Lý thuyết động cơ đốt trong

Phân loại động cơ đốt trong a Dựa vào cách thực hiện chu trình công tác: + Động cơ bốn kỳ: động cơ hoàn thành chu trình công tác sau bốn hành trình của piston hay hai vòng quay của trụ

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1

MỤC LỤC

Trang

Chương I

Nguyên lý động cơ đốt trong

1.1 Lịch sử phát triển và phân loại động cơ đốt trong 6

1.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển của động cơ nhiệt và động cơ đốt trong 6

1.1.2 Khái niệm về động cơ nhiệt 6

1.1.3 So sánh động cơ đốt trong với các loại động cơ nhiệt khác 7

1.1.4 Phân loại động cơ đốt trong 7

1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong 9

1.2.1 Cấu tạo chung của động cơ đốt trong .9

1.2.2 Những khái niệm và định nghĩa cơ bản .10

1.2.3 Động cơ 4 kỳ 11

1.2.3.1 Hoạt động của động cơ diezel bốn kỳ 11

1.2.3.2 Hoạt động của động cơ xăng bốn kỳ 13

1.2.4 Động cơ hai kỳ .14

1.2.4.1 Hoạt động của động cơ hai kỳ quét khí ngang (quét vòng) .14

1.2.4.2 Hoạt động của động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupáp thải .15

1.2.5 Động cơ nhiều xilanh .16

1.2.6 So sánh động cơ bốn kỳ với động cơ hai kỳ .18

Chương II Cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu 2.1 Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu thanh truyền – trục khuỷu 19

2.2 Cấu tạo Nhóm piston 20

2.2.1 Piston .20

2.2.2 Chốt piston .24

2.2.3 Secmăng .25

2.3 Nhóm thanh truyền .28

2.3.1 Thanh truyền .28

2.3.2 Bạc lót .32

2.3.3 Bu lông thanh truyền 35

2.4 Trục khuỷu 36

2.5 Bánh đà 41

Chương III

Các chi tiết cố định của động cơ

3.1 Thân máy 44

3.2 Lót xi lanh 48

3.3 Nắp xi lanh 50

Chương IV Cơ cấu phân phối khí 4.1 Giới thiệu chung về cơ cấu phân phối khí 54

4.1.1 Nhiệm vụ .54

4.1.2 Yêu cầu đối với cơ cấu phân phối khí .54

4.1.3 Phân loại 54

4.2 Cơ cấu phân phối khí dùng supáp 54

4.2.1 Cơ cấu phân phối khí bố trí supáp đặt 54

4.2.2 Cơ cấu phân phối khí bố trí supap treo 55

4.3 Kết cấu một số chi tiết của cơ cấu phân phối khí 56

4.3.1 Supap 56

4.3.2 Lò xo xupap 60

4.3.3 Đế supap 61

4.3.4 Ống dẫn hướng supap 61

4.3.5 Con đội 62

4.3.6 Đũa đẩy 63

4.3.7 Cò mổ 64

4.3.8 Trục cam 64

Chương V Hệ thống làm mát 5.1 Giới thiệu về hệ thống làm mát 67

5.1.1 Nhiệm vụ 67

5.1.2 Phân loại hệ thống làm mát 67

5.1.3 Hệ thống làm mát bằng chất lỏng 68

5.2 Kết cấu các bộ phận của hệ thống làm mát .69

5.2.1 Két nước 69

5.2.2 Bơm nước 70

5.2.3 Quạt gió 71

5.2.4 Van hằng nhiệt 72

Chương VI

Hệ thống bôi trơn

6.1 Giới thiệu chung về hệ thống bôi trơn 75

6.1.1 Nhiệm vụ 75

6.1.2 Phân loại .75

6.1.3 Cấu tạo chung của hệ thống bôi trơn hỗn hợp 76

6.2 Cấu tạo các bộ phận chính của hệ thống bôi trơn 77

6.2.1 Bơm dầu 77

6.2.2 Bầu lọc dầu 78

6.2.3 Vấn đề thông hơi cho động cơ 79

Chương VII Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng 7.1 Giới thiệu chung 80

7.1.1 Nhiệm vụ - Phân loại 80

7.1.2 Sơ đồ cấu tạo chung .80

7.2 Cấu tạo và hoạt động của một số bộ phận chính 82

7.2.1 Bơm xăng 82

7.2.2 Bầu lọc 83

7.2.3 Bộ chế hòa khí đơn giản 85

7.2.4 Bộ chế hòa khí hiện đại 87

Chương VIII Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ điezel 8.1 Nhiệm vụ - yêu cầu 98

8.2 Sơ đồ cấu tạo chung 98

8.3 Cấu tạo và hoạt động của một số bộ phận chính của HTNL động xơ diezel 98

8.3.1 Bơm áp lực thấp 99

8.3.2 Bầu lọc nhiên liệu 100

8.3.3 Bơm cao áp 102

8.3.3.1 Yêu cầu, phân loại bơm cao áp 102

8.3.3.2 Cấu tạo và hoạt động của bơm cao áp (loại dãy và loại phân phối) 102

8.3.4 Vòi phun 104

8.3.4.1 Yêu cầu, phân loại vòi phun 104

8.3.4.2 Cấu tạo và hoạt động của vòi phun 104

Câu hỏi ôn tập 107

CÂU Hỏi ôn tập

01 Hoat động động cơ xăng bốn kỳ

02 Hoat động động cơ diesel bốn kỳ

03 Hoat động của động cơ hai kỳ quét khí ngang (quét vòng)

04 Hoạt động của động cơ hai kỳ quét thẳng qua xu páp thải

05 Nguyên lý hoat động động cơ diesel bốn kỳ

06 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu đối với piston, vật liệu chế tạo piston

07 Cấu tạo của đầu piston

08 Cấu tạo của thân piston

09 Cấu tạo đầu nhỏ thanh truyền, thân thanh truyền:

10 Kết cấu đầu, cổ trục khuỷu và cổ trục thanh truyền

11 Nhiệm vụ, kết cấu của má khuỷu, đối trọng và đuôi trục khuỷu

12 Nhiệm vụ, vật liệu chế tạo và cấu tạo của bánh đà

13 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu đối với thân máy Vật liệu chế tạo và phân loại thân máy

14 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu, vật liệu chế tạo và cấu tạo lót xy lanh

15 Cấu tạo và hoạt động của cơ cấu phân phối khí bố trí supáp đặt

16 Cấu tạo và hoạt động của cơ cấu phân phối khí bố trí supap treo

17 Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của supap Số l-ợng và cách bố trí supap

18 Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của con đội, đũa đẩy và cò mổ của cơ cấu phân phối khí

19 Nhiệm vụ, phân loại hệ thống làm mát, cấu tạo và hoạt động của hệ thống làm mát bằng chất lỏng

20 Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của két n-ớc

21 Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của van hằng nhiệt của hệ thống làm mát bằng chất lỏng

22 Nhiệm vụ, phân loại, cấu tạo chung và hoạt động của hệ thống bôi trơn hỗn hợp

23 Nhiệm vụ, phân loại, cấu tạo và hoạt động của bơm dầu của hệ thống bôi trơn

24 Nhiệm vụ, phân loại và cấu tạo chung của hệ thống nuôi d-ỡng động cơ xăng

25 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bơm xăng

26 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bầu lọc không khí

27 Cấu tạo, hoạt động của bộ chế hoà khí đơn giản

28 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của hệ thống đậm (hệ thống tiết kiệm) của bộ chế hoà khí

29 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bơm tăng tốc của bộ chế hoà khí

30 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của cơ cấu khởi động của bộ chế hoà khí

