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 hoạt động dựa trên nguyên lý nhiên liệu lỏng được phun vào buồng nổ và tự bốc cháy nhờ nhiệt độ cao của quá trình nén Trong khi đó, động cơ đốt cháy cưỡng bức sử dụng nguồn nhiệt bên ngoài, như tia lửa điện từ bu-gi, để đốt cháy hòa khí, phổ biến trong các loại động cơ chế hòa khí và máy ga Động cơ đốt cháy hỗn hợp có sự kết hợp của hai nguồn nhiệt, bao gồm nhiệt độ cuối quá trình nén và nhiệt từ thành nóng trong buồng cháy hoặc lửa cầu nhiệt, giúp đốt cháy hòa khí hiệu quả hơn Ngoài ra, động cơ đốt cháy tổ hợp (ga – Diesel) kết hợp đặc điểm của các loại động cơ trên, khi hòa khí của nhiên liệu khí hoặc lỏng được đốt cháy cưỡng bức nhờ lửa từ tự chảy của nhiên liệu, còn nhiên liệu Diesel cuối cùng được phun vào xy-lanh 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 -
Động cơ đốt trong tăng áp cao và động cơ cấp nhiệt hỗn hợp là những công nghệ hiện đại trong lĩnh vực động cơ nhiên liệu Động cơ cấp nhiệt hỗn hợp, gồm các loại động cơ Diesel hiện đại, hoạt động dựa trên quy trình đẳng tích và đẳng áp, với tỷ số nén cao từ 12 đến 16, sử dụng phun nhiên liệu trực tiếp và nhiên liệu tự bốc cháy Hiện nay, loại động cơ phun tới nhiên liệu nhờ không khí nén và nhiên liệu tự bốc cháy không còn được sản xuất Hầu hết các động cơ Diesel ngày nay đều hoạt động theo chu trình này để tối ưu hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.
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 sử dụng hòa khí được đốt cháy nhờ hai nguồn nhiệt chính: nhiệt độ cuối quá trình nén (không đủ tự chảy) và nhiệt từ thành buồng cháy hoặc lửa (cầu nhiệt) Động cơ đốt cháy tổ hợp (ga – Diesel) hoạt động bằng cách đốt cháy nhiên liệu cưỡng bức, trong đó hòa khí gồm khí hoặc nhiên liệu lỏng được đốt cháy do ngọn lửa tự chảy của nhiên liệu hoặc nhiên liệu Diesel phun vào xy lanh cuối quá trình nén 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 -
Động cơ Diesel hiện đại chủ yếu hoạt động dựa trên chu trình đốt trong hỗn hợp, sử dụng tỷ số nén cao (g = 12 – 16), với hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp và nhiên liệu tự bốc cháy Ngoài ra, còn có các loại động cơ khác như động cơ cấp nhiệt hỗn hợp, trong đó một phần nhiệt cấp trong điều kiện đẳng tích và phần còn lại trong điều kiện đẳng áp, giúp tăng hiệu quả hoạt động của động cơ Hiện tại, loại động cơ phun tới nhiên liệu nhờ khí nén và nhiên liệu tự bốc cháy không còn được sản xuất trên thị trường.
Theo cách bố trí xy lanh
Các loại động cơ theo hướng lắp đặt gồm có động cơ đặt đứng với xy lanh đặt thẳng đứng và động cơ nằm ngang với xy lanh đặt ngang Động cơ một hàng có các xy lanh đặt thành một hàng song song trên cùng một mặt phẳng, phù hợp với các ứng dụng cần sự đơn giản và ổn định Động cơ hai hàng gồm hai hàng song song hoặc hình chữ V, tối ưu cho hiệu suất cao và khả năng vận hành mạnh mẽ hơn Động cơ nhiều hàng, dạng hình sao X, là loại động cơ nhẹ cao tốc phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao và kích thước nhỏ gọn Đặc biệt, động cơ hình sao với nhiều hàng xy lanh đặt trên cùng một mặt phẳng thường được sử dụng trong các động cơ Diesel cao tốc Ngoài ra, động cơ piston đối đỉnh có thể có từ một đến nhiều trục khuỷu liên kết với nhau bằng hệ bánh răng để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
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 phải, tức là trục khuỷu động cơ quay theo chiều kim đồng hồ khi nhìn từ bánh đã tới mũi tẩu của động cơ tàu thuyền hoặc nhìn từ đầu tự do của các loại động cơ khác Hiểu rõ hướng quay của trục khuỷu giúp đảm bảo lắp đặt và vận hành động cơ đúng cách Động cơ quay phải cũng ảnh hưởng đến thiết kế hệ thống truyền động và bảo trì, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Động cơ chỉ quay trái có trục khuỷu quay ngược chiều so với chiều đã nêu, giúp hệ thống vận hành hiệu quả trong các ứng dụng cụ thể Trong khi đó, động cơ có khả năng quay hai chiều cho phép thay đổi chiều quay của trục khuỷu nhờ vào cơ cấu đảo chiều, thường được sử dụng trong động cơ chính của tàu thủy để tăng tính linh hoạt và kiểm soát vận hành.
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 dùng để vận hành chân vịt hoặc máy phát điện truyền động điện tới chân vịt, đảm bảo khả năng di chuyển của tàu Ngoài ra, tàu còn trang bị các máy phụ như cụm phát điện Diesel, máy nén khí và các thiết bị khác nhằm phục vụ các nhu cầu thiết yếu trên tàu Các loại động cơ này đóng vai trò quan trọng trong vận hành và duy trì hoạt động liên tục của tàu thủy.
- 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 chính, động cơ còn được phân loại dựa trên các đặc điểm phụ như hệ thống làm mát và cơ cấu điều chỉnh Tất cả các loại động cơ đốt trong đều phải thực hiện các quá trình cơ bản theo nguyên lý làm việc của chúng.
Các ứng dụng của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong là nguồn động lực chính thúc đẩy các phương tiện giao thông vận tải như ô tô, xe máy, tàu thủy, máy bay và các máy công tác khác như máy phát điện, bơm nước Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình cơ giới hóa sản xuất across nhiều lĩnh vực, bao gồm giao thông vận tải (đường bộ, đường sắt, đường thủy, hàng không), nông nghiệp (máy nông nghiệp, máy tuốt lúa), lâm nghiệp, xây dựng và công nghiệp.
Lĩnh vực đầu tư công nghiệp (ĐCĐT) có tác động tích cực và thúc đẩy sự phát triển của nhiều ngành như cơ khí, điện tử, điều khiển tự động, vật liệu kim loại và phi kim loại, cũng như các ngành công nghiệp mới và xăng dầu Việc mở rộng và đầu tư vào lĩnh vực ĐCĐT không chỉ nâng cao năng lực sản xuất mà còn tạo ra mối liên kết hỗ trợ giữa các ngành, góp phần thúc đẩy sự phát triển toàn diện của nền kinh tế.
