bài giảng động cơ đốt trong

Sự giảm áp bên trong xilanh so với áp suất của đường ống nạp tạo nên quá trình nạp hút môi chất mới không khí đối vớiđộng cơ diesel hoặc hoà khí đối với động cơ xăng từ đường ống nạp vào

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

VÀ CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I-TỔNG QUAN

1.1 Khái niệm, phân loại và lịch sử phát triển

Động cơ đốt trong là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay ở tất cả cáclĩnh vực: giao thông vận tải (đườn g bộ, đường thuỷ, đường sắt, hàng không ), nôngnghiệp, xây dựng, công nghiệp, quốc phòng Tổng công suất của nó chiếm khoảng 90%toàn bộ công suất mọi nguồn năng lượng tạo ra trên thế giới

Căn cứ vào vị trí đốt nhiên liệu, người ta phân chia đ ộng cơ nhiệt thành hai: động

cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài Ở động cơ đốt trong, nhiên liệu được đốt cháy bêntrong không gian công tác động cơ Ở động cơ đốt ngoài, nhiên liệu được đốt cháy trong

lò đốt riêng biệt để cấp nhiệt cho môi chất công tác (M CCT), sau đó MCTC được dẫn vàokhông gian công tác của động cơ, tại đó MCCT dãn nở để chuyển hóa nhiệt năng thành cơnăng

Theo cách phân loại như trên thì các loại động cơ có tên thường gọi như: động cơxăng, động cơ diesel, động cơ piston quay, động cơ piston tự do, động cơ phản lực, tuabinkhí… đều có thể xếp vào nhóm động cơ đốt trong Tuy nhiên theo quy ước, thuật ngữ

“động cơ đốt trong” (internal combustion Engine) thường được dùng chỉ loại động cơ có

cơ cấu truyền lực kiểu piston - thanh truyền - trục khuỷu, trong đó piston chuyển động tịnhtiến qua lại trong xylanh động cơ Các loại động cơ khác thường được gọi bằng các tênriêng, ví dụ: động cơ piston quay (rotary engine), động cơ phản lực (jet engine), tuabin khí(gas tuabin)

Động cơ đốt trong đư ợc phân loại theo các tiêu chí khác nhau như bảng 1.1

Động cơ đốt cháy bằng tia lửa – loại động cơ đốt trong hoạt động theo nguyên lý:nhiên liệu được đốt cháy bằng tia lửa được sinh ra từ nguồn nhiệt bên ngoài không giancông tác của xylanh Có thể gặp những kiểu động cơ đốt cháy bằng tia lửa với các tên gọikhác như: động cơ Otto, động cơ carburetor, động cơ phun xăng, động cơ đốt trong cưỡngbức, động cơ hình hành hỗn hợp cháy từ bên ngoài, động cơ xăng, động cơ gas v.v Nhiên

liệu dùng cho động cơ đốt cháy bằng tia lửa thường là nhiên liệu lỏng dễ bay hơi như:xăng, cồn, benzol, khí hóa lỏng… Trong các loại nhiên liệu kể trên thì nhiên liệu xăng là

sử dụng phổ biến nhất từ thời kỳ đầu phát triển động cơ cho đến nay

Động cơ diesel – là loại động cơ đốt trong hoạt động theo nguyên lý: nhiên liệu tựđốt cháy khi được phun vào buồng đốt chứa khí nén có áp suất và nhiệt độ cao

Động cơ 4 kỳ - loại động cơ đốt trong có chu trình công tác được hoàn thành sau 4hành trình của piston

Động cơ 2 kỳ - loại động cơ đốt trong có chu trình công tác được hoàn thành sau 2hành trình của piston

Bảng 1.1: Phân loại động cơ đốt trong

Loại nhiên liệu- Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng dễ bay hơi như:

xăng, cồn, benzol…

- Động cơ chạy bằng nhiên liệu l ỏng khó bay hơi như:

gas oil, mazout…

CTCT

- Động cơ 4 kỳ

- Động cơ 2 kỳPhương pháp

nạp khí mới

- Động cơ không tăng áp

- Động cơ tă ng ápĐặc điểm kết

Theo tính năng- Động cơ thấp tốc, trung tốc và cao tốc

- Động cơ công suất nhỏ, vừa và lớnTheo công

 1206: Al-Jazari giới thiệu cơ cấu chuyển đổi chuyển động quay sang chuyển độngtịnh tiến

 1509: Leonardo da Vinci mô tả động cơ không có kỳ nén

 1673: Christiaan Huygens thực hiện động cơ không có kỳ nén

 17th century: Nhà phát minh người Anh Samuel Morland sử dụng thuốc súng đểchạy bơm nước, phôi thai của động cơ đốt trong

 1780: Alessandro Volta chế tạo một súng điện đồ chơi trong đó một tia lửa điện đốtcháy hỗn hợp hydrogen không khí

 1794: Robert Street chế tạo động cơ không kỳ nén mà nguyên lý hoạt động cử nóthống trị gần một thế kỷ

 1806: Kỹ sư người Thụy Sĩ François Isaac de Rivaz chế tạo một động cơ đốt trongchạy bằng hỗn hợp hydrogen và oxygen

 1823: Samuel Brown được cấp bằng sáng chế về động cơ đốt trong đầu tiên dùngtrong công nghiệp Đó là động cơ không kỳ nén mà Hardenberg gọi là "chu trìnhLeonardo"

 1824: Nhà vật lý người Pháp Sadi Carnot thiết lập lý thuyết nhiệt động học củađộng cơ nhiệt lý tưởng Lý thuyết này cho thấy cần bổ sung kỳ nén để tăng mứcchênh lệch giữa nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp của môi chất công tác

 1826: Samuel Morey người Mỹ được cấp bằng sáng chế về động cơ "ga hay hơi"không kỳ nén

 1838: William Barnet người Anh được cấp bằng sáng chế về động cơ đầu tiên có

kỳ nén trong xi lanh

 1854: Hai người Ý Eugenio Barsanti và Felice Matteucci được cấp bằng phát minh

về động cơ đốt trong làm việc hiệu quả đầu tiên nhưng không đưa ra sản xuất

 1856: Pietro Benini thực hiện một mẫu động cơ Barsanti-Matteucci 5HP Sau đóthực hiện tiếp những động cơ khác có công suất lớn hơn với 1 hay 2 xi lanh được

sử dụng thay cho động cơ hơi nước

 1860: Jean Joseph Etienne Lenoir (1822–1900) người Bỉ chế tạo động cơ đốt trongchạy bằng ga tương tự như động cơ hơi nước nằm ngang tác động kép có xy lanh,piston, thanh truyền, bánh đà và ga s thay thế cho hơi nước Đây là động có đốttrong đầu tiên được sản xuất với số lượng lớn

 1862: Nhà phát minh người Đức Nikolaus Otto thiết kế động cơ không kỳ nén vớipiston tự do tác động gián tiếp và hiệu suất cao hơn của nó chiếm lĩnh phần lớn thịtrường động cơ tĩnh tại cỡ nhỏ chạy bằng khí thắp

 1870: Tại Vienna, Siegfried Marcus lắp động cơ chạy xăng đầu tiên lên xe

 1876: Nikolaus Otto, cùng với Gottlieb Daimler và Wilhelm Maybach, đã pháttriển động cơ 4 kỳ theo chu trình Otto Tuy nhiên tòa án Đức không công nhận phátminh của ông bao trùm mọi động cơ nén trong xi lanh ngay cả đối với động cơ 4

kỳ, và sau phán quyết đó, động cơ nén trong xi lanh trở thành phổ biến

 1879: Karl Benz, được cấp bằng phát minh về chiếc động cơ đốt trong của ông,động cơ 2 kỳ chạy bằng ga, dựa trên ý tưởng của Nikolaus Otto về động cơ 4 kỳ.Sau đó Benz đã thiết kế động cơ 4 kỳ riêng của ông và được lắp đặt trên ô tô và ô tônày đã trở thành chiếc ô tô đầu tiên chạy bằng động cơ đốt trong

 1882: James Atkinson phát minh động cơ làm việc theo chu trình Atkinson Động

cơ Atkinson có một kỳ sinh công đối với mỗi vòng quay với thể tích nạp và giãn nởkhác nhau nhờ vậy hiệu suất động cơ cao hơn hiệu suất chu trình Otto

 1891: Herbert Akroyd Stuart phát triển động cơ chạy bằng dầu và giao quyền chếtạo cho công ty Anh Hornsby Đó là động cơ đầu tiên khởi động nguội nén và đánhlửa Năm 1892, họ lắp đặt những chiếc động cơ đầu tiên ở trạm bơm Trong cùngnăm đó, kiểu động cơ thử nghiệm tự cháy do nén đã được tiến hành nghiên cứu

 1892: Rudolf Diesel phát triển động cơ nhiệt làm việc theo chu trình Carnot sửdụng bột than làm nhiên liệu

 1893 ngày 23 tháng 2: Rudolf Diesel được cấp bằng phát minh cho chiếc động cơDiesel của mình

 1896: Karl Benz phát minh động cơ kiểu "boxer", đó là động cơ đối xứng nằmngang trong đó các piston đến điể chết trên cùng lúc vì vậy tính cân bằng được đảmbảo

 1900: Rudolf Diesel giới thiệu động cơ Diesel sử dụng dầu đậu phộng ( lạc)

 1900: Wilhelm Maybach thiết kế một động cơ ô tô ở Hãng Daimler Motoren

Những cải tiến lịch sử của động cơ đốt trong :

Động cơ 4 kỳ

Chu trình hoạt động diễn ra trong 2 vòng quay trục khuỷu, trải qua 4 giai đoạn: hút,nén, nổ, xả So với động cơ 2 kỳ, loại 4 kỳ cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu, độ bền, côngsuất, mô-men và đặc biệt là khí thải Tuy nhiên nó đắt và phức tạp hơn

Nạp cưỡng bức bằng turbin tăng áp

Chúng giúp động cơ nhỏ tạo ra công suất lớn K hông tăng kích thước động cơ màvẫn tạo công suất lớn đồng nghĩa với tiết kiệm nhiên liệu Tuy nhiên , nhược điểm là khóchế tạo và turbin chỉ phát huy công dụng khi cánh đạt tốc độ cao

Phun xăng điện tử và phun xăng trực tiếp trong động cơ xăng

Bộ chế hòa khí dần được thay bằng hệ thống phun xăng với ưu thế : việc hòa trộnnhiên liệu đạt hiệu quả hơn, động cơ dễ khởi động ngay cả trong thời tiết lạnh, phản ứngnhanh với những thay đổi ở chân ga Hệ thống này phức tạp, giá thành cao

Phun xăng trực tiếp là sự kế thừa của hệ thống phun xăng điện tử Xăng được đưatrực tiếp vào buồng đốt để tăng hiệu suất và công suất

Đưa trục cam lên nắp xi lanh và công nghệ van biến thiên

Đưa trục cam lên nắp xi-lanh giúp cơ cấu phân phối khí nhỏ gọn, tạo điều kiện choviệc bố trí thêm nhiều xu-páp Tăng tiết diện lưu thông, tức là khí nạp và xả tốt hơn Côngnghệ van biến thiên, thực chất là thay đổi thời gian và hành trình đóng mở xu-páp một linhhoạt theo tốc độ, giúp động cơ nạp, xả khí tối ưu từ đó nâng cao khả năng vận hành đặcbiệt khi ở tốc độ thấp Honda gọi đó là VTEC, Toyota là VVT, còn BMW là Valvetronic