31 Nhiệm vụ, yêu cầu, sơ đồ cấu tạo chung và hoạt động của hệ thống nuôi d-ỡng động cơ diezel

32 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bơm áp lực thấp của hệ thống nuôi d-ỡng động cơ diezel

33 Cấu tạo và hoạt động của vòi phun kín tiêu chuẩn

34 Cấu tạo và hoạt động của vòi phun kín có chốt

35 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu, vật liệu chế tạo, kết cấu của bạc lót đầu to thanh truyền

36 Vấn đề nhiệt độ n-ớc làm mát trong động cơ

37 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bầu lọc ly tâm của hệ thống bôi trơn

38 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của hệ thống phun chính của bộ chế hoà khí

39 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của hệ thống chạy không tải của bộ chế hoà khí

40 Cấu tạo và hoạt động của bơm cao áp loại dãy

41 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bộ tự động điều chỉnh góc phun sớm

42 Cấu tạo và hoạt động của bơm phân phối

43 Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của trục cam của cơ cấu phân phối khí

44 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu, vật liệu chế tạo và kết cấu của nắp xy lanh

45 Kết cấu thân máy kiểu thân xy lanh, hộp trục khuỷu

46 Cấu tạo đầu to thanh truyền

47 Phân tích nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu đối với trục khuỷu Vật liệu chế tạo và phân loại trục khuỷu

48 Đ-ờng đặc tính của BCHK đơn giản

49 Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bộ hạn chế số vòng quay cực đại của động cơ

50 Đ-ờng đặc tính lý t-ởng của bộ chế hoà khí và yêu cầu đối với bộ chế hoà khí

51 Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của trục cam của cơ cấu phân phối khí

52 Một số biên pháp nâng cao độ cứng vững thân máy

53 Phân tích nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu đối với chốt piston và cấu tạo của chốt piston

54 Phân tích nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu đối với secmăng và cấu tạo của secmăng

55 Phân tích nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu đối với thanh truyền, vật liệu chế tạo thanh truyền

Ch-ơng I

Nguyên lý động cơ trong 1.1 Lịch sử phát triển và phân loại động cơ đốt trong

Mục đích: Giúp sinh viên nắm đ-ợc lịch sử phát triển của động cơ đốt trong và cách phân loại động cơ nh- thế nào?

Nội dung của bài:

1.1.1 Sơ l-ợc lịch sử phát triển của động cơ nhiệt và động cơ đốt trong

- Năm 1784 Jiêm – Oat chế tạo thành công máy hơi n-ớc

- Năm 1860 Jăng Echien Lơ Noa, một ng-ời hầu bàn và một nhà kỹ thuật nghiệp d- ở Paris chế tạo thành công động cơ hai kỳ đầu tiên chạy bằng khí thiên nhiên, hiệu suất 4,65%

- Năm 1877 Ôt tô Nicolas và Langhen phát minh ra động cơ đốt trong bốn kỳ chạy bằng khí thiên nhiên, hiệu suất 20%

- Năm 1885 Dam Le chế tạo thành công động cơ xăng đầu tiên

- Năm 1897 Rudolf Diezel chế tạo thành công động cơ chạy bằng nhiên liệu nặng, phun nhiên liệu bằng khí nén, hiệu suất đạt 26%

- Năm 1901 Robert và Bosh đề xuất và chế tạo bơm cao áp và vòi phun để phun nhiên liệu vào xilanh Đến đây động cơ điêzel đã cơ bản hoàn chỉnh

+ Hiện nay, chúng ta đang xây dựng tổ hợp ô tô Đông Anh trên cơ sở Công ty ô tô 1 - 5 chuyên sản xuất xe ca, tổ hợp ô tô Bắc Giang chuyên sản xuất xe vận tải và chuẩn bị khởi công tổ hợp ô tô Hải D-ơng chuyên sản xuất xe du lịch, trong đó sẽ có các nhà máy chế tạo động cơ đáp ứng cho các nhà máy xản xuất ô tô

1.1.2 Khái niệm về động cơ nhiệt

Động cơ nhiệt: là thiết bị cơ khí có khả năng chuyển nhiệt năng do nhiên liệu

- Động cơ đốt trong: là loại động cơ nhiệt mà việc đốt cháy nhiên liệu, toả nhiệt

và quá trình chuyển nhiệt năng thành cơ năng đ-ợc tiến hành ngay trong động cơ

Động cơ đốt trong có:

+ Động cơ đốt trong kiểu piston

+ Turbin nhiệt

+ Động cơ phản lực

+ Động cơ rôto quay (động cơ valken)

1.1.3 So sánh động cơ đốt trong với các loại động cơ nhiệt khác

- Ưu điểm của động cơ đốt trong:

+ Hiệu suất có ích cao: 40 – 45 %

+ Gọn nhẹ hơn các loại động cơ khác cùng công suất

+ Khởi động nhanh và sẵn sàng khởi động

+ ít nguy hiểm khi vận hành

+ Không phải khử xỉ, tro

+ Không cần nhiều ng-ời phục vụ

+ Điều kiện làm việc của thợ máy tốt

- Nh-ợc điểm:

+ Khả năng quá tải kém

+ Không phát đ-ợc mô men cực đại ở số vòng quay thấp

+ Không khởi động đ-ợc khi có tải

+ Công suất không lớn

+ Nhiên liệu đòi hỏi khắt khe và đắt

+ Cấu tạo phức tạp, đắt tiền

+ Làm việc gây tiếng ồn

1.1.4 Phân loại động cơ đốt trong

a) Dựa vào cách thực hiện chu trình công tác:

+ Động cơ bốn kỳ: động cơ hoàn thành chu trình công tác sau bốn hành trình của piston hay hai vòng quay của trục khuỷu

+ Động cơ hai kỳ: động cơ hoàn thành chu trình công tác sau hai hành trình của piston hay một vòng quay của trục khuỷu

b) Dựa vào nhiên liệu dùng cho động cơ:

* Nhẹ: xăng, benzen,…

* Nặng: dầu mazut, dầu điezel,…

+ Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí: khí thiên nhiên, khí lò ga,…

+ Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí và lỏng.

d) Dựa vào ph-ơng pháp đốt cháy nhiên liệu:

+ Động cơ đốt cháy c-ỡng bức: dùng tia lửa điện để đốt cháy nhiên liệu

+ Động cơ tự bốc cháy: nhiên liệu đ-a vào và tự cháy trong xilanh

e) Dựa vào dạng chu trình công tác:

+ Động cơ làm việc theo chu trình cấp nhiệt đẳng tích

+ Động cơ làm việc theo chu trình cấp nhiệt đẳng áp

+ Động cơ làm việc theo chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

* Quay một chiều trái

* Quay một chiều phải

+ Động cơ quay cả hai chiều

i) Theo vận tốc của piston:

k) Theo công dụng của động cơ:

+ Động cơ hai kỳ: * Hai kỳ quét vòng

* Hai kỳ quét thẳng qua xupáp thải

Câu hỏi thảo luận:

1 Khái quát về lịch sử phát triển của động cơ nhiệt và động cơ đốt trong?

2 Trình bày khái niệm về động cơ nhiệt?

3 Những tiêu chí để phân loại động cơ đốt trong?

1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong

Mục đích: giúp sinh viên nắm đ-ợc nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong?

