bộ khung động cơ
17 CHƯƠNG 2 KẾT CẤU PHẦN TĨNH CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 2.1 BỆ MÁY - Bệ máy liên kết chặt thân động cơ với các chi tiết tĩnh và chịu tác dụng các lực của các chi tiết chuyển động. Nó còn là nơi chứa dầu nhờn bôi trơn. Vì vậy, bệ máy phải có độ bền, độ cứng vững thích hợp để chịu được lực uốn theo chiều dọc. Hình 2.2: Kết cấu bệ máy động cơ cỡ lớn - Bệ máy của động cơ cỡ lớn, thấp tốc được chế tạo từ các tấm thép hàn, do đó có thể giảm được trọng lượng và tăng độ cứng cho bệ máy. Cấu tạo chung của bệ máy bao gồm các dầm dọc và dầm ngang, trên đó có bố trí các ổ đỡ chính, các dầm ngang này còn có tác dụng tăng độ cứng vững theo chiều ngang cho bệ máy. Các dầm ngang chia các bệ máy thành các khoang tương ứng với số xilanh của động cơ. Hình 2.3: Kết cấu vách ngang của bệ máy động cơ lớn - Bệ máy có chiều dài lớn của các động cơ nhiều xilanh thường được đúc thành nhiều đoạn, rồi được liên kết cứng với nhau bằng các bu lông. - Đối với các động cơ trung, cao tốc công suất không lớn lắm bệ máy thường được đúc bằng gang hay có kết cấu hàn - đúc. 18 Hình 2.4: Kết cấu bệ máy động cơ cỡ nhỏ - Bệ máy và thân động cơ được liên kết với nhau bằng các bu lông hay các gu giông liên kết toàn khung. - Phần dưới của bệ máy là cacte để chứa dầu bôi trơn, do đó các khoang của bệ máy thông nhau. Bệ máy có thể có các đáy chứa dầu đúc liền với nó (Hình 2.4) hay được chế tạo rời rồi ghép vào mặt dưới của bệ máy (thường là bằng phương pháp hàn). Đáy chứa dầu thường nghiêng về phía bánh đà của động cơ hay nghiêng vào giữa. Để tránh va đập vào dầu nhờn, hầu hết đầu to thanh truyền của động cơ không chạm vào mặt thoáng của dầu trong quá trình động cơ làm việc. - Bệ máy được ghép chặt vào sàn tàu bằng các bu lông. Trong đó thường các bu lông ở phần phía đuôi tàu là các bu lông tinh. 2.2 Ổ ĐỠ CHÍNH TRỤC KHUỶU Các ổ đỡ chính của trục khuỷu được bố trí trên các dầm ngang của bệ máy. Ổ đỡ chính bao gồm 2 nửa bạc lót hình trụ và một nắp đậy. Hình 2.5: Ổ đỡ chính trục khuỷu Nắp đậy liên kết với bệ máy động cơ nhờ các gu giông hoặc các bu lông. Các nửa bạc lót có thể lấy ra để cạo rà, kiểm tra trong điều kiện sửa chữa ngay dưới tàu mà không cần tháo trục khuỷu. Các bạc lót gồm 2 nửa. Bạc lót được định vị để ngăn ngừa dịch chuyển dọc trục và xoay bằng các chốt hay bằng các vấu lồi ăn khớp vào hõm hoặc rãnh đã chế tạo sẵn trên bệ máy (hay nắp của ổ đỡ). 19 Bề mặt làm việc của bạc lót được tráng một lớp hợp kim chống ma sát. Nửa bạc lót phía trên có một lỗ khoan thông với rãnh dọc theo chu vi mặt trong của bạc lót để dẫn dầu bôi trơn. Hình 2.6: Bạc lót ổ đỡ chính Các động cơ thấp tốc thường dùng các bạc lót thành dày, còn ở động cơ cao tốc thường dùng bạc lót thành mỏng. Tuy nhiên, trong những kết cấu mới hiện nay, bạc lót thành mỏng dùng khá phổ biến cho các động cơ trung, cao tốc và thấp tốc. Bạc lót thành dày được chế tạo bằng gang, và mặt trong có đúc một lớp ba bít hay các hợp kim mềm khác. Giữa 2 nửa bạc lót thường có bố trí các căn đệm để điều chỉnh khe hở dầu khi cần thiết. Bạc lót thành mỏng được chế tạo bằng thép (Steel backing shell), phía trong là lớp kim loại (Bearing metal), tiếp theo là một lớp Niken (Nickel barrier), rồi được phủ một lớp kẽm (Galvanised layer), mặt ngoài cùng được