Phun dầu điện tử trong động cơ diesel

Công nghệ Hybird

Giá nhiên liệu tăng, ý thức môi trường nâng cao, tiêu chuẩn khí thải siết chắt tạo nênmột bước ngoặt l ớn trong ngành là sự ra đời của xe hybrid Công nghệ hybrid là sự kếthợp của động cơ đốt trong truyền thống và động cơ điện nhằm giảm mức tiêu thụ nhiênliệu và ô nhiễm môi trường Nhược điểm của xe Hybrid là có chi phí ban đầu lớn

1.2 Ưu, nhược điểm của động cơ đốt trong :

- Ưu điểm:

+ Hiệu suất có ích ecao, động cơ diesel tăng áp bằng tua bin khí hiện đại có hiệusuất có ích đạt tới e= (0,4 0,52), trong khi đó của máy hơi nước e=(0,09 0,14), củatuabin hơi nước e= (0,02  0,28) và của tuabin khí ekhông quá 0,3

+ Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhẹ vì toàn bộ chu trình của động cơ đốt trongđược thực hiện trong một thiết bị duy nhất

+ Khởi động, vận hành, chăm sóc dễ dàng

- Nhược điểm:

+ Khó khởi động khi có tải

+ Khả năng quá tải kém

+ Công suất cực đại không cao

+ Nhiên liệu đắt và cạn dần trong thiên nhiên

+ Ô nhiễm môi trường vì độ độc khí xả và tiếng ồn

Mặc dù vậy, do những ưu điểm kể trên, nên động cơ đốt trong được sử dụng rộngkhắp trên các lĩnh vực công nghiệp, n ông lâm ngư nghiệp, giao thông vận tải Do đó,trong vài ba thập niên tới, động cơ đốt trong vẫn là loại động cơ không thể thay thế, donhững động cơ khác tuy ưu việt hơn nhưng vì lý do kinh tế và kỹ thuật nên chưa được chếtạo hàng loạt

1.3 Cấu trúc tổng quát của động cơ đốt trong (hình 1.1)

1-Cacte 2-Xilanh3-Nắp xilanh 4-Piston5-Thanh truyền 6-Trục khuỷu

Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo động cơ đốt trong kiểu piston

Các bộ phận và hệ thống của ĐCĐT gồm:

1 Bộ khung động cơ (các bộ phận cố định)

2 Cơ cấu truyền lực

3 Cơ cấu trao đổi khí

4 Hệ thống nhiên liệu

5 Hệ thống bôi trơn

6 Hệ thống làm mát

7 Hệ thống khởi động, đảo chiều quay

8 Các cơ cấu chỉ báo, tự động điều chỉnh

II- NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐCĐT

2.1 Các khái niệm và thuật ngữ thông dụng

2.2 1 Điểm chết trên (ĐCT), Điểm chết dưới (ĐCD)

Chuyển động tịnh tiến của piston trong xilanh chuyển thành chuyển động quay củatrục khuỷu nhờ cơ cấu thanh truyền (biên) - khuỷu Khi trục khuỷu quay, piston thực hiệnchuyển động tịnh tiến trong xilanh và lần lượt nằm tại điểm gần và xa tâm quay nhất, các

vị trí đó được gọi là các điểm chết Điểm gần tâm quay nhất gọi là "Điểm chết dưới"(ĐCD) và điểm xa tâm quay nhất gọi là "Điểm chết trên" (ĐCT)

2.1.2 Hành trình của piston (S)

Hành trình của piston Là khoảng cách piston dịch chuyển từ điểm chết này đến điểmchết kia Mỗi hành trình của piston tương ứng với góc quay trục khuỷu φ = 1800.

2.1.3 Bán kính quay của trục khuỷu (r)

Bán kính quay của trục khuỷu là khoảng cách từ tâm cổ biên tới tâm cổ trục khuỷu.S=2r (S và r là 2 đại lượng không đổi trong một động cơ)

2.1.4 Thể tích công tác của xilanh (V s )

Thể tích công tác của xilanh là thể tích được tạo thành khi piston thực hiện một hànhtrình:

Vs= p D2S/4 (1 - 1)

2.1.5 Thể tích buồng cháy (Thể tích buồng nén) V c

Thể tích buồng cháy là thể tích xilanh khi piston nằm tại ĐCT

MCCT là chất môi giới dùng để thực hiện quá trình chuyển hoá từ nhiệt năng sang

cơ năng trong chu trình thực tế của động cơ đốt trong

Khác với chu trình lý tưởng, trong chu trình thực MCCT là những khí thực mà tínhchất lý hoá của nó luôn biến đổi trong suốt chu trình, chúng gồm những thành phần chính:không khí, nhiên liệu và sản phẩm cháy

Ở hành trình nạp, tuỳ thuộc vào phương pháp hình thành hỗn hợp khí mà người tađưa vào không khí (tạo hỗn hợp bên trong) hoặc hoà khí (tạo hỗn hợp khí bên ngoài).Không khí hoặc hoà khí mới nạp vào được gọi là môi chất mới Trong hành trình nạp môichất mới hoà trộn với khí sót (sản phẩm cháy còn sót lại trong xilanh của chu trình trước),tạo nên MCCT trong quá trình nạp

Ở hành trình nén, MCCT không có thay đổi so với quá trình nạp.

Ở quá trình cháy, MCCT được chuyển dần thành sản phẩm cháy

Ở hành trình giãn nở và thải, MCCT là sản phẩm cháy

2.1.9 Quá trình công tác của động cơ

Là toàn bộ các hoạt động của động cơ để chuyển hoá nhiệt năng của nhiên liệu khiđược đốt cháy bên trong xilanh động cơ thành cơ năng Các quá trình công tác của động

cơ gồm có: quá trình nạp, quá trình nén, quá trình cháy và giãn nở, quá trình thải

2.1.10 Chu trình công tác của động cơ

Toàn bộ quá trình liên tục tạo nên sự hoạt động c ủa động cơ và các quá trình lặp lại

có tính chu kỳ trong mỗi xilanh được gọi là chu trình công tác

2.1.11 Đồ thị công chỉ thị

Để biểu diễn các quá trình công tác trên động cơ người ta sử dụng hai loại đồ thị

công chỉ thị: Đồ thị biến thiên áp suất theo thể tích công tác p = f(V) và đồ thị biến thiên

áp suất theo góc quay trục khuỷu (còn gọi là đồ thị công khai triển) p = f( φ ).

2.2 Nguyên lý hoạt động của ĐCĐT

2.2.1 Chu trình làm việc của động cơ 4 kỳ được thực hiện như sau:

2.2.1.1 Kỳ một - Kỳ hút: Đầu kỳ một, piston còn nằm ở ĐCT Lúc này trong thể tích

buồng cháy Vc còn đầy khí sót của chu trình trước, áp suất khí sót bên trong xilanh caohơn áp suất khí quyển Trên đồ thị công, vị trí bắt đầu kỳ một tương ứng với điểm r (hình1-5a) Khi trục khuỷu quay, thanh truyền làm chuyển dịch piston từ ĐCT đến ĐCD, xupapnạp mở thông xilanh với đường ống nạp

Cùng với sự tăng tốc của piston, áp suất môi chất trong xilanh trở nên nhỏ dần so với

áp suất trên đường ống nạp pk (pk = 0,01 - 0,03MPa) Sự giảm áp bên trong xilanh so với

áp suất của đường ống nạp tạo nên quá trình nạp (hút) môi chất mới (không khí đối vớiđộng cơ diesel hoặc hoà khí đối với động cơ xăng) từ đường ống nạp vào trong xilanh

Trên đồ thị công, kỳ nạp được thể hiện qua đường r-a áp suất môi chất trên đường

nạp có thể bằng áp suất khí quyển pk = 0,1 MPa (động cơ không tăng áp) hoặc lớn hơn ápsuất khí quyển tuỳ thuộc mức độ tăng áp (pk= 0,13 - 0,35) MPa (động cơ tăng áp)

Hình 1.2: Sơ đồ các quá trình làm việc và đồ thị công p -V của động cơ diesel 4 kỳ

a)Kỳ nạp b)Kỳ nén c)Kỳ cháy và giãn nở d)Kỳ thải

2.2.1.2 Kỳ hai - kỳ nén: piston chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT, các xupap hút và xả

đều đóng, môi chất bên trong xilanh bị nén lại Cuối kỳ nạp, khi piston còn ở tại ĐCD, ápsuất môi chất bên trong xilanh pacòn nhỏ hơn pk Đầu kỳ nén, piston đi từ ĐCD đến ĐCT

khi tới điểm m áp suất bên trong xilanh mới đạt tới giá trị pk Do đó, để hoàn thiện quátrình nạp người ta vẫn để xupap nạp tiếp tụ c mở (trước điểm m) Việc đóng muộn xupapnạp là nhằm lợi dụng sự chênh áp giữa xilanh và đường ống nạp cũng như động năng củadòng khí đang lưu động trên đường nạp để nạp thêm môi chất mới vào trong xilanh

Sau khi đóng xupap nạp, chuyển động đi lên của piston sẽ làm cho áp suất và nhiệt

độ của môi chất tiếp tục tăng lên Giá trị của áp suất cuối quá trình nén pc(tại điểm c) phụthuộc vào tỷ số nén ε, độ kín của buồng đốt, mức độ tản nhiệt của thành vách xilanh và ápsuất của môi chất ở đầu quá trình nén pa

Việc đốt cháy hoà khí (động cơ xăng) hoặc tự bốc cháy của hỗn hợp khí (động cơdiesel) đều cần một thời gian nhất định, mặc dù là rất ngắn Muốn sử dụng tốt nhiệt lượng

do nhiên cháy sinh ra thì điểm bắt đầu và kết thúc quá trình cháy phải ở lân cận Đ CT Do

đó, việc bật tia lửa điện (động cơ xăng) hoặc phun nhiên liệu vào xilanh (động cơ diesel)đều được thực hiện trước khi piston đến ĐCT Trên đồ thị công kỳ nén được thể hiện qua

đường a-c.

2.2.1.3 Kỳ ba - Kỳ cháy và giãn nở:

Được thực hiện khi piston đi từ ĐCT đến ĐCD

Đầu kỳ ba, số hoà khí nạp vào xilanh (động cơ xăng) hoặc được tạo ra ở cuối quátrình nén được bốc cháy nhanh Do có một nhiệt lượng lớn được toả ra, là nhiệt độ và áp

suất của môi chất tăng mạnh, mặc dù thể tích làm việc có tăng lên chút ít (đường c-z trên

đồ thị công) Dưới tác dụng đẩy của lực do áp suất môi chất tạo ra, piston tiếp tục bị đẩyxuống thực hiện quá trình giãn nở của môi chất trong xilanh Trong quá trình giãn nở môichất đẩy piston sinh công, do đó kỳ ba được còn được gọi là hành trình công tác (sinh

công) Trên đồ thị công kỳ ba được biểu diễn qua đường c-z-b.

