Bài tập lớn môn cấu tạo ô tô thân buồng cháy và cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Thân máy thân động cơ là nơi chứa và lắp đặt ở bên trong hoặc bên ngoài các cơ cấu và hệ thống của động cơ.Thân động cơ kết cấu rất phức tạp ,thường được đúc bằng gang hoặc nhôm hợp kim

vũ văn đức bùi sĩ cờng nguyễn văn cờng

I THÂN ĐỘNG CƠ.

1 Cấu tạo chung

Thân máy ( thân động cơ) là nơi chứa và lắp đặt (ở bên trong hoặc bên ngoài) các cơ cấu và hệ thống của động cơ.Thân động cơ kết cấu rất phức tạp ,thường được đúc bằng gang hoặc nhôm hợp kim.Thân động cơ có thể được chia làm hai phần:phần thân (block

xi lanh) dùng để chứa các xilanh và phần đáy (các te)

Hình 1 : Cấu tạo thân máy

Đối với các động cơ 4 xi lanh một dãy thẳng hàng,các xi lanh thường được bố trí nằm trong thân máy.Đối với các động cơ 6 xi lanh trở lên các xi lanh thường được bố tríthành 2 dãy theo hình chữ V,góc giữa hai đáy xilanh có thể là 60o ,75o ,90o nhằm thu ngắn chiều dài.Hiện nay có xu hướng sử dụng nhôm hợp kim để đúc thân máy nhằm giảm nhẹ trọng lượng và dễ điền đầy khuôn đúc.Thân máy bằng nhôm sử dụng phổ biếntrên động cơ ô tô con,thân máy bằng gang thường gặp trên động cơ lớn

Đối với thân máy bằng hợp kim nhôm,xi lanh là các ống trụ bằng gang,gia công chính xác và ép chặt vào thân máy tạo thành xi lanh rời(ống lót xi lanh).Đối với các thân máy bằng gang xi lanh có thể làm rời hoặc liền(xi lanh liền).Bao quanh xi lanh là các khoang chứa nước để làm mát Thân máy còn có cụm giá bắt chân máy,nhằm liên kết vững chắc với thân ô tô.

Phần dưói thân nơi lắp trục khuỷu của động cơ và nhiều bộ phận khác.Trục khuỷu

có thể được lắp trên các ổ đỡ(ổ bi hoặcổ trượt ).để tiện cho việc tháo lắp,các ổ đỡ bằng bạc thường được chế tạo thành 2 nửa:nửa trên-liền với thân máy và nửa dưới-rời và được bắt với nửa trên bằng các bu lông

Phía dưới thân động cơ đựơc đậy kín bởi các te,có các gioăng,phớt chắn dầu.Trongcác te của động cơ có chứa dầu bôi trơn,được bố trí các tấm ngăn cá tấm chắn sóng dầu,bơm dầu bôi trơn,và một số cụm khác.Ở phía ngoài đáy các te thưòng có những gântản nhiệt giúp tăng cứng và làm mát dầu bôi trơn.Lỗ xả dầu được bố trí ở vị trí thấp nhấtcủa các te.Khoảng các te có ống thông không khí nối với phía trên của thân động cơ và giữ cho áp suất trong các te không đổi

Thân máy là nơi chịu các tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt sinh ra trong quá trình động cơ làm việc,do vậy cần có kết cấu cứng vững và đựơc tản nhiệt tốt Trong thân máy có các lỗ,các đường dẫn dầu bôi trơn và nước làm mát,và chứa rất nhiều bộ phận khác của động cơ

2 XI LANH.

Hình 2: Xilanh và thân máy

Xi lanh có cấu trúc ống trụ trơn, là một phần của bộ phận

bao kín buồng đốt, dẫn hướng chuyển động của piston, và

giúp truyền nhiệt làm mát cho động cơ khi làm việc Xi

lanh thường bị mài mòn (đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ

và áp suất cao) do xéc măng luôn dịch chuyển bên trong

Xi lanh có thể chế tạo liền hay rời

2.1 Xi lanh liền

Hình 3: Xi lanh liềnThường được sử dụng cho động cơ công suất nhỏ,có thân máy đúc bằng gang Khi xi lanh bị mòn, có thể tiến hành gia công tăng kích thước đường kính

Động cơ diesel thường sử dụng loại xi lanh rời, đúc bằng gang có độ bền mòn cao

Sử dụng xi lanh rời cho phép thay thế dễ dàng, kéo dài thời hạn sử dụng của thân máy khi cần thiết (do mòn) Xi lanh dời có thể bố trí dạng ướt và khô trên động cơ làm mát bằng nước

2.2 Xi lanh ướt

Hình 4:Xi Lanh ướt làm mát bằng Nước

Có mặt thành ngoài tiếp xúc trực tiếp với nước làm mát Xi lanh ướt được định tâm chính xác ở phía trên và ở phía dưới của xi lanh và có các gioăng làm kín để bao kín nước làm mát.

