Nghiên cứu khả năng hợp lý hóa nguyên lý bôi trơn dầu nhờn động cơ яM3 238 lắp trên xe tải

Nghiên cứu khả năng hợp lý hóa nguyên lý bôi trơn dầu nhờn động cơ яM3 238 lắp trên xe tải Nghiên cứu khả năng hợp lý hóa nguyên lý bôi trơn dầu nhờn động cơ яM3 238 lắp trên xe tải Nghiên cứu khả năng hợp lý hóa nguyên lý bôi trơn dầu nhờn động cơ яM3 238 lắp trên xe tải luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

trơn dầu nhờn, động cơ яM3 238 lắp trên xe tải

LU ẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Hà Nội, 2010

TR ẦN VĂN ĐĂNG

trơn dầu nhờn, động cơ яM3 238 lắp trên xe tải

LU ẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

TS PH ẠM VĂN THẾ

α : - Hệ số liên quan đến sự phân vùng chịu tải của ổ trục và độ lệch tâm tương đối

Cdn: - Tỉ nhiệt của dầu nhờn (kcal/kgoC)

ρ: - Mật độ của dầu nhờn (kg/l)

Qdm - Nhiệt lượng do dầu đem đi khỏi ổ trục được xác định

Qtn - Lượng nhiệt do ổ trượt truyền cho môi chất xung quanh

Qms - Lượng nhiệt do ổ bạc phát ra

V - Lưu lượng dầu nhờn đi qua ổ trục

S- chiều dầy của phiến lọc (mm)

Fk - Diện tích tản nhiệt độ của két

Kd - Hệ số truyền nhiệt tổng quát giữa dầu nhờn và môi chất làm mát

td - Nhiệt độ trung bình của dầu nhờn

Tk – Nhiệt độ trung bình của môi chất làm mát

Qd: Là nhiệt lượng của động cơ truyền cho dầu

Tdtb – Nhiệt độ trung bình của dầu trong két

Kd – Hệ số truyền nhiệt tổng của két làm mát

Hình 1.1 Bôi trơn bằng phương pháp vung té Trang 15

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống bôi trơn phối hợp cưỡng bức Trang 20

Chương 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BÔI TRƠN TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Hình 2.3 Ý nghĩa của các ký hiệu trên thùng dầu Trang 26

Hình 2.5 Quy luật phân bố áp suất khí trên xi lanh Trang 29 Hình 2.6 Áp lực xéc măng tác dụng lên xi lanh Trang 30 Hình 2.7: Phương của lực ngang tác dụng lên xi lanh Trang 30

Hình 2.9 Dạng hao mòn hướng kính của xi lanh Trang 31 Hình 2.10 Đồ thị lực tác dụng lên chốt khuỷu Trang 32 Hình 2.11 Hao mòn trục khuỷu không có quy luật Trang 33

Hình 2.13 Kiểm tra lực bung của lực xéc măng Trang 35

Chương 3 - HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ ЯM3-238

Hình 3.2 Sơ đồ bôi trơn động cơ ЯM3-238 cải tiến phương án 1 Trang 41 Hình 3.3 Sơ đồ bôi trơn động cơ ЯM3-238 cải tiến phương án 2 Trang 43

Hình 3.8 Két làm mát dầu bằng nước mới Trang 53

MỤC LỤC

Danh mục các ký hiệu viết tắt

Danh mục các hình vẽ

LỜI MỞ ĐẦU 4

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 8

1.1 Tình hình sử dụng và phát triển của động cơ Diesel 8

1.1.1 Tình hình sử dụng và phát triển của động cơ Diesel trên thế giới 8

1.1.2 Tình hình sử dụng động cơ Diesel tại Việt Nam 9

1.2 Thông số kỹ thuật của động cơ ЯM3 238 12

1.2.1 Đặc điểm 12

1.2.2 Các thông số cơ bản của động cơ: 12

1.3 Hệ thống bôi trơn động cơ 13

1.3.1 Nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn 13

1.3.2 Phân loại hệ thống bôi trơn 15

Chương 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BÔI TRƠN TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ……….24

2.1 Lý thuyết chung về ma sát – mài mòn 24

2.1.1 Dầu bôi trơn và tính chất của dầu bôi trơn: 24

2.1.2 Quan niệm về ma sát học 29

2.1.3 Hao mòn một số chi tiết chính Error! Bookmark not defined. Chương 3 - HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ ЯM3-238 39

3.1 Sơ đồ nguyên lý động cơ 39

3.2 Đặc điểm 40

3.3 Nguyên lý làm việc 40

3.4 Nhận xét ưu khuyết điểm của hệ thống bôi trơn động cơ ЯM3-238 41

* Ưu điểm: 41

* Nhược điểm: 41

3.5 Phương án cải tiến hệ thống bôi trơn động cơ ЯM3 238 42

3.5.1 Căn cứ tính cấp việc cải tiến hệ thống bôi trơn động cơ ЯM3 238 42

3.5.2 Hướng cải tiến lý thuyết bôi trơn 42

* Sơ đồ hệ thống bôi trơn động cơ cải tiến theo phương án 1: 44

* Nguyên lý làm việc 44

* Phương án 2: 45

* Sơ đồ hình vẽ phương án cải tiến 2: 46

Sơ đồ hệ thống bôi trơn động cơ ЯM3 238 cải tiến 48

3.6 Các bộ phận chính trong hệ thống bôi trơn 49

3.6.1 Bơm dầu nhờn 49

3.6.2 Bầu lọc thấm 51

3.6.3 Bầu lọc li tâm 53

3.7.4 Két làm mát dầu nhờn 54

a Két làm mát dầu bằng không khí 55

b Két làm mát dầu bằng nước 56

3.6.5 Thông gió các te 57

Chương 4 - TÍNH TOÁN HỆ THỐNG BÔI TRƠNĐỘNG CƠ ЯM3-238 58

4.1 Tính toán ổ trượt 58

4.2.Tính toán trạng thái nhiệt ở chốt khuỷu: 60

4.3 Chọn khe hở ∆ = 0,12(mm) = 120(µm) 67

4.4 Điều kiện màng dầu chịu tải 72

4.5 Tính lượng dầu trong hệ thống: 74

4.6.Kiểm tra hệ thống bôi trơn(tính bơm dầu) 77

4 7.Tính toán bầu lọc thô 79

4 8 Tính toán bầu lọc li tâm: 80

4.9 Tính két làm mát dầu 81

* Tính két làm mát dầu bằng không khí 81

* Tính két làm mát dầu bằng nước 82

Chương 5 -KIỂM TRA BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG BÔI TRƠN 83

5.1 Các dạng hư hỏng ảnh hưởng, quy trình kiểm tra, sửa chữa, khắc phục hư hỏng

của hệ thống 84

5.1.1 Những hư hỏng chính của hệ thống bôi trơn 84

5.1.2 Kiểm tra hệ thống bôi trơn 85

5.1.3 Bảo dưỡng hệ thống bôi trơn động cơ ЯM3 238 86

5.2 Các dạng hư hỏng và ảnh hưởng, quy trình kiểm tra, sửa chữa khắc phục hư hỏng của bơm dầu 87

5.2.1 Hư hỏng, nguyên nhân, ảnh hưởng của bơm dầu 87

5.2.2 Sửa chữa, khắc phục bơm dầu 88

5.3 Bầu lọc thô 89

5.4 Két làm mát dầu 91

5.5 Thông gió các te 92

5.6 Kiểm nghiệm các thông số kỹ thuật sau khi sửa chữa 92

5.6.1 Bơm dầu 92

5.6.2 Mức dầu trong đông cơ 93

5.6.3 Độ kín của động cơ 93

5.6.4 Áp suất dầu nhờn trong mạch chính 93

5.6.5.Nhiệt độ dầu 93

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

LỜI MỞ ĐẦU

Song song với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế đất nước, ngành Động cơ đốt trong ngày càng khẳng định được vài trò và vị thế của mình góp phần thúc đẩy nền kình tế phát triển Do vậy ngành này có ảnh hưởng lớn đến quá trình công nghiệp hóa của nền kinh tế quốc dân nhưng cũng chính bởi lý do đó việc thúc đẩy ngành công nghiệp ô tô thành công là rất khó khăn Ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam là một ngành công nghiệp non trẻ, Chính phủ Việt Nam đã tạo điều kiện rất lớn cho việc phát triển ngành công nghiệp ô tô với mong muốn đưa ngành công nghiệp ô tô trở thành ngành mũi nhọn vào năm 2020 Tuy nhiên tính cho đến thời điểm hiện tại,công nghiệp ô tô Việt Nam chỉ mới dừng lại ở mức lắp ráp đơn thuần Việt Nam vẫn chưa sản xuất được linh kiện, phụ tùng nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất lắp ráp các loại ô tô trong nước Bên cạnh đó giá xe ô tô ở Việt Nam thuộc vào dạng đắt nhất trên thế giới mà tỷ lệ nội địa hóa lại không cao đây chính là một thiệt thòi lớn cho người tiêu dùng Việt Nam