2.2.1.4 Kỳ bốn - Kỳ thải: Trong kỳ này, động cơ thực hiện quá trình xả sạch khí thải

ra khỏi xilanh Piston chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT đẩy khí thải từ xilanh qu a đườngxupap thải đang mở vào đường ống thải Do áp suất bên trong xilanh ở cuối quá trình thảicòn khá cao, nên xuppap xả bắt đầu mở khi piston còn cách ĐCD khoảng (40 - 60)0 gqtk.Nhờ vậy, giảm được lực cản đối với piston trong quá trình thải khí và nhờ chênh áp lớntạo sự thoát khí dễ dàng từ xilanh ra đường ống thải, cải thiện được việc quét sạch khí thải

ra khỏi xilanh của động cơ Trên đồ thị công, kỳ bốn được thể hiện qua đường b-r.

Kỳ bốn kết thúc chu trình công tác, tiếp theo chuyển động của pist on sẽ lặp lại kỳmột theo trình tự của chu trình công tác động cơ nói trên

Để thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh, xupap xả không đóng tại vị trí ĐCT màchậm hơn một chút, sau khi piston qua khỏi ĐCT khoảng (5-30)0 gqtk, nghĩa là khi đã bắtđầu kỳ một

Để giảm sức cản cho quá trình nạp, nghĩa là cửa nạp phải được mở rộng dần trongkhi piston đi xuống trong kỳ một, xupap nạp cũng được mở sớm một chút trước khi pistonđên ĐCT khoảng (10-40)0 gqtk Như vậy vào cuối kỳ thải và đầu kỳ nạp cả hai xupap nạp

và xả đều mở Thời gian hai xupap cùng mở được gọi là thời kỳ trùng điệp của xupap (góctính theo góc quay trục khuỷu tương ứng gọi là góc trùng điệp)

Hình 1.3 giới thiệu sơ đồ pha phân phối khí của động cơ 4 kỳ

nhiên liệu.

φ2-3 - thời gian qúa trình nén (0gqtk)

φ4 - thời gian kết thúc quá trình cháy

phân phối khí của động cơ 4 kỳ.

Hình 1.4 giới thiệu đồ thị khai triển của pha phân phối khí động cơ 4 kỳ

Hình 1.4: Đồ thị khai triển của pha phân phối khí động cơ 4 kỳ.

trước đến một áp suất nhất định Việc nén trước hoà khí hoặc không khí được thựchiện nhờ một máy nén riêng, trên các động cơ nhỏ người ta sử dụng buồng cácte và

cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền - piston làm bơm quét khí

Hình 1.5 giới thiệu sơ đồ hoạt động của động cơ diesel 2 kỳ quét thẳng qua xupap xả

Hình 1.5: Sơ đồ hoạt động của động cơ 2 kỳ quét thẳng qua xupap xả

a) kỳ một: cháy-giãn nở, xả, quét; b) Kỳ hai: xả,, quét, nén, phun nhiên liệu

1-ống hút; 2- bơm quét khí; 3-piston; 4-xupap xả; 5-vòi phun; 6-ống thải;

7-không gian chứa khí quét; 8-cửa quét

2.2.2.1 Kỳ một: Giãn nở tương ứng với hành trình piston từ ĐCT đến ĐCD Trong

xilanh vừa mới thực hiện quá trình cháy (đường c-z của đồ thị công) và bất đầu quá trình

giãn nở sinh công Khi piston sắp mở cửa quét thì xupap xả mở trước, do chênh áp bêntrong và ngoài xilanh sản vật cháy bắt đầu thoát ra ngoài đường ống xả, lúc ấy áp suất

trong xi lanh bắt đầu giảm nhanh (đoạn m-n trên đồ thị công) Khi piston mở cửa quét thì

áp suất bên trong xilanh xấp xỉ bằng áp suất khí quét trong không gian 7 Không khí quétqua cửa quét đi vào xilanh và tiếp tục đẩy sản vật cháy còn lại qua xupap xả ra ngoài vànạp đầy môi chất mới vào trong xilanh Quá trình này gọi là quá trình thay đổi môi chất

(đoạn n-a trên đồ thị công).

Như vậy, trong thời gian của kỳ một trong xilanh thực hiện quá trình cháy của nhiênliệu và nhả nhiệt, giãn nở của môi chất, xả khí thải, quét và nạp đầy môi chất mới

2.2.2.2 Kỳ hai - nén: Tương ứng với hành trình của piston từ ĐCD đến ĐCT Đầu

kỳ hai, tiếp tục quá trình quét và nạp đầy môi chất mới vào xilanh (đường a-k trên đồ thị

công) Thời điểm đóng kín cửa quét và xupap xả quyết định thời điểm kết thúc quá trình

thay đổi môi chất (điểm k) Cửa quét có thể đóng đồng thời hoặc muộn hơn so với xupap

xả áp suất môi chất trong xilanh động cơ cuối quá trình thay đổi k hí thường lớn hơn ápsuất khí quyển và phụ thuộc vào áp suất khí quét pk Quá trình nén bắt đầu khi kết thúcquá trình thải và quét khí Trước khi piston đến ĐCT khoảng (10-30)0 gqtk nhiên liệuđược phun vào vào xilanh

Như vậy, trong kỳ hai, động cơ thực hiện các quá trình sau: kết thúc các quá trình thải,quét và nạp đầy môi chất mới vào xilanh ở đầu hành trình, sau đó thực hiện quá trình nén

Một số phương án quét khí trong động cơ hai kỳ: (Hình 1.6)

* Phương án quét thẳng qua xupap xả (Hình

1.6c)

* Phương án quét vòng cửa quét đặt ngang

theo hướng song song: Cấu tạo động cơ đơn

giản hơn so với phương án quét thẳng qua

xuppap, do không có xupap xả và cơ cấu dẫn

động xupáp xả (Hình 1 6a) Tuy nhiên, phương

án này làm giảm chất lượng quá trình thay đổi

môi chất và mất nhiều môi chất mới qua đường

thải

* Phương án quét vòng, cửa khí đặt ngang theo

hướng lệch tâm (Hình 1.6b), giảm được lượng

môi chất mới lọt ra đường thải, đồng thời tạo ra

chuyển động xoáy của môi chất mới vào trong

xilanh làm cho nhiên liệu và không khí hoà trộn

tốt hơn các phương án quét vòng thường được

sử dụng trên các động cơ 2 kỳ của xe máy, ô tô

hoặc các máy dân dụng công suất nhỏ

* Phương án quét thẳng qua cửa xả (hình 1.6d)

có piston đối đỉnh, được dùng trong các động

cơ diesel công suất lớn Một piston điều khiển

cửa quét còn piston kia điều khiển cửa thải

Phương án này cho phép quá trình thay đổi môi

chất đạt chất lượng cao

Hình 1.6: Các phương án quét thải

a) Quét vòng - cửa quét đặt theo

hướng song songb) Quét vòng cửa quét đặc theo

hướng lệch tâmc) Quét thẳng qua xupáp xảd) Quét thẳng qua cửa xả dùng

pittông đối đỉnh1- Cửa quét 3- Piston2- Cửa xả 4- Xupáp xả

 Trên hình 1.7 giới thiệu động cơ hai kỳ dùng không gian cacte làm máy quét khí.

Hình 1.7: Sơ đồ động cơ xăng 2 kỳ dùng cacte làm máy quét

1-không gian cacte; 2-biên; 4- đường ống dẫn khí quét; 5- cửa quét; 6-piston; 7-xilanh;

8-nắp xilanh; 9-buji; 10-cửa xả; 11-bộ chế hoà khí; 12-cửa hút; 13-trục khuỷu

Khi piston đi từ ĐCD đến ĐCT sẽ làm tăng không gian bên dưới piston nên áp suấtgiảm thấp hơn áp suất khí quyển Nhờ đó, hoà khí từ bộ chế hoà khí đi vào không gian củacacte khi piston mở cửa hút 12 Trong hành trình thứ hai, piston đi từ ĐCT đến ĐCD,piston nén môi chất mới trong cacte trước khi cửa quét mở Sau khi cửa quét mở môi chấtđược đẩy vào xi lanh thực hiện quá trình quét và nạp đầy xilanh

Trên hình 1.8 giới thiệu sơ đồ phân p hối khí của phương án quét vòng, vị trí đóng và

mở các cửa quét và cửa thải đối xứng qua ĐCD

Hình 1.8: Pha phân phối khí của động cơ

Ưu điểm chính của của động cơ sử dụng cacte làm bơm quét là cấu tạo đơn giản.Nhưng chất lượng thay đổi khí rất kém, vì vậy ảnh hưởng xấu tới công suất và hiệu suấtcủa động cơ.

 Trong động cơ 2 kỳ một phần hành trình Sn dùng để thay đổi môi chất, sẽ khôngthực hiện quá trình sinh công Do đó, thể tích công tác thực tế của xilanh Vh khipiston đi lên ĐCT là:

V'h= Vh- VnTrong đó Vn- thể tích xilanh tương ứng với hành trình Sn

 Khi hai động cơ cùng kích thước xilanh và số vòng quay n, công suất của động cơ 2

kỳ về mặt lý thuyết có thể gấp 2 lần động cơ 4 kỳ Trên thực tế chỉ đạt khoảng 1,5 1,7 lần do một phần hành trình sinh công bị tổn thất trong quá trình thay đổi môichất ψ Vì chất lượng quét thải kém và vì do tốn một ít công suất để dẫn động bơmnén khí quét

- Momen quay trong động cơ 2 kỳ đều hơn động cơ 4 kỳ, do mỗi chu trình thực hiệntrong một vòng quay còn động cơ 4 kỳ trong 2 vòng quay trục khuỷu

 Trong động cơ 2 kỳ thời gian trao đổi môi chất rất ngắn hơn so với động cơ 4 kỳ,nên chất lượng quét sạch sản vật cháy và nạp khí đầy vào xilanh không hoàn hảonhư động cơ 4 kỳ

Trên động cơ xăng, hoà khí bị mất mát một phầ n do quá trình quét khí Do vậy,động cơ 2 kỳ chỉ thường dùng cho động cơ diesel hoặc động cơ xăng có công suất nhỏ

III CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

3.1 Các bộ phận cố định (bộ khung động cơ)

Hình 1.9: Bộ khung động cơ

1- nắp xilanh, 2- khối xilanh, 3-cacter trên ( khối thân), 4- cacter dưới (cacter dầu).Những phần này được liên kết với nhau bằng bulông hoặc gujông thành một khốithống nhất, cứng vững tránh biến dạng khi động cơ làm việc chịu tác dụng của lực quántính và áp lực khí

Về cơ bản, đường viền ngoài của bộ khung động cơ quyết định những kích thước chủyếu của động cơ

Sau đây là một số hình dáng cấu trúc của một số bộ khung động cơ :

Hình 1.10: Các hình dáng cấu trúc khung động cơ

3.1.1 Nắp xilanh.

3.1.1.1 Chức năng, nhiệm vụ, điều kiện làm việc.

a/ Chức năng nhiệm vụ, yêu cầu

- Nắp xilanh đậy kín một đầu cùng với piston và xilanh tạo thành buồng cháy Nhiều

bộ phận của động cơ được lắp trên nắp xilanh như: bugi, vòi phu n, cụm xupap, cơ cấu

giảm áp hỗ trợ khởi động… ngoài ra, trên nắp xilanh còn bố trí các đường nạp, đườngthải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn… do đó kết cấu của nắp xilanh rất phứctạp.

