Bài giảng 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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

-

BÀI GIẢNG

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

TS Phùng Minh Lộc ThS Nguyễn Thái Vũ (cập nhật)

Lưu hành nội bộ

Nha Trang – Năm 2017

CHƯƠNG 1

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 các lĩnh vực: giao thông vận tải (đường bộ, đường thuỷ, đường sắt, hàng không ), nông nghiệp, 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 động cơ nhiệt thành hai: động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài Ở động cơ đốt trong, nhiên liệu được đốt cháy bên trong 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 (MCCT), sau đó MCTC được dẫn vào không gian công tác của động

cơ, tại đó MCCT dãn nở để chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng

Theo cách phân loại như trên thì các loại động cơ có tên thường gọi như: động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ piston quay, động cơ piston tự do, động cơ phản lực, tuabin khí… 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 tịnh tiến qua lại trong xylanh động cơ Các loại động cơ khác thường được gọi bằng các tên riêng, ví dụ: động cơ piston quay (rotary engine), động cơ phản lực (jet engine), tuabin khí (gas tuabin)

Động cơ đốt trong được 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 gian công tác của xylanh

Có thể gặp những kiểu động cơ đốt cháy bằng tia lửa với các tên gọi khác như: động cơ Otto, động

cơ carburetor, động cơ phun xăng, động cơ đốt trong cưỡng bức, 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 tự đốt 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 4 hành trình của piston

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

Tóm tắt về lịch sử động cơ đốt trong bao gồm những sự kiện đáng chú ý như sau: Những động cơ đốt trong đầu tiên không có kỳ nén, hỗn hợp không khí/nhiên liệu được thổi vào động cơ đầu kỳ nạp Khác biệt chủ yếu giữa động cơ hiện đại và động cơ nguyên thủy là thêm kỳ nén hỗn hợp trong xi lanh

2

Bảng 1.1: Phân loại động cơ đốt trong

hiện CTCT

- Động cơ 4 kỳ

- Động cơ 2 kỳ Phương

- Động cơ thấp tốc, trung tốc và cao tốc

- Động cơ công suất nhỏ, vừa và lớn Theo công

 1206: Al-Jazari giới thiệu cơ cấu chuyển đổi chuyển động quay sang chuyển động tịnh 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 để chạy 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 đốt cháy hỗn hợp hydrogen không khí

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

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

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

 1824: Nhà vật lý người Pháp Sadi Carnot thiết lập lý thuyết nhiệt động học của động cơ nhiệt lý tưởng Lý thuyết này cho thấy cần bổ sung kỳ nén để tăng mức chênh 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 đó thực 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 trong chạy bằng ga tương tự như động cơ hơi nước nằm ngang tác động kép có xy lanh, piston, thanh truyền, bánh đà và gas thay thế cho hơi nước Đây là động có đốt trong đầu tiên được sản xuất với số lượng lớn

 1862: Nhà phát minh người Đức Nikolaus Otto thiết kế động cơ không kỳ nén với piston tự

do tác động gián tiếp và hiệu suất cao hơn của nó chiếm lĩnh phần lớn thị trường 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 phát triển động

cơ 4 kỳ theo chu trình Otto Tuy nhiên tòa án Đức không công nhận phát minh 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 tô này 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 nở khác 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 chế tạo cho công ty Anh Hornsby Đó là động cơ đầu tiên khởi động nguội nén và đánh lửa Năm 1892, họ lắp đặt những chiếc động cơ đầu tiên ở trạm bơm Trong cùng năm 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 sử dụng bột than làm nhiên liệu

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

 1896: Karl Benz phát minh động cơ kiểu "boxer", đó là động cơ đối xứng nằm ngang trong

đó các piston đến điể chết trên cùng lúc vì vậy tính cân bằng được đảm bảo

 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, công suất, mô-men và đặc biệt là khí thải Tuy nhiên nó đắt và phức tạp hơn

Nạp cưỡng bức bằng turbin tăng áp

4

Chúng giúp động cơ nhỏ tạo ra công suất lớn Không tăng kích thước động cơ mà vẫn tạo công suất lớn đồng nghĩa với tiết kiệm nhiên liệu Tuy nhiên, nhược điểm là khó chế 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 trộn nhiên liệu đạt hiệu quả hơn, động cơ dễ khởi động ngay cả trong thời tiết lạnh, phản ứng nhanh 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 đưa trực 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 cho việc bố trí thêm nhiều xu-páp Tăng tiết diện lưu thông, tức là khí nạp và xả tốt hơn Công nghệ van biến thiên, thực chất là thay đổi thời gian và hành trình đóng mở xu-páp một linh hoạt theo tốc độ, giúp động cơ nạp, xả khí tối ưu từ đó nâng cao khả năng vận hành đặc biệt 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 nên một bước ngoặt lớn trong ngành là sự ra đời của xe hybrid Công nghệ hybrid là sự kết hợp của động cơ đốt trong truyền thống và động cơ điện nhằm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu 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 e cao, động cơ diesel tăng áp bằng tua bin khí hiện đại có hiệu suất có ích đạt tới e = (0,4 0,52), trong khi đó của máy hơi nước e =(0,09 0,14), của tuabin hơi nước

e = (0,02  0,28) và của tuabin khí e không quá 0,3

+ Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhẹ vì toàn bộ chu trình của động cơ đốt trong được 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 rộng khắp trên các lĩnh vực công nghiệp, nông 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, do những động cơ khác tuy ưu việt hơn nhưng vì lý do kinh tế và kỹ thuật nên chưa được chế tạo hàng loạt

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

1-Cacte 2-Xilanh 3-Nắp xilanh 4-Piston 5-Thanh truyền 6-Trục khuỷu 7-Xupap 8-Buồng cháy

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

Chuyển động tịnh tiến của piston trong xilanh chuyển thành chuyển động quay của trục khuỷu nhờ cơ cấu thanh truyền (biên) - khuỷu Khi trục khuỷu quay, piston thực hiện chuyển 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 điểm chết 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 hành trình:

Vs = 3,14.D2S/4 (1 - 1)

§CD V

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý động cơ đốt trong kiểu piston

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

Ở hành trình nạp, tuỳ thuộc vào phương pháp hình thành hỗn hợp khí mà người ta đưa 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 môi chất 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 khi được 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 của 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)

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 cao hơn áp suất khí quyển Trên đồ thị công, vị trí bắt đầu kỳ một tương ứng với điểm r (hình 1-3a) Khi trục khuỷu quay, thanh truyền làm chuyển dịch piston từ ĐCT đến ĐCD, xupap nạp 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 với động 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 áp suất khí quyển tuỳ thuộc mức độ tăng áp (pk =0,13 - 0,35) MPa (động cơ tăng áp)

Hình 1.3: 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, áp suất môi chất bên trong xilanh pa còn 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 quá trình nạp người ta vẫn để xupap nạp tiếp tục mở (trước điểm m) Việc đóng muộn xupap nạp là nhằm lợi dụng sự chênh áp giữa xilanh và đường ống nạp cũng như động năng của dòng 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) phụ thuộc vào tỷ số nén

ε, độ kín của buồng đốt, mức độ tản nhiệt của thành vách xilanh và áp suất 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 cơ diesel) 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 ĐCT 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

b) a)

c

b a p

y v

µ

Sinh c

Hình 1.4: Các đồ thị biểu diễn chu trình công tác của động cơ 4 kỳ

a) Đồ thị công , b) Đồ thị góc, c) Đồ thị công khai triển

cf - thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu (ở động cơ diesel) hoặc thời điểm buji

đánh lửa (ở động cơ xăng), z- thời điểm áp suất cháy đạt giá trị cực đại,

b 1 - thời điểm xupap xả bắt đầu mở, r 1 - thời điểm xupap xả đóng hoàn toàn,

d 1 - thời điểm xupap nạp bắt đầu mở, a 1 - thời điểm xupap nạp đóng hoàn toàn

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 quá trình 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 đẩy xuống thực hiện quá trình giãn nở của môi chất trong xilanh Trong quá trình giãn nở môi chất 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 qua đường xupap thải đang mở vào đường ống thải Do áp suất bên trong xilanh ở cuối quá trình thải còn 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 lớn tạo 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 piston sẽ lặp lại kỳ một 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 mà chậm hơn một chút, sau khi piston qua khỏi ĐCT khoảng (5-30)0 gqtk, nghĩa là khi đã bắt đầu kỳ một