Hiện nay, các loại động cơ mới như động cơ điện, tuốc bin khí, tuốc bin nước, động cơ chạy bằng nhiên liệu khí và năng lượng mặt trời đang trong quá trình nghiên cứu và chế tạo Tuy nhiên, chúng vẫn chưa được sản xuất hàng loạt do gặp phải các hạn chế như giá thành sản xuất cao và kích thước chưa nhỏ gọn, không tiện dụng Vì vậy, động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng như xăng và Diesel vẫn giữ vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp động cơ hiện nay và tiếp tục được sử dụng phổ biến.
CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ
Hệ thống phát lực
Hệ thống phát lực đảm nhiệm việc bao kín buồng cháy và truyền lực khí cháy tới trục khuỷu máy công tác Nó gồm các bộ phận chính như piston, xéc măng, chốt piston, thanh truyền, bạc đầu to, bạc đầu nhỏ (nếu có), trục khuỷu, bạc trục khuỷu và bánh đà.
Hình 3.1- Hệ thống phát lực
Hệ thống cố định
Hệ thống cố định của động cơ bao gồm các bộ phận chính như thân máy, nắp quy-lát, nắp cò, cạc te nhớt, đường ống nạp và thải, chiếm phần lớn khối lượng của động cơ Những chi tiết này có kết cấu phức tạp nhằm ghép nối các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ một cách chắc chắn và hiệu quả Hình dạng và kết cấu của các bộ phận này phụ thuộc vào công suất, phương pháp làm mát và cách chế tạo của động cơ.
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 đóng vai trò quan trọng trong quá trình nạp đầy không khí hoặc hòa khí (xăng hòa trộn với không khí) vào buồng đốt trong kỳ nạp Nó cũng đảm nhiệm việc thải sạch khí cháy ra khỏi xilanh trong kỳ thải, đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ Để thực hiện tốt nhiệm vụ này, hệ thống phân phối khí cần phải làm việc chính xác và đáng tin cậy.
Hình 3.4 - Hệ thống phân phối khí
Hệ thống phân phối khí gồm các thành phần chính như trục cam, xích cam (dây cuaroa cam), xupap, lò xo xupap và cò mổ, đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều khiển hoạt động của hệ thống nạp và xả nhiên liệu Ngoài ra, các xe hiện đại của Toyota như Camry, Altis, Fortuner và LandCruiser còn được trang bị công nghệ điều khiển cam thông minh VVT-i, giúp tối ưu hoá hiệu suất động cơ Các dòng xe của Honda, Mazda, Kia, Hyundai, BMW, Mercedes-Benz và Audi cũng tích hợp các cơ cấu nâng cao nhằm cải thiện hiệu quả làm việc của hệ thống phân phối khí, mang lại khả năng vận hành mạnh mẽ và tiết kiệm nhiên liệu hơn.
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 trong kỳ nạp, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu Lượng nhiên liệu phụ thuộc vào các điều kiện vận hành của động cơ như khởi động, chạy không tải, tăng tốc, vận hành nửa tải hoặc toàn tải Việc điều chỉnh lượng nhiên liệu chính xác giúp duy trì hiệu suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải Hệ thống nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hoạt động của động cơ và đảm bảo tuổi thọ của các bộ phận.
Các loại động cơ xăng hiện đại ngày nay đều sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử giúp tăng công suất động cơ, giảm tiêu thụ nhiên liệu và hạn chế phát thải ô nhiễm Trong đó, hệ thống nhiên liệu cho động cơ xăng và hệ thống nhiên liệu cho động cơ diesel đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu và thân thiện với môi trường.
Hình 3.6- Hệ thống nhiên liệu
Các loại động cơ Diesel hiện nay vẫn sử dụng bơm cao áp (bơm phân phối) để cấp nhiên liệu chính xác và ổn định cho hoạt động của động cơ Ngoài ra, hệ thống phun nhiên liệu điện tử Common Rail được ứng dụng phổ biến nhằm giảm thiểu khí thải ô nhiễm và tăng công suất của 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
Động cơ đốt trong sinh ra lượng nhiệt lớn trong quá trình vận hành, và nhiệt độ cao có thể gây giãn nở các chi tiết, dẫn đến kẹt, mài mòn tăng và giảm độ bền của các bộ phận Vì vậy, hệ thống làm mát được thiết kế để duy trì nhiệt độ của động cơ trong phạm vi ổn định, đảm bảo nhiệt độ không quá cao cũng không quá thấp, giúp động cơ hoạt động hiệu quả và bền bỉ.
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
CHUẨN ĐOÁN SỬA CHỬA HƯ HỎNG HỆ THỐNG PHÁT LỰC
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là một hệ thống phức tạp, hoạt động liên kết chặt chẽ để truyền lực trong động cơ Đây là thành phần chính quan trọng giúp chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ Nhờ có hệ thống trục khuỷu thanh truyền, động cơ mới có thể vận hành trơn tru và hiệu quả, góp phần nâng cao độ bền và tuổi thọ của máy móc.
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Trục khuỷu là bộ phận quan trọng trong động cơ, chịu trách nhiệm chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay nhằm tạo ra mô men quay sinh công Nó nhận lực từ piston để truyền năng lượng đến bộ phận công tác và lấy năng lượng từ bánh đà để duy trì hoạt động Trong quá trình làm việc, trục khuỷu phải chịu tác động của lực khí thể, lực quán tính và lực quán tính ly tâm, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của động cơ Có hai loại trục khuỷu chính là trục khuỷu nguyên và trục khuỷu ghép, phù hợp với từng loại thiết kế động cơ khác nhau.
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, giúp truyền động cho các bộ phận như puly dẫn động quạt gió, bơm nước và bánh răng dẫn động trục cam Ngoài ra, để nâng cao hiệu quả làm việc, đầu trục khuỷu thường được trang bị bộ giảm chấn xoắn giúp giảm thiểu rung lắc và tổn thất năng lượng trong quá trình hoạt động.
Cổ trục khuỷu là thành phần quan trọng trong trục khuỷu của động cơ, thường được làm rỗng để chứa dầu bôi trơn giúp giảm ma sát và tăng tuổi thọ Đây còn là nơi lắp đặt các bánh răng dẫn động trục cam và các bộ truyền động khác, góp phần vận hành hiệu quả của hệ thống Ngoài ra, cổ trục khuỷu có thể được trang bị bộ giảm chấn xoắn giúp giảm rung lắc và tiếng ồn khi động cơ hoạt động, đảm bảo vận hành ổn định và bền bỉ.