- Nói chung, nắp xilanh cần đảm bảo các vấn đề sau:

+ Có buồng cháy tốt nhất để bảo đảm quá trình cháy của động cơ tiến hành thuận lợi+ Có đủ sức bền và độ cứng vững để khi chịu tải trọng nhiệt và tải trọng cơ học lớnkhông bị biến dạng lọt khí và rò nước

+ Dễ dàng tháo lắp và điều chỉnh các cơ cấu lắp trên nó

+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, đồng thời tránh được ứng suất nhiệt

+ Đảm bảo đậy kín xilanh, không bị lọt khí, rò nước

b/ Điều kiện làm việc

Điều kiện làm việc của nắp xilanh rất khắc nghiệt như nhiệt độ cao, áp suất khí thểlớn, sự phân bố nhiệt độ và áp suất rất không đều giữa các vùng và bị ăn mòn hóa học bởicác chất ăn mòn trong sản phẩm cháy

3.1.1.2 Cấu tạo và phân loại.

Có thể nói nắp xilanh là chi tiết phức tạp nhất trong bộ khung động cơ về mặt cấutạo Đồng thời ứng suất cơ và ứng suất nhiệt vừa cao, vừa rất chênh lệch giữa các vùng.Chính vì thế thành vách của nắp xilanh phải làm sao có bề dày tương đối đều để tránh nứt

vỡ khi tải nặng, nhiệt độ cao

Về mặt cấu tạo của nắp xilanh người ta chế tạo có các khoang đặt các xupap hút, xả,

bố trí các vòi phun (hoặc bugi), buồng cháy phụ, van đặt đồng hồ chỉ thị áp suất Xen kẽvới chúng, có các đường khí nạp vào, khí thải ra và các khoang chứa nước làm mát chonắp xilanh

Vật liệu chế tạo nắp xilanh thường dùng đối với nắp x ilanh động cơ diesel làm mátbằng nước là đúc bằng gang hợp kim, dùng khuôn cát Còn nắp xilanh của động cơ diesellàm mát bằng gió thường chế tạo bằng hợp kim nhôm dùng phương pháp đúc hoặcphương pháp rèn dập

Đối với động cơ xăng thường dùng hợp ki m nhôm, có ưu điểm là nhẹ, tản nhiệt tốtgiảm được khả năng kích nổ Tuy nhiên, sức bền cơ và nhiệt thấp hơn so với nắp xilanhbằng gang

- Dựa vào cấu tạo ta có thể phân ra làm hai loại:

+ Nắp xilanh liền

+ Nắp xilanh rời

- Về mặt vật liệu nắp xilanh ta có thể phân ra như sau:

+ Nắp xilanh hợp kim gang

+ Nắp xilanh hợp kim nhôm

- Theo loại động cơ có:

a/ Nắp xilanh của động cơ diesel

Kết cấu nắp xilanh của động cơ diesel rất phức tạp Nó phụ thuộc vào kiểu buồngcháy (phương pháp hình thành khí hỗn hợp), số kỳ và cơ cấu phân phối khí của động cơ.Nắp xilanh của động cơ diesel phức tạp hơn hẳn nắp xilanh của động cơ xăng vì trên nóphải bố trí rất nhiều cơ cấu và chi tiết máy như: Cơ cấu xupap, buồng cháy phụ, vòi phun,buji sấy nóng, cơ cấu khởi động bằng khí nén, đường nước làm mát, đường thải nạp v.v…

Trong động cơ ô tô máy kéo và động cơ tĩnh tại cỡ nhỏ, vòi phun thường bố trí lệchvới đường tâm xilanh một góc độ nhất định.

Trong các loại động cơ có buồng cháy thống nhất, để tạo thành xoáy lốc của dòngkhí nạp, người ta thường thiết kế đường nạp có độ nghiêng và thắt dần lại về phía xupapnạp hoặc đôi khi dùng loại xupap nạp có bản dẫn hướng dòng khí cũng như lợi dụng diệntích chèn khí giữa đỉnh piston và nắp xilanh

Các loại nắp xilanh có buồng cháy phụ ( buồng cháy dự bị, buồng cháy xoáy lốc vàbuồng cháy không khí) bố trí trên nắp xilanh thường được dùng trong động cơ ô tô máykéo Kết cấu nắp xilanh có buồng cháy phụ rất phức tạp, giá thành chế tạo cao

Buồng cháy xoáy lốc và buồng cháy dự bị thường chế tạo theo kiểu tổ hợp: Nửa trêncủa buồng cháy xoáy lốc đúc liền với nắp xilanh; nửa dưới của buồng cháy có họng thìlàm bằng thép chịu nhiệt hoặc gang chịu nhiệt rồi ép vào nắp xilanh, phần họng của buồngcháy thông hướng vào tâm xilanh Buồng cháy dự bị cũng được gia công thành hình dạngnhất định rồi ép vào lỗ trên nắp xilanh

Bố trí vòi phun và buồng cháy cũng cần phối hợp với việc bố trí xupap Nếu động cơdùng nhiều xupap, vòi phun thường được bố trí ở chính giữa Trong đ ộng cơ dùng haixupap, họng thông của buồng cháy phụ thường đặt lệch một bên để có thể có được tiếtdiện lưu thông lớn nhất

Nắp xilanh của động cơ ô tô- máy kéo do thường làm chung cho nhiều xilanh nên dễ

bị biến dạng cong vênh hơn loại nắp xilanh làm riêng cho từng xilanh Đôi khi, để hạn chế

sự biến dạng của nắp xilanh do siết gujông không đều hoặc do chịu nhiệt không đều,người ta phay ngang trên mặt nắp xilanh những rãnh đàn hồi đặc biệt như (hình 2.4)

Ngoài ra loại nắp chung có nhược điểm là khi một xilanh bị hư hỏng nhỏ thì vẫn phảitháo cả nắp xilanh ra, vì vậy ảnh hưởng đến các xilanh khác Tuy vậy loại nắp chung có

ưu điểm lớn là làm cho kết cấu của động cơ gọn nhẹ

Hình 1.11: Nắp xilanh có

rãnh đàn hồi.

1- Rãnh đàn hồi,2- Ống dẫn nước phun vào đếxupap,

3-Đường nạp, 4-Đường thải,5-Khoang đặt vòi phun,6-Lỗ bắt gujong,

7-Thân nắp xilanh,8-Lỗ bắt bulong vòi phun

Hình 1.12 giới thiệu nắp xilanh của động cơ diesel ô tô- máy kéo loại buồng cháytrên đỉnh pittông Loại nắp xilanh này bố trí xupap nạp và xupap thải và hai phía khácnhau; vòi phun bố trí nghiêng đi một góc so với đường tâm xilanh Do lỗ lắp ống lót vòiphun trên nắp xilanh làm tách làm hai đoạn nên phần ống gần đầu vòi phun được nướctrực tiếp làm mát Ngoài ra, để tăng cường độ làm mát vòi phun và phần đế xupap, người

ta còn thiết kế hai đường dẫn nước đặc biệt đi qua hai ống phun 1 đúc liền vớ i mặt nóngcủa nắp xilanh Nhờ đó nước làm mát có nhiệt độ tương đối thấp trực tiếp phun vào vùngvòi phun - đế xupap để làm mát vùng này Đường dẫn khí nạp thắt nhỏ dần từ ngoài vào

đế xupap nạp, và có độ cong tương đối lớn (xem mặt cắt B -B) để giảm sức cản trên đườngống và tăng hệ số nạp Độ cong trên phương nằm ngang (mặt cắt C -C) của đường nạpkhiến cho dòng khí nạp đi vào xilanh dễ tạo thành xoáy lốc Đường dẫn khí thải bố trí vềphía ngược với đường nạp Bố trí như thế tạo điều kiện thuận tiện để bố trí lỗ đũa đẩy (hai

lỗ vuông trên tiết diện C -C) ở hai bên đường ống nạp và lỗ cố định truc đòn bẩy xupap(mặt cắt C-C)

Hình 1.12: Nắp xilanh của động cơ buồng cháy trên đỉnh pitton

1-Thân nắp xylanh, 2-Lỗ dẫn nước làm mát, 3-Lỗ bắt gujông4-Khoang xupap nạp, 5-Lỗ bắt bulong nắp đậy, 6-Lỗ bulông cò mổ

7-Buồng cháy, 8-Khoang supap xả , 9-Đường nạpNắp xilanh được cố định trên thân máy bằng các gujông bố trí quanh xilanh Các lỗdẫn nước làm mát đều bố trí trên mặt nóng xung quanh xilanh và gần các gujông Trên nắpxilanh còn bố trí đường dẫn dầu bôi trơn cơ cấu phân phối khí Đường dầu này đượckhoan ở phần trên nắp, dọc theo chiều dài của mặt cắt B -B

Hình 1.13 giới thiệu nắp xilanh của động cơ có buồng cháy trực tiếp (thống nhất)kiểu w cạn

Vòi phun bố trí chính giữa nắp xilanh, xung quanh có 4 xupap: hai xupap thải và haixupap nạp Xupap nạp hơi lớn hơn xupap thải Khi ở điểm chết trên, phần đỉnh của pittôngchui vào phần lõm hình trụ trên nắp xilanh, cùng với mặt nóng của nắp xilanh làm thànhbuồng cháy

Đường thải và đường nạp bố trí về hai phía Đế xupap làm bằng thép và ép vào các

lỗ để trên nắp xilanh Đường dẫn khí của từng xupap đều làm riêng biệt để dòng khí lưuđộng đựơc dễ dàng Các gujông đều luồn qua các lỗ đặc biệt đúc liền với gân g ia cố trênnắp( xem mặt cắt B- B) Ngoài ra, do khoảng cách của các gujông khá xa nên để đảm bảo

độ kín của mối ghép giữa nắp xilanh và thân máy, người ta thiết kế thêm các gujông nhỏquanh mỗi xilanh Xung quanh mỗi xilanh có các lỗ dẫn nước làm mát nắp x ilanh Nướclàm mát được dẫn ra khỏi nắp xilanh bằng lỗ phía trên nắp chung

Hình 1.14 giới thiệu kết cấu nắp xilanh có buồng cháy xoáy lốc của động cơ máy kéo(phần nắp của một xilanh)

Nắp xilanh làm theo kiểu nắp chung cho các xilanh đúc bằng gang hợp kim

Buồng cháy xoáy lốc hình cầu phân thành hai nửa Nửa trên đúc liền với nắp xilanh,nửa dưới làm riêng bằng thép chịu nhiệt hoặc gang chịu nhiệt rồi lắp vào nắp xilanh Đểđảm bảo nhiệt độ thích đáng của buồng cháy, phần thân của nửa dưới buồng cháy lắ p cókhe hở với nắp xilanh Nửa dưới của buồng cháy có họng thông với không gian bên trênđỉnh pittông Tiết diện của họng có rất nhiều dạng: ôvan, bán nguyệt, tròn hoặc dạng phứctạp Nửa dưới của buồng cháy được định vị bằng một chốt đóng trên mặt nắp xi lanh hoặcbằng vít

Các xupap đều bố trí gần sát với đường tâm xilanh Xupap nạp lớn hơn xupap thải vàđều bố trí theo phương thẳng đứng Vòi phun lắp vào nửa phần trên của buồng cháy xoáylốc và nghiêng đi một góc nhất định Các đường thải nạp đều nằm cù ng một phía và haixilanh kề nhau chung đường thải, nạp

Nước làm mát từ thân máy đi lên nắp xilanh bằng 5 lỗ: 2 lỗ nhỏ ở hai bên buồngcháy xoáy lốc, 2 lỗ lớn ở hai bên xupap và 1 lỗ ở giữa hai đường thải, nạp đưa nước làmmát vào thẳng vùng có nhiệt độ c ao nhất là vùng giữa hai đế xupap và họng buồng cháyxoáy lốc (xem mũi tên trên hình) Sau khi làm mát nắp xilanh, nước làm mát theo đườngống lắp ở phía đầu đi ra khỏi nắp xilanh rồi vào két nước

Hình 1.13: Nắp

xilanh bằng nhôm

1-Lỗ gujong,2-Khoang xupap,3-Khoang xupap xả,4-Buồng cháy,5-Thân maý,6-Đường xả,7-Đường nạp,8-Đường xả,9-Đường nạp10-Khoang đặt kimphun,

11-Đỉnh piston,12-Lỗ vít nắp chụpxylanh

Hình 1.14: Nắp xilanh động cơ buồng cháy xoáy lốc hình cầu.