tráng một lớp chống mòn (Anti-corrosion layer) mỏng để giảm thời gian chạy rà. Hình 2.7: Kết cấu bạc lót - Nắp ổ trục có nhiệm vụ ép bạc lót vào bệ máy. Lực siết ban đầu của mối ghép này (bằng các bu lông hay gu dông) phải đảm bảo cho hai nửa bạc tiếp xúc với nhau, không có khe hở, ứng với tải trọng lớn nhất trong thời gian động cơ làm việc. Ở một số động cơ người ta dùng hai kích để ép nắp ổ đỡ vào bệ máy của động cơ còn đầu trên của kích tỳ vào mấu lồi trên thân động cơ (Hình 2.8). Hình 2.8: Liên kết nắp đỡ bằng kích 20 Tiết diện ngang của nắp ổ đỡ có dạng hình hộp hoặc chữ I, vật liệu dùng để chế tạo nắp thường là gang. Dầu bôi trơn cho ổ đỡ được cung cấp qua một lỗ khoan hướng tâm trên nắp ổ đỡ. (Hình2.9). Hình 2.9: Phương pháp dẫn dầu bôi trơn đến cổ trục chính - Các động cơ không có bệ máy thường dùng ổ treo ghép vào thân động cơ (Hình 2.10). Nắp dưới của các ổ trục loại này chịu toàn bộ áp lực khí cháy trong xilanh động cơ. Kết cấu này thường dùng cho các động cơ cao tốc. Hình 2.10: Ổ trục treo của động cơ diesel D100 - Trong trường hợp không có ổ chặn riêng, một trong các ổ đỡ của trục khuỷu (thường là ổ đỡ phía bánh đà) phải làm nhiệm vụ ổ chặn để ngăn ngừa chuyển vị dọc trục của trục khuỷu. Bạc lót của ổ này có thêm mặt tựa bên tỳ vào gờ nổi của cổ trục chính trục khuỷu (Hình 2.11). Hình 2.11: Kết cấu ổ chặn - Trong quá trình làm việc khe hở giữa trục và bạc lót tăng lên do mài mòn. Để hạn chế quá trình mài mòn này của ổ trục, người ta lọc thật sạch nước và các tạp chất cơ học ra khỏi dầu bôi trơn trong quá trình động cơ làm việc bằng các phin lọc và máy lọc dầu ly tâm. - Khi khe hở trong ổ trục vượt quá giới hạn cho phép (được quy định trong lý lịch động cơ) đối với bạc lót thành dày ta phải lấy bớt đi một số căn đệm tương ứng giữa hai nửa bạc lót 21 và tiến hành cạo rà để khôi phục lại hình dạng ban đầu cho bạc lót, hoặc đối với bạc thành mỏng cần phải thay mới. 2.3 THÂN ĐỘNG CƠ 2.3.1 Thân của các động cơ cỡ lớn, hành trình piston dài Thân động cơ có dạng các khung riêng biệt hình chữ A. Các khung hình chữ A này được lắp trên bệ máy và liên kết thành một khối vững chắc (Hình 2.12), bên ngoài hàn các tấm thép mỏng, nhẹ tạo thành thân động cơ. Hình 2.12: Thân động cơ có dạng giá riêng biệt hình chữ A. Thân động cơ phải có nắp có thể mở được để kiểm tra bên trong các te. Nó còn phải có ống thông hơi, van an toàn, thiết bị kiểm tra hơi dầu trong các te khi động cơ làm việc. Trên khung máy có lắp bulông liên kết khung máy với bệ máy, hoặc bệ máy với khung và khối sơ mi xilanh. 2.3.2 Thân của các động cơ cỡ nhỏ, hành trình piston ngắn - Khối xilanh và thân liên kết thành một khối và có bệ máy riêng: (Hình 2.13a). Loại kết cấu này thường dùng phổ biến nhất với các động cơ không có con trượt, đường kính xilanh từ 100 đến 300 mm. Hốc đặt trục phân phối khí có thể được làm liền trong thân hoặc chế tạo riêng rồi ghép vào thân động cơ. Hình 2.13: Các sơ đồ kết cấu thân động cơ không có con trượt - Thân động cơ có các xilanh với các ổ đỡ chính treo (hình 2-13b). a b 22 Loại kết cấu này thường được dùng cho các động cơ có kích thước nhỏ và cho phép giảm bớt trọng lượng của nó. Hình 2.14: Bộ khung động cơ chữ V Kết cấu thân của các động cơ chữ V khác với các động cơ thông thường (Hình 2.14). Các gu giông liên kết nắp xilanh, khối xilanh và thân động cơ với nhau. Các ổ đỡ chính được treo vào thân động cơ bằng các gu giông. 