1.2.1 Cấu tạo chung của động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong cấu tạo bởi các bộ phận chủ yếu sau:

- Cơ cấu thanh truyền – trục khuỷu

1.2.2 Những khái niệm và định nghĩa cơ bản

- Quá trình công tác: Tổng số tất cả những sự biến đổi xảy ra đối với môi chất công tác trong xilanh động cơ cũng nh- những hệ thống gắn liền với xilanh nh- hệ thống thải, nạp

Qúa trình công tác của động cơ đốt trong gồm nhiều bộ phận riêng rẽ, quá trình này kế tiếp quá trình kia đ-ợc lặp đi lặp lại trong một trật tự nhất định có tính chu kỳ

- Chu trình công tác: Tổ hợp các quá trình liên tục kế tiếp nhau lặp đi, lặp lại

theo chu kỳ trong xilanh để thực hiện một quá trình sinh công

- Điểm chết:

+Vị trí của piston trong xilanh, mà tại đó ta tác động một lực bất kỳ lên đỉnh piston cũng không làm trục khuỷu quay

+Vị trí mà tại đó piston đổi chiều chuyển động

Trong động cơ có hai điểm chết là điểm chết trên (ĐCT) và điểm chết d-ới (ĐCD)

- Hành trình của piston: khoảng chạy của piston trong xilanh giữa hai điểm chết:

S = 2 * R

R - bản kính quay của trục khuỷu

- Thể tích công tác: thể tích xilanh giới hạn từ ĐCT đến ĐCD, ký hiệu Vh

S

D

4 2

c h c

a

V

V V

V V V

Tỷ số nén chỉ rõ thể tích xilanh phía trên piston bị giảm bao nhiêu lần, tức

là bị ép nhỏ bao nhiêu lần khi piston đi từ ĐCD lên ĐCT

- Kỳ: một phần của chu trình công tác khi piston chạy từ điểm chết này đến

1.2.3 Hoạt động của động cơ bốn kỳ

1.2.3.1 Hoạt động của động cơ diezel bốn kỳ

Động cơ diezel bốn kỳ hoàn chỉnh một chu trình công tác sau bốn hành trình của piston hay hai vòng quay của trục khuỷu

1 Kỳ thứ nhất: kỳ nạp (hút)

Diễn biến của quá trình:

Trục khuỷu quay nhờ có quán tính của các khối l-ợng quay làm cho piston đi từ

điểm chết trên xuống điểm chết d-ới làm thể tích xilanh tăng dần và áp suất trong xilanh giảm dần Xupáp nạp mở d-ới sự điều khiển của cơ cấu phân phối khí, trong thời gian này xupáp thải đóng

ở đầu quá trình (khi piston ở ĐCT), trong buồng đốt chứa đầy sản phẩm cháy của chu trình tr-ớc còn sót lại gọi là khí sót với áp suất pt > p0 và nhiệt độ Tt > T0 Khi áp suất trong xilanh giảm tới giá trị nhỏ hơn áp suất khí trời, không khí

đ-ợc hút vào xilanh

Để đảm bảo nạp đầy khí nạp mới vào xilanh, xupáp nạp mở tr-ớc khi piston lên

đến ĐCT của chu trình tr-ớc một góc 1 để khi piston đi xuống, xupáp đã mở đủ lớn, giảm sức cản trên đ-ờng nạp

1 gọi là góc mở sớm của xupáp nạp

Khi piston xuống đến ĐCD, xupáp nạp ch-a đóng mà nó đ-ợc đóng sau khi piston đã đi lên một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu là 2 để tận dụng quán tính của dòng khí nạp để nạp đầy hơn khí nạp vào xilanh

Góc 2 gọi là góc đóng muộn của xupáp nạp

Kết luận: Quá trình nạp thực tế bắt đầu sớm hơn và kết thúc muộn hơn chu trình

lý thuyết, thời gian nạp thực tế dài hơn thời gian nạp lý thuyết

Khi piston còn cách ĐCT một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu góc 3, bơm cao áp và vòi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt, d-ới áp suất và nhiệt độ cao nhiên liệu tự bốc cháy Đến đây kết thúc quá trình nén

Góc 3 gọi là góc phun sớm

Kết luận:

- ở chu trình lý thuyết, quá trình nén là nén đọan nhiệt với chỉ số nén không

đổi, còn ở chu trình thực tế là quá trình nén đa biến với chỉ số nén luôn thay đổi

- Thời gian của quá trình nén lý thuyết dài hơn thời gian của quá trình nén thực tế

3 Kỳ thứ ba: cháy - giãn nở

Khi nhiên liệu đ-ợc phun vào xilanh, d-ới áp suất và nhiệt độ cao, nhiên liệu tự bốc cháy làm áp suất và nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở đẩy piston đi từ ĐCT xuống

ĐCD Trong kỳ này ta thu đ-ợc công có ích Khi piston xuống cách ĐCD một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu một góc 4 xupáp thải mở, khí có áp suất cao đ-ợc thải ra ngoài Đến đây kết thúc quá trình giãn nở

Góc 4 gọi là góc mở sớm của xupáp thải

4 Kỳ thứ t-: thải

Diễn biến: piston đ-ợc đẩy từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính của các khối l-ợng

quay Trong thời gian này xupáp xả mở, khí thải đ-ợc thải ra ngoài qua cửa thải

Để đảm bảo thải sạch khí thải ra khỏi xilanh, supáp thải mở sớm một góc 4 và

đóng muộn một góc 5 để tận dụng quán tính của dòng khí thải để thải sạch khí thải

Thải

Do quá trình nén nhiệt độ tăng cao nhiên liệu dễ bốc cháy nên ở động cơ xăng

tỷ số nén bao giờ cũng thấp hơn nhiều so với động cơ diezel để tránh hiện t-ợng nhiên liệu tự bốc cháy trong xilanh

3 Kỳ thứ ba: cháy - giãn nở

Khi buji bật tia lửa điện, nhiên liệu bốc cháy làm áp suất và nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở đẩy piston đi từ ĐCT xuống ĐCD Trong kỳ này ta thu đ-ợc công có ích Khi piston xuống cách ĐCD một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu một góc 4

xupáp thải mở, khí có áp suất cao đ-ợc thải ra ngoài Đến đây kết thúc quá trình giãn

Để đảm bảo thải sạch khí thải ra khỏi xilanh, supáp thải mở sớm một góc 4 và

đóng muộn một góc 5 để tận dụng quán tính của dòng khí thải để thải sạch khí thải

1.2.4 Hoạt động của động cơ hai kỳ

- Động cơ hai kỳ là động cơ hoàn thành một chu trình công tác sau hai hành trình của piston hay một vòng quay của trục khuỷu

- Có động cơ xăng, diezel hai kỳ, nh-ng chúng có quá trình chung là sử dụng dòng khí nạp mới để đẩy khí thải ra khỏi xilanh mà ta gọi là quá trình quét khí

1.2.4.1 Hoạt động của động cơ hai kỳ quét khí ngang (quét vòng)

* Hành trình thứ nhất: piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, trong xilanh thực hiện các quá trình:

- Thời gian đầu: do nhiên liệu cháy trong xilanh tạo ra áp suất và nhiệt độ cao làm môi chất công tác giãn nở đẩy piston đi xuống, ta thu đ-ợc công có ích

- Khi mép trên piston mở cửa thải, khí cháy có áp suất cao đ-ợc thải tự do ra ngoài

Đồng thời khi piston đi xuống, nó đóng cửa nạp, khí nạp mới đ-ợc nén trong buồng trục khuỷu làm áp suất tăng

- Khi mép trên piston mở cửa quét, khí nạp mới đ-ợc đẩy lên xilanh qua các cửa quét, nó quét khí thải ra ngoài và chiếm chỗ trong xilanh Đây là quá trình quét khí

Kết luận: ở hành trình thứ nhất của piston, trong xilanh thực hiện các quá

trình: thải khí tự do, nén khí nạp trong buồng trục khuỷu, quét khí và nạp khí nạp mới vào xilanh