1-Khoang tạo xoáy lốc, 2-Lỗ bắt gujong, 3-Lỗ bắt bulong, 4-Khoang xupap nạp,

5-Buồng cháy, 6-Lỗ đường nạp, 7-Khoang đặt vòi phun,8-Thân nắp xylanh, 9-Đường xả, 10-Lỗ bắt bulong, 11-Khoang xupap xả,

12-Lỗ đường xả,13-Lỗ nước làm mátNắp xilanh lắp chặt với thân máy bằng gujông (phần nắp xilanh giới thiệu trên hình

vẽ có 8 lỗ chung quanh xilanh)

Hình 1.15 giới thiệu loại nắp xilanh của động cơ có buồng cháy dự bị Nắp xilanhđúc bằng gang hợp kim, kết cấu theo kiểu nắp chung cho hai xilanh

Mặt trê n và mặt dưới nắp đều phẳng Buồng cháy dự bị được chế tạo riêng rồi lắpvào trong nắp xilanh nghiêng về phía đũa đẩy xupap Buồng cháy dự bị bằng thép do hainửa hàn lại với nhau Nửa dưới của buồng cháy có ren để vặn vào nắp xilanh

Hình 1.15: Nắp xilanh của động cơ có buồng cháy dự bị.

1-Lỗ bắt vòi phun, 2-Lỗ bắt xupap nạp, 3-Buồng cháy, 4-Cụm lấp đũa đẩy,5-Lỗ bắt gujong, 6-Lỗ lắp xupap xa, 7-Thân nắp, 8-Vòi phun, 9-Lỗ lắp gujongnắp chụp,10-Khoang lắp vòi phun,11-Khoang xupap hút, 12-Khoang xupap xả

Để nước làm mát trong nắp xilanh không bị rò rỉ ra ngoài, trên mặt phẳng lắp ghépcủa nửa dưới của buồng cháy có đệm đồng (lắp phía cuối đoạn ren) và nửa trên của buồngcháy dự bị có joăng cao su (phần tô đen trên hình 1.15).

Vòi phun lắp lút sâu vào nử a trên của buồng cháy Nước làm mát đi qua các lỗ trênthân máy vào nắp xilanh: hai lỗ bố trí về phía buồng cháy dự bị và hai lỗ bố trí về phía cơcấu dẫn động xupap Để đảm bảo đưa nước làm mát tới các vùng nóng nhất trong nắpxilanh (như vùng buồng cháy phụ và vùng đế xupap thải…) trong các lỗ dẫn nước vào nắpxilanh đều lắp các ống phun nước để phun các dòng nước về phía các vùng này (nước đitheo chiều mũi tên trên hình)

b/ Nắp xilanh động cơ xăng

Kết cấu nắp máy của động cơ tuỳ thuộc vào kết cấu của buồng cháy, cách bố trí cơcấu xupap và số xupap của cơ cấu phân phối khí, bugi, kiểu làm mát động cơ và đườngnạp thải trên nắp xylanh Dạng buồng cháy trên động cơ quyết định hiệu suất nạp, thải vàhiệu suất quá trình cháy trên động cơ

Nắp xylanh có buồng cháy dạng bán cầu dùng trên động cơ ôtô (hình 1.16a) Loạinắp xylanh trên dùng xupap treo, xupap nạp hơi lớn hơn xupap thải, bugi đặt ở bên hôngbuồng đốt

Nắp xylanh có buồng cháy dạng hình chêm dùng rộng rãi trên động cơ chữ V vàđộng cơ nhiều hàng xylanh (hình 1.16b) Loại buồng đốt này có ưu điểm gọn, có cường độxoáy lốc tốt

Trong động cơ xăng một hàng xylanh còn dùng buồng cháy khối ôvan như hình 1.17.Loại buồng đốt này có hai diện tích chèn khí Diện tích chèn k hí thứ nhất tương đối lớn,nằm đối diện với bugi, là phần xa bugi nhất, diện tích chèn khí thứ hai nhỏ hơn, nằm phíadưới bugi

Hình 1.16: Nắp xilanh có buồng cháy bán cầu (a)

và hình chêm (b)

1-Lỗ đưa nước làm mát,2-Lỗ bắt gujong, 3-Khoang xupap xả4-Lỗ dẹt làm mát,5-Khoang xupap nạp,6-Lỗ đường xả,7-Lỗ đường nạp8,9- Lỗ nước làm mát

Cải tiến mới của động cơ xăng: Sử dụng buồng cháy phụ (phun xăng trực tiếp, xem

chương 4)

3.1.2 Khối xilanh.

3.1.2.1 Chức năng, nhiệm vụ, điều kiện làm việc

Khối xilanh có nhiệm vụ liên kết vơí nắp xilanh và ch ứa các lót xilanh bên trong.Ngoài ra nó còn có các khoang chứa nước gọi là áo nước để làm mát cho lót xilanh

Khối xilanh làm việc trong điều kiện n hiệt độ cao và ứng suất nhiệt không đều dễ bịbiến dạng

3.1.2.2 Cấu tạo và phân loại

a/ Cấu tạo: Khối xilanh là một bộ phận quan trọng của bộ khung động cơ Nó chứaxilanh Khối xilanh của động cơ bốn kỳ có cấu tạo đơn giản bao gồm hai mặt tr ên và dưới,

có khoét lỗ để đặt lót xilanh, các vách ngăn giữa các xilanh để tăng bền, trong các váchngăn ấy có chứa các lỗ thông để nước làm mát đi qua, khoang chứa nước gọi là “áo nước”

Hình 1.18: Khối xilanh liền, một hàng Hình 1.19: Khối xilanh liền, chữ V

Vật liệu chế tạo khối xilanh thường được đúc bằng gang xám hoặc các lọai gang biếntính

Hình 1.17: Nắp xilanh có buồng cháy ôvan

Lỗ ren lắp bugi có thể bố trí các vị trísau :

- Phía trên xupap nạp, để giảm nhiệt độcủa bugi

- Phía trên xupap thải, để cải thiện quátrình cháy, có khả năng chống cháy sớm vàkích nổ Tuy vậy tình trạng tải nhiệt của bugirất nghiêm trọng vì bị luồng khí thải đốtnóng và chịu nhiệt bức xạ từ khí thải đến Vìvậy thường dùng loại bugi lạnh có đườngkính nhỏ, giữa hai xupap và lệch về phíaxupap thải chừng 1/3 khoảng cách

b/ Phân loại khối xilanh

Theo phương pháp chế tạo có hai loại khối xilanh chính:

+ Khối xilanh liền

+ Khối xilanh ghép

Khối xilanh của động cơ bốn kỳ có cấu tạo hình hộp đơn giản nhất, bao gồm hai tấmtrên và dưới có các lỗ để lắp các lót xilanh, và với các vách ngăn thẳng đứng giữa cácxilanh Trong các vách ngăn ấy, có các lỗ khoan để nước lưu thông (hình 2.17)

Để tăng cường độ cứng vững cho khối xilanh, đôi khi người ta làm thêm các thanhngang và các gân, gờ phụ

Hình 1.20: Khối xilanh của động cơ bốn kỳ.

Khối xilanh được chia thành từng khoang bằng các vách ngăn ngang, mỗi khoangdùng để lắp một lót xilanh Giữ a các xilanh và các vách của khối xilanh có các khoảngkhông gian để cho nước làm mát lưu thông

3.1.3 Khối thân.

3.1.3.1 Chức năng, nhiệm vụ, điều kiện làm việc.

Nhiệm vụ chủ yếu của thân động cơ là liên kết khối xilanh với bệ đỡ chính và tạothành một khoang hoàn toàn kín (không lọt khí và dầu), chứa cơ cấu cơ cấu khuỷu trục -thanh truyền của động cơ

Tuy cần kín nhưng phải bố trí lỗ thoát hơi để tránh áp suất trong khoang chứa trụckhuỷu không vượt quá giới hạn gây cản trở chuyển động của piston, nổ cacter

Thân động cơ liên kết nắp xilanh, ống xilanh với bệ đỡ chính và không để lọt dầu rangoài nên nó chịu tải trọng, áp lực khí thể, độ rung động lớn và yêu cầu lắp ghép phảichính xác giữa các bề mặt lắp ghép

3.1.3.2 Cấu tạo và phân loại

a/ Cấu tạo: Khối thân có cấu tạo tương đối phức tạp nó có các mặt phẳng lắp ghépvới khối xilanh ở phía trên và bệ đỡ chính phía dưới Đồng thời nó còn có thêm cửa đểquan sát chăm sóc trục khuỷu và các lỗ để bắt bulông hay gujông v ới các chi tiết khác Vậtliệu chế tạo thân máy có thể bằng gang hoặc hợp kim nhôm đúc

b/ Phân loại khối thân (thân máy)

- Dựa theo kết cấu chịu lực của nó ta có thể chia thân máy ra các loại sau:

+ Thân máy kiểu thân xilanh - hộp trục khuỷu, loại thân máy này có xilanh đúc liềnvới thân

+ Thân máy kiểu vỏ thân là xilanh làm riêng thành từng ống rồi lắp vào thân máy

+ Thân làm rời với hộp trục khuỷu và lắp với nhau bằng bulông hay gugiông

Thân máy của động cơ làm mát bằng gió thường là thân máy rời Về nguyên tắc cóthể dùng gujông riêng rẽ hay một gujông để ghép nắp và thân xilanh với hộp trục khuỷu

- Tùy theo phương pháp lắp đặt trục khuỷu trong hộp trục khuỷu mà thân máy có kếtcấu khác nhau

+ Trục khuỷu treo: Hộp trục khuỷu chia làm hai nửa, nửa dưới là cacter dầu Thânmáy hay toàn bộ động cơ được lắp đặt trên các gối đỡ Đây là kiểu phổ biến cho động cơ ô

tô, máy kéo

+ Trục khuỷu đặt: Hộp trục khuỷu cũng chia làm hai nửa, nửa dưới đồng thời là bệmáy Trục khuỷu và toàn bộ thân má y cùng các chi tiết lắp ráp được đặt trên bệ máy

+ Trục khuỷu luồn, hộp trục khuỷu nguyên khối, do đó khi lắp ráp trục khuỷu vàođộng cơ phải bằng cách luồn

 Thân máy kiểu thân xilanh - hộp trục khuỷu.