2.4 KHỐI XILANH VÀ SƠ MI XILANH 2.4.1 Khối xi lanh - Khối xilanh của động cơ 4 kỳ có cấu tạo hình hộp đơn giản nhất gồm 2 tấm trên và dưới có các lỗ để lắp sơ mi xilanh và các vách ngăn thẳng đứng giữa các xilanh. Trong các vách ngăn có các khoang để nước làm mát lưu thông (Hình 2.15). Ngoài ra còn có làm thêm các thanh ngang, gân, gờ phụ để tăng độ cứng vững. Hình 2.15: Khối xilanh của động cơ 4 kỳ - Khối xilanh của động cơ 2 kỳ thường có cấu tạo phức tạp hơn (Hình 2.16) vì ngoài các khoang nước làm mát, chúng phải có các khoang khí quét (đối với tất cả các kiểu quét khí) và thêm khoang thoát khí xả (đối với các động cơ quét vòng). Để tạo hướng tốt nhất cho các luồng khí xả và khí quét, người ta làm các gờ dẫn hướng. 23 Hình 2.16: Khối xilanh của các động cơ diesel 2 kỳ - Ở các động cơ có con trượt (loại lớn), khối xilanh được chế tạo riêng từng chiếc hay từng đôi một, sau đó được liên kết thành một khối thống nhất (Hình 2.17). Khối xilanh được chia thành từng khoang bằng các vách ngang, mỗi khoang lắp một sơ mi xilanh. Giữa các xilanh và các vách của khối xilanh có các không gian để cho nước làm mát lưu thông. Hình 2.17: Khối xilanh được liên kết với nhau bằng các bu lông 2.4.2 Sơ mi xi lanh - Sơ mi xilanh của động cơ nói chung được chế tạo bằng phương pháp đúc. - Sơ mi xilanh phải có khả năng chịu được hai ứng suất: ứng suất cơ do áp suất cháy và ứng suất nhiệt do sự chênh lệch nhiệt độ giữa vách trong và vách ngoài sơ mi xilanh. - Sơ mi xilanh của các động cơ có đường kính lớn, hàmh trình dài, có patanh bàn trượt được bôi trơn bằng cách dùng các bơn dầu nhờn kiểu piston cụm, cấp dầu nhờn bôi trơn cho sơ mi xilanh qua các lỗ trên sơ mi xilanh. Các lỗ dầu này được khoan ở phía trên của sơ mi xilanh để hạn chế sự mài mòn sơ mi xilanh. Trên các lỗ dầu nhờn này người ta bố trí các van một chiều để ngăn ngừa việc dầu nhờn chảy ngược lại do áp lực khí cháy lớn. Các miệng lỗ phía trong sơ mi xilanh được nối với nhau bằng rãnh lượn sóng, hoặc thẳng để phân phối dầu nhờn đều xung quanh chu vi sơ mi xilanh. - Dựa vào đặc điểm của khoang nước làm mát xilanh, người ta chia chúng thành các loại sau: a. Sơ mi xilanh rời lắp trong khối xilanh (sơ mi xilanh ướt) Ở loại này, bề mặt ngoài của sơ mi xilanh và bề mặt trong của khối xilanh tạo thành khoang chứa nước làm mát. (Hình 2.18a). Loại này được dùng phổ biến nhất. b. Sơ mi xilanh có khoang nước làm mát riêng (Hình 2.18b). 24 Trong trường hợp này mặt trong của khối xilanh không tiếp xúc với nước làm mát, do vậy không bị ăn mòn. Loại xilanh chỉ dùng cho động cơ cao tốc, công suất nhỏ. Hình 2.18: Sơ mi xilanh c. Sơ mi xilanh được lắp chặt trong lỗ doa của khối xilanh (sơ mi xilanh khô). Trong trường hợp này sơ mi xilanh không tiếp xúc trực tiếp với nước làm mát, khoang nước làm mát nằm trong khối xilanh. Loại xilanh này cũng chỉ dùng cho động cơ cao tốc, công suất nhỏ. d. Sơ mi xilanh của các động cơ diesel được tăng áp cao Ở phần trên của sơ mi của loại động cơ này có các lỗ khoan xiên để dẫn nước làm mát nhằm tăng cường quá trình trao đổi nhiệt ở khu vực này (Hình 2.19). Đây là kiểu sơ mi xilanh được sử dụng rộng rãi nhất trong các động cơ chậm