Để giảm sức cản cho quá trình nạp, nghĩa là cửa nạp phải được mở rộng dần trong khi piston đi xuống trong kỳ một, xupap nạp cũng được mở sớm một chút trước khi piston đên 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 (góc tính theo góc quay trục khuỷu tương ứng gọi là góc trùng điệp)

Bảng Tóm tắt chu trình công tác của diesel 4 kỳ

Hành trình Nạp Nén Sinh công xả

Chuyển vị của piston ĐCT  ĐCD ĐCD  ĐCT ĐCT  ĐCD ĐCD  ĐCT

Xupap nạp Mở Đóng Đóng Đóng

Xupap xả Đóng Đóng Đóng Mở

Khí mới đi vào xylanh Không khí - - -

Vòi phun nhiên liệu Đóng Mở tại c f Đóng tại c kf Đóng

Môi chất công tác KK + Khí sót KK + Khí sót Hỗn hợp Khí thải

ta sử dụng buồng cácte và cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền - piston làm bơm quét khí

 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 liệu1-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 bên trong 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 quét qua cửa quét đi vào xilanh và tiếp tục đẩy sản vật cháy còn lại qua xupap xả ra ngoài và nạp 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 nhiên liệu 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 khí thường lớn hơn áp suất khí quyển và phụ thuộc vào áp suất khí quét pk Quá trình nén bắt đầu khi kết thúc quá trình thải và quét khí Trước khi piston đến ĐCT khoảng (10-30)0 gqtk nhiên liệu được 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

c) a)

y v

µ

Si nh c

V

§CD

§CT

VSc

Hình 1.6: Các đồ thị biểu diễn chu trình công tác của động cơ 2 kỳ quét vòng cửa quét đặt ngang

a) Đồ thị công chỉ thị , b) Đồ thị công khai triển, c) Đồ thị góc

Một số phương án quét khí trong động cơ hai kỳ: (Hình 1.9)

* Phương án quét thẳng qua xupap xả (Hình 1.9c)

* 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 1.9a) 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 1.9b), 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

1.9d) 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

Trên hình 1.10 giới thiệu động cơ hai kỳ

dùng không gian cacte làm máy quét khí

Khi piston đi từ ĐCD đến ĐCT sẽ làm tăng

không gian bên dưới piston nên áp suất giảm

thấp hơn áp suất khí quyển Nhờ đó, hoà khí từ

bộ chế hoà khí đi vào không gian của cacte 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 chất được đẩy vào xi lanh thực

hiện quá trình quét và nạp đầy xilanh

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 suất của động cơ

Hình 1.9: Các phương án quét thải

a) Quét vòng - cửa quét đặt theo hướng song

song b) Quét vòng cửa quét đặc theo hướng lệch tâm

c) Quét thẳng qua xupáp xả d) Quét thẳng qua cửa xả dùng pittông đối đỉnh

1- Cửa quét 3- Piston 2- Cửa xả 4- Xupáp xả

Hình 1.10: 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

Trên hình 1.11 giới thiệu sơ đồ phân phối khí của phương án quét vòng, vị trí đóng và mở các cửa quét và cửa thải đối xứng qua ĐCD

Hình 1.11: Pha phân phối khí của động cơ 2 kỳ

vì do tốn một ít công suất để dẫn động bơm nén khí quét

 Momen quay trong động cơ 2 kỳ đều hơn động cơ 4 kỳ, do mỗi chu trình thực hiện trong 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 hảo như động cơ 4 kỳ

Trên động cơ xăng, hoà khí bị mất mát một phần 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

Một số hình dáng cấu trúc của một số bộ khung động cơ trên hình 1.13:

Hình 1.12: Bộ khung động cơ

1- nắp xilanh, 2- khối xilanh, 3-cacter trên ( khối thân), 4- cacter dưới (cacter dầu)

Hình 1.13: 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 phun, cụm xupap, cơ cấu giảm áp hỗ trợ khởi động… ngoài ra, trên nắp xilanh còn bố trí các đường nạp, đường thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn… do đó kết cấu của nắp xilanh rất phức tạp

- 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 lớn không 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 thể lớn, sự phân bố nhiệt độ và áp suất rất không đều giữa các vùng và bị ăn mòn hóa học bởi các 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 cấu tạo 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

Hình 1.14: Nắp xilanh liền

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 kẽ với chúng, có các đường khí nạp vào, khí thải ra và các khoang chứa nước làm mát cho nắp xilanh

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

Đối với động cơ xăng thường dùng hợp kim nhôm, có ưu điểm là nhẹ, tản nhiệt tốt giảm được khả năng kích nổ Tuy nhiên, sức bền cơ và nhiệt thấp hơn so với nắp xilanh bằng 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 Hình 1.15: Nắp xilanh rời

Kết cấu nắp xilanh của động cơ diesel rất phức tạp Nó phụ thuộc vào kiểu buồng cháy (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 nó phải 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 lệch với đường tâm xilanh một góc độ nhất định

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

Các loại nắp xilanh có buồng cháy phụ ( buồng cháy dự bị, buồng cháy xoáy lốc và buồng cháy không khí) bố trí trên nắp xilanh thường được dùng trong động cơ ô tô máy kéo 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 trên của buồng cháy xoáy lốc đúc liền với nắp xilanh; nửa dưới của buồng cháy có họng thì làm bằng thép chịu nhiệt hoặc gang chịu nhiệt rồi ép vào nắp xilanh, phần họng của buồng cháy thông hướng vào tâm xilanh Buồng cháy dự bị cũng được gia công thành hình dạng nhất 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 cơ dùng nhiều xupap, vòi phun thường được bố trí ở chính giữa Trong động cơ dùng hai xupap, họng thông của buồng cháy phụ thường đặt lệch một bên để có thể có được tiết diện lưu thông lớn nhất Ngoài ra loại nắp chung có nhược điểm là khi một xilanh bị hư hỏng nhỏ thì vẫn phải tháo 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

Nắp xilanh được cố định trên thân máy bằng các gujông bố trí quanh xilanh Các lỗ dẫn nước làm mát đều bố trí trên mặt nóng xung quanh xilanh và gần các gujông Trên nắp xilanh còn bố trí đường dẫn dầu bôi trơn cơ cấu phân phối khí Đường dầu này được khoan ở phần trên nắp, dọc theo chiều dài của mặt cắt B-B

Hình 1.16 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 hai xupap nạp Xupap nạp hơi lớn hơn xupap thải Khi ở điểm chết trên, phần đỉnh của pittông chui vào phần lõm hình trụ trên nắp xilanh, cùng với mặt nóng của nắp xilanh làm thành buồng 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 lưu động đựơc dễ dàng Các gujông đều luồn qua các lỗ đặc biệt đúc liền với gân gia cố trên nắp (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 nhỏ quanh mỗi xilanh Xung quanh mỗi xilanh có các

lỗ dẫn nước làm mát nắp xilanh Nước làm mát được dẫn ra khỏi nắp xilanh bằng lỗ phía trên nắp chung

Hình 1.17 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

Hình 1.16: 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 nạp 10-Khoang đặt kim phun, 11-Đỉnh piston,

12-Lỗ vít nắp chụp xylanh

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 Để đảm bảo nhiệt độ thích đáng của buồng cháy, phần thân của nửa dưới buồng cháy lắp có khe hở với nắp xilanh Nửa dưới của buồng cháy có họng thông với không gian bên trên đỉnh pittông Tiết diện của họng có rất nhiều dạng: ôvan, bán nguyệt, tròn hoặc dạng phức tạp Nửa dưới của buồng cháy được định vị bằng một chốt đóng trên mặt nắp xilanh hoặc bằng vít

Các xupap đều bố trí gần sát với đường tâm xilanh Xupap nạp lớn hơn xupap thải và đều bố trí theo phương thẳng đứng Vòi phun lắp vào nửa phần trên của buồng cháy xoáy lốc và nghiêng đi một góc nhất định Các đường thải nạp đều nằm cùng một phía và hai xilanh 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 buồng cháy xoáy lốc,