Loại thân máy kiểu thân xilanh - hộp trục khuỷu được dùng rất phổ biến trong động

cơ ôtô- máy kéo Động cơ chữ V nếu số xilanh trên mỗi hàng không quá 8 xilanh cũngthường dùng kiểu thân này Các xilanh đúc liền với thân hoặc làm thành ống lót rồi lắp lênthân Xung quanh xilanh đều có nước làm mát bao b ọc (hình 1.21) Các xilanh đều đúcliền trên cùng một vỏ thân, liền với hộp trục khuỷu Kết cấu này so với loại thân rời có độcứng vững tương đối lớn vì nó như một khối kim loại hình hộp lớn được gia cố bằng cácbản, các gân Do đó độ biến dạng của xilanh, ổ trục v.v đều rất nhỏ Thân máy đúc liềnvới hộp trục khuỷu nên giảm bớt được mặt lắp ghép, dễ chế tạo, giảm kích thước và trọnglượng Do thân máy kiểu thân xilanh - hộp trục khuỷu phải đảm bảo nhẹ nên người tathường làm vỏ thân và các vách ngăn tương đối mỏng Chiều dày các vách thường từ 4 ÷

12 mm tuỳ theo cỡ, loại động cơ

Người ta thường dùng các biện pháp sau đây để nâng cao độ cứng vững của thânmáy:

+ Ổ trục khuỷu trên thân máy đều đúc liền với các vách ngăn, vì vậy trên các váchngăn thường đúc khá nhiều gân để tăng độ cứng vững

+ Hạ thấp mặt phân chia nửa trên và nửa dưới của hộp trục khuỷu xuống thấp hơnmặt phân chia ổ trục (hình 1.22), do đó lực và mômen do trục khuỷu truyền cho thân máyđều được hộp trục khuỷu có môđun tiết diện và t hể tích kim loại tương đối lớn chịu

+ Tăng số ổ trục khi cần thiết, thông thường giữa hai xilanh có một ổ trục Như thếlực tác dụng phân bố tương đối đều trên chiều dài thân máy, tránh được nguy hiểm nứt vỡ

do thân máy chịu lực cục bộ quá lớn

Hình 1.21: Thân máy

của động cơ chữ V

1- Mặt phân chia ổtrục, 2,3,4- Đường dầubôi trơn,

5- Mặt phân chia hộptrục khuỷu,

6- Lót xylanh,7- Lỗ bắt gujong

+ Dùng kết cấu hộp trục khuỷu liền khối, không phân chia thành hai nửa (hình 1.23).

Ổ trục khuỷu dùng ổ lăn, trục khuỷu lắp vào hộp trục khuỷu theo hướng đường tâm trục.Loại thân máy này có độ cứng vững rất lớn và chiều dài thân ngắn

Trên thân máy - hộp trục khuỷu cần phải bố trí các đường dầu bôi trơn để dẫn dầuđến ổ trục khuỷu, ổ trục cam v.v…đường dầu chính được bố trí theo suốt dọc thân máy.Ổtrục khuỷu thường chia thành hai nửa Nắp ổ trục lắp vào thân máy - hộp trục khuỷu bằngbulông hay gujông Trong loại thân máy đúc bằng nhôm chỉ được dùng gujông vì nếudùng bulông, sau nhiều lần tháo lắp ren trên thân máy sẽ bị chờn hỏng

Hình 1.23: Thân máy hộp trục khuỷu liền khối

Nắp ổ trục khuỷu phải làm tương đối lớn, tiết diện ngang phải có m ôđun chống uốnlớn, để có độ cứng vững cao, ít biến dạng Để nắp ổ trục không bị xê dịch ngang, nắp ổthường được định vị bằng hai mặt hông Trong động cơ chữ V lực và mômen tác dụngtrên mặt phẳng ngang của ổ trục và nửa trên của hộp trục khuỷu rất lớn, n ên cần chú ý đếnviệc nâng cao độ cứng vững cho ổ trục, nhất là ở những thân máy bằng nhôm, ngoàibulông hay gujông ra, người ta còn dùng thêm các bulông phụ 2,3 trên hình 1.24 hoặcdùng vòng định vị 4

Hình 1.22: Thân máy

của động cơ xăng dùng xupap treo

1-Ổ trục khuỷu,2-Ổ trục cam, 3,4,5-Đường dầu bôi trơn,6-Nửa trên ổ trụcA– mặt phân chia ổtrục; B– mặt lắp ghép

Hình 1.24: Định vị nắp ổ trục.

a) dùng bulông dài; b) dùng bulông ngắn; c) dùng bạc định vị 1- gujông;

2,3- bulông phụ; 4- vòng định vị; 5- mặt định vị), 6- gân gia cường

3.1.4 Lót xilanh.

3.1.4.1 Chức năng, nhiệm vụ và điều kiện làm việc.

Lót xilanh là một chi tiết máy có dạng ống được lắp vào khối thân nhằm mục đíchkéo dài tuổi thọ của thân máy

Lót xilanh có nhiệm vụ dẫn hướng piston và cùng với mặt dưới của nắp xilanh vàđỉnh piston tạo nên không gian công tác của xilanh

Trong quá trình là việc, lót xilanh chịu tải trọng cơ học, tải trọng nhiệt và bị mài mòn,

ăn mòn Vì vậy bất cứ loại lót xilanh nào cũng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có đủ sức bền để chịu đựng áp suất khí thể

- Chịu mòn tốt

- Khi piston trượt trên mặt gương xilanh, tổn thất ma sát ít

- Chống được ăn mòn hóa học trong môi trường nhiệt độ cao

- Không rò nước (lót xilanh ướt) xuống cacter dầu

- Giãn nở tự do theo hướng trục

3.1.4.2 Cấu tạo và phân loại.

a/ Cấu tạo: Lót xilanh có dạng hình trụ tròn, mặt trong lót xilanh được gia công rấtchính xác và mài bóng được gọi là mặt gương xilanh Độ côn và độ ô van cho phép củamặt gương xilanh thường nằm trong phạm vi 0,01 ÷ 0,06mm (đối với các loại động cơ cóDxl > 80mm) Để nâng cao độ cứng cho gương xilanh ngưới ta mạ thêm một lớp crômxốp chiều dày khoảng 0.05 ÷ 0.25 mm trên mặt gương xilanh

Vật liệu chế tạo lót xilanh bằng gang hợp kim, khi chế tạo phải qua các nguyên côngnhiệt luyện để đạt tổ chức kim tương và tính năng cơ lý tốt để thỏa mãn các yêu cầu trên

Để giảm mòn cho lót xilanh cần phải nhiệt luyện đạt độ cứng HB = 350 ÷ 440, trong khi

đó xécmăng có độ cứng chỉ từ (250 ÷ 260) HB Như vậy khi động cơ làm việc xécmăng bịmài mòn trước lót xilanh Để nâng cao tính chịu mòn và khả năng chịu tải (khi áp suất lớnhơn 9MN/ m2, tốc độ Cm> 12m/s) người ta còn thường dùng lót xilanh khô bằng thép nitơhoá Loại lót xilanh này có độ cứng bề mặt rất cao và khả năng chống ăn mòn hoá học ởnhiệt độ cao rất tốt

b/ Phân loại lót xilanh

Có thể chia lót xilanh ra làm hai loại sau:

có gờ vai lắp khít ngang mặt thân máy.

Mặt ngoài của ống lót cũng gia công chính xác để lắp khít với mặt lỗ trên thânxilanh Mặt vai của ống lót lắp nhô lên cao hơn mặt thân máy 0,025 ÷ 0,11mm, như vậy đểkhi lắp nắp xilanh, vai ống lót được ép chặt Khe hở từ 0,00 ÷ 0,05mm do đó tháo lắptương đối dễ dàng, lót ít biến dạng và khi nóng lót xilanh giãn nở sẽ ép khít với mặt lỗxilanh

Ưu điểm của các loại lót khô là:

+ Lót xilanh có độ cứng vững lớn, vì vậy có thể làm mỏng và do đó tốn ít vật liệuquý

+ Lót xilanh khô không trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát nên không rò nước và lọtkhí

 Lót xilanh ướt.

Khi dùng lót xilanh ướt, kết cấu của thân máy là loại vỏ thân vì vậy chế tạo dễ Khilót xilanh bị hỏng, việc thay thế cũng dễ dàng Lót xilanh ướt có kết cấu như (hình 1.25b),

Hình 1.25: Thân động cơ và lót

xilanh.

a) Lót xilanh đúcliền với khối thân,b) Lót xilanh khô,c) Lót xilanh ướt,d) Đệm cao sukín nước

các động cơ diesel ngày nay phần lớn đều dùng lót ướt Một vài loại động cơ xăng chữ Vcũng dùng loại lót xilanh này.

Thiết kế lót xilanh ướt phải xét đến các vấn đề sau:

+ Khi làm việc không đựơc xoay nhưng có thể giãn nở tự do theo chiều trục Để đảmbảo vấn đề này, lót xilanh ướt cũng có vai tựa như lót khô, mặt vai lót cao hơn mặt thânmáy chừng 0,05 ÷ 0,15 mm để khi lắp ráp nắp xilanh và joăng sẽ ép chặt với v ai do đó cóthể tránh lọt khí (hình 1.25a) Vai tựa của lót xilanh có thể để ở các vị trí khác nhau trênlót (hình 1.25b,c) Các mặt A, B của vai tựa là các mặt định vị, bảo đảm đường tâm của lótxilanh thẳng góc với đường tâm trục khuỷu Mặt B phải tương đối lớn để khi siết bulônghay gujông, lót xilanh không bị biến dạng Hạ thấp vị trí vành vai tựa có thể tránh đượchiện tượng biến dạng của ống lót khi chịu nhiệt độ cao và hiện tượng bó piston

Ngoài ra, hạ thấp vành vai tựa còn làm cho việc làm mát phầ n trên của xilanh rấttốt và tạo điều kiện làm mát xécmăng và piston tốt hơn Để vành vai tựa không bị uốn vàbiến dạng khi lắp ghép, đường kính D1 (hình 1.27a) ở phía trên và phía dưới vành đai tựaphải bằng nhau Tuy vậy, phần lớn các lót xilanh ướt đều làm vai tựa ở phía trên lớn hơnphía dưới vì như thế ống lót ít bị biến dạng khi lắp ghép hơn Chiều cao định vị phía dướivai tựa không nên làm cao quá vì càng làm cao càng ảnh hưởng đến việc bố trí làm mátnhất là vùng gần ụ cấy gujông ( hình 1.27d) Do lót chỉ cố định một đầu nên có thể giãn nở

Tránh lọt nước xuống cácte thường dùng vòng joăng cao su có tiết diện hình tròn lắptrong các rãnh ở phần dưới của lót xilanh, hoặc có thể dùng các biện pháp như trên hình1.28.