2.3 Xi lanh khô.

Có mặt thành ngoài không tiếp xúc với khoang nước làm mátcủa thân máy Xi lanh khôđược coi như một phần có thể thay thế được của thân máy Khoang nước làm mát nằm kín trong thân máy

- Trên động cơ 2 kỳ xi lanh được chế tạo rời Trên thành xi lanh có khoét các lỗ định hình để tạo thành cửa nạp và xả khí

- Một số động cơ bố trí phương pháp làm mát bằng không khí,thân máy không có phần trên mà chỉ có phần dưới Xi lanh cùng với các cánh tản nhiệt được ché tạo riêng và lắp vào thân máy nhờ gu lông xiết chặt Các xi lanh có thể chế tạo liền khối chung, hay làm thành các xi lanh riêng ghép lại với thân máy

- Xi lanh được đúc bằng gang chất lượng đặc biệt , có độ bóng bề mặt làm việc rất cao

và được nhiệt luyện để đảm bảo độ cứng cần thiết

- Một số động cơ sử dụng xi lanh có lớp phủ bề mặt làm việc ngoài bằng chất liệu chống mài mòn Lớp phủ ngoài cho bề mặt của xi lanh có thể được tạo ngay trong thân máy, kể cả với thân máy bằng hợp kim nhôm Loại xi lanh này có ưu điểm là nhẹ và đảm bảo độ bền cao

II BUỒNG CHÁY ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.

1.Các dạng buồng đốt động cơ xăng và động cơ Diesel.

Nắp máy cùng với đỉnh piston và mặt gương trong xilanh , ba bộ phận này đã tạo nên buồng cháy của động cơ Tùy từng loại động cơ ma ta có thể thiết kế các loại buông cháy sao cho phù hợp , để ta sử dụng một cách có hiệu quả trong công việc

1.1 Buồng đốt hình chữ L.

Loại buồng đốt và cách bố trí xu páp có liên hệ mật thiết với nhau Xu páp đặt bên sườn động cơ thường dùng với buồng cháy chữ L

nhiều lần đổi hướng nên làm tăng lực cản đường nạp và hệ số nạp Vì vậy động cơ có buồng cháy hình chữ L đều có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật rất kém Hiện nay những động cơ có tỷ số nén lớn hơn 7 dều không dùng buông đốt loại này

1.2 Buồng đốt động cơ xăng.

1.2.1.Buồng cháy hình bán cầu :

Loại này có đặc điểm là diện tích bề mặt buồng đốt nhỏ gọn Trong buồng đốt bố trí một xupap nạp và một xupap thải, hai xupap này bố trí về 2 phía khác nhau Trục cam

bố trí ở giữa nắp máy và dùng cò mổ để điều khiển sự đóng mở của xupap Sự bố trí này rất thuận lợi cho việc nạp hỗn hợp khí và thải khí cháy ra ngoài

Ưu điểm:

Buồng cháy có cấu tạo nhỏ gọn, buji đánh lửa đặt ở giữa khiến hành trình của màng lửa ngắn, tốc độ cháy cao tổn thất nhiệt ít, làm cho tính năng động lực của buồng cháy này tốt nhất

Nhược điểm:

Cường độ dòng xoáy hơi yếu, dễ gây kích nổ ở tải lớn, khi tốc độ thấp Gây nhiều tiếng

ồn khi làm việc, cơ cấu dẫn động xu páp tương đối phức tạp , tính công nghệ của náp xi lanh tương đối thấp khu vực lắp xi lanh tương đối khó nên không dễ dàng khi bảo dưỡng sửa chữa

Hình 6: buồng cháy hình bán cầu

1.2.2.Buồng cháy hình chêm :

Loại này cũng có đặc điểm là diện tích bề mặt

tiếp xúc nhiệt nhỏ Buồng đốt mỗi xylanh được

bố trí một supap nạp và một supap thải, 2 supap

này được bố trí cùng một phía.Buji được đặt ở

giửa xu páp nạp và xu páp xả Đối với loại này

trục cam được bố trí ở thân máy hoặc nắp máy

Điều khiển sự đóng mở các supap qua trung gian

của cò mổ

Hình 7: Buồng cháy hình chêm.