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp thì ngành công nghiệp ôtô cũng góp phần vào công nghệ khai thác than, đáp ứng ngày càng cao của quá trình sản xuất than Với nhiều chủng loại hãng xe được dùng trong khai thác than như: Kamaz, Volvo, komatsu, Huyndai, Hitachi, Samsung… đã quen thuộc với công nhân khai thác và cán bộ quản lý ở vùng mỏ Với việc nhập xe như vậy thì việc chăm sóc bảo dưỡng, sửa chữa cũng gặp không ít những khó khăn như: thiếu thốn tài liệu kỹ thuật sửa chữa, thiết bị, phương tiện sửa chữa và đặc biệt là vật tư phụ tùng thay thế Điều đó đã dẫn đến thời gian xe nằm sửa chữa bảo dưỡng kéo dài, chất lượng sửa chữa chưa cao gây tổn thất không nhỏ về kinh tế

* Lý do chọn đề tài:

Trong quá trình xe hoạt động với điều kiện làm việc khắc nghiệt, xe từ khi nhập về hoặc lắp ráp tại Việt Nam, việc khai thác than lúc đầu vẫn đáp ứng được điều kiện làm việc của các phương tiện tham gia khai thác nhưng càng khai thác về

sau thì điều kiện khai thác ngày một khó khăn Xe chuyên chở than phải đi đường khuất gió, leo dốc ngày một nhiều Khi xe leo dốc, tải nặng tốc độ xe thì chậm nhưng mômen xe lớn dẫn đến sự làm mát động cơ đặc biệt làm mát dầu nhờn hoàn toàn dựa vào quát gió làm mát như vậy gió sẽ không đủ để làm mát động cơ và dẫn tới nhiệt độ tăng nhanh làm dầu mất độ nhớt và bị loãng, các chi tiết làm việc sẽ bị nóng gây ra sự mài mòn Khi xe đi đường khuất gió, nhiệt độ ngoài trời nóng dẫn tới nhiệt độ động cơ cũng tăng, các chi tiết làm việc kém sự bôi trơn do độ nhớt giảm gây ra nhiều khe hở do bị mòn làm tăng thời gian bảo dưỡng xe Chính vì vậy chi phí bảo dưỡng hàng năm là rất lớn mà hiệu quả bảo dưỡng lại không cao, làm ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ động cơ

Xuất phát từ những nhược điểm trên của ngành khai thác than tác giả đã

chọn đề tài:"Nghiên cứu khả năng hợp lý hoá nguyên lý bôi trơn dầu nhờn của

động cơ ЯM3 238 lắp trên xe tải" Làm nội dung luận văn của mình

Mục đích nghiên cứu: Dựa vào kết quả phân tích và kết quả tính toán hệ

của hệ thống bôi trơn theo hai phương pháp làm mát dầu bôi trơn bằng quạt gió và bằng nước từ đó rút ra kết luận làm mát bằng nước giúp tăng tính hiệu quả bôi trơn, tăng tuổi thọ động cơ, giảm chi phí sử dụng

Đối tượng nghiên cứu: Áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết phân

tích và tính toán hệ thống bôi trơn động cơ ЯM3 238 lắp trên xe tải

Phương pháp nghiên cứu: Từ lý thuyết chung về hệ thống bôi trơn động cơ

ôtô cùng với lý thuyết về ma sát – sự mài mòn, độ bền và tuổi thọ Tác giả đã sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết tính toán so sánh hiệu quả bôi trơn của động cơ với hai quá trình làm mát bằng khí và làm mát dầu bằng nước Với phương pháp này em đã đưa ra được sự làm mát dầu bôi trơn bằng nước hiệu quả hơn làm mát dầu bằng không khí

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Kết quả nghiên cứu cùng với lý thuyết sẵn

có của hệ thống bôi trơn góp phần cải tiến hệ thống bôi trơn động cơ ЯM3 238 lắp trên xe tải đang sử dụng làm mát dầu bằng không khí và nay có thể chuyển sang

làm mát dầu bôi trơn bằng nước giúp cho động cơ tăng tuổi thọ và giảm chi phí bảo dưỡng, tăng hiệu quả kinh tế

Để đạt được các mục đích nêu trên, luận văn đã được thực hiện qua các phần chính sau:

3 – Hệ thống bôi trơn động cơ – phương pháp bôi trơn động cơ ЯM3 238

Đề xuất hướng cải tiến: Dùng nước thay thế quạt gió để làm mát dầu và dầu sau khi được làm mát đi bôi trơn ngay chứ không hồi về các te như nguyên lý cũ

4 – Tính toán và kiểm nghiệm hệ thống bôi trơn động cơ ЯM3 238

Tiến hành tính toán so sánh 2 phương án làm mát bằng quạt gió và bằng nước Kết quả cho thấy nhờ tỷ nhiệt của nước lớn hơn của không khí nên hiệu quả làm mát của nước tốt hơn( giảm nhiệt độ của dầu khoảng 60c) sẽ khắc phục khi xe

chạy quá tải hay khi xe leo dốc

5 Kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống bôi trơn động cơ ЯM3 238

Trình bày quy trình bảo dưỡng và sửa chữa các thiết bị của hệ thống bôi trơn

Cuối cùng kết luận và hướng phát triển của luận văn

Luận văn được thực hiện tại viện Cơ khí Động lực – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trong thời gian thực hiện đề tài, tôi đã được sự chỉ bảo, giúp đỡ của toàn thể giáo viện trong bộ môn, đặc biệt là thầy PGS.TS Phạm Văn Thể trực tiếp hướng dẫn và truyền cho tôi những kinh nghiệm thực tế, cùng với kiến thức đi thực

tế tại công ty lắp máy KTP Cảm phả vô cùng quý báu để tôi hoàn thành luận văn

của mình, Kết quả có được ở đây tuy còn khiêm tốn nhưng phần nào đã khẳng định được sự cố gắng của bản thân, kính mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô cùng các bạn đồng nghiệp để để trong thời gian tới tôi có cơ hội giải quyết những vấn đề còn tồn tại này

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Phạm Văn Thể, cùng các thầy trong bộ môn Động cơ, công ty cổ phần lắp máy công nghiệp TKV Cẩm phả đã giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi hoàn thành luận văn này

C hương 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Động cơ diesel là phát minh của Rudolf Diesel, người đã tốt nghiệp Đại học