Kiểu bao kín như trên hình 1.28a,b, động cơ dùng hai hoặc ba vòng cao su Tiết diệncủa vòng cao su thường vào khoảng 98% tiết diện rãnh Rãnh có thể tiện trên lót xilanh,nhưng cũng có thể làm thân máy

Hình 1.28c là kiểu bao kín dùng vòng (joăng) cao su có tiết diện tròn phía dưới làmbằng cao su cứng, hai vòng có tiết diện vuông lắp ở phía tr ên làm bằng cao su mềm Cả bađều lắp trong rãnh trên vỏ thân (loại động cơ này dùng kiểu thân rời) Hình 1.28a là kiểubao kín dùng các vòng thép 1 và vòng cao su 2 siết chặt bằng đai ốc 3

Lót xilanh ướt của động cơ hai kỳ (hình 1.28g) bao kín bằng các v ành đàn hồi 4 và 5

Vì vậy các vành 5 làm thành mặt côn (có độ côn nhỏ) còn mặt 4 là mặt trụ Nói chung cácloại lót xilanh ướt bằng thép dùng trên ôtô máy kéo dày khoảng 4 ÷ 7 mm, lót xilanh bằnggang dày khoảng 5 ÷ 9 mm Chiều dài của lót xilanh quyết đị nh bởi chiều dài của piston

Hình 1.27: Vị trí vai tựa

của lót xilanh

a-Tránh lọt khí, b,c-Vị trívai tựa,

d-Chiều cao vai tựa gầngujong

A,B-Các mặt vai tựa,1-Khoang nước làm mát,2-Lót xylanh,

3-Joăng cao su

Hình 1.28: Các biện pháp

tránh lọt nước xuống cacter

a,b,d- Các kiểu bao kín,c- Rãnh tiện trên thân máy,e- Bao kín vùng vòng thép,f- Bao kín bằng vành đàn hồi,1- Vòng thép, 2- Vòng cao su,3- Đai ốc, 4,5- Các vành đàn hồi,6- joăng cao su

khi piston ở điểm chết dưới Lót có thể ngắn hơn mép dưới piston chừng 10 ÷ 15 mm Đôikhi phía dưới lót xilanh khoét khuyết để tránh va chạm với thanh truyền.

Ưu điểm của loại lót xilanh ướt là:

+ Do lót xilanh trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát nên được làm mát tốt

+ Dùng lót xilanh ướt khiến cho công nghệ đúc thân máy trở nên dễ dàng, đồng thời

có thể đúc thân máy bằng vật liệu xấu hơn vật liệu làm lót

+ Gia công lót xilanh tương đối đơn giản, sửa chữa thay thế dễ dàng

Tuy vậy, lót xilanh ướt tồn tại các khuyết điểm sau:

+ Khó bao kín, dễ bị rò chảy nước xuống cácte làm hỏng dầu bôi trơn

+ Độ cứng vững của lót xilanh kém hơn loại lót khô

Ở các động cơ có tốc độ quay chậm hoặc trung bình, người ta mới làm bệ đỡ chínhthành khối riêng Còn ở các động cơ tốc độ cao người ta thường thay chúng bằng những ổ

đỡ chính treo vào thân động cơ và một đáy nhẹ để thu hồi dầu

Điều kiện làm việc: bệ đỡ chính và thân động cơ được liên kết với nhau bằng cácbulông hay các mối liên kết toàn khung Do đó khi động cơ làm việc, bệ đỡ biến dạng uốn.Đồng thời bệ đỡ chính còn chịu tác dụng của lực quán tính do động cơ làm việc gây ra

b/ Ổ đỡ chính.

Ổ đỡ chính là nơi lắp đặt cổ chính trục khuỷu Vì vậy khi động cơ làm việc, các bạclót của ổ đỡ chính sẽ bị mài mòn do ma sát với cổ chính trục khuỷu, đồng thời nó còn chịutác dụng của lực quán tính ly tâm và va đập khi khe hở giữa bạc lót và cổ chính trục khuỷutăng lên Vì vậy, cần phải lắp ráp bạc lót và cổ chính trục khuỷu thật chính xác, đảm bảo

độ đồng tâm giữa các ổ đỡ trên bệ đỡ chính Tăng cường dầu bôi trơn các ổ đỡ chính

3.1.5.2 Cấu tạo và phân loại

a/ Bệ đỡ chính

Hình 1.29: Bệ và ổ đỡ chính của động cơ a-kiểu treo; b-kiểu đặt

- Cấu tạo: Bệ đỡ chính của động cơ gồm hai dầm dọc được liên kết với nhau bằngcác vách ngang (có tiết diện chữ I, hình hộp hay các loại tiết diện khác), bố trí giữa cácxilanh Các vách ngang này chia bệ đỡ chính ra thành nhiều ngăn khác nhau (mỗi ngănchứa một xilanh), và làm chỗ tựa cho các ổ đỡ chính Mặt phẳng ngang dùng để lắp gh ép

bệ đỡ chính và thân động cơ thường đựơc bố trí cao hơn đường tâm trục khuỷu và khôngđược có phần nào lồi lên, gây khó khăn cho việc gia công bệ đỡ chính

- Vật liệu chế tạo: Phụ thuộc vào kiểu động cơ, thường được đúc bằng gang

- Phân loại: Dựa theo hình dáng kết cấu, các bệ đỡ chính được chia thành những loạisau đây:

+ Bệ đỡ chính liền (đối với động cơ cỡ nhỏ)

+ Bệ đỡ chính rời (đối với động cơ cỡ lớn)

b/ Ổ đỡ chính.

- Cấu tạo: gồm các bạc lót hai nửa Ở chỗ lắp ghép, tùy theo kiểu động cơ, người tađặt một tấm, một bộ đệm định cữ, hoặc không có đệm Bạc lót phải được định vị (để ngănngừa dịch chuyển dọc trục và chuyển vị xoay) bằng các chốt hay bằng các vấu lồi ăn khớpvào các lỗ hoặc rãnh đã chế tạo sẵn trên hõm của bệ đỡ (hay ở nắp đậy của ổ) Bề mặt làmviệc của bạc lót có một lớp kim loại chống ma sát, ở bên sườn bạc lót, tại vùng gần chỗtiếp giáp hai nửa bạc lót, người ta làm các hốc làm mát Các hốc này không được làm kéodài đến hai mép bạc lót để tránh dầu bôi trơn rò rỉ ra ngoài Dầ u bôi trơn đựơc dẫn tới hốclàm mát qua lỗ khoang và rãnh vòng (hoặc nửa vòng trên nửa bạc lót phía trên) đối diệnvới lỗ khoang dẫn dầu trên cổ trục

8-Lớp kim loại đỡ sátDựa vào dạng bạc lót ta phân ổ đỡ chính ra làm hai loại:

- Ổ đỡ chính có bạc lót thành dày (δ = 5 ÷ 15mm) được chế tạo bằng gang, thép 30hay đồng thanh và có đúc một lớp bacbit hay các loại hợp kim thay thế cho chúng

- Ổ đỡ chính có bạc lót thành mỏng (δ = 2 ÷3 mm) của động cơ có tốc độ quay cao,thường được chế tạo bằng thép có hàm lượng cacbon thấp (thép 10, 15 hay 20), và thườngđược đúc một lớp hợp kim đồng thanh chì có chiều dày khoảng 0,4 ÷ 0,8mm

Ưu điểm của loại bạc lót mỏng dùng trong ô tô máy kéo là: có kích thước nhỏ,trọng lượng nhỏ, dễ thay thế và có thể lắp lẫn được Hơn nữa loại bạc lót này thích hợp vớiquy mô sản xuất lớn

Do chiều dày của bạc lót nhỏ, nên bạc lót tươ ng đối mềm, sau khi lắp vào ổ trục,bạc lót có thể tiếp xúc khít với ổ trục do đó tạo điều kiện tản nhiệt cho ổ trục được tốt hơn.Dùng bạc lót mỏng chế tạo hàng loạt theo kiểu lắp lẫn có thể làm giảm giá thành chế tạođộng cơ và sửa chữa cũng dễ dàng hơn ( khi sửa chữa, chỉ thay thế bạc lót, không phải cạo

2-Lớp trung gian,3-Lớp hợp kim đỡ sát

3.1.6.1 Chức năng, nhiệm vụ và điều kiện làm việc.

Cacter là bộ phận bao bọc và là nơi lắp đặt các bộ phận chuyển động chủ yếu củađộng cơ Phần trên của cacter (ca cter trên) là nơi lắp đặt khối xilanh, trục khuỷu, trục cam.v.v Phần dưới của cacter (cacter dưới hay cacter nhớt) có chức năng đậy kín không giantrong động cơ từ phía dưới và là nơi chứa dầu bôi trơn Đa số động cơ cỡ nhỏ và trungbình, được làm mát bằ ng nước, có khối xilanh và cacter trên được đúc liền thành một khốigọi là thân động cơ Ơ một số động cơ cỡ lớn, cacter dưới vừa là nơi chứa dầu bôi trơnvừa là nơi đặt trục khuỷu và các bộ phận liên quan

Trong phần này chỉ trình bày về cacter dư ới vì cacter trên cũng chính là khối thânđộng cơ đã được trình bày ở phần trên

Cacter làm việc trong môi trường dầu và nhất là ở dưới đáy động cơ, vì vậy cacterphải có cấu tạo chắc chắn, kín, chống ăn mòn và biến dạng

3.1.6.2 Cấu tạo và phân loạ i.

- Cấu tạo: Khá đơn giản, nó có dạng là hình hộp chữ nhật nhưng phần đáy của cacter

bố trí sao cho nghiêng một góc α = (3 ÷ 5) độ để dầu bôi trơn chảy về lỗ xả dầu ở đáy Mặttrên của cacter có bố trí các lỗ để bắt bulông với bệ đỡ chính Chiều cao của cacter phảiphù hợp với chiều dài thanh truyền để cho đầu lớn của thanh truyền khi quay không múcdầu bôi trơn phía dưới

Vật liệu chế tạo cacter thường là thép tấm có kết cấu hàn hay gang đúc

- Phân loại:

Dựa vào chức năng làm việc ta có thể chia cacter làm hai loại: Cacter ướt và cacterkhô

Dựa vào cấu tạo ta có thể chia cacter ra làm hai loại: Cacter liền và cacter rời

Hình 2.33 giới thiệu về bản vẽ cấu tạo của cacter dầu, động cơ làm mát kiểu cacterướt Cacter được chế tạo từ thép tấm có kết cấu hàn hay gang đúc, kết cấu của cacter kháđơn giản, gồm 1 là lỗ xả dầu nhờn, 2 là các bulông (hay gujông) để liên kết cacter với bệ

đỡ chính của động cơ Cacter dầu có đáy cần nghiêng về phía đuôi động cơ hay nghiêngvào giữa (khoảng α= 20 ÷ 50) Để tránh vung dầu nhiều quá, đầu dưới của thanh truyềnkhông được chạm vào mặt thoáng của dầu, trong quá trình chuyển động quay

Hình 1.33: Cacter

dầu.