Chốt khuỷu là bộ phận quan trọng trong cơ cấu trục khuỷu, đóng vai trò liên kết với đầu to của thanh truyền trong động cơ Được gia công từ vật liệu chịu nhiệt độ cao, chốt khuỷu có độ cứng cao và bề mặt bóng mượt, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ Số lượng chốt khuỷu thường bằng số xi lanh của động cơ, đặc biệt là động cơ dạng một hàng xi lanh Thiết kế của chốt khuỷu có chiều kính nhỏ hơn cổ trục và có thể làm rỗng để giảm trọng lượng cũng như chứa dầu bôi trơn, đồng thời giúp lọc dầu hiệu quả trong quá trình vận hành.
Mái khuỷu thường có hình elip, đóng vai trò phân bố ứng suất hợp lý nhất để đảm bảo độ bền và sự ổn định trong kết cấu Đây là bộ phận nối liền giữa cổ trục và cổ chốt, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải lực và duy trì sự liền mạch của các bộ phận liên kết.
Đối trọng là bộ phận quan trọng giúp cân bằng các lực và mô men quán tính không đều của động cơ, giảm tải cho ổ trục và giảm thiểu khối lượng thừa khi cân bằng trục khuỷu Nó được chế tạo liền với má khuỷu hoặc gắn rời, sau đó hàn hoặc bắt bulong để đảm bảo sự ổn định và hoạt động trơn tru của động cơ.
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 khối trụ tròn được liên kết với pit-tông qua một thanh chốt chắc chắn, giúp đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống Tại vị trí tiếp xúc, lớp bạc mỏng được bọc quanh nhằm giảm thiểu ma sát, từ đó nâng cao tuổi thọ của các bộ phận cơ khí Đây là yếu tố quan trọng để đảm bảo độ bền và hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Đầu to gắn vào trục khuỷu được thiết kế thành hai phần giúp quá trình lắp đặt và sửa chữa dễ dàng Hai nửa này được ghép lại với nhau bằng chốt ốc bu lông, đảm bảo sự chắc chắn và thuận tiện trong việc bảo trì máy móc.
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 những đặc điểm riêng biệt phù hợp với các ứng dụng khác nhau Trục khuỷu nguyên thường được sử dụng trong các động cơ yêu cầu độ chính xác cao và hiệu suất ổn định, trong khi trục khuỷu ghép phù hợp với các dự án cần linh hoạt về kích cỡ và dễ dàng sửa chữa Việc lựa chọn loại trục khuỷu phù hợp sẽ đảm bảo hiệu quả hoạt động của máy móc, đồng thời tối ưu hóa chi phí và tuổi thọ của thiết bị.
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 như cổ biên, cổ trục và má khuỷu riêng biệt, được nối lại bằng thanh trục khuỷu, thường được sử dụng trong các động cơ cỡ lớn hoặc nhỏ nhưng có ít xi-lanh và đầu to của thanh truyền không bị cắt đôi Việc lựa chọn loại trục khuỷu phù hợp phụ thuộc vào cấu tạo của thiết bị và loại động cơ, vì mỗi loại trục có nguyên lý hoạt động khác nhau cần được người dùng lưu ý Trong quá trình thiết kế và bảo trì động cơ, người dùng cần hiểu rõ đặc điểm của từng loại trục để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Thanh truyền này thường được sử dụng trong các loại động cơ thẳng hàng hoặc động cơ pít-tông ngược (Opposed-piston engine), giúp truyền lực hiệu quả Đầu thanh truyền kết nối với chốt trục khuỷu bằng nắp biên và vòng bi kim, đảm bảo sự chuyển động mượt mà và bền bỉ của các bộ phận trong động cơ.
Hình 4.4 – Loại thanh truyền đơn trên ô tô
Nắp vòng bi được cố định chắc chắn trên đầu thanh truyền bằng bu lông hoặc bu lông hai đầu ren để đảm bảo tính chắc chắn và an toàn Để duy trì sự cân bằng và hoạt động hiệu quả, các thanh truyền cần được thay thế đúng vị trí ban đầu trong cùng một xi-lanh và giữ nguyên trạng thái tương đối ban đầu.
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:
Khi trục khuỷu bị mòn, rỗ hoặc xây xước nhẹ nhưng chưa vượt quá giới hạn cho phép, bạn có thể sử dụng giấy nhám mịn cùng dầu nhờn để đánh bóng bề mặt, loại bỏ rỗ và xước, giúp trục khuỷu hoạt động hiệu quả trở lại.
Khi cổ trục và cổ biên của trục khuỷu bị mòn quá giới hạn cho phép, cần thực hiện mài lại bằng máy mài chuyên dụng để đảm bảo kích thước chuẩn xác và phục hồi chức năng của trục khuỷu Quá trình mài giúp loại bỏ lớp mòn, đảm bảo độ chính xác và độ bền của các bộ phận trong động cơ Việc sửa chữa này là bước quan trọng để duy trì hiệu suất hoạt động của máy móc và tránh các sự cố kỹ thuật xảy ra sau này.
Trong trường hợp không có máy mài chuyên dụng, có thể giảm bớt độ côn và độ ô van của cổ trục hoặc cổ biên bằng cách đặt trục khuỷu lên giá đỡ quay được, dùng dũa và vải nhám mịn để dũa chỗ côn hoặc méo theo hình vòng cung, vừa dũa vừa quay trục khuỷu và kiểm tra độ tròn thường xuyên bằng com pa và bán kính góc lượn ở má khuỷu Sau khi dũa tròn xong, cần đánh bóng bằng vải nhám mịn quấn vào cổ trục hoặc cổ biên, dùng dây mềm quấn quanh để giữ miếng vải, kéo đi kéo lại nhiều lần cho đến khi cổ trục hoặc cổ biên nhẵn bóng Cuối cùng, dùng miếng dạ hoặc da thấm dầu hoả để đánh bóng lại, đảm bảo không còn vết chỉ nhỏ, giúp cổ trục hoặc cổ biên đạt độ bóng mịn cần thiết.
Khi cổ trục khuỷu mòn hết kích thước sửa chữa nhỏ nhất, có thể áp dụng phương pháp phun đắp thép hoặc mạ thép để phục hồi Sau đó, cần mài lại để đạt kích thước tiêu chuẩn, đồng thời chú ý không làm tắc lỗ dầu Các mép lỗ phải được mài vát bằng đá dầu để đảm bảo không làm ảnh hưởng đến chức năng của cổ trục khuỷu.