Kỹ thuật ở Munich, Đức, với số điểm cao nhất trong lịch sử của trường Ông đã được cấp bằng sáng chế cho động cơ diesel đầu tiên vào năm 1892 Từ đó đến nay công nghệ động cơ diesel không ngừng được cải tiến và đã có những bước phát triển vượt bậc Động cơ diesel có rất nhiều ưu điểm vượt trội như khả năng tiết kiệm nhiên liệu của chúng Đặc biệt khi giá xăng trên thế giới trở nên quá đắt đỏ, thì nhu cầu sử dụng xe có động cơ chạy bằng dầu diesel ngày một tăng cao Nhiều hãng sản xuất đã coi đây là thị trường tiềm năng và đang phát triển mạnh các loại xe động

cơ diesel để đáp ứng nhu cầu

Theo số liệu của các nhà sản xuất, thì châu Âu là thị trường thực dụng nhất

và đi tiên phong trong lĩnh vực sử dụng động cơ diesel Tại châu Âu hiện nay lượng

xe sử dụng máy dầu đang chiếm 50% thị trường Tại một vài nước như Pháp, Đức,

Áo, Thụy sỹ, động cơ Diesel chiếm thị phần cao hơn động cơ xăng Nhu cầu giảm tiêu thụ nhiên liệu cũng giúp tăng lượng xe động cơ Diesel tại Hoa Kỳ và châu Á trong thời gian qua Ngay Nhật Bản, với tỷ lệ xe chạy dầu hiện mới chiếm khoảng 3% đến 5% số xe lưu hành, cũng đang trở thành thị trường mục tiêu cho những nhà sản xuất xe động cơ Diesel

Những năm gần đây, với việc áp dụng hàng loạt công nghệ hiện đại như “đa van, phun nhiên liệu trực tiếp và kiểm soát cháy nổ ”, động cơ Diesel có những bước phát triển mạnh mẽ và trở thành một đối trọng đáng kể với động cơ xăng truyền thống Đến nay, động cơ diesel cũng đã được áp dụng các tiêu chuẩn như Euro1, Euro2, Euro3 và Euro4 Bên cạnh đó với kết quả nỗ lực của các nhà công nghiệp dầu mỏ, hàm lượng lưu huỳnh (một hoá chất độc hại gây nguy hại lớn cho

môi trường) có trong nhiên liệu Diesel đã được giảm từ 500ppm(phần triệu) xuống

50 ppm vào cuối năm 2004 tại một số quốc gia Hiện nay tại Nhật Bản nhiên liệu Diesel có hàm lượng lưu huỳnh dưới 50ppm đã được cung cấp rộng rãi trên toàn quốc Với lý do đó, việc áp dụng bộ xúc tác ô xy hoá cao và bộ lọc bụi Diesel với khả năng phục hồi liên tục đã trở thành hiện thực

Hơn nữa, vào năm 2007, nhiên liệu Diesel với hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn 10ppm sẽ được cung cấp Do vậy, có thể áp dụng công nghệ xúc tác “bẫy” NOxnhư NSR (NOx Storage Reduction - Bộ xử lý NOx) và DPNR (Diesel Particulates and NOx Reduction - Bộ giảm lượng NOx và Bụi cho động cơ Diesel) Điều này sẽ làm cho động cơ diesel trở nên cực kỳ sạch và thân thiện với môi trường, giúp việc

sử dụng nó ngày càng thông dụng hơn

Theo tính toán, xe dùng động cơ Diesel tiết kiệm nhiên liệu trung bình từ 25% đến 40% so với động cơ xăng Dầu Diesel được trộn với không khí và nén với

áp suất lớn khi phun vào buồng đốt, làm tăng hiệu suất của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu do tỷ lệ trộn là tối ưu Động cơ thế hệ mới còn sử dụng hệ thống turbo tăng áp giúp hoàn thiện quá trình phun nhiên liệu, làm tăng 30% công suất động cơ và giảm mức tiêu hao nhiên liệu

Ngoài ra, động cơ Diesel tạo mômen xoắn lớn, giúp xe có sức kéo mạnh hơn, khả năng leo dốc và vượt địa hình phức tạp cao Độ bền của động cơ Diesel được tăng cường nhờ áp dụng công nghệ mới Những lợi thế trên khiến các xe trang bị động cơ Diesel càng ngày càng thu hút được sự quan tâm của người sử dụng trên toàn thế giới

1.1.2 Tình hình sử dụng động cơ Diesel tại Việt Nam

Trong những năm qua xu hướng sử dụng động cơ Diesel ở Việt Nam cũng đang gia tăng mạnh kể cả về số lượng lẫn chủng loại Theo VAMA (Hiệp hội các nhà sản xuất ôtô ở Việt Nam), xe động cơ Diesel hiện chiếm 24.75% thị trường ôtô

mới tại Việt Nam (khoảng gần 44.000 chiếc), tăng đáng kể so với năm 2001, khi tỷ

lệ này là dưới 10% Hiện Ford là nhà sản xuất đi tiên phong trong sản xuất và tiêu thụ ôtô gắn động cơ Diesel tại Viêt Nam Năm 2005, riêng xe chạy dầu đã chiếm 90% lượng xe bán ra của dòng Ford Transit, 75% với Ford Everest Hiện nay xe động cơ dầu của các liên doanh ôtô cũng đang bán khá chạy Trong 2 tháng đầu năm 2006, Ford Việt Nam đã bán được 236 xe Everest, 113 xe Transits và 65 xe Ranger máy dầu Toyota Việt Nam đã bán được 50 xe Hiace máy dầu; Mercedez Việt Nam bán được 15 xe ôtô chạy dầu Sprinter, Isuzu Việt Nam bán được 30 xe đa dụng (MPV) Hi-Lander Số xe máy dầu (chỉ tính các loại xe chở khách từ 16 chỗ trở xuống, xe pick up, xe MPV, không kể xe tải) của 11 liên doanh ôtô trong 2 tháng đầu năm 2006 bán ra là 480 xe trong tổng số 1.892 xe loại này Đây chính là minh chứng cho xu thế chuyển sang sử dụng xe động cơ Diesel tại Việt Nam

Tại Việt Nam xe động cơ chạy bằng dầu cực kỳ phát huy hiệu quả khi được

sử dụng trong kinh doanh, nông nghiệp, xây dựng và khai thác than

Theo số liệu thống kê tại phòng Cơ điện thuộc Tổng công ty Than Việt Nam

là đơn vị khai thác và vận chuyển than thuộc địa bàn tỉnh Quảng Ninh, tính đến nay

có 2322 xe ôtô và đầu kéo các loại tất cả đều là động cơ Diesel:

- Xe EAA3 (575 chiếc): 450 chiếc 30 tấn, 20 chiếc 55 tấn, 105 chiếc 42 tấn

- Xe CATERPILLAR (95 chiếc): 65 chiếc 58 tấn, 30 chiếc 36 tấn

- Xe KOMATSU (107 chiếc): 15 chiếc 45 tấn, 92 chiếc 32 tấn

- Xe trung xa (1473 chiếc) trọng tải từ 10 đến 21 tấn

- Xe khung mềm (40 chiếc) trọng tải từ 32 đến 45 tấn

- Đầu kéo đường sắt 1 chiếc (400 đến 1200) HP

Do đặc thù công việc nặng nhọc nên các loại động cơ ôtô máy kéo vùng mỏ Quảng Ninh chủ yếu dùng động cơ Diesel Sở dĩ như vậy là vì động cơ Diesel có công suất cao, tải trọng lớn đáp ứng được nhu cầu vận chuyển khai thác mỏ mà nó còn mang lại hiệu quả kinh tế về việc sử dụng dầu Diesel rẻ hơn xăng và hệ số an toàn cũng cao hơn Do vậy động cơ Diesel được dùng khá phổ biến không chỉ ở khu vực Quảng Ninh mà trên toàn quốc nó đóng góp một phần không nhỏ trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước

Trong số các đầu máy Diesel thì động cơ ЯM3 238 chiếm thị phần đáng kể trong khai thác than đá ở Quảng Ninh nói riêng và các vùng khác trong cả nước nói chung