2 lỗ lớn ở hai bên xupap và 1 lỗ ở giữa hai đường thải, nạp đưa nước làm mát vào thẳng vùng có nhiệt độ cao nhất là vùng giữa hai đế xupap và họng buồng cháy xoáy lốc (xem mũi tên trên hình) Sau khi làm mát nắp xilanh, nước làm mát theo đường ống lắp ở phía đầu đi ra khỏi nắp xilanh rồi vào két nước

Hình 1.17: 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 mát

Nắp xilanh lắp chặt với thân máy bằng gujông (phần nắp xilanh giới thiệu trên hình vẽ có 8 lỗ chung quanh xilanh)

Hình 1.18 giới thiệu loại nắp xilanh của động cơ có buồng cháy dự bị Nắp xilanh đúc bằng gang hợp kim, kết cấu theo kiểu nắp chung cho hai xilanh

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

Để nước làm mát trong nắp xilanh không bị rò rỉ ra ngoài, trên mặt phẳng lắp ghép của nửa dưới của buồng cháy có đệm đồng (lắp phía cuối đoạn ren) và nửa trên của buồng cháy dự bị có joăng cao su (phần tô đen trên hình 1.18)

Vòi phun lắp lút sâu vào nửa trên của buồng cháy Nước làm mát đi qua các lỗ trên thân máy vào nắp xilanh: hai lỗ bố trí về phía buồng cháy dự bị và hai lỗ bố trí về phía cơ cấu dẫn động xupap Để đảm bảo đưa nước làm mát tới các vùng nóng nhất trong nắp xilanh (như vùng buồng

cháy phụ và vùng đế xupap thải…) trong các lỗ dẫn nước vào nắp xilanh đều lắp các ống phun nước để phun các dòng nước về phía các vùng này (nước đi theo chiều mũi tên trên hình)

Hình 1.18: 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, 9-6-Lỗ lắp gujong nắp chụp,10-Khoang lắp vòi Khoang xupap hút, 12-Khoang xupap xả

phun,11-3.1.2 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 chứa 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 nhiệt độ cao và ứng suất nhiệt không đều dễ bị biến 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 chứa xilanh

Khối xilanh của động cơ bốn kỳ có cấu tạo đơn giản bao gồm hai mặt trên và dưới, có khoét lỗ để đặt lót xilanh, các vách ngăn giữa các xilanh để tăng bền, trong các vách ngăn ấy có chứa các lỗ thông để nước làm mát đi qua, khoang chứa nước gọi là “áo nước”

Hình 1.19a: Khối xilanh liền, một hàng Hình 1.19b: Khối xilanh liền, chữ V

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

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 tấm trên và dưới có các lỗ để lắp các lót xilanh, và với các vách ngăn thẳng đứng giữa các xilanh Trong các vách ngăn ấy, có các lỗ khoan để nước lưu thông (hình 2.20)

Để tăng cường độ cứng vững cho khối xilanh, đôi khi người ta làm thêm các thanh ngang 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 khoang dùng để lắp một lót xilanh Giữa các xilanh và các vách của khối xilanh có các khoảng không 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 tạo thành 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 trục khuỷu 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 ra ngoài nên

nó chịu tải trọng, áp lực khí thể, độ rung động lớn và yêu cầu lắp ghép phải chính 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 ghép với khối

xilanh ở phía trên và bệ đỡ chính phía dưới Đồng thời nó còn có thêm cửa để quan sát chăm sóc trục khuỷu và các lỗ để bắt bulông hay gujông với các chi tiết khác Vật liệu 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 liền với 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 có thể 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 kết cấu khác nhau

+ Trục khuỷu treo: Hộp trục khuỷu chia làm hai nửa, nửa dưới là cacter dầu Thân máy 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 bệ máy Trục khuỷu và toàn bộ thân máy 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 vào động 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 cũng thường dùng kiểu thân này Các xilanh đúc liền với thân hoặc làm thành ống lót rồi lắp lên thân Xung quanh xilanh đều

có nước làm mát bao bọc (hình 1.21) Các xilanh đều đúc liền trên cùng một vỏ thân, liền với hộp trục khuỷu Kết cấu này so với loại thân rời có độ cứng vững tương đối lớn vì nó như một khối kim loại hình hộp lớn được gia cố bằng các bản, các gân Do đó độ biến dạng của xilanh, ổ trục v.v đều rất nhỏ Thân máy đúc liền với hộp trục khuỷu nên giảm bớt được mặt lắp ghép, dễ chế tạo, giảm kích thước và trọng lượng Do thân máy kiểu thân xilanh - hộp trục khuỷu phải đảm bảo nhẹ nên người ta thường 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

Hình 1.21:

Thân máy của động cơ chữ V

1- Mặt phân chia ổ trục, 2,3,4- Đường dầu bôi trơn,

5- Mặt phân chia hộp trục khuỷu, 6- Lót xylanh,

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

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

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 trục

A– mặt phân chia ổ trục;

B– mặt lắp ghép

+ Hạ thấp mặt phân chia nửa trên và nửa dưới của hộp trục khuỷu xuống thấp hơn mặt phân chia

ổ trục (hình 1.22), do đó lực và mômen do trục khuỷu truyền cho thân máy đều được hộp trục khuỷu có môđun tiết diện và thể tích kim loại tương đối lớn chịu

+ Tăng số ổ trục khi cần thiết, thông thường giữa hai xilanh có một ổ trục Như thế lực 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

+ 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 dầu đến ổ trục khuỷu, ổ trục cam v.v…đường dầu chính được bố trí theo suốt dọc thân máy.Ổ trục khuỷu thường chia thành hai nửa Nắp ổ trục lắp vào thân máy - hộp trục khuỷu bằng bulông hay gujông Trong loại thân máy đúc bằng nhôm chỉ được dùng gujông vì nếu dùng 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 môđun chống uốn lớn, để

có độ cứng vững cao, ít biến dạng Để nắp ổ trục không bị xê dịch ngang, nắp ổ thường được định

vị bằng hai mặt hông Trong động cơ chữ V lực và mômen tác dụng trên mặt phẳng ngang của ổ trục và nửa trên của hộp trục khuỷu rất lớn, nên cần chú ý đến việc nâng cao độ cứng vững cho ổ trục, nhất là ở những thân máy bằng nhôm, ngoài bulông hay gujông ra, người ta còn dùng thêm

các bulông phụ 2,3 trên hình 1.24 hoặc dùng vòng định vị 4

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 đích kéo dài tuổi thọ của thân máy

Lót xilanh có nhiệm vụ dẫn hướng piston và cùng với mặt dưới của nắp xilanh và đỉnh 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 rất chính xác và mài bóng được gọi là mặt gương xilanh Độ côn và độ ô van cho phép của mặt gương xilanh thường nằm trong phạm vi 0,01 ÷ 0,06mm (đối với các loại động cơ có Dxl > 80mm) Để nâng cao độ cứng cho gương xilanh ngưới ta mạ thêm một lớp crôm xốp 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 công nhiệt 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 bị mài mòn trước lót xilanh Để nâng cao tính chịu mòn và khả năng chịu tải (khi áp suất lớn hơn 9MN/ m2, tốc độ Cm > 12m/s) người ta còn thường dùng lót xilanh khô bằng thép nitơ hoá Loại lót xilanh này có độ cứng bề mặt rất cao và khả năng chống ăn mòn hoá học ở nhiệt độ cao rất tốt

b/ Phân loại lót xilanh

Có thể chia lót xilanh ra làm hai loại sau:

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

và khi nóng lót xilanh giãn nở sẽ ép khít với mặt lỗ xilanh

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 liệu

quý

+ Lót xilanh khô không trực tiếp tiếp xúc

với nước làm mát nên không rò nước và lọt

khí

 Lót xilanh ướt

Khi dùng lót xilanh ướt, kết cấu của thân

máy là loại vỏ thân vì vậy chế tạo dễ Khi

lót xilanh bị hỏng, việc thay thế cũng dễ

dàng Lót xilanh ướt có kết cấu như (hình

1.25b), các động cơ diesel ngày nay phần

lớn đều dùng lót ướt Một vài loại động cơ

xăng chữ V cũng 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 đảm

bảo vấn đề này, lót xilanh ướt cũng có vai

tựa như lót khô, mặt vai lót cao hơn mặt

thân máy chừng 0,05 ÷ 0,15 mm để khi lắp

ráp nắp xilanh và joăng sẽ ép chặt với vai do

đó có thể tránh lọt khí (hình 1.25a)