tốc và trung tốc. Hình 2.19: Sơ mi xilanh của động cơ 2 kỳ tăng áp cao - Sơ mi xilanh được cố định trong khối xilanh bằng gờ định vị phía trên tựa vào mặt tựa của khối xilanh, phía đuôi để tự do. Kiểu lắp ghép này cho phép sơ mi xilanh giãn nở theo chiều dọc. Độ kín của mối lắp ghép này được đảm bảo bằng cách rà phẳng bề mặt tiếp xúc hoặc bằng các gioăng đệm làm kín. - Khe hở hướng kính giữa gờ định vị và sơ mi xilanh đủ lớn, phù hợp với độ giãn nở lớn nhất của sơ mi xilanh khi động cơ làm việc. - Phần dưới của sơ mi xilanh được lắp các gioăng cao su để làm kín khoang nước làm mát. - Để tăng khả năng chống ăn mòn, bề mặt làm việc của sơ mi xilanh được mạ crôm "xốp" đối với các xilanh bằng gang, hoặc thấm Nitơ đối với các xilanh bằng thép. Bề mặt 25 ngoài của sơ mi còn có thể được phủ một lớp sơn Bakelit, mạ thiếc hoặc dùng các tấm kẽm bảo vệ dương cực để hạn chế ăn mòn điện hóa sơ mi xilanh. 2.5 NẮP XILANH - Nắp xilanh, đỉnh piston và sơ mi xilanh tạo thành thể tích buồng đốt. - Nắp xilanh làm việc trong điều kiện chịu tác dụng của áp suất và nhiệt độ cao của khí cháy, nắp xilanh được làm mát bằng nước. - Hình dáng ngoài của nắp xilanh thường có dạng hình trụ, hình vuông, hình lục giác hay bát giác. Với các xilanh có đường kính nhỏ hơn 200 mm, người ta thường liên kết các nắp xilanh riêng rẽ thành một khối chung cho một vài nhóm xilanh hoặc chung cho cả động cơ. - Trên các nắp xilanh có bố trí các xupáp hút và xả (2 4 chiếc cho mỗi xilanh) vòi phun, van khởi động, van chỉ thị và van an toàn (Hình 2.21). Hình 2.21: Nắp xilanh của động cơ 4 kỳ Ở các động cơ có tốc độ quay thấp, công suât lớn người ta thường dùng xupáp hộp (Hình 2.22). Còn ở các động cơ có tốc độ quay cao xupáp được lắp trực tiếp vào nắp xilanh nên yêu cầu chất lượng vật liệu chế tạo nắp xilanh phải cao hơn hoặc phải dùng đế xupáp riêng với loại vật liệu có độ cứng cao được ép chặt vào nắp xilanh. Hình 2.22: Xupáp hộp của động cơ 2 kỳ 26 - Nắp xilanh của động cơ 2 kỳ quét vòng có cấu tạo đơn giản hơn vì chúng không có xupáp. Đôi khi mặt trong của nắp có dạng hình bán cầu để tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình quét khí cháy. - Nắp xilanh được làm mát bằng nước biển hoặc nước ngọt. Nước làm mát được dẫn vào nắp xilanh từ khoang nước làm mát xilanh. Để tránh tạo thành các túi hơi nước trong các khoang làm mát, nước làm mát được đi ra ở chỗ cao nhất trong khoang làm mát của nắp xilanh (Hình 2.23). Hình 2.23: Phương pháp làm mát nắp xilanh. - Để làm kín khí giữa nắp xilanh và sơ mi xilanh, người ta thường dùng các gioăng đệm bằng đồng hoặc sắt non. Nắp xilanh của các động cơ có kích thước không lớn lắm thường dùng các gioăng đệm bằng đồng hoặc sắt non chung cho tất cả các xilanh. Nắp xilanh phải được ép đều và các gu giông không được căng quá mức. Để cho các gu giông được kéo đều và đệm được ép đều, người ta dùng cờ lê lực để siết các đai ốc nắp xilanh. Ngoài ra thứ tự siết các đai ốc của nắp xilanh cũng phải đúng quy định. . động cơ làm việc. Ở một số động cơ người ta dùng hai kích để ép nắp ổ đỡ vào bệ máy của động cơ còn đầu trên của kích tỳ vào mấu lồi trên thân động cơ. 2.3 THÂN ĐỘNG CƠ 2.3.1 Thân của các động cơ cỡ lớn, hành trình piston dài Thân động cơ có dạng các khung riêng biệt hình chữ A. Các khung hình chữ