Song song với sự phát triển của nền kinh tế nước nhà Sự phát triển của các ngành khai thác khoáng đặc biệt là khai thác than cung rất phát triển, ngày càng có nhiều mỏ than được khai thác Điều kiện khai thác ngày một khó khăn cho các phương tiện vận chuyển đặc biệt là ôtô, trong khi sử dụng xe để khai thác thì các chủ xe cũng rất lưu tâm tới tuổi thọ của xe Tiến sỹ Nguyễn Tuấn Minh với đề tài chẩn đoán các hạt mài mòn đã nêu ra được tầm quan trọng của dầu bôi trơn và sự ảnh hưởng của dầu đến tuổi thọ động cơ Trong luận án của tiến sỹ đã đưa ra được các phương án chẩn đoán các hạt mài mòn có trong dầu Với điều kiện làm việc của

xe sử dụng trong khai thác than các mỏ khai thác ngày một sâu và cạn, điều đó làm cho xe ngày một phải leo dốc và tải nặng Sự khai thác này làm cho xe chở than phải đi trên đường bụi vào khi thời tiết hanh khô, lầy bùn khi vào thời tiết mưa gió, leo dốc khi xe vận chuyển từ mỏ ra ngoài bãi, khi xe đi trên đường bụi thì két làm mát sẽ bị bụi bám vào làm giảm và tắc khả năng làm mát của két Khi xe vận chuyển từ mỏ ra sẽ chở nặng dẫn đến xe không đi được nhanh số vòng quay thấp làm cho hệ thống làm mát kém, dầu cũng tăng nhiệt độ làm cho độ nhớt bị giảm dẫn đến các chi tiết chuyển động giảm sự bôi trơn và nhanh phải bảo dưỡng Xe chở nặng và leo dốc càng làm cho tốc động cơ thấp và mômen lớn, quát làm mát phải làm mát cả hai hệ thống làm mát và hệ thống bôi trơn từ đó sẽ làm cho chất lượng

làm mát giảm và nhiệt độ động cơ tăng, các chi tiết làm việc nhanh mòn tăng tần số bảo dưỡng xe dẫn đến tăng về chi phí thiệt hại về kinh tế

Nhược điểm của động cơ dùng quạt gió làm mát đã phân tích trên cho ta thấy sự làm mát của hệ thống bôi trơn dùng quạt làm mát cần có sự thay đổi Làm mát hệ thống bôi trơn bằng nước gần như khắc phục được các nhược điểm của làm mát bằng quạt gió Vì vậy khả năng hoán cải từ làm mát bằng quạt gió sang làm mát bằng nước có tính khả thi

1.2 Thông số kỹ thuật của động cơ ЯM3 238

1.2.1 Đặc điểm

Động cơ ЯM3 238 là động cơ đốt trong có công suất lớn, do Nga chế tạo Động cơ ЯM3 238 là động cơ 8 xylanh, 4 kỳ, các xylanh được bố trí theo hai hang chữ V với góc nghiêng 900 Động cơ được lắp đặt chủ yếu trên các loại xe:

- Kpaz 255 trang bị chủ yếu trong quân đội và khai thác mỏ

- Máy Cạp trang bị trong xây dựng như: san nền, thuỷ lợi

- Máy sơ mi rơmooc dùng làm đầu kéo

Hiện nay công ty Cơ khí Cẩm Phả nhập một dây chuyền lắp ráp xe ôtô Kpaz

255 của Ucraina

1.2.2 Các thông số cơ bản của động cơ:

- Công suất động cơ: Ne = 240(ml)= 176,52 (kw)

- Số xylanh i= 8

- Vị trí xylanh được bố trí hai hang hình chữ V nghiêng 900

- Hành trình piston: S= 140 (mm)

- Đường kính xylanh: D= 150 (mm)

- Số vòng quay của trục khuỷu: n= 2100 (vòng/phút)

- Dung tích công tác: Vh= 14,86 (lit)

- Tỷ số nén: ε= 16,5

- Thứ tự làm việc của các xylanh: 1-5-4-2-6-3-7-8

- Suất tiêu hao nhiên liệu: ge= 175 (175g/ml.h).= 237,93 (g/kw.h)

- Góc phun sớm: φi= 200

- Góc mở sớm của xupáp nạp: α= 200

- Góc đóng muộn của xupáp nạp: α= 560

- Góc mở sớm của xupáp xả: α= 560

- Góc đóng muộn của xupáp xả: α= 200

- Chiều dài thanh truyền: Ltt= 265 (mm)

- Khối lượng nhóm thanh truyền: mtt = 4,355 (kg)

- Khối lượng nhóm piston: mtt = 3,524 (kg)

- Kiểu động cơ không tăng áp

- Buồng cháy kiểu thống nhất

1.3 Hệ thống bôi trơn động cơ

Trong quá trình động cơ làm việc, ở các bề mặt ma sát chi tiết có sự chuyển động tương đối nên sinh ra ma sát, gây cản trở sự chuyển động của chúng, đồng thời tại các bề mặt làm việc đó nhiệt độ sẽ tăng lên, các chi tiết máy bị mài mòn, giãn nở và dẫn đến bó kẹt, Công suất và tuổi thọ của động cơ giảm Do vậy yêu cầu trên động cơ đốt trong phải có hệ thống bôi trơn để khắc phục các tình trạng trên

1.3.1 Nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt ma sát để làm giảm tổn thất công do ma sát gây ra, đồng thời làm sạch bề mặt ma sát Ngoài

ra hệ thống bôi trơn còn có nhiệm vụ làm mát, bao kín chống ôxi hoá

Hệ thống bôi trơn của các loại động cơ đốt trong đều dùng dầu nhờn để giảm

ma sát của cổ trục, đưa nhiệt lượng do ma sát sinh ra ra khỏi ổ trục, do đó làm giảm

lượng mài mòn của các ổ trục Ngoài ra dầu nhờn còn bảo vệ các bề mặt của các chi tiết trong động cơ không bị ôxi hóa bề mặt

Dầu nhờn dùng trong hệ thống bôi trơn có rất nhiều loại Lựa chọn sử dụng loại dầu nào tùy thuộc vào mức độ phụ tải của ổ trục, tính năng tăng tốc và mức độ cường hóa của động cơ Nhưng nói chung, dầu nhờn trong động cơ đốt trong có các công dụng cơ bản sau:

* Bôi trơn bề mặt ma sát làm giảm tổn thất công do ma sát: Trong trường hợp này dầu nhờn đóng vai trò chất liệu trung gian đệm vào giữa các bề mặt ma sát có chuyển động tương đối với nhau, khiến cho các mặt ma sát không trực tiếp tiếp xúc với nhau Chính căn cứ vào tính chất này mà người ta phân loại ma sát trượt của ổ trục thành bốn loại sau:

+ Ma sát khô: Xẩy ra khi giữa hai bề mặt ma sát hoàn toàn không có dầu nhờn, các mặt ma sát trực tiếp với nhau

+ Ma sát ướt: Xẩy ra khi giữa hai bề mặt ma sát có một lớp dầu bôi trơn khiến trong quá trình chuyển động các mặt ma sát hoàn toàn không tiếp xúc trực tiếp với nhau

+ Ma mát nửa khô hoặc nửa ướt: Xảy ra khi màng dầu nhờn ngăn cách bề mặt ma sát bị phá hoại Mặt ma sát tiếp xúc cục bộ ở những vùng màng dầu nhờn bị phá hoại

+ Ma sát tới hạn: Là trạng thái trung gian giữa ma sát khô và ma sát ướt Khi xẩy ra ma sát tới hạn, trên mặt ma sát tồn tại một màng dầu rất mỏng, màng dầu này chịu tác dụng của lực phân tử của bề mặt kim loại lên bám chặt trên bề mặt kim loại

và mất khả năng lưu động Vì vậy trong trường hợp này, lực ma sát quyết định bởi quá trình sản sinh do kết quả của lực tương tác giữa bề mặt ma sát và màng dầu nhờn

Vì vậy, trong quá trình làm việc thực tế, ma sát của ổ trục thường có thể tồn tại ba loại ma sát: Ma sát ướt, ma sát nửa khô hoặc nửa ướt và ma sát tới hạn

* Làm mát ổ trục: Trong quá trình làm việc, công do việc tổn thất ma sát chuyển biến thành nhiệt năng làm nhiệt độ của bề mặt chi tiết tăng cao Ví dụ: Piston – xylanh, trục khuỷu - bạc lót … Nếu không có dầu bôi trơn thì các bề mặt ma sát sẽ quá nóng gây ra sự giãn nở, bó kẹt, và nhanh chóng mài mòn, hỏng các chi tiết Vì vậy dầu trong trường hợp này đóng vai trò chất lỏng làm mát ổ trục, tải nhiện lượng

do ma sát sinh ra khỏi trục, đảm bảo nhiệt độ làm việc bình thường của bề mặt ma sát

