bài tập lớn kết cấu ô tô đề tài tìm hiểu về hệ thống bôi trơn và làm mát trong động cơ

Nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn là vận chuyển dầu bôi trơn đến bề mặt làm việccủa các chi tiết để đảm bảo động cơ hoạt động được một cách trơn tru và ổn định cũngnhư tăng tuổi thọ của các

NG CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG

LỰC -NHÓM CHUYÊN MÔN Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG***BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU Ô TÔĐỀ TÀI: Tìm hiểu về hệ thống bôi trơn và làm mát trong độngcơHọ và tên sinh viên MSSVVũ Hà An 20171003

Mục lục

Lời nói đầu 4

1.Sơ lược về hệ thống bôi trơn trong động cơ 6

2.Các thành phần của hệ thống bôi trơn 6

2.1.Dầu bôi trơn 6

2.1.1.Khái niệm 6

2.1.2.Công dụng của dầu bôi trơn đối với động cơ đốt trong 7

2.1.3.Một vài thông số sử dụng của dầu bôi trơn 8

2.2.Các phương pháp bôi trơn 9

2.2.1.Bôi trơn bằng vung té 9

2.2.2.Bôi trơn bằng dầu pha trong nhiên liệu 10

2.2.3.Bôi trơn cưỡng bức 10

3.Hư hỏng thường gặp của hệ thống bôi trơn 22

3.1.Vấn đề về áp suất dầu bôi trơn 22

3.2.Chảy dầu ra bên ngoài 23

3.3.Các chi tiết làm việc ồn 23

3.4.Nhiệt độ dầu quá cao 23

3.5.Tiêu hao dầu quá lớn 24

4.Sơ lược về hệ thống làm mát trong động cơ 24

5.3.Một sô chi tiết của hệ thống bôi trơn cưỡng bức 29

6.Hư hỏng thường gặp của hệ thống làm mát 33

6.1.Rò rỉ hoặc tiêu hao nước làm mát nhanh 33

6.2.Nước sôi và động cơ quá nóng 34

6.3.Thời gian làm ấm máy lâu 35

6.4.Động cơ ồn 35

7.Kết luận 35

8.Tài liệu tham khảo 35

3

Lời cảm ơn!

Chúng em trân trọng cảm ơn thầy Nguyễn Tiến Dũng đã giúp chúng em hoàn thànhđược cuốn tiểu luận này

Lời nói đầu

Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh, giữ vai trò quan trọng trongnhiều ngành kinh tế quốc dân như nông nghiệp , giao thông vận tải đường bộ, đường sắt,đường biển, đường không cũng như trong nhiều ngành công nghiệp khác

Sản lượng động cơ đốt trong ngày nay trên thế giới ngày càng tăng cao Tuy nhiên,con dường phát triển đi ăn của ngành động cơ đốt trong nội chung và ngành công nghiệpôtô nói riêng của các nước rất khác nhau Tùy thuộc chủ yếu vào năng lực của ngành cơkhí và mức độ công nghiệp hoá của từng nước.

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta chia ra trong động cơ đốt trong cũngnhư trong ôtô ra nhiều hệ thống như hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống làmmát Trong đó, mỗi hệ thống dầu có tầm quan trọng nhất định Hệ thống bôi trơn và hệthống làm mát là hai trong trong những hệ thống chính của động cơ.

Việc khảo sát một hệ thống bất kỳ trong động cơ sẽ giúp cho sinh viên cùng có lạinhững kiến thức đã học và biết đi sâu tinh hiểu những hệ thống khác Do vậy, đề tài khảosát hệ thống bôi trơn và hệ thống làm mát trên động cơ ôtô là một những đề tài đã nóitrên Được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Tiến Dũng , em và cácbạn đã hoàn thành đề tài này Nhưng do trình độ còn hạn chế, tài liệu khó khăn nên trongquá trình thực hiện không thể không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em kính mongnhận được sự chỉ bảo tận tình của thầy.

4

Nội dung

1 Sơ lược về hệ thống bôi trơn trong động cơ

Có rất nhiều các bộ phận, chi tiết của động cơ đốt trong liên kết hoặc có tiếp xúcvới nhau Vì vậy, trong quá trình làm việc, với số vòng quay lớn (2000 – 8000 vòng/phút),lực ma sát giữa các chi tiết này gây nên những sự cố, hư hại và làm giảm hiệu suất độngcơ Để giải quyết vấn đề này, hệ thống bôi trơn ra đời và trở thành một trong những phầnkhông thể thiếu của động cơ đốt trong.

Nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn là vận chuyển dầu bôi trơn đến bề mặt làm việccủa các chi tiết để đảm bảo động cơ hoạt động được một cách trơn tru và ổn định cũngnhư tăng tuổi thọ của các chi tiết

Cùng với sự phát triển của động cơ đốt trong, hệ thống bôi trơn cũng có những cảitiến để đạt được hiệu quả cũng như tăng hiệu suất.

2 Các thành phần của hệ thống bôi trơn.2.1.Dầu bôi trơn

2.1.1.Khái niệm

Không chỉ với động cơ đốt trong, dầu bôi trơn có vai trò vô cùng quan trọng đốivới nhiều loại máy móc Khi mà những loại dầu bôi trơn chuyên dụng chưa ra đời, ngườita sử dụng các loại mỡ động vật rồi sau đó là dầu thực vật Khi ngành công nghiệp pháttriển, nhu cầu về dầu bôi trơn ngày càng tăng Do đó, dầu bôi trơn chuyên dụng ra đời.

Dầu bôi trơn hay còn được gọi là dầu nhớt, dầu nhờn là loại dầu được dùng để bôitrơn trên những hệ thống máy móc Dầu được chế tạo từ hỗn hợp dầu gốc kết hợp với cácloại phụ gia Chất phụ gia giúp dầu bôi trơn đạt được những đặc tính mà dầu gốc khôngcó.

5

2.1.2.Công dụng của dầu bôi trơn đối với động cơ đốt trong

Dầu bôi trơn có nhiều công dụng với động cơ, những công dụng quan trọng nhất

trong số đó là:

-Bôi trơn bề mặt của các chi tiết làm việc

+ Việc này nhằm để giảm ma sát, làm giảm đi sự ăn mòn và tăng tuổi thọ củacác chi tiết này.

+ Việc giảm ma sát cũng giúp cho hiệu suất động cơ tăng lên, từ đó tăng tínhkinh tế của động cơ.

-Rửa sạch bề mặt ma sát của các chi tiết

+ Trong quá trình làm việc, nhiều vảy rắn bị tróc ra khỏi bề mặt các chi tiết.Chúng sẽ được dầu bôi trơn rửa trôi và giữ lại trong các phần tử lọc Tránh cho cácbề mặt ma sát bị cào xước.

+ Trong quá trình lắp ráp hoặc sửa chữa, nhiều mạt sắt còn sót lại nên phảidùng những loại dầu bôi trơn có độ nhớt nhỏ để tăng khả năng rửa trôi.

-Làm mát một số chi tiết

+ Ma sát giữa các chi tiết trong động cơ sinh ra nhiệt Một số chi tiết nhưpiston, vòi phun còn nhận nhiệt từ khí cháy Nhiệt độ quá cao có thể gây ra cáchiện tượng như bó kẹt, kích nổ với động cơ xăng…

+ Dầu từ hệ thống bôi trơn (có nhiệt độ thấp hơn chi tiết) được dẫn tới bề mặtcó nhiệt độ cao để tải nhiệt đi làm mát cho động cơ.

-Bao kín buống cháy

+ Để tránh lọt khí giữa khe hở piston – xylanh, cần phải bôi dầu vào rãnh xécmăng và bề mặt của piston.

-Chống oxy hóa

+ Chất phụ gia có trong dầu bôi trơn có tác dụng chống kết gỉ bề mặt các chitiết trong động cơ.

-Rút ngắn quá trình chạy rà

+ Dầu bôi trơn giúp nhanh chóng loại bỏ các mạt sắt còn sót lại.

+ Dầu còn được thêm một số phụ gia đặc biệt giúp các chi tiết nhanh kín khít,giảm thời gian và chi phí chạy rà.

6

2.1.3.Một vài thông số sử dụng của dầu bôi trơn

Các kí hiệu được ghi trên bao bì thể hiện cho tính năng và phạm vi sử dụng của

dầu bôi trơn Có hai thông số quan trọng là SAE và API dựa trên tiêu chuẩn của các tổchức Hoa Kì.

-Chỉ số SAE: Phân loại độ nhớt theo nhiệt độ ở 100C và -18C của hiệp hội kĩ sư ôtô Hoa Kì Tại một nhiệt độ nhất định, chỉ số SAE càng cao thì độ nhớt càng lớn và ngượclại

+ Loại đơn cấp: Chỉ có một chỉ số độ nhớt Ví dụ: SAE – 40, SAE – 50, SAE– 20W… Chữ W (winter) dựa trên cơ sở độ nhớt ở nhiệt độ thấp, được sử dụngvào mùa đông Không có chữ W chỉ dựa trên độ nhớt ở 100C, được sử dụng vàomùa hè.