Hình 1.25: Thân động cơ và lót xilanh

a) Lót xilanh đúc liền với khối thân, b) Lót xilanh khô,

c) Lót xilanh ướt, d) Đệm cao su kín nước

Vai tựa của lót xilanh có thể để ở các vị trí khác nhau trên lót (hình 1.25b,c) Các mặt A, B của vai tựa là các mặt định vị, bảo đảm đường tâm của lót xilanh thẳng góc với đường tâm trục khuỷu Mặt B phải tương đối lớn để khi siết bulông hay gujông, lót xilanh không bị biến dạng Hạ thấp vị trí vành vai tựa có thể tránh được hiện 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 phần trên của xilanh rất tốt và tạo

điều kiện làm mát xécmăng và piston tốt hơn

Để vành vai tựa không bị uốn và biến dạng khi

lắp ghép, đường kính D1 (hình 1.26a) ở phía

trên và phía dưới vành đai tựa phải bằng nhau

Tuy vậy, phần lớn các lót xilanh ướt đều làm vai

tựa ở phía trên lớn hơn phía dưới vì như thế ống

lót ít bị biến dạng khi lắp ghép hơn Chiều cao

định vị phía dưới vai tựa không nên làm cao quá

vì càng làm cao càng ảnh hưởng đến việc bố trí

làm mát nhất là vùng gần ụ cấy gujông ( hình

1.2dd) Do lót chỉ cố định một đầu nên có thể

giãn nở tự do theo hướng trục

+ Đảm bảo không bị lọt khí và rò nước

Tránh lọt khí thường dùng các loại đệm nắp

máy (gioăng quy lát) làm bằng amiăng bọc đồng

lá, hoặc bằng đồng lá hay nhôm lá

Hình 1.26: Vị trí vai tựa của lót xilanh

a-Tránh lọt khí, b,c-Vị trí vai tựa, d-Chiều cao vai tựa gần gujong A,B-Các mặt vai tựa,

1-Khoang nước làm mát, 2-Lót xylanh,

3-Joăng cao su

Tránh lọt nước xuống cácte thường dùng vòng joăng cao su có tiết diện hình tròn lắp trong các rãnh ở phần dưới của lót xilanh, hoặc có thể dùng các biện pháp như trên hình 1.27

Kiểu bao kín như trên hình 1.27a,b, động cơ

dùng hai hoặc ba vòng cao su Tiết diện của 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 1.27c là kiểu bao kín dùng vòng (joăng)

cao su có tiết diện tròn phía dưới làm bằng cao su

cứng, hai vòng có tiết diện vuông lắp ở phía trên

làm bằng cao su mềm Cả ba đều lắp trong rãnh

trên vỏ thân (loại động cơ này dùng kiểu thân rời)

Hình 1.27a là kiểu bao 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 1.27g)

bao kín bằng các vành 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 các loại lót xilanh ướt bằng

thép dùng trên ôtô máy kéo dày khoảng 4 ÷ 7 mm,

lót xilanh bằng gang dày khoảng 5 ÷ 9 mm Chiều

dài của lót xilanh quyết định bởi chiều dài của

piston khi piston ở điểm chết dưới Lót có thể ngắn

hơn mép dưới piston chừng 10 ÷ 15 mm Đôi khi

phía dưới lót xilanh khoét khuyết để tránh va chạm

với thanh truyền

Hình 1.27: Các biện pháp tránh lọt nước

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

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

cơ, cũng như bảo đảm cho trục khuỷu làm việc tin cậy

Ở các động cơ có tốc độ quay chậm hoặc trung bình, người ta mới làm bệ đỡ chính thành 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 các bulông 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 bạc lót của

ổ đỡ chính sẽ bị mài mòn do ma sát với cổ chính trục khuỷu, đồng thời nó còn chịu tác dụng của lực quán tính ly tâm và va đập khi khe hở giữa bạc lót và cổ chính trục khuỷu tăng 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

a) b)

Hình 1.28: 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 bằng các vách

ngang (có tiết diện chữ I, hình hộp hay các loại tiết diện khác), bố trí giữa các xilanh Các vách ngang này chia bệ đỡ chính ra thành nhiều ngăn khác nhau (mỗi ngăn chứa một xilanh), và làm chỗ tựa cho các ổ đỡ chính Mặt phẳng ngang dùng để lắp ghép bệ đỡ chính và thân động cơ thường đựơc bố trí cao hơn đường tâm trục khuỷu và không được 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 loại sau 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 ta đặt một

tấm, một bộ đệm định cữ, hoặc không có đệm Bạc lót phải được định vị (để ngăn ngừa dịch chuyển dọc trục và chuyển vị xoay) bằng các chốt hay bằng các vấu lồi ăn khớp vào các lỗ hoặc rãnh đã chế tạo sẵn trên hõm của bệ đỡ (hay ở nắp đậy của ổ) Bề mặt làm việc của bạc lót có một lớp kim loại chống ma sát, ở bên sườn bạc lót, tại vùng gần chỗ tiếp giáp hai nửa bạc lót, người ta làm các hốc làm mát Các hốc này không được làm kéo dài đến hai mép bạc lót để tránh dầu bôi trơn rò rỉ ra ngoài Dầu bôi trơn đựơc dẫn tới hốc làm mát qua lỗ khoang và rãnh vòng (hoặc nửa vòng trên nửa bạc lót phía trên) đối diện với lỗ khoang dẫn dầu trên cổ trục

b/ Phân loại:

Dựa vào cách bố trí ta phân ổ đỡ chính ra làm hai loại:

- Ổ đỡ chính loại treo

- Ổ đỡ chính loại đặt

Hình 1.29: Ổ đỡ chính

H1- Ổ đỡ chính dạng treo, H2- Ổ đỡ chính dạng đặt 1- Gối đỡ, 2-Gân gia cố, 3-Đường dầu bôi trơn, 4-Bulong ổ đỡ, 5-Nửa trên ổ đỡ, 6-Chốt định

vị,7-Nửa dưới ổ đỡ, 8-Lớp kim loại đỡ sát Dựa 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 30 hay 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 thường được 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 với quy mô sản xuất lớn

Do chiều dày của bạc lót nhỏ, nên bạc lót tương 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 tạo động cơ và sửa chữa cũng dễ dàng hơn ( khi sửa chữa, chỉ thay thế bạc lót, không phải cạo rà bạc )

3.1.6 Cacter

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 của động cơ Phần trên của cacter (cacter 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 gian trong động cơ từ phía dưới và là nơi chứa dầu bôi trơn Đa số động cơ cỡ nhỏ và trung bình, được làm mát bằng nước, có khối xilanh và cacter trên được đúc liền thành một khối gọi là thân động cơ Ơ một số động cơ cỡ lớn, cacter dưới vừa là nơi chứa dầu bôi trơn vừa là nơi đặt trục khuỷu và các bộ phận liên quan Trong phần này chỉ trình bày về cacter dưới vì cacter trên cũng chính là khối thân động 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 cacter phải có cấu tạo chắc chắn, kín, chống ăn mòn và biến dạng

3.1.6.2 Cấu tạo và phân loại

- 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 Mặt trên của cacter có bố trí các lỗ để

bắt bulông với bệ đỡ chính Chiều cao của

cacter phải phù hợp với chiều dài thanh

truyền để cho đầu lớn của thanh truyền khi

quay không múc dầu 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

cacter khô

Hình 1.32: Cacter dầu

1-Lỗ xả dầu, 2-Lỗ bắt bulông, 3-Thân carte 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 cacter ướt Cacter được chế tạo từ thép tấm có kết cấu hàn hay gang đúc, kết cấu của cacter khá đơn 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 nghiêng vào giữa (khoảng α= 20 ÷ 50) Để tránh vung dầu nhiều quá, đầu dưới của thanh truyền không được chạm vào mặt thoáng của dầu, trong quá trình chuyển động quay

Hình 1.31: Bạc lót ổ trục của động cơ

a-Lưỡi gà định vị, b-Rãnh chứa dầu, c-Rãnh chứa dầu ở mép bạc 1-Lớp thép chính,

2-Lớp trung gian, 3-Lớp hợp kim đỡ sát

3.2 Cơ cấu truyền lực

- Piston nhận áp lực khí thể từ phía đỉnh truyền tới trục khuỷu qua thanh truyền và ngược lại

