình này được phân bổ đều trong hai vòng quay trục khuỷu (720 độ), mỗi chu trình thực hiện trong 180 độ quay của trục khuỷu Tuy nhiên, để động cơ đạt công suất tối đa và hiệu suất cao, động cơ phải được nạp đầy và thải sạch, đồng nghĩa với việc thời gian cho quá trình nạp và xả được kéo dài, trong khi hai quá trình còn lại là nén và đốt được rút ngắn lại.
Hình 6.2 – Cơ cấu phân phối khí
Hệ thống phân phối khí được thiết kế để nạp đầy hỗn hợp hòa khí (xăng + không khí) hoặc không khí sạch vào xi-lanh trong kỳ nạp và thải khí cháy ra khỏi xi-lanh trong kỳ xả Dựa trên nhiệm vụ này, hệ thống phân phối khí đáp ứng các yêu cầu khắt khe về hiệu suất, độ tin cậy và kiểm soát thời điểm mở van, giúp quá trình nạp và xả diễn ra nhịp nhàng, tối ưu hóa quá trình đốt và giảm tiêu hao nhiên liệu Việc phối khí chính xác và đồng bộ giữa các bộ phận sẽ cải thiện công suất và mô-men xoắn, đồng thời giảm lượng khí thải và tăng hiệu suất hoạt động của động cơ.
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 upáp, hay cơ cấu xupáp treo, có hai biến thể về vị trí trục cam: trục cam có thể nằm trong thân máy hoặc nằm trên nắp máy; bên cạnh đó còn có xupáp đặt với cấu hình khác Việc bố trí trục cam ảnh hưởng đến đường dẫn động, độ phức tạp của hệ thống và hiệu suất vận hành 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
Trong Hình 6.3, đầu xupap có dạng đĩa với mặt làm kín tỳ lên đế xupap, được chế tạo với vát hình côn và góc nghiêng phổ biến là 45 độ Đường kính nắp xupap nạp lớn hơn nắp xupap xả, giúp đóng mở hiệu quả và tương thích giữa các thành phần Xupap nạp thường được làm bằng thép crom, còn xupap xả được chế tạo từ thép chịu nhiệt để chịu được nhiệt độ vận hành cao.
Thân xupap đảm nhận nhiệm vụ dẫn hướng và làm kín nên phần thân xupap phải được gia công với độ chính xác và độ bóng cao để đảm bảo hiệu suất làm việc và kín khít Ống dẫn hướng xupap có chức năng dẫn hướng chuyển động cho xupap, từ đó giảm mòn cho thân hoặc nắp máy tại vị trí lắp xupap Đế xupap được thiết kế để giảm hao mòn cho thân máy và nắp xy lanh khi chịu lực va đập của xupap; người ta thường dùng đế xupap ép vào họng đường thải và đường nạp, có kết cấu dạng hình trụ, trên có vát mặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nấm xupap, và được làm bằng thép hoặc gang hợp kim.
Con đội là một chi tiết máy truyền lực trung gian, đồng thời chịu lực nghiêng do cam phối khí gây ra trong quá trình dẫn động xupap Nhờ khả năng chịu lực nghiêng này, con đội giúp xupap không chịu lực nghiêng trong cơ cấu phân phối khí xupap đặt, từ đó tăng tính ổn định và độ bền của hệ thống Với vai trò quan trọng này, con đội đóng vai trò then chốt trong cơ cấu dẫn động xupap, đảm bảo xupap hoạt động chính xác và hiệu quả.
Con đội là bộ phận chính trong cơ cấu dẫn động, gồm hai phần: phần dẫn hướng (thân con đội) và phần mặt tiếp xúc với cam phối khí Thân con đội thường có dạng hình trụ, trong khi mặt tiếp xúc có nhiều kiểu hình khác nhau để phù hợp với cam phối khí Các loại con đội thường được sản xuất bằng thép cacbon hoặc gang, đảm bảo độ bền và khả năng chống mài mòn trong quá trình làm việc.