* Hành trình thứ hai: piston đi từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính các khối l-ợng quay và cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu, trong động cơ thực hiện các quá trình:

- Khi piston ch-a đóng cửa quét và cửa thải: tiếp tục quét khí theo quán tính và thải khí thải ra ngoài

- Khi piston đóng cửa quét: tiếp tục thải khí theo quán tính

- Khi piston đóng cửa thải, khí nạp mới bắt đầu đ-ợc nén trong xilanh

- Khi piston mở cửa nạp, khí nạp mới đ-ợc nạp vào buồng trục khuỷu

Khi piston cách ĐCT một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu góc 3, bơm cao áp và vòi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt (đối với động cơ diezel) làm nhiên liệu tự bốc cháy hay buji bật tia lửa điện (đối với động cơ xăng) đốt cháy nhiên liệu Nhiên liệu cháy làm áp suất và nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở, đẩy piston đi xuống

Kết luận: ở hành trình thứ hai của piston, trong xilanh thực hiện các quá

trình: quét khí theo quán tính, thải khí theo quán tính, nén khí nạp mới trong xilanh, nạp khí nạp mới vào buồng trục khuỷu và bắt đầu quá trình cháy

1.2.4.2 Hoạt động của động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupáp thải

Để nạp khí nạp mới vào xilanh có các cửa nạp (quét) Các cửa này đ-ợc đóng,

mở bằng piston Để đ-a khí nạp vào xilanh có máy nén khí Để thải khí có xupáp thải

* Hành trình thứ nhất: piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, trong động cơ thực

Kết luận: ở hành trình thứ nhất của piston, trong xilanh thực hiện các quá

trỡnh: thải khí tự do, quét khí và nạp khí nạp mới vào xilanh

* Hành trình thứ hai: piston đi từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính các khối l-ợng

cửa thải xilanh

trục khuỷu

thanh truyền cửa nạp

máy nén khí

supáp thải

piston

vòi phun (buji)

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo của

động cơ hai kỳ quét thẳng qua supáp thải

- Khi cơ cấu phân phối khí ch-a đóng xupáp thải và piston ch-a đóng cửa quét: tiếp tục quét khí và thải khí thải ra ngoài

- Khi piston đóng cửa nạp và cơ cấu phân phối khí ch-a đóng xupáp thải: tiếp tục thải khí theo quán tính

- Khi cơ cấu phân phối khí đóng xupáp thải thì quá trình nén bắt đầu

Khi piston cách ĐCT một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu góc 3, bơm cao áp và vòi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt (đối với động cơ diezel) làm nhiên liệu tự bốc cháy hay buji bật tia lửa điện (đối với động cơ xăng) đốt cháy nhiên liệu Nhiên liệu cháy làm áp suất và nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở, đẩy piston đi xuống

Kết luận: ở hành trình thứ hai của piston, trong xilanh thực hiện các quá

trình: quét khí, thải khí theo quán tính, nén khí nạp mới trong xilanh và bắt đầu quá trình cháy

1.2.5 Hoạt động của động cơ nhiều xilanh

Động cơ nhiều xilanh đ-ợc coi nh- nhiều động cơ một xilanh ghép lại với nhau,

ở đó có nhiều chi tiết làm liền thành khối nh- trục khuỷu, bloc xilanh,

Để động cơ nhiều xilanh làm việc đ-ợc đều và liên tục, tránh đ-ợc nh-ợc điểm của động cơ một xilanh, trục khuỷu, trục cam, phải đảm bảo cho các xilanh làm việc theo thứ tự nhất định

2 Hoạt động của động cơ bốn xilanh một hàng

*Tr-ớc hết ta làm quen với khái niệm góc công tác K và một số quy -ớc

+ Góc công tác K là góc lệch giữa hai cổ biên của hai xilanh làm việc kế tiếp nhau

Trục khủyu của loại động cơ này th-ờng bố trí nh- hình vẽ

Sau hai vòng quay cả bốn xilanh đều hoàn chỉnh một chu trình công tác Ta có thứ tự nổ là 1 – 2 – 4 – 3

Nửa vòng quay

của trục

góc quay của trục

3 Hoạt động của động cơ 6 xilanh một hàng

Thứ tự làm việc của các xilanh là 1-5-3-6-2-4

Nửa vòng quay

của trục

góc quay của trục

Để đảm bảo cho trục quay đều và tận dụng quá trình sinh công của các xilanh, trục khủyu th-ờng bố trí nh- hình vẽ Ta có bảng thứ tự làm việc của động cơ (bảng trên)

* Ưu điểm của động cơ hai kỳ so với động cơ bốn kỳ:

- Khi cùng kích th-ớc xilanh, hành trình của piston, số vòng quay của trục khuỷu, động cơ hai kỳ có công suất gấp hai động cơ bốn kỳ (thực tế chỉ gấp 1,6 - 1,8 lần)

- Cấu tạo đơn giản hơn

- Mô men quay đều hơn

* Ưu điểm của động cơ bốn kỳ so với động cơ hai kỳ:

- Các quá trình hoàn hảo nên hiệu suất cao hơn động cơ 2 kỳ

- Có thể tăng công suất dễ dàng bằng cách tăng áp

- Tính kinh tế cao hơn

Câu hỏi thảo luận:

1 Trình bày cấu tạo chung của động cơ?

2 Thế nào là quá trình công tác, kỳ, ý nghĩa của tỷ số nén?

3 Nguyên lý làm việc của động cơ điezel 4 kỳ?

4 Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ?

5 Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ quét khí ngang (quét vòng)?

6 Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupáp thải?

7 Tìm hiểu cách lập bảng diễn biến của các xylanh trong động cơ?

8 So sánh động cơ bốn kỳ và động cơ hai kỳ

Ch-ơng II

cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền

2.1 Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu

Mục đích: giúp sinh viên nắm đ-ợc các lực và mômen tác dụng lên cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu và cách xác định chúng?

Trong quá trình làm việc, có rất nhiều lực tác dụng lên cơ cấu thanh truyền -trục khuỷu:

- Lực khí thể PK;

- Lực quán tính:

+ Lực quán tính của các khối l-ợng chuyển động tịnh tiến;

+ Lực quán tính của các khối l-ợng chuyển động quay;

tịnh tiến quy về một đơn vị diện tích đỉnh piston;

Pj = -m1.R..(cos + cos2) = Pj1 + Pj2

-  = R/L - thông số kết cấu của động cơ

- R: Bán kính quay của trục khuỷu;

- L: chiều dài thanh truyền

T = P 1/cos  cos( + ) - lực tiếp tuyến Lực này sinh ra mômen quay

K = P 1/cos  sin( + ) - lực pháp tuyến, tác dụng dọc theo má khuỷu

Lực quán tính của các khối l-ợng chuyển động quay quy dẫn về chốt khuỷu:

 - vận tốc góc của trục khuỷu

Tổng các lực tác dụng lên chốt khuỷu:

)(K P j'T

S   

Từ trên ta có mô men quay của trục khuỷu:

M = T R

2.2. Cấu tạo Nhóm piston

Mục đích: giúp sinh viên nắm đ-ợc nhóm piston gồm những bộ phận nào

Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo và cấu tạo của từng bộ phận đó?