1-Lỗ xả dầu,2-Lỗ bắt bulông,3-Thân carte

3.2 Cơ cấu truyền lực

- Đối với động cơ hai kỳ piston còn có vai trò đóng mở cửa nạp, cửa xả

- Ngoài ra, piston còn có nhiệm vụ quan trọng là làm kín không gian công tác củađộng cơ đốt trong, đảm bảo khí không lọt xuống cacte và dầu bôi trơn lên buồng đốt là ítnhất

b/ Điều kiện làm việc

- Piston làm việc trong điều kiện làm việc rất phức tạp Piston chịu tác dụng của lựckhí cháy, lực quán tính của bản thân, chịu nhiệt độ cao của buồng đốt, chịu ma sát, màimòn với xylanh trong điều kiện bôi trơn kém, chịu áp lực va đập của chốt piston vào bệchốt và của vòng găng vào rãnh vòng găng

- Piston còn bị ăn mòn do tạp chất và các hoá chất có trong khí cháy gây nên

c/ Yêu cầu

- Vì piston làm việc trong điều kiện rất phức tạp và khắc nghiệt nên yêu cầu pistonphải chịu được ứng suất cơ và ứng suất nhiệt, không bị biến dạng, chịu được ma sát vàmài mòn

- Hệ số giãn nở vì nhiệt của piston phải nhỏ, truyền nhiệt nhanh Khe hở lắp rápchính xác, đủ độ cứng, độ bóng

- Khi lắp ráp đường tâm của piston và xylanh phải trùng nhau, đường tâm này phảivuông góc với đường tâm chốt piston

3.2.1.2 Cấu tạo và phân loại

Nhóm piston bao gồm các bộ phận sau hợp thành (hình 1.34):

Đỉnh piston(đ); đầu(1); phần dẫn hướng(h); các rãnh đặt vòng găng và vònggăng(2,3,4,5); chốt piston(6); vòng hãm chốt(7); ổ đặt chốt(8)

* Piston là bộ phận chuyển động trong lòng xylanh Nó tiếp nhận áp lực của môi

chất công tác rồi truyền cho trục khuỷu qua trung gian là thanh truyền Ngoài ra piston còn

có công dụng trong việc nạp, nén khí mới và đẩy khí thải ra khỏi không gian công tác củaxylanh.(Hình 1.35)

Hình 1.34: Cấu tạo nhóm piston.

Thông thường trong động cơ người ta sử dụng hai loại piston là: Piston liền và pistonghép (hình1.35) Ưu điểm của loại piston ghép là sử dụng vật liệu chế tạo một cách hợplý: phần đầu làm bằng vật liệu chịu nhiệt và có độ bền cao, có thể tha y thế sau một thờigian làm việc Nhược điểm của loại này là phức tạp, nặng, độ chính xác khi chế tạo, lắpráp đòi hỏi cao Đối với piston loại liền chế tạo không quá phức tạp song yêu cầu toànthân piston phải được chế tạo bằng vật liệu có độ bền và khả n ăng chịu nhiệt cao tươngđối tốn kém

Piston có các phần cơ bản là đỉnh piston, các rãnh xécmăng, váy piston ổ đỡ chốtpiston và các gân chịu lực

Hình 1.35: Cấu tạo

piston

1-Đỉnh piston,2-Gân,

3-Tăng bền bệ chốtpiston,

4-Lỗ xả dầu,5-Rãnh vòng găng,6-Tăng bền váypiston,

7-Lỗ chốt piston

Hình 1.35a: Piston liền Hình 1.35b: Piston ghép

1- Đỉnh Piston, 2-Đầu Piston, 3-Rãnh vòng găng,4a-Lỗ đặt chốt Piston, 5,7-Phần dẫn hướng, 4b-Secmăng dầu,6-Đường dẫn dầu bôi trơn và làm mát,

- Đỉnh Piston: Đỉnh piston có hình dáng khá đa dạng, tuỳ thuộc vào đặc điểm tổ chứcquá trình cháy và quá trình nạp-xả Các dạng đỉnh piston trên hình 1 36

+ Đỉnh bằng: (1.36.1/a) là loại phổ biến nhất Nó có diện tích chịu nhiệt nhỏ nhất,

kết cấu đơn giản dễ chế tạo Vì vậy nó thường được dùng trong động cơ xăng động cơdiesel có buồng cháy dự bị và xoáy lốc

+ Đỉnh lồi: Đỉnh lồi như 1.36.1/b, c, có độ cứng vững cao Loại này có thể không

cần bố trí các đường gân dưới đỉnh nên có thể giảm trọng lượng piston Loại này ít kếtmuội than nhưng do diện tích chịu nhiệt lớn nên có ảnh hưởng xấu tới quá trình làm việccủa piston Kết cấu đỉnh lồi thường dùng trong các loại động cơ xăng có buồng cháy chỏmcầu dùng xupap treo và trong các động cơ xăng hai kỳ cỡ nhỏ Đỉnh lồi như bản vẽ 1 37dchỉ dùng cho động cơ xăng hai kỳ cỡ nhỏ, phối khí băng hệ thống lỗ quét và lỗ thải Phầnlồi lên lắp sát về bên phía lỗ quét để dẫn hướng dòng khí quét đi vào xylanh

1/ 2/

Hình 1.36: Một số dạng đỉnh piston

+ Đỉnh lõm: Đỉnh kiểu lõm như hình1 36.2/b thường dùng trong một số động cơ

xăng (buồng đốt chỏm cầu) và động cơ diesel (buồng cháy dự bị hoặc xoáy lốc) Phần lõm

có thể là toàn đỉnh hoặc chỉ một phần của đỉnh Chỏm cầu lõm có thể đồng tâm hoặc lệchtâm Loại đỉnh này có diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhưng có ưu điểm là tạo raxoáy lốc nhẹ trong quá trình nén và quá trình cháy Đỉnh kiểu lõm như bản vẽ 1 36.1/e, f

và 1.36.2/a, c, d, e thường dùng trong các động cơ diesel có buồng cháy thống nhất (buồngcháy trên đỉnh piston) Tuỳ theo dạng lõm mà các loại buồng cháy này có tên gọi khácnhau: buồng cháy hình cầu, hình ômêga (), hình đenta () v.v…

- Đầu piston: Phía bên trong đầu piston và phần dẫn hướng được bố trí các gân chịulực và tạo các hốc để chứa dầu bôi trơn, ở một số loại piston vật liệu chế tạo có hệ số giãn

nở vì nhiệt cao người ta thường vạt bớt một phần ở phía đầu của lỗ chốt piston Mục đích

là làm giảm khối lượng của piston và bù lại phần giãn nở vì nhiệt giúp cho piston khô ng bịkẹt trong lòng xilanh

Rãnh xecmăng là nơi đặt các xecmăng các xecmăng được bố trí phía trên chốtpiston Rãnh xecmăng dầu có thể bố trí phía trên, dưới hoặc cả trên và dưới chốt piston

- Váy piston có vai trò dẫn hướng trong xilanh và chịu lực ngang chịu mài mòn dotiếp xúc với lót xilanh Váy piston động cơ cao tốc thường ngắn, không đặt xecmăng,piston tỳ sát vào thành xylanh ở phương chuyển động lắc của thanh truyền Còn ở hai đầuchốt piston thường được vạt bớt giảm lực quán tính

* Xecmăng của động cơ đốt trong là các vòng đàn hồi được lắp vào các rãnh trên

piston Xecmăng làm việc trong điều kiện xấu: chịu nhiệt độ cao, áp suất va đập lớn, masát mài mòn nhiều và chịu ăn mòn hoá học của khí cháy và dầu bôi trơn Vì vậy xecmăngphải được ch ế tạo bằng vật liệu chịu nhiệt và chịu mài mòn cao Có hai loại xecmăng: Làxecmăng dầu và xecmăng khí, tiết diện cắt ngang của một số loại xecmăng (vòng găng)được trình bày trên hình1 37

*Chốt piston là chi tiết liên kết piston với thanh truyền Chốt piston thường được

làm rỗng để giảm khối lượng, tăng mô men chống uốn Trong quá trình làm việc, chốtpiston chịu lực khí thể và chịu lực quán tính rất lớn Các lực này đều thay đổi theo chu kỳđồng thời có tính va đập mạnh, nhất là trong động cơ cao tốc Chốt piston làm việc ở nhiệt

độ tương đối cao và khó bôi trơn nên rất dễ bị mài mòn

Vì vậy, chốt piston phải được chế tạo bằng vật liệu tốt để đảm bảo độ bền và độ cứngvững Chốt piston phải được nhiệt luyện theo công nghệ đặc biệt, bảo đảm bề mặ t làmviệc của chốt piston có độ cứng cao, chịu mài mòn, đồng thời ruột phải dẻo để chống mỏitốt Mặt chốt piston phải mài bóng để tránh ứng suất tập trung và khi lắp ghép với piston

và thanh truyền, khe hở lắp ghép phải nhỏ, nếu không chốt sẽ chịu va đập lớn, dễ bị hưhỏng

Có 3 phương án để liên kết chốt piston với piston và thanh truyền:

- Chốt piston được cố định với thanh truyền và chuyển động tương đối với piston.Khi lắp ghép theo kiểu này, chốt piston được lắp chặt trên đầu nhỏ thanh truyền bằngbulông

Ưu điểm của phương pháp này là: Do cố định trên đầu nhỏ thanh truyền nên có thểgiảm chiều dài của đầu nhỏ thanh truyền và không cần bôi trơn cho đầu nhỏ Đồng thời cóthể tăng chiều dài của bệ chốt để cải thiện việc bôi trơn chốt và giảm độ võng của chốt

Tuy vậy phương pháp này cũng tồn tại một số khuyết điểm là:

- Mài mòn không đều và vùng chịu lực cũng không thay đổi nên chốt dễ bị mỏi

- Đối với loại piston làm bằng hợp kim nhẹ phương pháp lắp ghép này yêu cầu phải

để khe hở giữa bệ chốt với chốt tương đối lớn nên dễ gây hiện tượng gõ Vì vậy bệ chốtthường dùng bạc lót

- Chốt piston được cố định với piston và chuyển đông tương đối với thanh truyền.Khi lắp ghép theo kiểu này chốt piston được cố định trên bệ chốt bằng một hoặc nhiềubulông Các ưu, nhược điểm gần giống phương pháp trên

Nói chung các phương pháp này ít sử dụng

- Chốt piston lắp “bơi” chuyển động tương đối với cả thanh truyền và piston Lắpghép theo phương pháp này, chốt piston không cố định trên đầu nhỏ thanh truyền cũngnhư trên bệ chốt Trong quá trình làm việc, chốt piston có thể xoay tự do quanh đường tâmcủa chốt

Phương pháp này được dùng phổ biến vì có rất nhiều ưu điểm mà hai phương pháptrước không có: Chốt xoay tự do quanh đường tâm của nó nên mòn đều và do xoay nhưvậy nên mặt chịu lực luôn thay đổi khiến cho chốt ít bị mỏi

Tuy nhiên cần hạn chế dịch dọc của chốt bằng các vòng hãm trên bệ chốt

Hình cắt dọc của chốt piston (hình1.37)

3.2.2 Nhóm thanh truyền

3.2.2.1.Nhiệm vụ, điều kiện làm việc và yêu c ầu

a/ Nhiệm vụ: Thanh truyền có nhiệm vụ nhận lực khí cháy từ piston truyền cho trụckhuỷu và ngược lại Hơn thế nữa thanh truyền còn góp phần vào quá trình biến đổi chuyểnđộng tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu và ngược lại

b/ Điều kiện làm việc: Thanh truyền làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao chịu áplực, chịu lắc và va đập, chịu ứng suất cơ lớn, chịu ăn mòn hoá học do dầu bôi trơn biếnchất ở nhiệt độ cao, chịu mài mòn ở các ổ đỡ (bạc lót đầu trên, bạc lót đầu dưới)

c/ Yêu cầu:

Hình 1.37: Mặt

cắt dọc của chốt piston và tiết diện ngang vòng găng

a Các dạng chốtpiston, b Một số loạitiết diện vòng găng