1.2.3 Buồng cháy hình ôvan

Cấu tạo nhỏ gọn , nhưng diện tích mặt chèn tương đối lớn, cộng với việc bố trí xu páp nạp khá hợp lý, nên cường độ của hòa khí trong buồng cháy là rất mạnh Vị trí của buji trong buồng cháy hình chậu dược bố trí rất hợp lý hánh trình màng lửa tương đối ngắn ,

vì vậy tính chống kích nổ của buồng cháy này cũng tốt tương tự buồng cháy hình chêm

Do tính công nghệ của buồng cháy này tương đối tốt , lại dễ bảo dưỡng khi sử dụng nên được sử dụng rất rộng rãi trên động cơ xe tải

Hình 8: Buồng cháy hình ôvanLoại buồng cháy này có hai diện tích chèn khí, diện tích chèn khí thứ nhất tương đối lớn ,diện tích chèn khí thứ hai tương đối nhỏ, nằm dưới bugi

1.3.Buồng đốt động cơ điezen.

1.3.1.Buồng đốt thống nhất:

Hình 9: Buồng cháy thống nhấtToàn bộ thể tích buồng cháy nằm trong môt khoảng không gian thống nhất: nắp xy

lanh ,đỉnh piston Vòi phun có thể đặt thẳng hay xiên , loại này rất thông dụng Nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt và phân bố đều Vòi phun có nhiều lỗ và áp suất phun từ 175 ÷ 200 kg /cm2 Góc độ tia phun và đỉnh piston có dạng phù hợp cho tia phun ra hoà trộn đều với không khí để cháy được hoàn toàn

Buồng đốt phụ của loại này có thể tích bằng 30% - 45% tổng thể tích buồng đốt, và lỗthông buồng đốt chính và buồng đốt phụ có diện tích bằng 0,3%– 0,6% diện tích đỉnh.

Hình 10: Sơ đồ hệ thống đốt cháy bằng buồng đốt trước ở động cơ xăng

+ Loại này có hiệu quả sử dụng tỷ lệ khí nạp cao, có thể cháy hoàn toàn nhiên liệu mà không ra khói đen

+ Hoạt động êm vì ở buồng đốt chính áp suất thấp và không tăng đột ngột mặc dù ở buồng đốt trước có áp suất cháy cao

+ Việc cháy hầu như độc lập với việc phun nhiên liệu, và động cơ này thường dùng vòi phun loại đốt kín, loại này ít bị trục trặc hơn các loại vòi phun khác Vì vậy, hoạt động ổn định được duy trì trong một chu kỳ dài và phạm vi sử dụng nhiên liệu đạt hiệu quả sẽ

rộng hơn

Nhược điểm:

+ Hiệu quả nhiệt thấp mặc dù cháy hoàn toàn bởi vì phần cháy chính hầu hết xảy ra khi piston đã qua điểm chết trên Tổn thất qua lỗ thông buồng đốt và tổn thất làm mát tăng dodiện tích buồng đốt lớn, do đó mức tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng

+ Nhiệt độ khí xả cao

+ Khó khởi động khi động cơ nguội nếu không xông máy

+ Chế tạo khi động cơ tạo công suất cao

mặt quy lát phức tạp Lỗ thông buồng đốt chịu nhiệt độ cao và dễ bị trục trặc do nhiệt

1.2.3.2 Buồng đốt xoáy lốc:

Hình 11: Buồng cháy xoáy lốcBuồng đốt này thường chiếm từ 50 % ÷ 80% thể tích buồng đốt, có dạng hình trụ hay hình cầu đặt trên nắp xylanh Nó thông với buồng đốt chính trong xy lanh bằng 1 hay vài đường thông có tiết diện lớn đặt tiếp tuyến với phòng đốt xoáy lốc

1.2.3.3 Buồng đốt phụ trôi:

Buồng đốt phụ trội chiếm khoảng 20% thể tích chung, được lắp trên nắp xy lanh thông với buồng đốt chính nằm trong xy lanh Buồng đô phụ trội có dạng hình cầu hay ôvan

III.CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN

Cơ cấu trục khỷu thanh truyền bao

gồm piston cùng cới các vòng găng,

chốt piston, thanh truyền, trục khuỷu

1.PÍT TÔNG.

Nhiệm vụ:

Pít tông đảm nhận các nhiệm vụ sau:

+ tạo hình dạng cần thiết cho buồng đốt

+ đảm bảo độ kín cho khoang công tác của xi lanh

+ biến áp lực của khí cháy thành lực đẩy lên thanh truyền để quay trục khuỷu và sinhcông hữu ích

+ biến chuyển động quay của trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của pit tông

Điều kiện làm việc.