Nhiệm vụ chính của nhóm piston:

- Bao kín buồng cháy, không cho khí cháy lọt từ buồng đốt xuống các te và không cho dầu nhờn sục từ các te lên buồng đốt

- Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực đó cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu trong quá trình sinh công, nén khí nạp mới trong quá trình nén, đẩy khí thải ra khỏi xylanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào xylanh trong quá trình nạp

- Trong động cơ hai kỳ, piston còn làm thêm nhiệm vụ đóng mở các cửa nạp, cửa thải, cửa quét để thay đổi khí

2.2.1 Piston

1 Điều kiện làm việc

- Chịu các lực lớn tác dụng:

+ Lực khí thể, áp suất khí thể có thể tới 130 at, thay đổi theo chu kỳ

+ Lực quán tính của nhóm piston Lực này thay đổi cả về c-ờng độ lẫn chiều tác dụng theo chu kỳ, các lực gây cho piston sự va đập và ứng suất lớn

- Nhiệt độ cao do tiếp xúc vơí sản vật cháy (nhiệt độ có thể tới 2300 – 28000K)

Nhiệt độ cao có thể gây các tác hại:

+ ứng suất nhiệt lớn có thể làm rạn, nứt piston

+ Gây biến dạng làm bó kẹt piston trong xylanh

+ Giảm sức bền của piston

+ Giảm hệ số nạp của động cơ

+ Làm phân huỷ dầu nhờn

+ Có thể gây kích nổ đối với động cơ xăng

- Chịu ma sát lớn do thiếu dầu bôi trơn và do lực ngang ép piston vào xylanh làm piston bị mài mòn

- Piston luôn tiếp xúc với sản vật cháy nên bị ăn mòn

2 Yêu cầu đối với piston

- Dạng đỉnh piston phải tạo cho khí nạp có độ xoáy lốc hợp lý nhất, đảm bảo quá trình cháy tốt nhất và hình thành buồng cháy tốt nhất

- Tản nhiệt tốt để giảm ứng suất nhiệt và tránh kích nổ

- Khối l-ợng nhỏ để giảm quán tính

- Đủ bền và cứng vững để tránh biến dạng trong quá trình làm việc

- Đảm bảo bao kín buồng cháy, không bị chaý và tiêu hao dầu nhờn

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

3 Vật liệu chế tạo

Vật liệu chế tạo piston phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có độ bền lớn cả ở nhiệt độ cao và tải trọng thay đổi

- Trọng l-ợng riêng nhỏ

- Hệ số giãn nở vì nhiệt nhỏ nh-ng hệ số dẫn nhiệt lớn

- Chịu mài mòn tốt trong điều kiện bôi trơn kém và nhiệt độ cao

- Chịu đ-ợc ăn mòn hoá học của sản vật cháy

Các loại vật liệu th-ờng dùng:

Gang xám hợp kim CЧ 24 - 44, СЧ 15 - 32, СЧ 28 - 48, G3000, G3500, Hợp kim nhôm АЛ - 1, АЛ 25, АЛ - 30, АК10М2Н,

4 Cấu tạo của piston

Ta có thể chia piston làm 3 phần chính:

a Đầu piston

Là phần trên cùng của piston, cùng với xylanh và nắp xylanh tạo thành buồng cháy

Hinh 2.2 Cấu tạo của piston

a cấu tạo các phần của piston: 1- đỉnh piston; 2- đầu piston; 3- thân piston; 4- rãnh lắp séc măng khí; 5- rãnh lắp séc măng dầu; 6- bệ chốt piston; 7- chân piston; 8- vùng đai séc măng

b, c, d - một số dạng thân piston

d

Đỉnh piston có nhiều dạng:

- Đỉnh bằng là loại phổ biến, có diện tích chịu nhiệt nhỏ nhất, kết cấu đơn giản,

dễ chế tạo Loại này đ-ợc sử dụng nhiều trong động cơ xăng và động cơ diezel có buồng cháy phân cách

- Đỉnh lồi có độ cứng vững cao, ít kết muội than nh-ng có diện tích chịu nhiệt lớn nên ảnh h-ởng xấu đến hoạt động của piston

Loại này th-ờng dùng cho động cơ xăng có buồng cháy chỏm cầu xupáp treo và động cơ xăng hai kỳ

- Đỉnh lõm có diện tích chịu nhiệt lớn nh-ng tạo ra xoáy lốc cho khí nạp trong quá trình nén

Loại này th-ờng dùng cho động cơ diezel có buồng cháy thống nhất, mặc dù đầu piston nặng và khó giải quyết vấn đề nhiệt cho séc măng nh-ng tạo đ-ợc chỉ tiêu kinh

tế cao nên đ-ợc sử dụng nhiều

Trên phần đầu piston có các rãnh lắp séc măng để bao kín buồng cháy

Số l-ợng séc măng phụ thuộc vào tốc độ của piston và loại động cơ:

Rãnh séc măng dầu có khoan lỗ để đ-a dầu nhờn trở về các te

Rãnh séc măng sâu hơn chiều dày của séc măng 0,05 - 0,15 mm để lắp séc măng dễ dàng và tránh bó kẹt séc măng trong rãnh

Hinh2.3 Một số dạng đỉnh piston

Để đảm bảo độ bền và tản nhiệt tốt, phía trong piston có các gân chịu lực Có nhiều kiểu gân: gân ngang, gân song song, Có thể làm thêm gân dọc theo bệ chốt piston

ở một số loại động cơ, trên đầu piston có rãnh chắn nhiệt tránh cho séc măng trên cùng không bị quá nhiệt

ở một số loại động cơ, ng-ời ta lắp vòng tránh nhiệt bằng thép hay cả vành đai lắp séc măng chế tạo bằng thép chịu nhiệt sau đó đúc vào đầu piston để đảm bảo bền cho đầu piston

Để tránh cho piston không bị bó kẹt trong xilanh khi động cơ làm việc, phần

đầu piston th-ờng làm dạng côn

b) Thân piston: Là phần d-ới rãnh xécmăng đầu cuối cùng ở đầu piston làm

nhiệm vụ dẫn h-ớng cho piston trong xilanh và chịu lực ngang Để dẫn h-ớng tốt, ít

va đập, khe hở giữa thân piston và xilanh phải nhỏ Vì vậy thiết diện của thân piston th-ờng không phải hình tròn mà là ôvan, độ ôvan 0,15  0,20mm, trục lớn ở phía chịu lực ngang, hoặc vát ở hai phía bệ chốt piston để khi động cơ làm việc piston không bị

bó kẹt trong xilanh

Chiều dài phần thân piston phụ thuộc loại động cơ:

Động cơ diezel có lực ngang lớn nên thân th-ờng dài hơn piston động cơ xăng Nếu thân quá dài dẫn h-ớng tốt nh-ng piston sẽ nặng và tổn thất do ma sát lớn

Nếu thân quá ngắn tác dụng dẫn h-ớng kém

Hình2.4 Ccác loại gân phía trong đỉnh piston

Hình2.5 Vòng chịu nhiệt trên

đầu piston

Đối với động cơ hai kỳ, thân piston phải đủ dài để khi piston lên đến điểm chết trên nó vẫn đóng kín cửa thải và cửa quét nh-ng lại mở cửa nạp để nạp khí nạp mới vào cacte

Trong quá trình làm việc piston chịu lực ngang và lực ma sát nên có xu h-ớng quay quanh chốt Nếu lỗ chốt đặt chính giữa chiều dài thân piston thì áp suất của piston nén lên xilanh sẽ không đều Do đó bệ chốt th-ờng làm cao hơn trọng tâm của phần thân piston

Vị trí của bệ chốt piston tính từ d-ới lên: (0.6  0.74)*H

H: Chiều cao của piston

Một số piston còn đ-ợc sẻ rãnh phòng nở dạng chữ T hay , khi lắp piston vào xilanh, rãnh phòng nở ở phía lực ngang nhỏ