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
Trong quá trình sửa chữa và bảo dưỡng, cần đặt trục khuỷu lên giá đỡ chữ V và tác dụng lực ngược chiều với chiều cong của trục để tránh gây tổn thương Để bảo vệ cổ trục khỏi trày xước, nên dùng đệm gỗ hoặc đồng tại điểm tiếp xúc đầu ép và khối chữ V; đồng thời, đặt đồng hồ đo dưới cổ trục để kiểm soát áp lực đúng mức Nếu trục khuỷu bị cong quá nhiều, quá trình nắn cần thực hiện nhiều lần, sau đó tiến hành nung trong dầu nóng ở 200°C trong vòng 5-6 giờ để giảm ứng suất dư.
Trong trường hợp không có máy ép hoặc trục khuỷu nhỏ, bạn có thể sử dụng thân động cơ cũ hoặc bộ khuôn chuyên dụng để ép trục khuỷu Đặt trục khuỷu vào bộ khuôn, hai đầu có đệm gỗ để tạo lực nắn chỉnh, giúp đưa trục khuỷu về trạng thái thẳng và đảm bảo hoạt động chính xác 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:
Động cơ bị kích nổ do đánh lửa quá sớm hoặc piston bị bó kẹt, đặt cam sai cần được kiểm tra và xử lý kịp thời Việc sửa chữa và bảo dưỡng động cơ bao gồm việc căn chỉnh đúng li hợp và các bộ phận liên quan để đảm bảo hoạt động trơn tru Đối với thanh truyền của động cơ công suất nhỏ hoặc trung bình có kích thước không lớn, có thể sử dụng đồ gá nắn nắn cong và xoắn trực tiếp lên thân thanh truyền; còn đối với thanh truyền có kích thước lớn, cần đưa lên bàn ép để đảm bảo đủ lực ép cần thiết, giúp duy trì độ bền và hiệu suất của động cơ.
Hình 4.11 - Thanh truyền bị gãy a Chuẩn đoán:
Thanh truyền chịu tác động của các lực khí cháy có trị số và hướng thay đổi liên tục theo chu kỳ, gây ra lực quán tính trong quá trình chuyển động tịnh tiến và quay Để duy trì hiệu suất hoạt động và đảm bảo an toàn, việc sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ, đặc biệt là thay mới thanh truyền, là rất cần thiết Việc này giúp giảm thiểu hao mòn, nâng cao tuổi thọ cho các bộ phận của máy và đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống.
4.2.6 Thanh truyền bị rạn nứt a Chuẩn đoán:
Do lực tác dụng quá lớn gây ra bởi các nguyên nhân kể trên, piston có thể bị bó kẹt trong xy lanh Khi thanh truyền xuất hiện vết rạn nứt nhỏ gần lỗ lắp bu lông hoặc phía đầu nhỏ, hoặc nếu lỗ bu lông bị mòn rộng, có thể tiến hành sửa chữa bằng cách hàn đắp đồng, sau đó dũa và mài phẳng mặt để đảm bảo hoạt động ổn định của động cơ.
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
Hình 4.13 mô tả quá trình kiểm tra độ mòn của trục khuỷu, trong đó các cổ trục và chốt khuỷu được đo bằng panme ngoài để xác định đường kính chính xác Để đảm bảo độ chính xác, cần đo ở nhiều điểm khác nhau nhằm xác định độ mòn lớn nhất (đường kính nhỏ nhất), cũng như các chỉ số ô van và côn Độ ô van được tính bằng hiệu giữa hai đường kính lớn nhất đo được trên hai phương vuông góc của một tiết diện cụ thể, trong khi độ côn là hiệu giữa hai đường kính cùng phương đo ở hai đầu cổ trục, giúp đánh giá mức độ mòn và hao hụt của các bộ phận này.
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:
Khi piston bị trầy xước hoặc nứt rạn, có thể dễ dàng kiểm tra bằng mắt thường hoặc sử dụng kính phóng đại để soi rõ hơn Ngoài ra, phương pháp sử dụng thanh kim loại gõ nhẹ quanh piston để nghe tiếng động cũng rất hiệu quả; nếu phát hiện tiếng rè, điều đó cho thấy piston có thể đã bị nứt hoặc hư hỏng Việc kiểm tra kịp thời giúp đảm bảo an toàn và duy trì hiệu suất hoạt động của động cơ.
Khi kiểm tra phần đáy thân piston, cần dùng pan me để đo đường kính và so sánh với kích thước tiêu chuẩn Việc kiểm tra khe hở giữa piston và xilanh rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất động cơ, vì khe hở vượt quá giới hạn cho phép có thể làm giảm công suất và gây ra tiếng gõ không bình thường trong quá trình làm việc Khe hở cho phép giữa piston và xilanh không vượt quá 0,34mm trên mỗi 100mm đường kính xilanh, giúp duy trì hoạt động ổn định của động cơ.
Để đo khe hở giữa piston và xilanh, ta lắp ngược piston (không có xéc măng) vào xilanh, sau đó sử dụng căn lá có chiều dày khoảng 13mm, dài 200mm, cắm vào giữa piston và xilanh tại mặt piston không có rãnh vuông góc với lỗ chốt piston Tiếp theo, dùng lực kéo của cân lò xo từ 2-3,5kg để kéo căn lá ra; nếu căn lá dễ dàng thoát ra, khe hở đạt yêu cầu Độ chênh lệch lực kéo giữa các xilanh không vượt quá 1kg, còn nếu căn lá cắm vào lỏng hoặc dễ dàng, điều đó chứng tỏ khe hở quá lớn hoặc piston bị mòn, cần kiểm tra và điều chỉnh phù hợp.
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
Tùy vào mức độ hư hỏng và loại hư tổn, các phương pháp sửa chữa piston sẽ khác nhau, trong đó, phần lớn thường sử dụng piston mới hoặc tăng kích thước piston để khắc phục Khi cần thiết, việc sửa chữa có thể thực hiện bằng các phương pháp phù hợp nhằm đảm bảo hiệu quả hoạt động của động cơ.
Nếu piston chỉ có vết xước nhỏ nằm trong phạm vi cho phép và các kích thước khác vẫn bình thường, bạn có thể sử dụng giấy nhám mịn thấm dầu để đánh bóng lại piston, đảm bảo tiếp tục sử dụng hiệu quả.
Trong trường hợp xilanh chưa mòn vượt quá giới hạn cho phép nhưng khe hở giữa piston và xilanh quá lớn, có thể áp dụng phương pháp mạ và tạo màng bằng môlipđenuđisunphua để tăng kích thước của piston Nếu chỉ có một piston bị hỏng, người dùng có thể tận dụng piston cũ đã được tăng kích thước và tiện lại cho phù hợp để sửa chữa và sử dụng lại.
Khi piston có vết nứt nhỏ chưa ảnh hưởng đến hoạt động bình thường, có thể khoan lỗ nhỏ ở cuối vết nứt để kiểm soát sự mở rộng của nó và tiếp tục sử dụng piston Tuy nhiên, nếu vết nứt lớn hơn hoặc ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc, cần thay piston mới để đảm bảo an toàn và độ bền của hệ thống.