Pít tông là một trong những chi tiết quan trọng nhất của động cơ đốt trong Nó phải chịu điều kiện làm việc rất nặng nhọc:

+ Áp lực rất lớn của khí cháy

+ Nhiệt độ cao của buồng đốt

+ Ma sát liên tục với thanh xi lanh

Hình14: Pit Tông

Để đảm bảo độ bền và tản nhiệt tốt phía trong pittông có các gân chịu lực.

Hình 16: các loại gân chịu lực của pittôngPít tông của động cơ điezel được chế tạo chắc chắn do áp suất nén, nhiệt độ đốt cháy

và do áp suất đốt cháy cao hơn của động cơ xăng

ở một số kiểu động cơ, vành chắn nhiệt được đặt ở trên rãnh xéc măng số 1 hoặc phần đầu pit tông đến rãnh xéc măng số 1được làm từ nhôm và các sợi gốm

Để pit tông dịch chuyển được phải có khe

hở giữa pit tông và thành xi lanh

Kết cấu của nó được thiết kế để duy trì khe

hở hợp lí khi pittông bị giãn nở ở nhiệt độ

cao trong kì nổ

2.SÉC MĂNG.

Hình 17:Xéc Măng+ Được chế tạo bằng gang có độ đàn hồi cao, có dạng vòng tròn không khép kín, với đoạn hở gọi là miệng séc măng

+ Mỗi pittông thường có 2 loịa séc măng: séc măng dầu và séc măng khí

2.1.séc măng khí (séc măng hơi):

Lắp ở phần làm kín của pittông.

Nhiệm vị làm kín khoang làm việc của xilanh, không cho khí lọt xuống các te và dẫnnhiệt từ pittông sang thành xilanh

Séc măng khí thường có tiết diện hình chữ nhật

Hình 18: Tiết diện xéc măng khíTuy nhiên để ngăn séc măng không bị dính muội và không lọt khí xuống các te thì tadùng séc măng vát mặt trên và séc măng côn

Miệng séc măng được cắt thẳng, hoặc xiên dưới một góc 30o-45o hay 60o, hoặc có dạng bậc thang

Khi lắp séc măng lên pittông cần lưu ý không được để trùng miệng các séc măng màphải bố trí sao cho miệng các séc măng nằm lệch nhau khoảng 90÷180o

Cũng cần phải tránh để miệng của séc măng không tỳ vào mặt chịu lực của xilanh.

Trong quá trình làm việc, do vung toé hoặc phun cưỡng bức, dầu bôi trơn động

cơ bám trên thành xilanh, nó làm giảm ma sát giữa các chi tiết làm việc (xilanh, pittông, vòng găng) đòng thời làm mát cho các chi tiết này

Séc măng thường có 2 dạng:

Hình 20: Xéc măng dầu+ dạng rời gồm nhiều chi tiết ghép lại với nhau

+ dạng một chi tiết liền séc măng dầu được lắp ngay dưới séc măng khí

Một quả pittông thường có từ 2÷4 séc măng khí và 1÷2 séc măng dầu

3.CHỐT PITTÔNG (ẮC).

Hình 21: Chốt pittông (Ắc)Chốt pittông có dạng hình trụ rỗng, chế tạo bằng thép

Bề mặt ngoài của chốt được gia công chính xác và tôi thấm để có độ bền và khả năng chịu mài mòn cao

Phương pháp lắp ghép chốt pittông với thanh truyền:

Hiện nay thường gặp 3 cách lắp chốt pittông như sau:

Lắp “cố định”

Lắp “bơi”

Lắp “nửa bơi”

Sau khi lắp vào pittông , chốt pittông được cố định ở 2 đầu bằng các vòng chặn hoặcđược bịt bằng nút nhôm, chốt pittông chỉ được “bơi” ở chế độ nhiệt bình thường, cònkhi pittông nguội thì chốt pitông phải nằm tưong đối chặt trong các lỗ của nó.

Trong cách lắp “nửa bơi”, đầu nhỏ thanh truyền được cố định với chốt pittông bằng cách ép chặt hoặc bắt chặt bằng bu lông

Cách lắp “bơi” đảm bảo một khe hở nhỏ giữa chố

và các lỗ trên pittông, nhờ đó mà khi làm việc

chốt pittông có thể lựa (xoay) trong các lỗ trên

pittông, phần còn lại của chốt được lắp trong bạc

của đầu nhỏ thanh truyền

Ở cách lắp “chặt” chốt pittông được cố định trong các lỗ trên pittông bằng một vít định vị, còn giữa chốt và đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng

Như vậy, để cơ cấu có thể hoạt động được thì giữa chốt và các lỗ trên pittông phải là mối ghép lỏng.