Để thân piston ít bị mòn, ng-ời ta phủ một lớp thiếc mỏng 0.004  0.006mm

Để tránh giãn nở về hai phía bệ chốt piston ở một số động cơ ng-ời ta đúc ghép bản hợp kim invar ở hai đầu bệ chốt

Ph-ơng pháp này đ-ợc sử dụng khá rộng rãi Nh-ng nh-ợc điểm là công nghệ phức tạp và hợp kim invar đắt

c Chân piston: Th-ờng có vành đai để tăng c-ờng độ cứng vững cho piston

Là nơi để điều chỉnh trọng l-ợng của piston

Đối với một số động cơ diezel phần đuôi piston còn có các rãnh lắp xécmăng dầu

động cơ xăng

2 Điều kiện làm việc

Chốt piston chịu lực khí thể và lực quán tính lớn, thay đổi theo chu kỳ sinh va

đập

Nhiệt độ của chốt piston cao (> 373K), khó xoay trong bệ chốt nên bôi trơn kém, dễ bị mòn

3 Yêu cầu đối với chốt piston

Do chốt piston làm việc trong điều kiện nh- vậy nên yêu cầu phải có độ bền và cứng vững cao, bề mặt phải đảm bảo cứng, bóng để chống mài mòn, trong ruột phải

đủ dẻo để tránh gẫy và chống mỏi Chốt phải có khối l-ợng nhỏ để giảm lực quán tính

Chốt piston có kết cấu đơn giản là một ống thép, mặt ngoài là hình trụ trơn,

đ-ợc tôi cứng và mài bóng; mặt trong có thể là hình trụ thẳng, trụ bậc hoặc côn

- Các ph-ơng pháp lắp ghép chốt piston với thanh truyền

Bao kín buồng cháy phải dùng xecmăng

Secmăng khí: Bao kín buồng cháy, không cho khí cháy lọt xuống cacte

Secmăng dầu: Không cho dầu nhờn sục lên buồng cháy

2 Điều kiện làm việc

- Chịu nhiệt độ cao: Do tiếp xúc với khí cháy, do piston truyền nhiệt cho xilanh qua secmăng và do ma sát giữa secmăng với thành xilanh

Hình 2.7 Một số dạng chốt piston

Nhiệt độ secmăng khí thứ nhất: 623  6730K

- Có sức bền và đàn hồi cao, ổn định ở nhiệt độ cao

- Có khả năng rà khít với mặt xilanh nhanh chóng

* Vật liệu th-ờng dùng:

Ngày nay secmăng khí dùng gang xám hợp kim

Gang có tổ chức perlit nhỏ mịn, trên nền perlit cơ bản đó phân bố đều các hạt graphít Trong gang pha thêm một số nguyên tố hợp kim nh- niken, vonphram, crôm, phốt pho, titan, để cải thiện cơ, lý tính của gang

4 Kết cấu của secmăng

- Secmăng khí: đơn giản chỉ là vòng kim loại hở miệng, kết cấu của secmăng chỉ khác nhau ở kích th-ớc và tiết diện ngang

Một số tiết diện của séc măng

Hình2.8 Một số dạng thiết diện séc măng

Miệng của secmăng có nhiều dạng:

- Miệng cắt thẳng: thông dụng, đơn giản nh-ng lọt khí nhiều

- Miệng cắt chéo: ít lọt khí đ-ợc dùng cho các động cơ tốc độ thấp

- Miệng cắt bậc: bao kín tốt, khó cắt, dùng cho động cơ tốc độ thấp

- Miệng secmăng động cơ hai kỳ có rãnh cố định không cho secmăng xoay, tránh gẫy

Khe hở miệng secmăng ở một số động cơ:

2- chốt định vị; 3- séc măng

Secmăng dầu gồm các loại:

- Secmăng đơn: secmăng là một chi tiết Dùng cho đa số các loại động cơ Các loại secmăng có thiết diện khác nhau nh-ng đều nhằm mục đích tăng áp suất tiếp xúc trên thành xilanh

- Secmăng tổ hợp: gồm một số vòng thép ghép lại với nhau thành secmăng Loại này dùng cho một số loại động cơ xăng GAZ, ZIL,

- Biến chuyển động tịnh tiến của piston trong quá trình sinh công thành chuyển

động quay tròn của trục khuỷu, để ta có thể đ-a công ra ngoài và biến chuyển động quay tròn của trục khuỷu trong các quá trình không sinh công thành chuyển động tịnh tiến lên xuống của piston trong các quá trình không sinh công để thực hiện các quá trình công tác của động cơ

2.3.1 Thanh truyền

1 Điều kiện làm việc

- Khi động cơ làm việc thanh truyền chịu tác dụng của các lực sau:

+ Lực khí thể trong xilanh

+ Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston

+ Lực quán tính của chính thanh truyền

Đầu nhỏ thanh truyền chịu lực quán tính của nhóm piston, đầu to chịu lực quán tính của cả nhóm piston và thanh truyền, thân thanh truyền chịu nén và chịu uốn trong mặt phẳng lắc

Hình 2.10 Hoạt động bơm dầu của séc

măng khí 1- piston; 2- xilanh; 3- séc măng

Các lực tác dụng lên thanh truyền luôn thay đổi cả về chiều và c-ờng độ theo chu kỳ gây va đập và làm thanh truyền bị mỏi

- Ma sát giữa đầu nhỏ thanh truyền với chốt piston và đầu to thanh truyền với trục khuỷu làm cho thanh truyền bị mài mòn

- Nhiệt tác dụng lên thanh truyền không đáng kể

- Sự ăn mòn thanh truyền không đáng kể do thanh truyền đ-ợc bảo vệ trong hơi dầu bôi trơn

2 Yêu cầu đối với thanh truyền

- Phải có độ bền và cứng vững cao để tránh biến dạng khi làm việc

- Phải đảm bảo nhẹ để giảm lực quán tính

- Đầu nhỏ và đầu to có khả năng chịu mài mòn với chốt piston và trục khuỷu

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

3 Vật liệu chế tạo

Các loại động cơ tốc độ thấp có thể dùng thép các bon kết cấu: 30, 40, 45, Các loại động cơ ô tô, máy kéo chế tạo bằng thép hợp kim 45Г2, 40XH, 30XH3A, 18XH3A,

4 Cấu tạo thanh truyền

Ta có thể chia thanh truyền thành 3 phần:

a Đầu nhỏ: lắp ghép với chốt piston, kết cấu phụ thuộc kích th-ớc chốt piston

- Khi chốt lắp tự do, đầu nhỏ có hình trụ rỗng, có thể có dạng cong đều hay ô van để tăng độ cứng

Để đầu nhỏ không bị mài mòn, trong lỗ đầu nhỏ có lắp bạc đồng để giảm ma sát với chốt piston

Để bôi trơn cho bạc, trên đầu nhỏ có khoan các lỗ hay phay các rãnh hứng dầu

- Khi chốt lắp cố định trên đầu nhỏ thanh truyền, kết cấu đầu nhỏ phụ thuộc ph-ơng pháp cố định chốt Loại này giờ gần nh- không dùng

Đối với động cơ hai kỳ tốc độ cao và khó bôi trơn th-ờng dùng ổ bi đũa Khi đó

lỗ trong đầu nhỏ thanh truyền phải chế tạo chính xác và có độ cứng, độ bóng cao để tránh mài mòn

- Trong một số loại động cơ lớn, ng-ời ta không dùng chốt piston mà đầu nhỏ làm dạng chỏm cầu