Trong trường hợp lỗ chốt piston bị mòn và biến dạng, cần sử dụng dao doa bằng tay, dao chuốt hoặc tiện để mở rộng lỗ chốt theo kích thước sửa chữa phù hợp Việc này giúp đảm bảo lắp chốt mới lớn hơn, đồng thời duy trì độ chính xác và độ bền của piston Áp dụng kỹ thuật này là cần thiết để khắc phục tình trạng mòn và biến dạng, giúp tăng tuổi thọ và hiệu suất hoạt động của động cơ.
Trong trường hợp xilanh cần mài doa hoặc piston trong xilanh quá lỏng, nứt vỡ hoặc hư hỏng nặng, hoặc rãnh xéc măng bị mòn vượt mức cho phép, cùng với lỗ chốt piston mòn vượt quá giới hạn sửa chữa lớn nhất, thì việc thay piston mới là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ.
Khi thay piston, cần căn cứ vào đường kính xi lanh để chọn piston phù hợp Các kích thước tăng lớn của piston gồm 6 mức là 0,25mm, 0,50mm, 0,75mm, 1,00mm, 1,25mm và 1,50mm, và tất cả đều được ghi rõ trên đỉnh piston để dễ dàng xác định Việc chọn đúng kích thước piston đảm bảo hoạt động hiệu quả và bền bỉ của động cơ.
Khi thay piston mới, nên chọn loại piston có nhãn hiệu tương tự để đảm bảo chất lượng và độ tương thích Khoảng cách giữa piston mới và thành xilanh cần đều và phù hợp, tương tự các xilanh còn lại trong hệ thống Độ ô van của piston mới thay thế không vượt quá mức chênh lệch 0,075mm so với các piston còn lại, đảm bảo hoạt động chính xác và tránh gây hư hỏng.
Khi sử dụng piston cũ, cần kiểm tra kỹ chiều sâu và chiều cao của các rãnh xéc măng để đảm bảo phù hợp với các xéc măng mới, đồng thời kiểm tra lỗ chốt piston xem có vừa với piston mới không Việc thay piston mới phải đảm bảo trọng lượng bằng với piston cũ để tránh gây ra các vấn đề về cân bằng và hiệu suất hoạt động của động cơ Trọng lượng piston mới thay thế không được vượt quá giới hạn cho phép, nhằm đảm bảo độ an toàn và độ bền của hệ thống hoạt động.
Khi thay cả bộ piston, trọng lượng các piston cần phải bằng nhau để đảm bảo hoạt động ổn định của động cơ Đối với các piston có đường kính lớn hơn 85mm, trọng lượng giữa các piston không được chênh lệch quá mức cho phép, nhằm tránh gây ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của bộ phận Việc cân đối trọng lượng piston là yếu tố quan trọng trong quá trình bảo trì và sửa chữa động cơ để đảm bảo hoạt động trơn tru và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
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, cần đo tại vị trí mòn nhất, thường là vị trí tương ứng với xéc măng khí thứ nhất khi piston ở điểm chết trên, cách mặt trên hoặc miệng xi lanh khoảng 25-30mm Việc đo nên thực hiện ở hai đường kính, trong đó đường kính AA nằm trong mặt phẳng dao động của thanh truyền và đường kín A/A/ vuông góc với đường kính AA để đảm bảo độ chính xác của kết quả.
Để đo độ ô van chính xác, cần đặt đồng hồ so vào trong xilanh, giữ thẳng đứng để tránh sai lệch Đồng hồ nên lắc về phía trước và phía sau để kiểm tra độ ô van, được xác định bằng hiệu giữa hai đường kính AA và A/A/ Độ ô van cho phép tối đa là 0,07mm trên mỗi 100mm chiều dài của xilanh, đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo.
HỆ THỐNG CỐ ĐỊNH
Hệ thống cố định
Hệ thống cố định đóng vai trò là “Bệ đỡ” giúp lắp đặt các chi tiết trên động cơ một cách chắc chắn Cùng với hệ thống phát lực, nó hình thành “Buồng đốt” – nơi diễn ra quá trình đốt cháy nhiên liệu để tạo năng lượng cho xe Các thành phần chính của hệ thống cố định bao gồm Nắp máy, Thân máy – hai bộ phận quan trọng góp phần hình thành buồng đốt của ô tô Ngoài ra, còn có nắp cát phía dưới động cơ nhằm chứa dầu và các chi tiết bạc đỡ giúp duy trì hoạt động trơn tru của động cơ.
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 bị lão hóa hoặc hư hỏng gây rò rỉ dầu và ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ ô tô Động cơ ô tô gồm nhiều bộ phận và trục, trong đó nhà sản xuất sử dụng gioăng cao su để làm kín các vị trí liên kết, như gioăng dàn cò giữa nắp máy và thành máy, giúp duy trì áp suất dầu ổn định và ngăn dầu rò rỉ ra ngoài Việc kiểm tra và thay thế định kỳ các gioăng cao su, phớt dầu là điều cần thiết để giữ cho hệ thống động cơ hoạt động hiệu quả, bền bỉ.
Khi động cơ hoạt động, các trục quay liên tục và nhiệt độ của động cơ tăng lên hàng trăm độ C, gây tác động lớn đến các bộ phận như gioăng và phớt cao su Do chịu lực tác động cao và thay đổi nhiệt đột ngột, các cao su này nhanh chóng lão hóa, dẫn đến hiện tượng mòn, nứt, gãy hoặc rách Từ đó, dầu có thể bị rò rỉ ra ngoài, gây ra hiện tượng xe ô tô chảy dầu dưới gầm Lão hoá của gioăng cao su và phớt dầu là một trong những nguyên nhân chính gây rò rỉ dầu trên xe.
Sau khoảng 10.000 km vận hành, hệ thống “gioăng dàn cò” thường bắt đầu co cứng và xuống cấp Khi gioăng phớt bị hư hỏng, các khe hở dễ hình thành hơn, dẫn đến dầu máy bị rò rỉ và gây hiện tượng chảy dầu trên xe Để khắc phục, cần thay mới ron làm kín và sử dụng keo xám để phủ các khe hở, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và kéo dài tuổi thọ của động cơ.
Để khắc phục các chỗ rò rỉ nhỏ trên xe ô tô, các thợ thường sử dụng chất trám chuyên dụng nhằm trám kín lại và ngăn không cho dầu rò rỉ ra ngoài Chất trám này hoạt động giống như chất bảo dưỡng gioăng cao su và phớt dầu, giúp chúng lấy lại hình dạng ban đầu hiệu quả Ngoài ra, chất trám không gây ảnh hưởng đến đường dẫn dầu, đảm bảo an toàn và hoạt động ổn định của hệ thống dầu trên xe.