4 KẾT CẤU THANH TRUYỀN.

4.1 Nhiệm vụ và điều kiện làm việc của thanh truyền.

Nhiệm vụ:

- Thanh truyền dùng để nối pittông và trục khuỷu

- Biến chuyển động tịnh tiến của pittông thành chuyển động quay của trục khuỷu

Điều kiện làm việc:

+ Chịu tác động của lực khí thể

+ Chịu tác động của lực quán tính nhóm pittông

+ Chịu tác động của lực quán tính thanh truyền

Vật liệu chế tạo thanh truyền:

vật liệu chế tạo thanh truyền phải có

độ bền cơ học độ cứng vững cao,

thông thường là thép các bon hoặc

thép hợp kim

4.2 Kết cấu thanh truyền

Kết cấu thanh truyền được chia làm 3 phần

- Đầu nhỏ thanh truyền: đầu lắp ghép chốt pittông

- Đầu to thanh truyền: lắp ghép giữa thanh truyền với chốt khuỷu

- Thân thanh truyền: là phần thanh truyền nối giữa đầu nhỏ và đầu to

4.2.1 Đầu nhỏ thanh truyền:

Hình 22 : Kết cấu các dạng đầu nhỏ thanh truyền

NX: kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thước chốt pittông và phương pháp lắp ghép chốt pittong với đàu nhỏ thanh truyền.

- Khi chốt pittông lắp tự do

- Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng

- Thanh truyền của động cơ cỡ lớn thường dùng đầu nhỏ dạng cung tròn đồng tâm,đôi khi dùng kiểu ôvan để tăng độ cứng của đầu nhỏ.

- Trong những động cơ máy bay, động cơ xăng dung trên ôtô, đầu nhỏ thanh truyền

ở một số động cơ 2 kỳ tốc độ cao do áp suất trên mặt lớn và khó bôi trơn nên người ta thường không dùng bạc lót mà dùng ổ bi đũa

Trong những động cơ làm mát đỉnh pittong bằng cách phun dầu nhờn vào mặt dưới của đỉnh pittông, trên đàu nhỏ thanh truyền phải bố trí lỗ phun dầu dầu sau khi bôi trơn bề mặt bạc lót và chốt pittông sẽ phun qua lỗ phun vào mặt dưới đỉnh pittông để làm mát đỉnh

4.2.2 Thân thanh truyền

Kết cấu của thân thanh truyền phụ thuộc vào tiết diện ngang thân thanh truyền.

+ Loại thân thanh truyền có tiế diện tròn : thừơng dùng trong động cơ tĩnh tại và tàu thủy tốc độ thấp.

+ Ưu điểm của loại này là dễ chế tạo theo phương pháp rèn tự do và dễ gia công.+ Khuyết điểm của loại thân thanh truyền này là sử dụng vật liệu không hợp lý.+ Thân thanh truyền có tiết diện chữ I đựơc dùng rất nhiều trong động cơ ôtô máy kéo và cá loại động cơ cao tốc loại thân có tiết diện này sử dụng vật liệu rất hợp lý (trục y_y nằm trong mặt phẳng lắc)

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 xi lanh, đôi khi dùng loại thanh truyền có tiết diện chữ H

để tăng bán kính chuyển tiếp từ thân đến đầu to thanh truyền nhằm tăng độ cứng vững của thân thanh truyền

+ loại thân thanh truyền có tiết diện hình chữ nhật và hình ôvan thường dùng trong độnh cơ mô tô, xuồng máy, động cơ cỡ nhỏ Loại thân này kết cấu đơn giản dễ chế tạo

Đôi khi để tăng độ cứng vững và dễ khoan đường dầu bôi trơn, thân thanh truyền có gân gia cố trên suốt chiều dài của thân.

Đường kính lỗ dẫn dầu thường bằng 4÷8 mm đường kính lỗ dẫn dầu phải bảo đảm cung cấp đầy đủ lượng dầu bôi trơn và nhanh chóng đưa đầu bôi trơn khi khởi động vì vậy lỗ dẫn dầu không nên quá lớn hoặc quá bé

Do công nghệ khoan lỗ dầu gặp khó khăn nhất là với các loại thanh truyền dài , nên

có khi người ta gắn ống dẫn dầu bôi trơn ở phía ngoài thân để đưa dầu từ đầu to lên đầu nhỏ