Phân loại: con đội hình nấm và con đội hình trụ
Con đội hình nấm được sử dụng phổ biến trong cơ cấu xupap đặt của động cơ nhờ thiết kế đơn giản, gọn và khả năng điều chỉnh khe hở xupap chính xác Thân con đội thường có kích thước nhỏ, đặc và đảm bảo độ cứng cần thiết cho tác động lên xupap, trong khi đầu con đội tích hợp vít điều chỉnh khe hở được bắt trên phần đầu của thân để dễ căn chỉnh và cố định vị trí Nhờ đó, hệ thống xupap vận hành ổn định, giảm tiếng ồn và tăng độ bền của cơ cấu truyền động.
Các con đội hình trụ có kết cấu rất đơn giản, nhẹ và dễ chế tạo, phù hợp cho quá trình sản xuất nhanh và tiết kiệm chi phí Thân con đội hình trụ có kích thước vừa bằng đường kính mặt tiếp xúc, đảm bảo tính đồng bộ và độ chịu lực cần thiết cho toàn bộ hệ thống liên kết.
; a.Con đội hình nấm b Con đội hình trụ
Việc sử dụng loại con đội này làm cho cơ cấu phân phối khí không còn khe hở nhiệt, từ đó không gây va đập giữa các chi tiết máy trong hệ thống phân phối khí và tránh được tiếng gõ khi động cơ hoạt động.
Hình 6.6 – Con dội thủy lực c Trục cam
Trục cam điều khiển đóng mở các xupap theo chu kỳ làm việc của các xy lanh, đảm bảo thời gian đóng mở và chu trình nổ được tối ưu cho động cơ Ở một số loại động cơ, trục cam còn đảm nhận vai trò dẫn động các hệ thống phụ như bơm dầu, bơm nhiên liệu (động cơ diesel) và bộ chia điện (động cơ xăng), từ đó đồng bộ hóa hoạt động của toàn bộ máy và nâng cao hiệu suất, độ bền và tiết kiệm nhiên liệu.
Trục cam được làm bằng thép, cấu tạo từ các vấu cam và các cổ trục Số lượng vấu cam bằng với số lượng xupap và được bố trí sao cho đảm bảo thứ tự nổ của các xilanh trong động cơ Số cổ trục được tính toán và thiết kế tùy theo số lượng xilanh và cách bố trí xilanh để 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
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 đốt trong làm việc, trục khuỷu quay dẫn động trục cam quay Phần cao của cam tác dụng lên đáy con đội, đẩy con đội lên và tác dụng vào đuôi xupáp làm cho xupáp mở Lò xo của xupáp bị nén lại, cửa nạp hoặc cửa xả mở ra để nạp hỗn hợp khí-nhiên liệu 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 mô tả sơ đồ cấu tạo cơ cấu phân phối khí xupáp đặt, trong đó các thành phần chính gồm đế xupáp, xupáp, ống dẫn hướng, lò xo, móng hãm, đĩa chặn, bulông điều chỉnh, đai ốc hãm, con đội và cam; các bộ phận này phối hợp với nhau để chuyển động từ cam lên xupáp, điều khiển quá trình đóng mở của van nạp và van xả, đảm bảo thời gian và hành trình đóng mở chính xác.