Có thể sử dụng chất trám chuyên dụng để trám kín lại các vết hở gây rò rỉ dầu xe
Bu lông lỏng là nguyên nhân phổ biến gây ra tình trạng rò rỉ dầu dưới gầm xe ô tô Đai ốc và các khớp nối dễ bị nới lỏng theo thời gian, dẫn đến dầu máy dễ dàng rò rỉ ra ngoài Việc kiểm tra và siết chặt các bu lông này định kỳ là cách hiệu quả để duy trì hệ thống kín khít và hạn chế rò rỉ dầu.
Phát hiện xe bị chảy dầu dưới gầm cần kiểm tra và xử lý ngay lập tức để tránh gây hại cho động cơ Nếu để lâu, xe có thể hao dầu, thiếu dầu, dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ Tùy theo nguyên nhân gây chảy dầu, sẽ có các phương pháp xử lý phù hợp nhằm đảm bảo xe hoạt động hiệu quả và bền bỉ.
Sửa chửa, bảo dưỡng : Kiểm tra và xiết chặt bu lông nắp máy, thân máy, cate
Khi dầu bị rò rỉ do bu lông lỏng, cần xiết chặt lại để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của xe Trong trường hợp đai ốc có hiện tượng lờn, tốt nhất nên thay mới để tránh các vấn đề nguy hiểm Mỗi mẫu xe có các thông số về kết cấu và dung sai khác nhau, vì vậy cần lưu ý đặc biệt đến các hướng dẫn về xiết bu lông để đảm bảo độ chính xác và độ bền của các bộ phận.
HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ
GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG
Động cơ đốt trong, sau hơn một thế kỷ phát triển, đã được cải tiến để nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và độ bền bỉ, nhưng các chu trình hoạt động cơ bản của nó vẫn không đổi Mặc dù công nghệ ô tô ngày càng hiện đại, các động cơ đốt trong vẫn phải trải qua bốn quá trình chính gồm Nạp, Nén, Nổ và Xả để hoạt động hiệu quả.
Hình 6.1 – Nguyên lí hoạt động của động cơ bốn kỳ
Các quá trình trong động cơ ôtô thường chia đều trên hai vòng quay trục khuỷu, tương đương 720 độ, với mỗi chu trình thực hiện trong 180 độ Tuy nhiên, để đạt công suất tối đa, động cơ cần được “Nạp đầy” và “Thải sạch” tối ưu, từ đó kéo dài thời gian cho quá trình hấp thụ khí và loại bỏ khí thải Trong khi đó, hai quá trình còn lại sẽ được rút ngắn nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ.
Hình 6.2 – Cơ cấu phân phối khí
Hệ thống phân phối khí được thiết kế để đảm bảo quá trình nạp đầy hỗn hợp hòa khí (xăng + không khí) hoặc khí sạch vào xi lanh trong kỳ nạp, đồng thời thải khí cháy ra khỏi xi lanh trong kỳ xả Với nhiệm vụ chính này, hệ thống phân phối khí phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe về hiệu quả và độ chính xác để đảm bảo hoạt động tối ưu của động cơ Các loại hệ thống phân phối khí như van nạp, van xả, và hệ thống điều khiển khí nạp đóng vai trò then chốt trong việc kiểm soát lượng khí vào ra, góp phần nâng cao công suất và tiết kiệm nhiên liệu Do đó, việc thiết kế và vận hành hệ thống phân phối khí đúng chuẩn là yếu tố then chốt trong việc tối ưu hóa hiệu suất của động cơ đốt trong.
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 còn gọi là hệ thống phân phối khí xupáp treo, gồm có hai loại chính: loại có trục cam trong thân máy và loại có trục cam trên nắp máy Hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh mở và đóng xupáp để đảm bảo quá trình khí nạp và xả hoạt động hiệu quả Các loại cơ cấu phân phối khí này giúp tăng hiệu suất động cơ và giảm tiêu thụ nhiên liệu, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật ngày càng khắt khe Việc lựa chọn loại cơ cấu phân phối khí phù hợp ảnh hưởng lớn đến độ bền và khả năng vận hành của động cơ ô tô.
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
Xupap đầu xupap có hình đĩa, mặt làm kín tỳ lên đế xupap và được chế tạo với vát hình côn, thường có góc nghiêng 45 độ để tối ưu hoá quá trình đóng mở Đường kính nắp xupap nạp lớn hơn nắp xupap xả, giúp tăng hiệu quả khí nạp vào trong động cơ Xupap nạp thường được làm bằng thép crom chịu mỏi, còn xupap xả được sản xuất từ thép chịu nhiệt cao, đảm bảo hoạt động ổn định dưới nhiệt độ cao của buồng đốt Các đặc điểm này đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống nhiên liệu của động cơ ô tô.
Thân xupap đóng vai trò dẫn hướng và làm kín, do đó cần được gia công chính xác và bóng để đảm bảo hiệu quả hoạt động tối ưu Ống dẫn hướng xupap giúp chuyển động của xupap trơn tru, giảm hao mòn trên thân hoặc nắp máy tại điểm lắp Đế xupap được thiết kế để giảm thiểu hao mòn cho thân máy và nắp xy lanh do tác động của xupap, thường ép vào họng đường thải và đường nạp, có hình dạng trụ với vát mặt côn tiếp xúc chính xác với mặt côn của nấm xupap, bằng thép hoặc gang hợp kim.
Lò xo xupap có nhiệm vụ giữ chặt mặt tì của xupap lên đế để đảm bảo xupap luôn đóng kín, tránh hiện tượng va đập trên mặt cam trong quá trình mở đóng Thiết kế của lò xo xupap thường là hình dạng xoắn ốc hình trụ và được chế tạo từ thép để đảm bảo độ bền và độ đàn hồi cao Con đội là bộ phận hỗ trợ trong hệ thống, giúp duy trì lực nén và hoạt động chính xác của các bộ phận liên quan.
Con đội là bộ phận truyền lực trung gian trong hệ thống cơ khí, giúp giảm thiểu lực nghiêng do cam phối khí gây ra trong quá trình dẫn động xupap Nhờ đó, con đội chịu trách nhiệm bảo vệ xupap khỏi lực nghiêng, đảm bảo hoạt động chính xác và bền bỉ của hệ thống phân phối khí xupap đặt Vai trò của con đội rất quan trọng trong việc duy trì hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống động cơ.
Bộ phận chính của kết cấu con đội gồm thiết kế gồm hai phần chính: thân con đội dùng để dẫn hướng và mặt tiếp xúc với cam phối khí, trong đó thân con đội có hình dạng trụ đều đặn, còn mặt tiếp xúc có thể có nhiều dạng khác nhau phù hợp với từng ứng dụng Các loại con đội thường được chế tạo từ thép cacbon hoặc gang, đảm bảo độ bền và độ chính xác cao trong quá trình hoạt động.