* Tẩy rửa bề mặt ma sát:Trong quá trình ma sát cọ sát vào nhau gây nên mài mòn, mạt kim loại đi ra bám trên bề mặt ma sát dầu nhờn chảy qua các bề mặt ma sát sẽ cuốn theo các tạp chất Đảm bảo các bề mặt ma sát luôn sạch sẽ, tránh được mài mòn do tạp chất cơ học

* Bao kín khe hở các bề mặt ma sát như giữa piston và xilanh, giữa xécmăng với piston, làm cho khả năng lọt khí qua các khe hở này giảm đi

* Chống ôxi hoá (kết rỉ):

Khi các chi tiết có bề mặt để khô sẽ dễ bị ôxi hoá, vì vậy nhờ những tạp chất phụ gia trong dầu bôi trơn mà các bề mặt ma sát sẽ không bị ôxi hoá

* Rút ngắn quá trình chạy rà động cơ:

Khi chạy rà động cơ, phải dùng dầu bôi trơn có độ nhớt nhỏ, ngoài ra dầu bôi trơn còn được pha thêm một số chất phụ gia đặc biệt làm mềm tổ chức phân tử ở bề mặt ma sát Do đó các chi tiết nhanh chóng rà khít với nhau rút ngắn thời gian và chi phí chạy rà động cơ

1.3.2 Phân loại hệ thống bôi trơn

Để cung cấp dầu nhơn liên tục đến các mặt ma sát của các chi tiết máy chuyển động của động cơ đốt trong ta có thể chọn những phương án bôi trơn sau:

Là phương án thường dùng trong các động cơ cỡ nhỏ, công suất vài mã lực hoặc động cơ một xilanh kiểu nằm ngang, tốc độ thấp

Dầu bôi trơn chứa trong cácte nằm ngay dưới trục khuỷu ở một khoảng cách thích hợp đủ để các thìa múc dầu gắn trên đầu to thanh truyền có thể tới được Khi động cơ làm việc các thìa múc dầu lên vung té Lúc này trong hộp trục khuỷu sẽ hình thành một khoảng không gian sương

mù gồm các giọt dầu có kích thước lớn đến

các hạt dầu lơ lửng có kích thước nhỏ Các

giọt dầu và hạt dầu sẽ bám lại trên bề mặt

các chi tiết trong hộp trục khuỷu và bôi trơn

chúng Ví dụ như piston, xilanh, ổ trục

* Ưu - Nhược điểm:

Phương án này không đảm bảo lượng dầu bôi trơn và làm mát đối với tất cả các chi tiết trong động cơ đặc biệt là trong ổ trục khuỷu, trục cam Chất lượng dầu bôi trơn cho các bề mặt ma sát kém do dầu không được lọc Nhưng kết cấu của phương

pháp bôi trơn này đơn giản Hiện nay phương pháp bôi trơn vung té ít được sử dụng

Đây là phương pháp bôi trơn được sử dụng trong các động cơ xăng 2 kỳ cỡ nhỏ

sử dụng dòng khí quét trong hộp trục khuỷu Dầu được pha với xăng theo một tỷ lệ nhất định 1/20 đến 1/25 Trong quá trình làm việc khí hỗn hợp có lẫn các hạt dầu rất nhỏ được đưa vào trong hộp trục khuỷu, sau đó mới theo lỗ quét vào trong các xilanh Như vậy các hạt dầu sẽ bám trên bề mặt và bôi trơn các chi tiết máy trong hộp trục khuỷu như: ổ trục, đầu to thanh truyền, chốt piston, piston, xilanh

Một phần dầu không cháy hết trong xilanh sẽ chảy xuống góp phần bôi trơn trong mặt gương xilanh, piston và xilanh

* Các phương pháp pha dầu trong nhiên liệu:

- Cách thứ nhất: xăng và dầu được hoà trộn trước gọi là xăng pha dầu (thường

bán ở các trạm xăng dầu)

- Cách thứ 2: dầu và xăng được chứa ở hai thùng riêng rẽ trên động cơ Trong quá trình động cơ làm việc, dầu và xăng được hoà lẫn song song tức là dầu và xăng được trộn theo định lượng khi ra khỏi thùng chứa

- Cách thứ 3: dùng bơm phun dầu trực tiếp vào trong họng khuyếch tán hay vị trí bướm ga Nên định lượng dầu hoà trộn rất chính xác, và có thể tối ưu hoá các chế

độ, tốc độ và tải trọng khác

* Ưu - Nhược điểm:

Phương án tuy đơn giản nhưng không an toàn do khó đảm bảo đủ lượng dầu bôi trơn cần thiết Mặt khác, do dầu bôi trơn trong hỗn hợp bị đốt cháy vùng nhiên liệu nên sẽ tạo muội than bám trên đỉnh piston ngăn cản quá trình tản nhiệt của piston Dầu pha với tỉ lệ càng lớn thì khả năng muội than hình thành càng nhiều khiến piston bị quá nóng dẫn đến xảy ra cháy sớm, kích nổ, buzi bị đoản mạch Động cơ khó khởi động do dầu bị lắng xuống đáy buồng phao nhất là khi trời lạnh

Ngoài ra khí thải do dầu bị đốt cháy do quá trình cháy thải ra môi trường gây ô nhiễm Ngược lại pha ít dầu bôi trơn thì sẽ làm piston bị bó kẹt trong xilanh hoặc không đảm bảo việc bôi trơn piston

Hầu hết các động cơ đốt trong ngày nay đều sử dụng phương án bôi trơn cưỡng bức Dầu bôi trơn trong hệ thống bôi trơn được bơm dầu đẩy đến các bề mặt ma sát dưới 1 áp suất nhất định

Do đó có thể đảm bảo được yêu cầu bôi trơn, làm mát, tẩy rửa bề mặt ma sát Thông thường tuỳ theo vị trí chứa dầu Hệ thống bôi trơn cưỡng bức chia làm hai loại là hệ thống bôi trơn cácte ướt và hệ thống bôi trơn cácte khô

a Hệ thống bôi trơn các te ướt:

Khi nhiệt độ của dầu đạt mức quy định thì dầu đi qua bầu lọc thô 5 đến đường dầu chính 8 Từ đường dầu chính dầu theo nhánh 9 đi bôi trơn ổ trục khuỷu, sau đó

lên bôi trơn đầu to thanh truyền qua lỗ khoan chéo xuyên qua má khuỷu (khi lỗ đầu

to thanh truyền trùng với lỗ khoan trong cổ biên dầu sẽ được phun thành tia vào ống lót xilanh) Dầu từ đầu to thanh truyền theo đường dọc thân thanh truyền lên

bôi trơn cho chốt piston

Còn dầu ở mạch chính theo nhánh 10 đi bôi trơn trục cam cũng từ đường dầu chính một đường dầu khoảng 15 ÷20% lưu lượng của nhánh dầu chính dẫn đến bầu lọc tinh 11 Tại đây những phần tử tạp chất rất nhỏ được giữ lại lên dầu được lọc rất sạch Sau khi ra khỏi bầu lọc tinh với áp suất còn lại rất nhỏ dầu trở về cácte 1 Van ổn áp 4 của bơm dầu có tác dụng giữ cho áp suất dầu ở đường ra khỏi bơm không đổi trong phạm vi tốc độ vòng quay làm việc của động cơ Khi bầu lọc khô 5

bị tắc van an toàn 6 sẽ mở, phần lớn dầu sẽ không đi qua bầu lọc mà lên thẳng đường dầu chính bằng đường dầu qua van để đi bôi trơn, tránh hiện tượng thiếu dầu cung cấp đến các bề mặt ma sát cần bôi trơn

Van nhiệt 13 chỉ hoạt động (đóng) khi nhiệt độ dầu lên quá cao khoảng 800C Dầu sẽ qua két làm mát 12 trước khi về cácte

* Ưu - Nhược điểm:

Do toàn bộ dầu bôi trơn chứa trong cácte nên cácte phải sâu để có dung tích lớn

do đó làm tăng chiều cao động cơ Ngoài ra dầu trong cácte luôn luôn tiếp xúc với khí cháy có nhiệt độ cao lọt từ buồng cháy xuống mang theo hơi nhiên liệu và hơi axít sẽ làm giảm tuổi thọ của dầu Không phù hợp cho các xe hoạt động ở vùng đồi núi có độ dốc lớn, dầu bôi trơn sẽ bị dồn lên bơm dầu không thể hút được dầu, gây thiếu dầu

b Hệ thống bôi trơn cácte khô:

+ Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.4 Hệ thống bôi trơn các te khô

1 Các te dầu 8 Đường dầu chính 2,5 Bơm dầu 9 Đường dầu đến ổ trục khuỷu

3 Thùng dầu 10 Đường dầu đến ổ trục cam

4 Phao hút dầu 11 Bầu lọc tinh

6 Bầu lọc thô 12 Đồng hồ báo nhiệt độ dầu

7 Đồng hồ báo áp suất 13 Két làm mát dầu

+ Nguyên lý làm việc:

Hệ thống bôi trơn cácte khô khác cơ bản so với hệ thống bôi trơn cácte ướt ở chỗ có thêm từ 1 đến 2 bơm dầu số 2, làm nhiệm vụ chuyển dầu sau khi bôi trơn rơi xuống cácte Từ cácte qua két làm mát 13 sau đó dầu trở về thùng chứa 3 bên ngoài động cơ Từ đây dầu được bơm lấy đi bôi trơn giống như ở hệ thống bôi trơn cácte ướt

* Ưu - Nhược điểm:

Do phần lớn lượng dầu được chứa trong thùng 3 ngoài cácte của động cơ nên hệ thống bôi trơn cácte khô khắc phục được những nhược điểm của hệ thống bôi trơn

cácte ướt Cụ thể là động cơ thấp hơn, tuổi thọ dầu bôi trơn được kéo dài nên chu kì thay dầu bôi trơn dài hơn Ngoài ra động cơ làm việc lâu dài ở địa hình dốc mà không sợ bị thiếu dầu do phao không hút được dầu Nhưng hệ thống bôi trơn này phức tạp hơn vì có thêm bơm dầu và thường được sử dụng cho động cơ Điezen lắp trên máy ủi, xe tăng hoặc các xe quân sự khác

1.3.2.4 Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn phối hợp cưỡng bức

a Sơ đồ cấu tạo:

1- Các te dầu ;

2- Bơm dầu ;

3- Van an toàn ;

4- Que thăm dầu ;

5- Bánh răng trung gian ;

6- Bình lọc li tâm ; 7- Van nhiệt ; 8- Két làm mát ;

- Van ổn áp ; 10- Trục cam ; 11- Đồng hồ đo áp suất dầu ;

12- Trục giàn cần bẩy xupap ; 13- Đường dầu chính ; 14- Khoang chứa dầu trong chốt khuỷu ;

15- Trục khuỷu ; 16- Miệng phễu đổ dầu

a Đến trục đòn ghánh ; b Đến cần đẩy ; c Đến xi lanh

b Nguyên lý làm việc:

Trong hệ thống này toàn bộ lượng dầu của hệ thống bôi trơn được chứa trong các te của động cơ Khi động cơ làm việc bơm dầu 2 được dẫn động từ trục cam của động cơ, dầu từ cácte 1 được hút qua phao lọc dầu, phao này có lưới chắn để lọc sơ

bộ những tạp chất có kích thước lớn Ngoài ra phao có khớp tuỳ động nên luôn luôn nổi trên mặt thoáng để hút được dầu kể cả khi động cơ bị nghiêng Dầu qua bơm và được đẩy ra với áp suất cao khoảng 4÷6 kg/cm2 qua đường ống dẫn vào bầu lọc dầu

6 Sau khi dầu được lọc sạch dầu được đưa vào két làm mát dầu 8 nếu nhiệt độ dầu cao quá quy định Sau khi được làm mát dầu được đưa thẳng vào mạch dầu chính

13 bố trí dọc theo thân động cơ và từ đây dầu được dẫn qua các lỗ khoan đến ổ trục khuỷu tương ứng

Từ các rãnh vòng trên hai nửa bạc, dầu đi vào cổ trục theo lỗ khoan hướng kính, sau đó sẽ sang lỗ khoan xuyên má khuỷu đến hốc lọc cổ biên 14 Tại đây dầu tiếp tục lọc ly tâm lần nữa và sau đó theo lỗ khoan hướng kính lên bôi trơn các bề mặt làm việc của cổ biên, bạc đầu to thanh truyền

Một phần dầu từ đường dầu chính 13 được đưa đến bôi trơn các ổ trục cam 10 tương ứng các lỗ khoan xuyên trong thân động cơ

Để bôi trơn cơ cấu xupáp trên lắp xilanh thì tren cổ trục cam có khoan một lỗ khoan xuyên hướng kính tương ứng với các lỗ của hai đường dầu 17 và đường dầu

18 khi các cặp lỗ này trùng nhau, dầu sẽ được phun thành dòng vào lỗ khoan dọc trục đòn gánh 12 bằng đường dầu 18 Theo các lỗ khoan hướng kính dầu từ trong trục được đưa đến bôi trơn các ổ trục đòn gánh Từ đây dòng dầu được chia thành 2 nhánh Nhánh thứ nhất đi theo lỗ khoan trong tay đòn ngắn đến đầu hình cầu của đũa đẩy và nhánh thứ 2 phun luôn xuống cùng xupáp lỗ khoan trong tay đòn dài Van an toàn 9 có nhiệm vụ xả bớt dầu trong mạch dầu chính 13 trở về cácte khi

áp suất trong mạch dầu chính vượt quá giới hạn cho phép (3÷ 4,5 kg/cm 2 )

Như vậy trong hệ thống bôi trơn động cơ dòng dầu liên tục sẽ có nhiệm vụ bôi trơn và làm mát các ổ khuỷu, ổ đầu to thanh truyền, các ổ trục cam

C hương 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BÔI TRƠN TRONG

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1.1 Dầu bôi trơn và tính chất của dầu bôi trơn:

Tuỳ theo tính chất bôi trơn cho các bề mặt ma sát mà ta có phương án bôi trơn thích hợp thông thường có 3 dạng sau:

a) Bôi trơn ma sát ướt:

Là dạng bôi trơn mà giữa hai bề mặt của

cặp lắp ghép luôn luôn được duy trì

bằng một lớp dầu bôi trơn ngăn cách

Trong động cơ đốt trong bôi trơn ma sát

ướt xảy ra tại cổ trục và bạc cổ trục

b) Bôi trơn ma sát nửa ướt:

Là dạng bôi trơn mà giữa hai bề mặt

của cặp lắp ghép được duy trì bằng mặt

lớp dầu bôi trơn ngăn cách không liên

tục, mà chủ yếu là nhờ độ nhớt của dầu

để bôi trơn Ma sát này có mặt tại

xécmăng dầu và thành xy lanh động cơ

c) Bôi trơn ma sát khô

Là dạng bôi trơn mà ở bề mặt lắp ghép

của hai chi tiết có chuyển động tương

đối với nhau mà không có chất bôi trơn

Ma sát khô sinh ra nhiệt làm nóng các

bề mặt, ma sát, khiến chúng nhanh mòn

hỏng, có thể gây ra mòn dính Nhiệt độ

buồng đốt của động cơ rất lớn vì vậy

xéc măng trên cùng sẽ khó khăn về bôi

(a)

(b)

(c)

trơn và dầu bôi trơn thường rất ít dẫn

đến vật liệu chế tạo xéc măng cũng

1 Bạc 4,5 Vùng phân bố tải trọng

2 Trục 6 Bề mặt ma sát

3 Tải trọng của trục 7 Dầu bôi trơn

2.1.1.3 Tính chất dầu bôi trơn

Dầu bôi trơn là sản phẩm được chế biến từ dầu mỏ, có pha chế thêm các chất phụ gia để nâng cao chất lượng dầu Hầu hết các nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn do dầu bôi trơn đảm nhận Sự làm việc tốt hay xấu của hệ thống bôi trơn quyết định phần lớn là do chất lượng của dầu bôi trơn

a) Bô i trơn ma sát ướt b) Bô i trơn ma sát nửa ướt c) Bô i trơn ma sát khô

a) Tính chất của dầu bôi trơn:

* Độ nhớt:

Là tính năng vật lý đặc trưng cho khả năng lưu động của dầu bôi trơn Nhờ đặc tính này mà màng dầu bôi trơn được dính trên bề mặt ma sát Khi nhiệt độ tăng độ nhớt của dầu sẽ giảm và ngược lại Ngoài ra, độ nhớt xác định điều kiện của động

cơ thể khởi động dễ dàng hơn khi trời lạnh, chịu sự sinh nhiệt trong ổ bi, bánh răng, xilanh, độ nhớt đánh giá độ kín của dầu, mức độ tiêu hao và thấm thoát Độ nhớt là một trong những chỉ tiêu quang trọng trong việc theo dõi và đánh giá chất lượng của dầu cũng như của thiết bị trong quá trình sử dụng

Đối với một số động cơ đặc biệt là động cơ ôtô độ nhớt cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự dễ dàng khởi động và tốc độ quay của trục khuỷu Độ nhớt quá cao sẽ gây ra sức cản nhớt lớn khi nhiệt độ xung quanh thấp làm giảm tốc độ trục khuỷu

do đó làm tăng khả năng tiêu hao nhiên liệu Độ nhớt thấp sẽ làm chóng mài mòn các chi tiết và tăng lượng tiêu hao dầu

- Độ nhớt quy ước: là tỷ số thời gian dầu nhớt chảy qua thiết bị đo so với cùng một thể tích nước cất ở nhiệt độ 200C

- Đơn vị độ nhớt là Engler ( 0 E) hay xăng titốc (cst) Độ nhớt của nước cất ở

200C là 1 xăng titốc

+ Đặc tính chống các bon hoá (độ tro than):

Nhiệt độ thành xilanh cao lên dầu bôi trơn dễ bị cháy thành cácbon Cácbon tích luỹ sẽ làm xécmăng bị dính kết, vách xilanh bị trầy xước Bụi than lẫn vào dầu bôi trơn sẽ làm tắc mạch dầu Do đó dầu bôi trơn phải có khả năng chống cácbon hoá

* Độ ăn mòn:

Đây là chỉ số đặc trưng cho khả năng ăn mòn các hợp kim màu của dầu bôi trơn + Chỉ số axít:

Đây là chỉ số được tính bằng miligam, là lượng KOH cần thiết để trung hoà lượng axít có trong 1 gam dầu bôi trơn

* Độ chứa cốc và độ mòn:

Hai chỉ số này đặc trưng cho khả năng hình thành muội than và cặn (hay tro)

trong dầu bôi trơn Sau một thời gian sử dụng trong dầu bôi trơn sạch lượng cốc và cặn thường rất nhỏ Theo hàm lượng của chúng trong dầu sạch có thể đánh giá chất lượng lọc dầu

Ngoài ra dầu bôi trơn động cơ còn được đánh giá theo nhiều chỉ số chất lượng khác nhau như: độ kiềm, lượng tạp chất cơ học và nước, nhiệt độ bén lửa, nhiệt độ đọng, tính sửa

b) Ký hiệu và sử dụng dầu bôi trơn động cơ:

Thông thường trên bao bì sản phẩm đầu ghi rõ kí hiệu thể hiện các tính năng và phạm vi sử dụng của từng loại dầu bôi trơn Hiện nay, quy cách kỹ thuật chủ yếu dựa trên các tiêu chuẩn của tổ chức Hoa Kỳ Khi sử dụng lên dựa vào hai chỉ số ghi trên bao bì sản phẩm là SAE và API

SAE lớn là độ nhớt của dầu

cao và ngược lại Chỉ số

SAE cho biết cấp độ nhớt

(gồm hai loại) Hình 2.3 Ý nghĩa của các ký hiệu trên thùng dầu

+ Loại đơn cấp: được chia thành dầu dùng trong mùa đông gồm SAEOW, SAE5W, SAE10W, SAE15W, SAE20W Còn dầu sử dụng khác với mùa đông gồm SAE20, SAE30, SAE40, SAE5 Chữ số càng cao dầu càng đặc

+ Loại đa cấp: là loại được pha chế thêm phụ gia để giữ cho độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ Ví dụ SAE5W - 30 tương đương với hai loại dầu đơn cấp SAE5W lúc

lạnh và SAE30 cho lúc nóng Các xe đời mới hầu hết đều dùng dầu đa cấp, (hình

trên giới thiệu các loại dầu phù hợp với nhiệt độ môi trường sử dụng động cơ) Dầu

thường dùng ở nước ta là loại SAE 20W - 40

* Chỉ số API:

API là chỉ số đánh giá chất lượng dầu bôi trơn của viện hoá dầu Hoa Kỳ, chỉ số API cho biết cấp hạng chất lượng nhớt khác nhau theo chủng loại động cơ Tới nay, viện dầu mỏ Mỹ đã chia dầu bôi trơn dùng trên loại động cơ xăng thành 8 loại và dùng trên động cơ Điezel thành 6 loại có phẩm chất sử dụng khác nhau là:

- Dầu dùng trên động cơ xăng: SA, SB, SC, SE, SF, SG, SH

- Dầu dùng trên động cơ Điezel làL CA, CB, CD, CE, CF

Dầu bôi trơn cũng có loại dùng cho cả động cơ xăng và động cơ Điezel như SG/CE hoặc SG/CF Nghĩa là dùng cho động cơ xăng với chất lượng G còn dùng

cho động cơ Điezel với chất lượng D Chỉ số cho động cơ nào viết trước/ (S hay C)

có nghĩa ưu điểm dùng cho động cơ đó

Khi sử dụng phải tuân thủ hướng dẫn của nhà chế tạo động cơ về chỉ số SAE và API và thời gian thay dầu Phải sử dụng dầu có đúng chỉ số SAE theo yêu cầu, còn chỉ số API càng cao có nghĩa chất lượng dầu càng tốt Thời gian thay dầu càng lâu,

số lần thay dầu ít hơn

Sau một thời gian động cơ làm việc dầu biến chất và mất dần đặc tính, không còn bảo đảm các công dụng thông thường nên phải thay kịp thời Nếu chế độ làm việc của động cơ khắc nghiệt hơn so với bình thường hoặc nếu động cơ cũ thì nên rút ngắn thời gian thay dầu

Quá trình mòn là quá trình phá hoại bề mặt và lớp bề mặt kim loại của các chi tiết tiếp xúc khi nó chuyển động tương đối do kết quả của kèm theo lực ma sat kèm theo quá trình ly hóa phức tạp Cũng cần có sự phân định giới hạn chính xác giữa hao mòn tất nhiên(lý thuyêt), hao mòn thực tế cho phép và các hiện tượng không bình thường của hư hỏng

Sự hao mòn : là sự thay đổi dần dần các kích thước của chi tiết , xảy ra khi

có ma sát Hao mòn được đánh giá trực tiếp bằng sự thay đổi các kích thước thay bằng các dấu hiệu gián tiếp Người ta phân biệt:

- Hao mòn đường: xác định bằng độ giảm kích thước theo phương pháp tuyến bề mặt ma sát

- Hao mòn khối: theo độ giảm thể tích

- Hao mòn trọng lượng

Ngoài sự thay đổi kích thước của các chi tiết còn xảy ra những sự thay đổi nhất định về cấu trúc và tính chất của các lớp bề mặt của chúng Trong giai đoạn làm việc đầu tiên của các cặp lắp ghép, người ta thường thấy cấu trúc và tính chất

của lớp bề mặt thay đổi nhiều hơn cả khi hao mòn đã ổn định quá trình thay đổi này

sẽ nhỏ nhất và tập trung trong những lớp bề mặt vô cùng mỏng

Hao mòn tuyệt đối về kích thước thường dùng đơn vị (µK), trọng lượng dùng (mmg), tỉ số giữa lượng hao mòn tuyệt đối với chiều dài của mặt ma sát gọi là

cường độ mòn (hay tốc đọ mòn)