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
Trong động cơ đốt trong, khi trục khuỷu quay sẽ dẫn động trục cam Đỉnh cam tác động lên đáy con đội, kéo con đội di chuyển lên Qua thanh đẩy, chuyển động được truyền tới vít điều chỉnh đuôi đòn gánh, đầu đòn gánh tác dụng lên xupáp và đuôi xupáp làm cho xupáp mở Lò xo nén lại, cửa nạp hoặc cửa xả mở ra để nạp hỗn hợp 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:
Trong Hình 6.17 về các dạng cơ cấu phân phối khí xupáp treo, năm kiểu cấu tạo phổ biến được trình bày: 1- Xupap, 2- Cần bẩy, 3- Đũa đẩy, 4- Con đội, 5- Trục cam Cụ thể, a) Trục cam đặt trên thân máy dẫn động xupáp qua con đội, đũa đẩy và cần bẩy; b) Trục cam đặt trên nắp xi-lanh, dẫn động xupáp qua con đội và cần bẩy; c, d) Trục cam đặt trên nắp xi-lanh và dẫn động xupáp qua cần bẩy; e) Trục cam đặt trên nắp xi-lanh 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
Việc sử dụng cơ cấu phân phối khí đặt trên nắp xi lanh giúp giảm chiều cao của động cơ, làm cho kết cấu nắp xi lanh đơn giản hơn và dễ dàng cho việc dẫn động xupáp, từ đó tối ưu hóa không gian, giảm trọng lượng và nâng cao hiệu suất vận hành của động cơ.
Do buồng cháy chưa tối ưu và diện tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế của động cơ bị giảm; ở tốc độ cao, động cơ tiêu thụ nhiều nhiên liệu và hệ số nạp giảm gây giảm mức độ cường hoá của động cơ.
Việc tăng tỷ số nén gặp khó khăn, đặc biệt ở các động cơ cỡ lớn, vì việc bố trí buồng cháy sao cho tối ưu trở nên rất phức tạp Do đó 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.
Khi dùng cơ cấu phân phối khí xupáp treo, buồng cháy rất gọn diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt
Động cơ xăng dùng cơ cấu phân phối khí xupáp treo có buồng cháy nhỏ gọn, do đó có thể tăng tỷ số nén so với động cơ dùng cơ cấu phân phối khí xupáp đặt Việc tăng tỷ số nén giúp cải thiện hiệu suất đốt cháy và công suất, đồng thời tối ưu hóa hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu và tăng độ bền của động cơ nhờ thiết kế buồng cháy nhỏ.
CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA
Nhiệt độ quá cao trong buồng đốt có thể làm hỏng đế hoặc mặt bệ xupap (Vavle Seat Face); hoặc cũng có thể do van EGR bị kẹt đóng, hay đóng cặn cacbon trong buồng đốt. Nếu nhiệt độ cao có thể làm nứt đế/ mặt bệ xupap, điều này có thể gây ra:
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
Trục cam được thiết kế để mở và đóng xupap nạp và xupap xả, đảm bảo khí nạp đi vào buồng đốt và khí xả được đẩy ra ngoài qua hệ thống xả Khi góc mở của xupap xả bị thu hẹp do vấu cam xả bị mòn, xilanh sẽ còn khí xả tồn đọng; khi xupap nạp mở, khí xả này có thể thoát ra qua đường ống nạp Nếu vấu cam còn ở trạng thái tốt, hãy tiến hành kiểm tra lò xo xupap và đũa đẩy để đánh giá tình trạng của hệ thống.
Hình 6.22 – Trục cam động cơ
Hiện tượng tụt hơi xảy ra khi xupap không đóng kín buồng đốt đúng cách, làm thất thoát khí và làm giảm tỷ số nén của động cơ Điều này khiến hòa khí khó cháy, quá trình đốt không hiệu quả và dẫn tới giảm công suất động cơ, kèm theo khó khăn trong khởi động và xe có thể rung giật hoặc không nổ máy ở nhiều trường hợp.
Thông thường, hiện tượng này bắt nguồn từ lò xo xupap yếu (thiếu tính đàn hồi) hoặc bị gãy, nghiêng, kèm theo khe hở nhiệt quá nhỏ hoặc muội than tích tụ nhiều Những yếu tố này khiến xupap đóng mở không đồng bộ, làm giảm hiệu suất động cơ và có thể gây hỏng các bộ phận liên quan Để khắc phục, cần kiểm tra và thay lò xo xupap, điều chỉnh độ nghiêng và khe hở nhiệt cho đúng chuẩn, đồng thời làm sạch muội than để đảm bảo xupap hoạt động trơn tru.