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 nhờ thiết kế nhỏ gọn và chắc chắn Thân của con đội thường có kích thước nhỏ, đặc để đảm bảo độ bền và ổn định trong quá trình vận hành Vít điều chỉnh khe hở xupap được bắt trên phần đầu của thân con đội, giúp dễ dàng điều chỉnh và duy trì chính xác khe hở xupap theo yêu cầu kỹ thuật.
Các con đội hình trụ có kết cấu đơn giản, nhẹ và dễ chế tạo, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và lắp đặt Thân của các con đội hình trụ có kích thước phù hợp với đường kính mặt tiếp xúc, đảm bảo tính ổn định và khả năng chịu lực tốt Nhờ thiết kế đơn giản nhưng chắc chắn, các con đội hình trụ được ứng dụng rộng rãi trong nhiều công trình xây dựng, mang lại hiệu quả kinh tế và độ bền cao.
; a.Con đội hình nấm b Con đội hình trụ
Con đội này có cấu trúc phân phối khí không có khe hở nhiệt, giúp loại bỏ va đập giữa các chi tiết máy trong hệ thống phân phối khí Nhờ đó, nó hạn chế tối đa tiếng gõ và nâng cao hiệu suất hoạt động của thiết bị Đây là giải pháp tối ưu cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác và độ bền cao trong cơ cấu phân phối khí.
Hình 6.6 – Con dội thủy lực c Trục cam
Trục cam đóng vai trò chính trong việc điều khiển quá trình đóng mở các xupap theo đúng trình tự hoạt động của các xy lanh Trong một số loại động cơ, trục cam còn có nhiệm vụ dẫn động các bộ phận như bơm dầu, bơm nhiên liệu (cho động cơ diesel) và bộ chia điện (cho động cơ xăng), đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định của động cơ.
Trục cam bằng thép được thiết kế gồm các vấu cam và cổ trục, đảm bảo số lượng cam phù hợp với số xupap của động cơ Các phần này được bố trí hợp lý để duy trì thứ tự nổ của các xylanh, tạo sự vận hành trơn tru và hiệu quả Số cổ trục được tính toán và thiết kế dựa trên số lượng xylanh cũng như cách bố trí của chúng, nhằm đảm bảo độ cứng vững tối đa 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 hoạt động, trục khuỷu quay dẫn động trục cam quay, gây tác dụng lên con đội và làm nó di chuyển lên xuống Phần cao của cam tác dụng vào đáy con đội, đẩy nó đi lên và tác dụng vào đuôi xupáp, làm xupáp mở ra để nạp hỗn hợp vào xi lanh hoặc xả khí thải ra ngoài Quá trình này diễn ra nhờ sự nén của lò xo, giúp cửa nạp hoặc cửa xả mở ra đúng thời điểm chính xác trong chu trình hoạt động của động cơ.
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 trình bày sơ đồ cấu tạo của cơ cấu phân phối khí xupáp đặt, gồm các thành phần chính như đế xupáp, xupáp, ống dẫn hướng, lò xo, móng hãm, đĩa chặn, bulông điều chỉnh, đai ốc hãm, con đội và cam Cấu tạo này đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống phân phối khí, giúp điều chỉnh thời điểm mở và đóng xupáp một cách tối ưu Việc hiểu rõ các bộ phận này là nền tảng để bảo trì, sửa chữa và nâng cao hiệu suất của hệ thống truyền động khí nén trong động cơ.
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 hoạt động, trục khuỷu quay truyền động tới trục cam, thúc đẩy quá trình mở và đóng cửa nạp/xả của xilanh Đỉnh cao của cam tác động vào đáy con đội, làm con đội đi lên, qua đó kích hoạt thanh đẩy tác động vào vít điều chỉnh đuôi đòn gánh Đầu đòn gánh tác dụng lên đuôi xupáp, khiến xupáp đi xuống và làm nén lò xo, mở cửa nạp hoặc cửa xả để nạp hỗn hợp nhiên liệu hoặc không khí vào xilanh hoặc xả khí ra ngoài, đảm bảo quá trình vận hành của động cơ diễn ra liên tục và hiệu quả.
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:
Các dạng cơ cấu phân phối khí xu páp treo khá đa dạng, bao gồm các loại chính như xupap, cần bẩy, đũa đẩy, con đội và trục cam Trong đó, trục cam có thể được đặt trên thân máy dẫn động xupap qua con đội, đũa đẩy và cần bẩy hoặc đặt trên nắp xylanh để truyền động qua các bộ phận này Ngoài ra, còn có các kiểu dẫn động trục cam trực tiếp trên nắp xy-lanh, giúp tối ưu hiệu quả hoạt động của hệ thống phân phối khí Những cơ cấu này thể hiện nhiều kiểu thiết kế khác nhau phù hợp với từng loại động cơ và yêu cầu kỹ thuật cụ thể.
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 upáp đặt, chiều cao của động cơ được giảm xuống, giúp thiết kế nắp xi lanh đơn giản hơn và tăng tính dễ dàng trong việc dẫn động xupáp Điều này tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ và giảm thiểu chi phí sản xuất.
Buồng cháy không gọn gàng và diện tích truyền nhiệt lớn gây giảm tính kinh tế của động cơ Điều này dẫn đến tiêu hao nhiều nhiên liệu ở tốc độ cao và làm giảm hệ số nạp, từ đó ảnh hưởng đến khả năng cường hoá của động cơ.
Tăng tỷ số nén đối với động cơ cỡ lớn gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là trong việc bố trí buồng cháy phù hợp Do đó, cơ cấu phân phối khí xupáp đặt thường chỉ phù hợp cho những động cơ xăng có tỷ số nén thấp và vòng quay nhỏ, nhằm tối ưu hiệu suất và đảm bảo hoạt động ổn định của động cơ.
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 sử dụng cơ cấu phân phối khí xupáp treo có buồng cháy nhỏ gọn, giúp tăng tỷ số nén so với cơ cấu phân phối khí xupáp đặt Nhờ thiết kế này, động cơ có khả năng hoạt động hiệu quả hơn, nâng cao công suất và tiết kiệm nhiên liệu Đây là giải pháp tối ưu cho các loại động cơ yêu cầu kích thước nhỏ gọn nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất vận hành cao.
CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA
Nhiệt độ quá cao trong buồng đốt có thể gây hư hỏng đế hoặc mặt bệ xupap (Valve Seat Face), dẫn đến giảm hiệu suất hoạt động của động cơ Nguyên nhân có thể do van EGR bị kẹt đóng hoặc tích tụ cặn cacbon trong buồng đốt Khi nhiệt độ cao gây nứt đế hoặc mặt bệ xupap, điều này có thể dẫn đến rò rỉ khí và hỏng hóc nghiêm trọng của hệ thống nạp khí 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.