Sự hư hỏng do mài mòn: là quá trình thay đổi rõ rệt và không đồng đều về trạng thái hình học của các bề mặt ma sát cũng như về cấu trúc và tính chất của các lớp bề mặt Người ta phân chia sự hao mòn và hư hỏng dựa trên các dấu hiệu và biểu lộ rõ tệt bên ngoài, có các cơ chế của sự phát tiển nội tạng của chúng là đặc thù

Những nguyên tắc là cơ sở để phân loại:

Nghiên cứu bản chất của các quá trình phá hoại quan sát thấy khi các chi tiết máy làm việc

Lập lại các quá trình sảy ra và nghiên cứu trong điều kiện thí nhiệm

Nghiên cứu sự hao mòn và hư hỏng trong quá trình phát triển của chúng, trong mối liên hệ với những sự chuyển động tới hạn từ một dạng này sang một dạng khác phụ thuộc và tác động cơ học bên ngoài, vào các yếu tố môi trường và tính chất của vật liệu chế tạo các chi tiết tạo ma sát Cũng theo điều kiện ma sát, môi trường và vật liệu, người ta sẽ phân tách được các quá trình chủ yếu dược xác định dứt khoát Bên cạnh các quá trình chủ yếu(chính), có những hiện tượng kèm theo gây ảnh hưởng ít hơn đến sự phá hoại bề mặt Thực chất mỗi chi tiết làm việc hay mỗi cặp liên kết của hai chi tiết bất kỳ đều có một dạng hao mòn hay hư hỏng chính, quyết định tuổi thọ và độ tin cậy sử dụng của chi tiết, cặp liên kết, đồng thời còn có thể có những phá hoại về mặt phụ, có ảnh hưởng ít hơn đến hoạt động của cặp lắp ghép Về cơ bản, các dạng hao mòn và hư hỏng chính phạu thuộc và hoạt động học của ma sát tức là loại ma sát Các dạng phá hoại khi ma sát:

Cho phép (hao mòn) hao mòn cơ hóa bình thường do ôxi hóa, hao mòn cơ hóa bình thường do bong dần ( các lớp màng mỏng có nguồn gốc khác ôxit) Dạng

cơ hóa của mài mòn

Không cho phép (hư hỏng):

Tróc loại 1

Tróc loại 2

Quá trình Fretting(tróc ôxi hóa động)

Cắt và xước (dạng cơ học của mài mòn)

Mỗi khi ma sát lăn

Các dạng hư hỏng khác (ăn mòn, xói mòn, bào mòn)

Để phân loại mài mòn có rất nhiều trị số ảnh hưởng đến trị số mòn và tính chất hao mòn có thể phan loại mòn như sau:

*Mòn c ơ giớ:

Mòn do hạt mài, do những hạt bé và cứng nằm giữa hai bề mặt tiếp xúc gây nên, kết quả tạo ra những vết xước vệt sâu xuống Nguồn hạt mài có thể từ ngoài lọt vào như bụi, cát theo không khí hoặc dầu bôi chơn vào, cũng có thể tồn tại ngay trên bề mặt chi tiết do chất lượng gia công chi tiết Cường độ mòn phụ thuộc vào vật liệu chế tạo, độ cứng, kích thướng vật mài, tốc độ trượt, áp lực trên bề mặt tiếp xúc

Mòn do biến dạng dẻo; do tác dụng của tải trọng lớn lên các bề mặt chi tiết làm thay đổi hình dáng và kích thước của chúng, nhưng trọng lượng của chúng không thay đổi

Mòn do phá hoại dòn; do ma sát lớp kim loại bề mặt của chi tiết tiếp xúc bị trai cứng và dòn đến giới hạn nào đó mà bị bong ra và đó là lớp kim loại kém dòn hơn Lớp kim loại này lại tiếp tục bị trai cứng và dòn lại bong tróc…quá trình cứ tiếp diễn

Mòn do mỗi chi tiết chịu ứng xuất cao, tác động có chu kỳ, trê mặt chi tiết xuất hiện vết nứt Dạng mòn này thường gặp trên bề mặt bánh răng truyền lực chính

*Mòn phân tử cơ giớ:

Nó phát sinh do sự bán dính của các phân tử kim loại ở một số chỗ cục bộ trên bề mặt ma sát của chi tiết, sau đó chỗ bám dính lại bị phá hoại vì tác dụng cơ

giới Ở những nơi có phụ tải lớn, màng đâu bị phá hoại tốc độ trượt lớn, nhiệt độ cao, dầu bị bốc hơi,kim loại bị dính vào nhau sau đó lại bị rời ra, kết quả là một bề mặt sinh ra lồi, một mặt chi tiết kia bị lõm Thực chất là di chuyển kim loại từ chi tiết này sang chi tiết kia, quá trình cứ lặp đi lặp lại Loại mòn này thường thấy ở các

bề mặt chịu phụ tải lớn, các bề mặt bạc, trục

*Mòn hóa học cơ giới:

Do ăn mòn hóa học và cơ giới tác dụng các chi tiết làm việc trong điều kiện môi trường có tồn tại các chất ăn mòn như xút, axit, không khí ẩm ướt khi có tác dụng ma sát cơ giới những lớp hợp chất hóa học này dễ dàng bị phá hoại di, sau đó lại sinh ra lớp màng oxít khác và quá trình ăn mòn hóa học – cơ giới cứ tiếp diễn Trong động cơ loại mòn này phổ biến và nghiêm trọng vì quá trình làm việc của sản phẩm cháy thường có: CO, CO2, SO3, NO2 …dễ dàng hợp với hơi nước tạo thành axit tương ứng, tạo thành các chất ăn mòn hóa học

2.1.3.1 Hao mòn xy lanh

a Điều kiện làm việc

- Chịu nhiệt độ cao và biến thiên không đều:

Động cơ xăng: Tmax = 2800 0K Động cơ Diesel: Tmax = 2200 0K Vùng trên chịu nhiệt độ cao hơn vùng dưới

và thay đổi trong một chu kỳ

- Chịu ma sát lớn, đặc biệt đối với động cơ

cao tốc Ở khu vực sát buồng cháy thường phải

chịu ma sát khô và tới hạn, vùng dưới ma sát tới

áp suất khí trên xi lanh

- Chịu tải trọng lớn và thay đổi theo chu kỳ

Ma sát giữa xéc

măng và xi lanh phụ

thuộc vào lực ép của xéc

măng lên xi lanh:

Pxi = Px + ki.Pkt

Pxi-lực của xéc

Px-lực bung hướng kính của xéc măng

d Hao mòn không theo qui lu ật

Trong vùng nhiều bụi, khoảng giữa xi lanh

mòn nhiều do bụi (hạt mài tỷ lệ với vận tốc trượt) Bụi

càng nhiều qui luật mòn càng tăng về phía dưới

- Mòn nhiều theo phương vuông góc lực ngang N

thì lý do là piston bị nghiêng

- Đối với động cơ xăng: vùng đối diện xupáp

nạp thường mòn nhiều, lý do là khí nạp rửa sạch màng

dầu bôi trơn hoặc do ngưng tụ sản phẩm gây mòn

a Điều kiện làm việc

- Trục khuỷu làm việc trong điều kiện bôi trơn ma sát ướt, nhưng có khi

ma sát khô hoặc tới hạn (lúc khởi động hoặc tắt máy, tăng giảm đột ngột vận tốc góc, khi khe hở trục bạc lớn)

- Chịu nhiệt độ từ 150÷2500C, do nhiệt truyền từ buồng cháy qua piston thanh truyền hoặc do bản thân ma sát giữa trục và bạc

- Chịu ma sát lớn

- Tải trọng biến thiên, có tính chất va đập và phân bố không đều

- Vận tốc trượt khá lớn: 5 ÷10m/s

- Chịu mài mòn: do lọc dầu không sạch hoặc do các hạt mài

Hao mòn, hư hỏng bình thường do qui luật làm việc của trục khuỷu