- Piston có nhiệm vụ hút khí mới vào không gian công tác của động cơ, nén hỗn hợp môi chất công tác và xả khí cháy ra ngoài

- Piston còn có nhiệm vụ truyền nhiệt khí cháy qua vòng găng đến xylanh và truyền ra môi trường

- 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 của động cơ đốt trong, đảm bảo khí không lọt xuống cacte và dầu bôi trơn lên buồng đốt là ít nhất

b/ Điều kiện làm việc

- Piston làm việc trong điều kiện làm việc rất phức tạp Piston chịu tác dụng của lực khí cháy, lực quán tính của bản thân, chịu nhiệt độ cao của buồng đốt, chịu ma sát, mài mòn với xylanh trong điều kiện bôi trơn kém, chịu áp lực va đập của chốt piston vào bệ chốt 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

3.2.1.2 Cấu tạo và phân loại

Nhóm piston bao gồm các bộ phận sau hợp

thành (hình 1.33):

Đỉnh piston(đ); đầu(1); phần dẫn hướng(h);

các rãnh đặt vòng găng và vòng găng(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 của xylanh

Thông thường trong động cơ người ta sử

dụng hai loại piston là: Piston liền và piston

ghép (hình1.35) Ưu điểm của loại piston ghép

là sử dụng vật liệu chế tạo một cách hợp lý:

Hình 1.33: Cấu tạo nhóm piston

Phần đầu làm bằng vật liệu chịu nhiệt và có độ bền cao, có thể thay thế sau một thời gian làm việc Nhược điểm của loại này là phức tạp, nặng, độ chính xác khi chế tạo, lắp ráp đòi hỏi cao Đối với piston loại liền chế tạo không quá phức tạp song yêu cầu toàn thân piston phải được chế tạo bằng vật liệu có độ bền và khả năng chịu nhiệt cao tương đối tốn kém

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

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 chức quá 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 cơ diesel 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 kết muội than nhưng do diện tích chịu nhiệt lớn nên có ảnh hưởng xấu tới quá trình làm việc của piston Kết cấu đỉnh lồi thường dùng trong các loại động cơ xăng có buồng cháy chỏm cầu dùng xupap treo và trong các động cơ xăng hai kỳ cỡ nhỏ Đỉnh lồi như bản vẽ 1.37d chỉ dùng cho động cơ xăng hai kỳ cỡ nhỏ, phối khí băng hệ thống lỗ quét và lỗ thải Phần lồi lên lắp sát về bên phía lỗ quét để dẫn hướng dòng khí quét đi vào xylanh

+ 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 lệch tâm Loại đỉnh này có

Hình 1.34: Cấu tạo piston

1-Đỉnh piston, 2-Gân,

3-Tăng bền bệ chốt piston, 4-Lỗ xả dầu,

5-Rãnh vòng găng, 6-Tăng bền váy piston, 7-Lỗ chốt piston

diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng nhưng có ưu điểm là tạo ra xoáy lốc nhẹ trong quá trình nén

và 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 (buồng cháy trên đỉnh piston) Tuỳ theo dạng lõm mà các loại buồng cháy này có tên gọi khác nhau: buồng cháy hình cầu, hình ômêga (), hình đenta () v.v…

1/ 2/

Hình 1.36: Một số dạng đỉnh piston

- Đầu piston: Phía bên trong đầu piston và phần dẫn hướng được bố trí các gân chịu lực 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 không bị kẹt trong lòng xilanh

Rãnh xecmăng là nơi đặt các xecmăng các xecmăng được bố trí phía trên chốt piston 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 do tiếp 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 đầu chốt 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, ma sát mài mòn nhiều

và chịu ăn mòn hoá học của khí cháy và dầu bôi

trơn Vì vậy xecmăng phải được chế tạo bằng vật

liệu chịu nhiệt và chịu mài mòn cao Có hai loại

xecmăng: Là xecmăng 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, chốt piston chịu lực khí

thể và chịu lực quán tính rất lớn Các lực này đều

thay đổi theo chu kỳ đồng 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

Vì vậy, chốt piston phải được chế tạo bằng vật liệu tốt để đảm bảo độ bền và độ cứng vững Chốt piston phải được nhiệt luyện theo công nghệ đặc biệt, bảo đảm bề mặt làm việc của chốt piston có độ cứng cao, chịu mài mòn, đồng thời ruột phải dẻo để chống mỏi tốt 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 hư hỏng

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 bằng bulông

Ưu điểm của phương pháp này là: Do cố định trên đầu nhỏ thanh truyền nên có thể giảm chiều dài của đầu nhỏ thanh truyền và không cần bôi trơn cho đầu nhỏ Đồng thời có thể 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 chốt thường 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 nhiều bulông 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 Lắp ghép theo phương pháp này, chốt piston không cố định trên đầu nhỏ thanh truyền cũng như trên bệ chốt Trong quá trình làm việc, chốt piston có thể xoay tự do quanh đường tâm của chốt

Phương pháp này được dùng phổ biến vì có rất nhiều ưu điểm mà hai phương pháp trước không có: Chốt xoay tự do quanh đường tâm của nó nên mòn đều và do xoay như vậy 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

3.2.2 Nhóm thanh truyền

3.2.2.1.Nhiệm vụ, điều kiện làm việc và yêu cầu

a/ Nhiệm vụ: Thanh truyền có

nhiệm vụ nhận lực khí cháy từ

piston truyền cho trục khuỷu và

ngược lại Hơn thế nữa thanh

truyền còn góp phần vào quá trình

biến đổi chuyển động 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 áp lực, chịu lắc

và va đập, chịu ứng suất cơ lớn,

chịu ăn mòn hoá học do dầu bôi

trơn biến chất ở nhiệt độ cao, chịu

- Các thành phần của thanh truyền phải có độ bền và tính tin cậy cần thiết, trong phạm vi chất

lượng của vật liệu đã chọn

3.2.2.2 Cấu tạo và phân loại

Nhóm thanh truyền của động cơ không có con trượt gồm các thành phần chủ yếu sau: Đầu trên,

đầu dưới, thân thanh truyền, các bạc lót của đầu trên, đầu dưới và các bulông (hình 1.38)

Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ

thuộc vào kích thước chốt piston và

phương pháp lắp ghép chốt piston với

đầu nhỏ thanh truyền Hiện nay đa số

các động cơ chốt piston được lắp tự

do với đầu nhỏ thanh truyền Thanh

truyền của động cơ cỡ lớn thường

dùng đầu nhỏ dạng cung tròn đồng

tâm (hình 1.39a), đôi khi dùng kiểu ô

van để tăng độ cứng của đầu nhỏ

(hình 1.39b)

Trong động cơ động cơ xăng dùng

trên ô tô đầu nhỏ thanh truyền có

dạng hình trụ mỏng (hình 1.39c) Khi

lắp chốt piston tự do có sự chuyển

động tương đối giữa chốt piston và

đầu nhỏ nên phải bố trí bôi trơn mặt

ma sát Thông thường dầu bôi trơn

được đưa lên mặt chốt piston và bạc

lót đầu nhỏ bằng đường dẫn dầu

khoan dọc theo thân thanh truyền

Trong các động cơ hai kỳ đầu nhỏ

thanh truyền luôn chịu lực nén do đó

dầu bôi trơn đưa lên mặt chốt piston

phải có áp suất cao và để giữ dầu bôi

trơn, trên bạc lót đầu nhỏ thanh

truyền thường có các rãnh chéo để

chứa dầu (hình 1.39d) Trong các động cơ làm mát đỉnh piston bằng cách phun dầu vào mặt dưới

của đỉnh piston, trên đầu nhỏ thanh truyền phải bố trí lỗ phun dầu bôi trơn Dầu sau khi bôi trơn bề

mặt bạc lót và chốt piston sẽ phun qua lỗ phun vào mặt dưới đỉnh piston để làm mát (hình 1.39d)