Khi áp suất bị rò rỉ qua xupap xả, người lái có thể nghe thấy tiếng ồn “bộp bộp bộp” từ ống xả, gọi là tiếng pô ngắt quãng Đặc biệt, bô nổ không còn giòn, cho thấy hệ thống xả đang gặp vấn đề.
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 có vai trò chính trong việc mở và đóng các xupap nạp và xả, giúp khí xả thoát ra ngoài và khí nạp đi vào buồng đốt Khi góc mở của xupap xả bị nhỏ lại, thể hiện vấu cam xả đang bị mòn, dẫn đến khí xả còn lưu lại trong xilanh và thoát ra qua đường ống nạp khi xupap nạp mở Trong trường hợp vấu cam còn tốt, cần kiểm tra tiếp các bộ phận như lò xo xupap và đũa đẩy để đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống van.
Hình 6.22 – Trục cam động cơ
Tình trạng này xảy ra khi xupap không thể đóng kín buồng đốt đúng cách, dẫn đến hiện tượng “tụt hơi” và giảm tỷ số nén của động cơ Điều này khiến hòa khí khó cháy hơn, công suất hoạt động của xe giảm sút rõ rệt Trong nhiều trường hợp, xe có thể không khởi động được, đồng thời gây ra rung lắc, giật mạnh trong quá trình vận hành.
Thường thì hiện tượng này xảy ra do lò xo xupap yếu hoặc gãy, gây mất khả năng đàn hồi cần thiết để duy trì hoạt động chính xác của bộ phận, hoặc do khe hở nhiệt quá nhỏ, khiến nhiệt độ không phân bố đều, gây ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của động cơ Ngoài ra, bụi muội than bám nhiều cũng là nguyên nhân khiến lò xo xupap bị kẹt hoặc giảm tuổi thọ, dẫn đến các vấn đề về vận hành của hệ thống xupap Việc kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ giúp phát hiện sớm các sự cố này để bảo vệ động cơ và duy trì hiệu quả vận hành tối ưu.
Các vấn đề cơ học là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng xupap không đóng kín, làm giảm hiệu suất hoạt động của động cơ Ngoài ra, tốc độ động cơ vượt quá mức cho phép cũng có thể gây ra hiện tượng này, ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất và độ bền của động cơ Việc kiểm tra và bảo trì định kỳ giúp hạn chế các vấn đề liên quan đến xupap và đảm bảo động cơ hoạt động một cách tối ưu.
6.3.3 Xuất hiện âm thanh lạ từ cơ cấu phân phối khí
Con đội xu-páp hoặc con đội thủy lực bị kẹt, mòn hoặc hỏng có thể gây ra tiếng lạch cạch như âm thanh lách cách Hiện tượng này thường xuất hiện ở buồng xu páp hoặc nắp che giàn đòn gánh, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống Việc kiểm tra và bảo trì định kỳ giúp giảm thiểu tiếng ồn và đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định.
Khe hở của đuôi xupap với con đội (khe hở nhiệt) quá lớn gây mòn nhanh các chi tiết, ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ Thân xupap và ống dẫn hướng nếu có khe hở lớn sẽ làm giảm công suất động cơ, gây thay đổi sớm hoặc muộn góc mở xupap và làm giảm hành trình mở của xupap Khi vấu cam mòn đáng kể, hành trình nâng con đội sẽ giảm, dẫn đến giảm độ mở của xupap, ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của động cơ.
Hình 6.24 – Vấu cam bị trầy xước
Khi có tình trạng bất thường, bạn có thể nghe thấy tiếng gõ nhẹ hoặc tiếng ồn ào phát ra từ một hoặc nhiều trục cò mổ, đặc biệt khi phát hiện bằng ống nghe Đây là dấu hiệu quan trọng cần chú ý để xác định các vấn đề về van tim hoặc cấu trúc tim Xác định chính xác các âm thanh này giúp chẩn đoán bệnh tim hiệu quả hơn và đưa ra phương pháp điều trị phù hợp Việc lắng nghe kỹ các âm thanh của tim là bước quan trọng trong kiểm tra sức khỏe tim mạch.
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 gây ra do con đội, vấu cam bị mòn hoặc con đội thủy lực bị chảy dầu, dẫn đến các vấn đề về hoạt động Khi vận hành ở tốc độ thấp, xuất hiện tiếng kêu lách tách liên tục tại vị trí nắp đậy máy, phản ánh việc vấu cam va đập mạnh với con đội Điều này cần được kiểm tra và xử lý kịp thời để tránh các hỏng hóc nghiêm trọng hơn.
Khi lò xo xu-páp bị gãy trong quá trình vận hành, sẽ gây ra tiếng gõ nhẹ và làm giảm hiệu suất hoạt động của máy Hiện tượng này thường đi kèm với rung lắc do xu-páp không đóng kín hoàn toàn, ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của động cơ Việc phát hiện và khắc phục kịp thời giúp duy trì hoạt động ổn định và giảm thiểu thiệt hại cho máy móc.
Khi khe hở giữa thân xu-páp và ống dẫn hướng quá lớn, có thể gây ra tiếng gõ nhẹ với âm điệu trung bình, thường chỉ phát hiện được khi sử dụng thiết bị nghe tiếng gõ chuyên dụng Điều này cho thấy sự cần thiết kiểm tra chính xác bằng thiết bị chuyên dụng để phát hiện các vấn đề về khe hở và đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
6.3.5 Động cơ công suất yếu, khó khởi động
Việc sai lệch pha phối khí có thể làm cho động cơ yếu, giảm công suất và khả năng tăng tốc ở tốc độ cao không hiệu quả Ngoài ra, điều này gây ra hoạt động không ổn định ở tốc độ thấp, khiến động cơ khó khởi động hoặc không thể khởi động được Triệu chứng điển hình bao gồm tiếng va đạp mạnh và đều ở xích cam hoặc dây đai, khí xả có màu đen và nhiều muội than, cảnh báo về việc phối khí không chính xác.
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.
Xe gặp khó khăn trong việc khởi động, nhưng vẫn có thể nổ máy kèm theo tiếng nổ ở ống xả hoặc âm thanh dội lại vào bộ chế hòa khí Mặc dù động cơ hoạt động, nhưng khả năng tăng tốc chậm và không thể vận hành ở chế độ không tải, cho thấy có vấn đề trong hệ thống nhiên liệu hoặc đánh lửa cần được kiểm tra kỹ lưỡng.
Giảm áp suất nén, do mòn hở một vài xupap hoặc supáp không có khe hở.