Vấn đề cơ học là nguyên nhân chính gây xupap đóng không kín; ngoài ra, 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 và tăng tiêu hao nhiên liệu.
6.3.3 Xuất hiện âm thanh lạ từ cơ cấu phân phối khí
Con đội xu-páp và con đội thủy lực có thể gây ra âm thanh lạch cạch khi bị kẹt, mòn hoặc hỏng Tiếng lách cách này thường xuất hiện ở buồng xu-páp hoặc nắp che giàn đòn gánh, cho thấy các bộ phận liên quan đang gặp sự cố Để khắc phục, cần kiểm tra và thay thế các chi tiết bị hư ở con đội, buồng xu-páp, đồng thời kiểm tra nắp che và liên kết của giàn đòn gánh để động cơ vận hành ổn định và tiếng ồn được cải thiện.
Khe hở nhiệt giữa đuôi xupap và con đội quá lớn hoặc khe hở giữa thân xupap và ống dẫn hướng quá lớn khiến các chi tiết trong hệ xupap mòn nhanh, làm giảm công suất động cơ và gây thay đổi thời điểm mở – đóng xupap, có thể khiến xupap mở sớm hoặc đóng muộn và làm giảm hành trình mở xupap Nếu vấu cam mòn nhiều sẽ làm giảm hành trình nâng con đội, từ đó giảm độ mở của 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 gặp tình trạng bất thường, và các âm thanh này được phát hiện bằng ống nghe (stethoscope) Việc nhận diện tiếng gõ từ trục cò mổ giúp đánh giá nhanh trạng thái động cơ và nhận diện nguy cơ hỏng hóc liên quan đến hệ thống cò mổ, từ đó hỗ trợ quyết định biện pháp can thiệp phù hợp.
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 trên hệ thống xupap xuất phát từ con đội, vấu cam bị mòn hoặc con đội thủy lực bị chảy dầu, dẫn đến mất dầu bôi trơn và ảnh hưởng đến hoạt động động cơ Khi động cơ vận hành ở tốc độ thấp, tại vị trí nắp máy sẽ xuất hiện tiếng kêu lách tách rõ ràng và liên tục do va đập giữa vấu cam và con đội.
Khi lò xo xu-páp bị gãy trong quá trình vận hành, động cơ sẽ phát ra tiếng gõ nhẹ và thường kèm theo hiện tượng máy yếu, rung do xu-páp đóng không kín Sự cố này làm van không đóng kín, dẫn đến mất đồng bộ vận hành, giảm công suất và làm động cơ hoạt động không ổn định Để khắc phục, cần kiểm tra và thay thế lò xo xu-páp bị hỏng, đồng thời kiểm tra độ kín của xu-páp và các bộ phận liên quan để đảm bảo van đóng kín và động cơ vận hành êm ái.
Trường hợp khe hở giữa thân xu-páp và ống dẫn hướng quá lớn có thể khiến ta nghe thấy tiếng gõ nhẹ với âm điệu trung bình, dấu hiệu này thường xuất hiện khi sử dụng thiết bị nghe tiếng gõ chuyên dụng để chẩn đoán.
6.3.5 Động cơ công suất yếu, khó khởi động
Việc sai lệch pha phối khí có thể làm động cơ yếu và gây tăng tốc kém ở tốc độ cao, đồng thời làm việc không ổn định ở tốc độ thấp Động cơ cũng trở nên khó khởi động hoặc không thể khởi động được, kèm theo tiếng va mạnh và đều ở xích cam hoặc dây đai Khí xả bị đen và có nhiều muội than là dấu hiệu cảnh báo của sai lệch pha phối khí, ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của động cơ.
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.
Khởi động khó nổ nhưng vẫn nổ được, kèm theo tiếng nổ ở ống xả hoặc nổ dội lại vào bộ chế hòa khí Động cơ hoạt động nhưng tăng tốc chậm và không thể chạy được ở chế độ không tải.
Giảm áp suất nén, do mòn hở một vài xupap hoặc supáp không có khe hở.