* Đầu to thanh truyền: Kích thước của đầu

to thanh truyền phụ thuộc vào đường kính và

chiều dài của cổ biên Để lắp ghép piston thanh

truyền với trục khuỷu, trong hầu hết các động

cơ, nhất là động cơ ô tô máy kéo, đầu to thanh

truyền được cắt thành hai nửa, nửa trên làm liền

với thân thanh truyền, nửa dưới cắt rời ra làm

thành nắp đầu to thanh truyền

Kết cấu và phương pháp lắp ghép đầu to

thanh truyền với thân thanh truyền được thể

hiện trên hình 1.41b

Hai nửa của đầu to thanh truyền lắp ghép với

nhau bằng bulông hay gujong Trong trường

Hình 1.40: Đầu dưới thanh truyền

1-Bạc lót, 2-Đường dẫn dầu bôi trơn 3-Đai ốc, 4-Bulong, 5-Đệm

Hình 1.39: Kết cấu các dạng đầu nhỏ thanh truyền

a Đầu nhỏ thanh truyền dạng trụ mỏng b.Đầu nhỏ thanh truyền dạng cung tròn đồng tâm 1- Bạc lót đầu trên thanh truyền

2- Đường dẫn dầu

c Đầu nhỏ thanh truyền dạng ôvan

d Đầu nhỏ thanh truyền dạng cung tròn đồng tâm

có vấu lồi

1 Đầu phun dầu làm mát piston

2 Đường dẫn dầu bôi trơn

3 Rãnh dẫn dầu trong bạc lót

hợp này bạc lót đầu to cũng làm thành hai nửa Để điều chỉnh khe hở giữa bạc lót đầu to và cổ biên trong quá trình sửa chữa sau này, đôi khi người ta lắp những miếng đệm mỏng bằng thép vào mặt phân chia của hai nửa đầu to

Loại đầu to thanh truyền cắt thành hai nửa, khi lắp ghép cần phải định vị mối ghép Có thể dùng nhiều phương pháp định vị: Dùng bulông thanh truyền để định vị, ở phương pháp định vị này bulông thanh truyền có kết cấu đặc biệt ở mặt phân chia đầu to, bulông thanh truyền có đường kính lớn, được gia công chính xác và lắp khít với lỗ để định vị (hình 1.40) Ngoài ra người ta còn dùng

gờ hoặc răng trên mặt lắp ghép để định vị (hình 1.41a)

Hình 1.41: Kết cấu đặc biệt đầu dưới thanh truyền

a-Thanh truyền có đầu dưới kiểu ghép, b-Thanh truyền có đầu dưới kiểu lệch 1- Răng cưa lắp ghép, 2- Gujong, 3- Bulong, 4- Chốt định vị

* Thân thanh truyền là phần thanh truyền nối đầu nhỏ với đầu to của thanh truyền nó chịu

lực nén, kéo, uốn dọc uốn ngang Trên thân thanh truyền thường được khoan các lỗ dẫn dầu bôi trơn để bôi trơn cho đầu nhỏ thanh truyền và chốt piston

Một số kiểu tiết diện ngang của thân thanh

truyền được thể hiện ở hình 1.42

Loại thân thanh truyền có tiết diện tròn (hình

1.42g, h) thường dùng trong động cơ tĩnh tại và

tàu thuỷ tốc độ thấp Loại thân thanh truyền có tiết

diện chữ I (hình 1.42a, b, c) hiện nay được sử

dụng rất nhiều trong động cơ ôtô máy kéo Loại

thân tiết diện này sử dụng vật liệu rất hợp lý do đó

trọng lượng thanh truyền nhỏ mà độ cứng vững

của thanh truyền lớn Loại thân thanh truyền có

tiết diện chữ I thường chế tạo theo phương pháp

rèn khuôn, thích hợp với phương án sản xuất lớn

Ở một vài động cơ nhiều hàng xylanh đôi khi

dùng loại thanh truyền có tiết diện chữ H (hình

1.42e) để tăng bán kính chuyển tiếp từ thân đến

đầu to thanh truyền nhằm làm tăng độ cứng vững

của thân thanh truyền

Loại thân thanh truyền có tiết diện hình chữ

nhật và hình ôvan (hình 1.42 d,f) thường dùng

trong động cơ ôtô, xuồng máy, động cơ cỡ nhỏ

Loại thân này kết cấu đơn giản dễ chế tạo

Hình 1.42: Tiết diện thân thanh truyền

a,b Thân thanh truyền tiết diện chữ I

c Thân thanh truyền tiết diện chữ I có gân

d Thân thanh truyền tiết diện hình chữ nhật

e Thân thanh truyền tiết diện chữ H

f Thân thanh truyền tiết diện chữ ôvan g,h Thân thanh truyền tiết diện hình tròn

Đôi khi để tăng độ cứng vững và để khoan đường dầu bôi trơn, thân thanh truyền có gân gia cố trên suốt chiều dài của thân (hình 1.42b,c) Lỗ dẫn dầu khoan dọc trên thân thanh truyền dùng để đưa dầu bôi trơn lên để bôi trơn chốt piston Chiều rộng của thân thanh truyền tăng dần từ đầu nhỏ lên đầu to Sở dĩ làm như vậy là để phù hợp với quy luật phân bố của lực quán tính tác dụng trên thân thanh truyền trong mặt phẳng lắc Chiều dày của thân thanh truyền thường làm đồng đều trên suốt chiều dài

* Bạc lót thanh truyền: trong động cơ ôtô, máy kéo đa số ổ trục và ổ chốt đều là ổ trượt Vì

vậy, ở đầu thanh truyền thường dùng bạc lót dày hoặc bạc lót mỏng có tráng hợp kim chịu mòn

* Bulông và gujông thanh truyền là chi tiết dùng để lắp ghép các nửa đầu to của thanh truyền

hoặc lắp ghép đầu to thanh truyền với thân thanh truyền

3.2.3.Trục khuỷu - Bánh đà

3.2.3.1 Trục khuỷu

a/ Nhiệm vụ, điều kiện làm việc và yêu cầu

- Nhiệm vụ: Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất, cường độ làm việc lớn nhất và giá thành cao nhất của động cơ đốt trong Công dụng của trục khuỷu là tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục để truyền công suất ra ngoài

- Điều kiện làm việc: Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí cháy, lực

quán tính.Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn trục, đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và dao động xoắn, làm động cơ rung động và mất cân bằng Ngoài ra các lực nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề mặt ma sát của cổ chính và cổ biên

-Yêu cầu: Tuổi thọ của động cơ chủ yếu phụ thuộc vào tuổi thọ của trục khuỷu vì vậy đối với kết cấu của trục khuỷu, phải chú ý đảm bảo các yêu cầu sau:

b/ Cấu tạo và phân loại

Trục khuỷu được tạo thành bởi các bộ phận: Đầu trục khuỷu, cổ chính, cổ biên, má khuỷu, đối trọng và đuôi trục

Hình 1.43: Hình dạng kết cấu trục khuỷu

Hình dạng kết cấu của trục khuỷu phụ thuộc vào số xylanh cách bố trí xylanh, số kỳ của động

cơ và thứ tự làm việc của các xylanh Trục khuỷu gồm các phần: Đầu trục khuỷu, cổ chính, cổ biên, má khuỷu và đuôi trục khuỷu – bánh đà Hình dáng kết cấu của trục khuỷu - bánh đà được thể hiện trong hình 1.43

* Đầu trục khuỷu: Đầu trục khuỷu, (đầu tự do

của trục khuỷu) thường dùng để lắp bánh răng dẫn

động bơm nước, bơm dầu nhờn, bơm cao áp, bánh

đai (puly) để dẫn động quạt gió và đai ốc khởi động

để khởi động cơ bằng tay quay Các bánh răng chủ

động hoặc bánh đai dẫn động lắp trên đầu trục

khuỷu theo kiểu lắp căng hoặc lắp trung gian và

đều có then bán nguyệt (hình 1.44) Đai ốc khởi

động 1 hãm chặt bánh đai, các chi tiết máy khác

như phớt chắn dầu, ổ chắn dọc trục,… cũng đều lắp

trên đầu trục khuỷu

Ngoài các bộ phận thường gặp kể trên, trong một

số động cơ, người ta còn lắp bộ giảm dao động

xoắn của hệ trục khuỷu ở đầu trục khuỷu

Bộ giảm dao động xoắn có tác dụng thu năng

lượng sinh ra do các mômen kích thích trong hệ

trục khuỷu do đó dập tắt dao động gây ra bởi các

Hình 1.44: Các loại kết cấu trục khuỷu

a) Trục khuỷu liền;

b)Trục khuỷu nửa ghép c)Trục khuỷu ghép mômen đó Bộ giảm dao động xoắn phải đặt ở nơi có biên độ dao động lớn nhất Vì vậy người ta thường đặt ở đầu trục khuỷu là nơi có biên độ dao động xoắn lớn nhất