R - bán kính quay của trục khuỷu

L - chiều dài thanh truyền

Hình 2.12 Một số dạng đầu nhỏ thanh truyền và cách lắp ghép chốt piston

Hình 2.13 Đầu nhỏ thanh truyền lắp ổ bi đũa và dạng chỏm cầu

Thiết diện ngang thanh truyền có nhiều dạng:

- Dạng tròn: dùng cho động cơ tĩnh, tốc độ thấp Loại này dễ chế tạo nh-ng sử

dụng vật liệu không hợp lý

- Loại tiết diện chữ I đ-ợc sử dụng trong đa số động cơ hiện nay

Chiều cao h đều từ trên xuống d-ới

Chiều rộng b tăng dần từ đầu nhỏ đến đầu to

- Loại tiết diện hình chữ nhật, ô van th-ơng dùng cho các loại động cơ nhỏ

Để bôi trơn cho bạc đầu nhỏ, ở một số loại động cơ ng-ời ta khoan lỗ dọc thân thanh truyền

c Đầu to thanh truyền

Kích th-ớc đầu to phụ thuộc kích th-ớc cổ trục thanh truyền (cổ tay biên) và phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có độ cứng vững cao

- Kích th-ớc nhỏ để giảm quán tính

- Chỗ chuyển tiếp giữa thân và đầu to phải có góc l-ợn đủ lớn để tránh ứng suất tập trung

- Dễ lắp ghép cụm piston – thanh truyền với trục khuỷu

Hầu hết đầu to thanh truyền của động cơ ô tô, máy kéo đ-ợc cắt thành 2 nửa, nửa trên liền với thân, còn nửa d-ới làm rời gọi là nắp thanh truyền Nắp đ-ợc lắp với thanh truyền bằng bu lông hay gujông

Nắp thanh truyền có thể cắt ngang hay cắt chéo Khi nắp cắt chéo, giữa nắp và thân phải có chốt định hay xẻ rãnh răng c-a hoặc gờ để bu lông không bị cắt

Hình 2.14 Một số dạng thiết diện thân thanh truyền

Để giảm kích th-ớc đầu to thanh truyền (khoảng cách giữa hai lỗ bulông thanh truyền), ng-ời ta sử dụng một số biện pháp:

- Tăng số bulông mỗi bên để giảm đ-ờng kính từng bulông

- Cắt chéo mặt lắp ghép giữa nắp và thanh truyền

- Dịch tâm các lỗ bulông lại gần nhau, có tr-ờng hợp khoan lẹm vào bạc để có thêm tác dụng phụ là định vị bạc

- Dùng chốt côn để lắp ghép hai nửa đầu to thanh truyền Tr-ờng hợp này khó gia công, khó lắp ráp, điều chỉnh và cạo rà bạc lót

Giữa đầu to thanh truyền và cổ trục khuỷu, ở động cơ có lắp bạc lót để giảm ma sát

Đối với các loại động cơ nhỏ, động cơ xe máy do dùng trục khuỷu ghép, đầu to thanh truyền làm liền thành một khối, liền với thân thanh truyền, nên có thể bố trí ổ lăn để giảm ma sát, nh-ng nó làm tăng khối l-ợng đầu to thanh truyền và lắp ráp khó khăn

2.3.2 Bạc lót

1 Nhiệm vụ

Trong đa số động cơ, giữa trục khuỷu với ổ trục, giữa trục khuỷu với đầu to thanh truyền dùng bạc lót để giảm ma sát Bạc lót cũng đ-ợc cắt làm hai nửa theo cách lắp ghép của

đầu to thanh truyền

2 Điều kiện làm việc

- Chịu lực lớn và thay đổi gây va đập

Hình 2.15 Một số dạng đầu to thanh truyền

- Chịu mài mòn với cổ trục

- Khi thiếu dầu bôi trơn sẽ chịu nhiệt lớn do ma sát

3 Yêu cầu

Để dảm bảo cho động cơ làm việc lâu dài, bạc lót phải đảm bảo những yêu cầu sau:

- Có khả năng chống mòn tốt

- Có độ cứng thích hợp và độ dẻo cần thiết

- Nhanh chóng rà khít với bề mặt cổ trục

- Độ bền giảm ít ở nhiệt độ cao

- Dẫn nhiệt tốt và ít giãn nở

- Giữ đ-ợc dầu bôi trơn

- Đơn giản và dễ chế tạo

4 Vật liệu chế tạo

- Vật liệu chịu mài mòn:

+ Hợp kim babit:

Babít nền thiếc th-ờng dùng là Б83; Б89; ASTM N0 1, 2, 3; WJI; WT2; WM 80

Những loại này dẻo, dễ đúc, chống mòn tốt nh-ng đắt, áp suất bề mặt cho phép thấp

(180Kg/cm2), độ cứng giảm nhiều ở nhiệt độ cao, độ bền mỏi thấp Những loại này dùng chủ yếu cho động cơ xăng

Babit nền chì: БН, БТ,

Babit nhôm – chì: ACM ACC -6-5

Hợp kim đồng – chì БрС30, KJI, Loại này có độ bền cơ học cao, chịu đ-ợc nhiệt độ cao, áp suất bề mặt lớn, dẫn nhiệt tốt nh-ng khó đúc Loại này dùng nhiều cho động cơ diezel tốc độ thấp

Các n-ớc Anh, Mỹ dùng nhiều hợp kim nhôm – chì - ăngtimon

Hợp kim nhôm - đồng - thiếc SAE770, A750, PPAC – 7, PPAC-9, KS980, KS981,

- Vật liệu gộp bạc: th-ờng dùng thép các bon thấp

5 Kết cấu của bạc lót

Trong các loại động cơ có thể sử dụng nhiều loại bạc lót:

- Tráng hợp kim chịu mài mòn trực tiếp lên thanh truyền

Loại này lắp ghép đơn giản, dẫn nhiệt tốt, giảm đ-ợc kích th-ớc và trọng l-ợng đầu to thanh truyền Nh-ng có nh-ớc điểm là ủ thanh truyền để tráng khó khăn, ảnh h-ởng đến độ bền của thanh truyền, cần có đệm giữa hai nửa đề điều chỉnh khe hở giữa trục và thanh truyền

- Tráng hợp kim lên nền thép (gộp bạc) sau đó gia công thành bạc lót:

Tuỳ theo chiều dày của lớp hợp kim chịu mòn ta chia bạc thành 2 loại: dày và mỏng + Bạc dày có chiều dày gộp bạc 3  6 mm, lớp hợp kim chịu mòn 1,5  3 mm Loại này sử dụng chủ yếu cho động cơ tốc độ thấp, động cơ tĩnh, động cơ tàu thuỷ

+ Bạc mỏng có chiều dày gộp bạc 0,9  3 mm, chiều dày lớp hợp kim 0,4 0,7 mm Hiện dùng nhiều cho đa số các loại động cơ

Để bạc không xoay trong ổ làm mòn l-ng bạc và đầu to thanh truyền cũng nh- ổ

đỡ trục khuỷu, ng-ời ta dùng nhiều ph-ơng pháp định vị:

+ Dùng chốt định vị

+ Dùng l-ỡi gà định vị

+ Lắp chặt với ổ

Chiều dày bạc một số loại động cơ

2.3.3 Bu lông thanh truyền

1 Điều kiện làm việc

Trong quá trình làm việc, bu lông thanh truyền chịu tác dụng của các lực:

- Lực xiết ban đầu khi lắp ghép

- Các lực quán tính chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của nhóm piston - thanh truyền

Các lực gây cho bu lông ứng suất kéo và dễ bị mỏi

2 Vật liệu chế tạo

Hầu hết bulông thanh truyền đ-ợc chế tạo bằng thép hợp kim:

- Động cơ tĩnh, động cơ tàu thuỷ cao tốc: 37XH3A, 40XH,

- Động cơ ô tô - máy kéo: 40X, 40XH, 30XHMA, 25XHBA,

Để tăng sức bền mỏi của bu lông, ở những nơi thay đổi kích th-ớc có góc l-ợn

đủ lớn để tránh ứng xuất tập trung và có thể dùng đai ốc chịu kéo; tăng độ cứng vững của đầu to thanh truyền Hầu hết bu lông thanh truyền đ-ợc tôi cứng và mài bóng cả thân và phần ren

Hình 2.17 Kết cấu bulông thanh truyền và đai ốc chịu kéo

Nhiệm vụ của nó là nhận lực khí thể tác dụng lên piston qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của thanh truyền thành chuyển động quay của trục để đ-a công suất ra ngoài

2.4.2 Điều kiện làm việc

- Trong quá trình động cơ làm việc, trục khuỷu chịu lực tác dụng rất phức tạp:

+ Lực khí thể

+ Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston – thanh truyền

+ Lực quán tính chuyển động quay của đầu to thanh truyền và của chính trục khuỷu Những lực này có c-ờng độ thay đổi làm cho trục khuỷu bị va đập; gây cho trục khuỷu ứng suất kéo, nén, uốn, xoắn; gây ra dao động dọc và dao động xoắn làm động cơ rung động, mất cân bằng

- Ma sát trên bề mặt cổ trục lớn gây làm các cổ trục bị mài mòn

Khi thiếu dầu bôi trơn sẽ sinh nhiệt rất lớn làm hỏng bề mặt cổ trục

2.4.3 Yêu cầu đối với trục khuỷu

- Có độ bền lớn, độ cứng vững cao

- Cân bằng, không gây ra dao động cộng h-ởng trong phạm vi tốc độ sử dụng

- Gia công chính xác

- Bề mặt cổ trục có độ nhám thấp và độ cứng cao tránh mài mòn

- Kết cấu đảm bảo tính cân bằng của cả động cơ

- Đối với các loại động cơ tốc độ cao, động cơ c-ờng hoá, động cơ ô tô - máy kéo có thể dùng thép 30XMA, 40XH, 50XHMA, 25XH4BA,

2.4.5 Phân loại trục khuỷu

- Theo hình thức kết cấu ta có thể chia trục khuỷu thành:

+ Trục khuỷu nguyên: là trục mà các bộ phận cổ trục, má khuỷu, đối trọng, làm liền

với nhau thành một khối

+ Trục khuỷu ghép: các bộ phận của trục đ-ợc làm rời sau lắp ghép lại với nhau hoặc

trục khuỷu đ-ợc làm thành một số đoạn rồi ghép lại với nhau bằng các mặt bích

- Theo t-ơng quan giữa số cổ trục chính và cổ trục thanh truyền ta chia thành hai loại:

+ Loại đủ cổ trục: Số cổ trục Z = i + 1

i – số cổ trục thanh truyền

Loại này có độ cứng vững cao

+ Loại thiếu cổ trục : Số cổ trục 1

2.4.6 Kết cấu các phần của trục khuỷu

a Đầu trục khuỷu

Có cấu tạo dạng trục bậc, có rãnh then để lắp bánh răng hay puly dẫn động trục cam, puly bơm n-ớc, quạt gió, máy nén khí, đầu trục có ê cu răng sói để hãm puly và quay động cơ bằng tay quay (đối với động cơ nhỏ, trung bình) Trong những động cơ tăng áp, trên đầu trục còn có các cơ cấu phụ để dẫn động bơm tăng áp, bơm quét khí,

b Cổ trục khuỷu

Cổ trục khuỷu th-ờng có đ-ờng kính bằng nhau, đ-ợc tính toán theo sức bền và điều

kiện hình thành màng dầu bôi trơn, thời gian sử dụng, Có loại đ-ờng kính cổ trục tăng dần

từ đầu đến đuôi trục để đảm bảo khả năng chịu lực và sức bền cổ trục đồng đều hơn, nh-ng loại này phức tạp cho gia công, lắp ráp và nhất là cho sửa chữa nên ngày nay không dùng

Để giảm trọng l-ợng của trục và đảm bảo bôi trơn tốt cho cổ trục, ở một số loại động cơ ng-ời ta làm cổ trục rỗng, hai đầu đ-ợc bịt bằng các nút ren, có lỗ ngang để dẫn dầu bôi trơn cho bề mặt làm việc

c Chốt khuỷu (cổ trục thanh truyền)

Là phần để lắp ráp với đầu to thanh truyền Đ-ờng kính chốt khuỷu đ-ợc tính toán để

đảm bảo đủ bền nh-ng có kích th-ớc và trọng l-ợng nhỏ để giảm lực quán tính

Tăng chiều dài chốt khuỷu sẽ làm giảm độ cứng vững của trục, giảm chiều dài chốt sẽ làm tăng áp lực lên bề mặt chốt khuỷu

Hình 2.20 Chốt khuỷu rỗng và đ-ờng dầu bôi trơn

Hình 2.19 Đ-ờng dẫn dầu trong trục khuỷu rỗng

d Má khuỷu

Là bộ phận nối liền cổ trục với má khuỷu, ở chỗ tiếp giáp giữa má khuỷu với cổ trục và chốt khuỷu phải có góc l-ợn đủ lớn để tránh ứng suất tập trung gây gãy trục, nh-ng nếu góc l-ợn quá lớn sẽ làm chiều dài bề mặt làm việc của trục giảm

- Loại má hình ô van phân bố ứng suất đều nhất

Để giảm tải trọng do quán tính, giảm mài mòn piston, xilanh ng-ời ta có xu h-ớng

giảm tỷ số S/D và để tăng độ bền và cứng vững cho trục khuỷu ng-ời ta làm tăng đ-ờng kính

cổ trục chính DCT và đ-ờng kính cổ trục thanh truyền dch do đó cổ trục và chốt khuỷu có độ

trùng điệp:

R d

R – bán kính quay của trục khuỷu

Khi có độ trùng điệp , ta có thể giảm chiều dày má khuỷu do độ bền của trục tăng lên

Đối với một số loại động cơ, để đơn giản kết cấu, ta sử dụng ngay má khuỷu đồng thời làm đối trọng cho trục khuỷu

Hình 2.21 Các dạng má khuỷu

Đối với một số loại động cơ lớn, ng-ời ta dùng ngay cổ trục chính vừa làm má khuỷu, vừa làm đối trọng Khi đó cho phép sử dụng ổ lăn thay bạc Loại này kết cấu đơn giản, giảm

ma sát cho trục khi động cơ làm việc

e Đối trọng

Đối trọng của trục khuỷu có tác dụng:

- Cân bằng các lực và mô men quán tính không cân bằng của động cơ (chủ yếu là lực quán tính ly tâm; đôi khi còn để cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến trong động cơ chữ V)

- Giảm phụ tải cho cổ trục, nhất là cổ giữa của trục

- Trục khuỷu không phải là cứng vững tuyệt đối, thân động cơ cũng bị biến dạng nên cần có đối trọng để cân bằng làm động cơ ít rung động

Trong các loại động cơ th-ờng dùng các loại đối trọng:

- Đối trọng làm liền với má khuỷu th-ờng dùng cho các loại trục của động cơ xăng,

Đuôi trục khuỷu có hai loại: loại dùng mặt bích để lắp bánh đà và loại đuôi côn

Hình 2.22 Đối trọng và cách lắp đối trọng với má khuỷu

e