Trong những động cơ tăng áp, trên đầu trục khuỷu còn có thêm một số cơ cấu phụ để dẫn động bơm tăng áp, bơm quét khí, máy nén khí,…

* Cổ trục khuỷu: Các cổ trục khuỷu thường có cùng một kích thước đường kính Đường kính

cổ trục chọn theo kết quả của tính toán sức bền, điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, quy định

về thời gian sử dụng và số lần sửa chữa lớn động cơ Trong một vài loại động cơ, đường kính cổ trục làm lớn dần theo chiều từ đầu đến đuôi trục để đảm bảo sức bền và khả năng chịu lực của cổ trục được đồng đều hơn Tuy nhiên, đường kính cổ trục khác nhau gây nhiều phiền phức khi sửa chữa cũng như khi gia công lắp ráp nên ngày nay không dùng nữa

Khi tăng đường kính cổ trục, độ cứng vững của trục khuỷu tăng Mặt khác, do mômen quán tính độc cực của tiết diện trục khuỷu tăng lên nên độ cứng chống xoắn của trục cũng tăng mà khối lượng chuyển động quay của hệ thống trục khuỷu vẫn không tăng nhiều lắm Tuy vậy, khi tăng

Hình 1.45:Kết cấu đầu trục khuỷu

1-Đai ốc khởi động, 2-Vành ngăn dầu, 3-Phớt dầu 4-Bánh răng chủ động, 5-Bánh đai dẫn động, 6-Đệm hãm,

7-Ổ chắn dọc trụ

kích thước của cổ trục, kích thước của ổ trục sẽ tăng theo, đồng thời trọng lượng của trục khuỷu cũng lớn lên nên ảnh hưởng đến tần số dao động xoắn của toàn hệ trục, có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng ngay trong phạm vi tốc độ sử dụng

Kích thước của cổ trục khuỷu của động cơ xăng thường nằm trong phạm vi d ct =(0.65 0.8) D;

l ct =(0.5 0.6) d ct Kích thước của cổ trục khuỷu của động cơ diesel thường nằm trong phạm vi

d ct =(0.7 0.85) D Trong đó D- đường kính xylanh

Đường kính của cổ biên có thể lấy bằng đường kính của cổ chính (nhất là đối với động cơ cao tốc) hoặc có thể lấy nhỏ hơn đường kính của cổ chính một ít Chiều dài cổ biên phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai đường tâm xylanh kề nhau và chiều dài cổ trục Để giảm trọng lượng trục khuỷu, cổ biên thường làm rỗng, nó có tác dụng chứa dầu bôi trơn bạc lót đầu dưới thanh truyền và giảm được khối lượng chuyển động quay của cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền Lỗ rỗng trong cổ biên có thể bố trí đồng tâm hoặc lệch tâm với cổ biên, đường dẫn dầu bôi trơn bề mặt cổ biên tuỳ thuộc vào công nghệ gia công, thường được bố trí vào vị trí có độ hao mòn ít nhất

* Má khuỷu: Má khuỷu là bộ phận nối liền giữa cổ trục và cổ biên Hình dạng má khuỷu

chủ yếu phụ thuộc vào loại động cơ, trị số của áp suất khí thể và tốc độ quay của trục khuỷu Khi thiết kế má khuỷu của động cơ tốc độ cao cần cố gắng giảm trọng lượng phần không cân bằng của

má khuỷu Hình dạng kết cấu của má khuỷu có nhiều kiểu khác nhau như trong hình 1.46

Loại má khuỷu hình chữ nhật và tròn có kết

cấu đơn giản nhất, dễ chế tạo Loại má khuỷu

hình ôvan có dạng tương đối phức tạp Nhưng

loại má hình chữ nhật phân bố và lợi dụng vật

liệu không hợp lý, do đó tăng khối lượng phần

không cân bằng của má khuỷu Vì vậy để khỏi

lãng phí vật liệu, ta vát bớt các góc của má hình

chữ nhật để tạo thành má hìnhg lăng trụ hoặc

gọt tròn các góc để tạo thành dạng má có các

cung tròn tiếp tuyến, má hình ôvan…

Má khuỷu dạng tròn có ưu điểm là: sức bền

cao, có khả năng giảm chiều dày của má do đó

có thể tăng chiều dài cổ trục và cổ biên để giảm

mài mòn cho cổ trục và cổ biên Mặt khác má

tròn rất dễ gia công Tuy vậy, về mặt phân bố

ứng suất loại má khuỷu hình ôvan có ứng suất

phân bố đồng đều hơn Trong động cơ tốc độ

cao để giảm tải trọng do lực quán tính, giảm mài

mòn của cặp piston-xylanh người ta có xu

hướng giảm tỷ số S/D Đồng thời để tăng sức

bền và độ cứng vững của trục khuỷu người ta

thường tăng đường kính cổ trục và cổ biên

khiến cổ trục có độ trùng điệp Đối với loại trục

khuỷu thiếu cổ, má khuỷu chung của hai cổ biên

của hai xylanh kề nhau thường không gia công

Hình 1.46: Các loại má khuỷu

a- Má khuỷu hình chữ nhật;

b- Má khuỷu hình chữ nhật vát một đầu; c- Má khuỷu hình chữ nhật vát hai đầu; d- Má khuỷu hình ovan;

nhiều dạng (hình3.5) Ở các loại động cơ diezel tốc độ quay nhanh đôi khi người ta làm đối trọng rèn hoặc hàn liền với má khuỷu

Ở các loại động cơ còn lại đối trọng thường được ghép

vào má trục khuỷu bằng các bulông Để giảm bớt tải

trọng cho các bulông liên kết, người ta dùng các then,

các mặt liên kết có cắt ren hoặc dùng các hình thức kết

cấu khác Để giảm bớt khối lượng của đối trọng người

ta cố gắng bố trí trọng tâm của nó càng xa tâm quay của

trục càng tốt

* Đuôi trục khuỷu: Đuôi trục khuỷu của động cơ

thường lắp với các chi tiết máy của cơ cấu truyền dẫn

công suất (bánh đà, bánh đai truyền, khớp nối…)

Trục thu công suất của cơ cấu truyền dẫn công suất

thường đồng tâm với trục khuỷu Trục khuỷu và trục

thu công suất thường nối với nhau bằng khớp nối mền,

đàn hồi (động cơ máy phát điện) hoặc khớp nối thuỷ

lực, khớp nối ma sát…(động cơ ôtô máy kéo)

Khi trục thu công suất lắp song song với đường tâm

trục khuỷu thì phải có đai truyền và bánh đai lắp trên

phía đuôi trục khuỷu để dẫn động trục thu công suất

Hình 1.47: Đối trọng

Vì vậy, để dẫn động trục thu công suất, đuôi trục khuỷu thường có mặt bích hoặc côn để lắp bánh đà Khi lắp bánh đà lên đuôi trục khuỷu phải chú ý định vị bánh đà đồng thời phải chú ý hãm chặt các bulông lắp ghép bằng các chốt đệm hãm v.v… để các bulông không bị cắt dứt bởi mômen xoắn Khi lắp bánh đà với mặt bích người ta còn dùng chốt định vị để các chốt này thay cho bulông Các chốt định vị ( hoặc bulông định vị) thường được bố trí không đối xứng để khi sửa chữa không lắp nhầm vị trí của bánh đà Loại trục khuỷu dùng mặt bích để lắp bánh đà như hình 1.48 Kết cấu này thường dùng trong động cơ ôtô máy kéo

Dùng mặt bích trên đuôi trục khuỷu để lắp bánh đà có ưu điểm là rất dễ tháo lắp và mối ghép chắc chắn Tuy vậy nếu đuôi trục khuỷu có mặt bích thì không thể dùng được loại phớt vòng để bao kín cacte để tránh hiện tượng chảy dầu nhờn, mặ dù loại phớt vòng là loại phớt tốt nhất

* Đường dẫn dầu bôi trơn

Hình 1.48: Kết cấu đuôi trục khuỷu

1-Chốt định vị, 2-Vành ngăn dầu 3-Vành răng khởi động, 4-Bánh đà

5-Bulông lắp ghép, 6-Đường dẫn dầu bôi trơn

Bôi trơn cổ trục và cổ biên thường dùng phương pháp bôi trơn cưỡng bức Dầu nhờn có áp suất cao (0,3  0,8 MN /m2 ) theo đường dẫn dầu trên trục khuỷu đi đến bôi trơn các bề mặt làm việc của cổ trục và cổ biên Muốn đưa dầu từ trong trục khuỷu ra bôi trơn bề mặt làm việc của cổ trục

và cổ biên, lỗ thoát dầu phải khoan ở vị trí có áp suất bề mặt bé nhất tức là chúng mài mòn ít nhất, đồng thời cần chú ý đến điều kiện ứng suất mỏi của bề mặt cổ biên, điều kiện công nghệ gia công trục khuỷu và điều kiện lọc sạch dầu bôi trơn, để chứa dầu bôi trơn cổ biên và đôi khi cả cổ trục cũng đều làm rỗng

Hình 1.49: Đường dẫn dầu bôi trơn trục khuỷu

Ống dẫn dầu được cắm sâu vào bên trong để lấy được phần dầu sạch đi bôi trơn bề mặt của biên Khi khoan lỗ dầu thẳng góc với đường tâm má khuỷu và lệch xuống phía dưới đường tâm cổ biên cũng có tác dụng lấy dầu sạch đi bôi trơn Bố trí đường dẫn dầu phải tuỳ theo kết cấu của trục khuỷu mà thay đổi Lỗ dẫn dầu có thể khoan trùng với đường tâm, nếu có thể độ trùng điệp hoặc chiều dày má khuỷu lớn có thể khoan chéo Khi làm rỗng trục khuỷu để chứa dầu bôi trơn, việc dẫn dầu từ cổ trục đến cổ biên và dẫn dầu đến bề mặt bôi trơn cần đảm bảo các yêu cầu sau dầu bôi trơn đến bề mặt làm việc phải nhanh chóng ngay khi khởi đông đông cơ đã phải có một lớp màng dầu bôi trơn để giảm mài mòn giữa các bề mặt tiếp xúc chuyển động tương đối với nhau, dầu bôi trơn phải được lọc sạch khi đến bề mặt làm việc Đôi khi để làm mát trục khuỷu bằng dầu nhờn trong cổ trục và cổ biên người ta còn lắp các ống bằng nhôm mặt ngoài có rãnh xoắn để dầu nhờn chảy qua các rãnh xoắn vào lỗ rỗng với tốc độ nhanh hơn do đó tăng cường tác dụng truyền nhiệt Dầu nhờn thu nhiệt sinh ra do ma sát trên các bề mặt làm việc khiến cho nhiệt độ các bề mặt làm việc giảm

CHƯƠNG 2

CHU TRÌNH CÔNG TÁC VÀ CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT

I- CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐCĐT:

1.1 Chu trình lý tưởng (lý thuyết)

1.1.1 Các giả thuyết của chu trình lý tưởng động cơ đốt trong:

Chu trình lý tưởng là chu trình nhiệt tuân thủ đúng định luật II nhiệt động, nghĩa là chu trình không có tổn thất nhiệt nào ngoài nguồn nhiệt cấp cho nguồn lạnh Sự đơn giản hoá này của chu trình lý tưởng nhằm mục đích phân tích và nghiên cứu các chu trình nhiệt động dễ dàng hơn Chu trình lý tưởng không xét đến các tổn thất nhiệt, đó là chu trình lý tưởng chung của động cơ

2 kỳ, 4 kỳ Để phân tích chu trình lý thuyết cần phải giả thuyết:

 Trong chu trình lý tưởng, khối lượng không khí, thành phần hoá học và nhiệt dung riêng không thay đổi Không có quá trình thay đổi khí vì vậy không có những tổn thất do quá trình này gây ra

 Quá trình nén và giãn nở khí ký tưởng diễn ra không có sự trao đổi nhiệt (quá trình đoạn nhiệt)

 Các quá trình cháy nhiên liệu và thải sản vật cháy trong chu trình lý thuyết được thay thế bằng qúa trình cấp nhiệt và nhả nhiệt khi thể tích và áp suất không đổi

1.1.2 Các chỉ tiêu chủ yếu của chu trình:

Các chỉ tiêu chủ yếu của chu trình được thể hiện trên hai mặt: tính kinh tế và tính hiệu quả

 Tính kinh tế được thể hiện qua hiệu suất nhiệt ηt , đó là tỷ số giữa lượng nhiệt đã được chuyển thành công và số nhiệt cấp cho môi chất trong chu trình

Trong đó: Lt (J / chu trình) - công do môi chất tao ra trong một chu trình;

Q1 (J / chu trình) - nhiệt do nguồn nóng cấp cho môi chất trong một chu trình;

Q2 (J / chu trình) - nhiệt do môi chất nhả cho nguồn lạnh trong một chu trình;

 Tính hiệu quả của chu trình được thể hiện qua áp suất trung bình pt của chu trình, về thực chất đó là tỷ số giữa công của chu trình và thể tích công tác của chu trình:

Trong đó: Vh = Vmax - Vmin (m3) - thể tích công tác của chu trình;

Vmax (m3) - thể tích lớn nhất của chu trình (thể tích toàn phần) hoặc thể tích lớn nhất của kỳ nén;

Vmin (m3) - thể tích nhỏ nhất của chu trình (thể tích buồng cháy);

Qua biểu thức (2-2) ta thấy rằng: áp suất pt còn bằng diện tích của đồ thị công thể hiện qua Lt, chia cho hoành độ của đồ thị Vh, về thực chất đó là áp suất trung bình của chu trình

Với kích thước xilanh và số vòng quay đã cho của động cơ thì áp suất trung bình pt càng lớn sẽ cho ta công suất càng cao

Chu trình lý thuyết là chu trình có hiệu suất nhiệt cao nhất Các giá trị của chỉ tiêu ηt và pt của chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong được coi là giới hạn trên của tất cả động cơ thực tế có cùng thông số chu trình như chu trình lý tưởng, đó là mục tiêu để các động cơ thực vươn tới

1.1.3 Các dạng chu trình lý tưởng:

Chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong được phân thành các dạng chủ yếu:

 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích, V = const;

 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp, p = const;

 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp là chu trình lý tưởng cho tất cả động cơ đốt trong diesel

Từ phần nhiệt kỹ thuật đã biết, để nâng cao tính kinh tế và hiệu quả chu trình cần phải tăng giới hạn các thông số của môi chất công tác trong chu trình Tăng hiệu số ∆T = Tmax - Tmin , ∆p =

pmax - pmin , ∆V = Vmax - Vmin , tính kinh tế và tính hiệu quả của chu trình tăng lên Tuy nhiên, tăng các thông số trên sẽ gặp khó khăn về mặt kỹ thuật, vì các trị số ∆T, ∆p bị hạn chế do tăng ứng suất nhiệt, ứng suất cơ, còn ∆V hạn chế do tăng kích thước và khối lượng thiết bị

a/ Chu trình lý tưởng tổng quát

Chu trình lý tưởng tổng quát của động cơ đốt trong được thể hiện trên hai đồ thị: p-V (hình 1a) và T-S (hình 2-1b), gồm các quá trình sau:

2- Nén đoạn nhiệt o-c - đặc trưng cho các loại động cơ đốt trong, máy nén khí

 Cấp nhiệt đẳng tích c-y - đặc trưng cho động cơ hình thành hoà khí bên ngoài, và đốt nhiên liệu cưỡng bức bằng tia lửa điện, một phần cấp nhiệt trong động cơ diesel hiện đại

 Cấp nhiệt đẳng áp y-z - một phần cấp nhiệt đặc trưng cho động cơ diesel hiện đại, toàn quá trình đặc trưng cho động cơ diesel phun nhiên liệu nhờ khí nén và tuabin khí

Giãn nở đoạn nhiệt z-d - đặc trưng cho các loại động cơ đốt trong và tuabin khí