+ Loại đa cấp: Có hai chỉ số độ nhớt Ví dụ: SAE – 10W/40…, khi ở nhiệt độ cao cóđặc tính giống với dầu nhớt chỉ số SAE – 40 còn ở nhiệt độ thấp có đặc tính giống dầunhớt SAE – 10W Dầu có chỉ số đa cấp có phạm vi nhiệt độ sử dụng rộng hơn dầu đơncấp.

7

-Chỉ số API: Cho biết cấp chất lượng dầu nhớt khác nhau theo chủng loại động cơtheo đánh giá của viện hóa dầu Hoa Kì

+ Dầu chuyên dụng: Sử dụng cho một loại động cơ nhất định, xăng hoặc diesel Vídụ: API – SH, API – CF… Chữ cái đầu tiên thể hiện loại động cơ, chữ S với động cơ xăngcòn chữ C với động cơ diesel Chữ cái thứ hai thể hiện cho cấp chất lượng dầu tăng dầntheo bảng chữ cái.

+ Dầu đa dụng: Sử dụng cho cả động cơ xăng và diesel Ví dụ: API – SG/CD vớicấp chất lượng cho động cơ xăng là G còn với động cơ diesel là D Chỉ số nào được viếttrước thì được ưu tiên dùng cho loại động cơ đó.

2.2.Các phương pháp bôi trơn

Có nhiều loại hệ thống bôi trơn được sử dụng tùy thuộc vào loại động cơ, điềukiện làm việc… Sau đây là một số phương pháp bôi trơn thường gặp.

2.2.1.Bôi trơn bằng vung té

8

-Nguyên lý hoạt động: Khi động cơ làm việc, tận dụng chuyển động quay của cácchi tiết như trục khuỷu, thanh truyền để vung té dầu lên các chi tiết cần bôi trơn: piston,thành xylanh, cam… Ngoài ra, một phần dầu ở dạng sương sẽ rơi và đọng ở kết cấu hứngdầu của các chi tiết cần bôi trơn.

-Ưu điểm: Hệ thống bôi trơn đơn giản.

-Nhược điểm: Khó đảm bảo đủ lưu lượng dầu bôi trơn tới các ổ trục làm động cơkhông an toàn khi hoạt động.

-Ứng dụng: Chủ yếu trên các động cơ công suất nhỏ như xe máy, bơm nước…

2.2.2.Bôi trơn bằng dầu pha trong nhiên liệu

-Nguyên lý hoạt động: Dầu bôi trơn được pha với xăng theo tỉ lệ nhất định thườngtừ 1/20 đến 1/25 Khi hỗn hợp xăng – dầu đi vào hộp cacte, xylanh; các hạt dầu sẽ ngưngđọng trên bề mặt để bôi trơn các chi tiết chịu ma sát Các cách hòa trộn:

+ Xăng và dầu được hòa trộn sẵn từ trước được gọi là xăng pha dầu, được bán ở cácchạm xăng.

+ Xăng và dầu chứa trong hai thùng khác nhau, khi động cơ làm việc thì xăng vàdầu mới được hòa lẫn song song theo định lượng khi ra khỏi thùng chứa.

+ Phun trực tiếp dầu vào họng khuếch tán hoặc vị trí bướm ga Tốc độ bơm có thểđiều chỉnh nên hòa trộn chính xác và tối ưu ở các chế độ tải khác nhau.

-Ưu điểm: Hệ thống đơn giản

-Nhược điểm: Không an toàn cho động cơ+ Không đảm bảo đủ lưu lượng dầu bôi trơn.

9

+ Quá trình cháy dễ tạo ra muội than bám trên đỉnh piston ngăn chặn quá trình tảnnhiệt.

+ Phụ thuộc nhiều vào tỉ lệ pha trộn giữa xăng và dầu.

-Ứng dụng: Dùng ở động cơ xăng hai kì quét trên các dòng xe máy của YAMAHA,SUZUKI, SIMSON

2.2.3.Bôi trơn cưỡng bức

Ngày nay, hầu hết các động cơ đốt trong trên ô tô đều sử dụng hệ thống bôi trơncưỡng bức Dầu sẽ được bơm đẩy đến các vị trí cần bôi trơn nên có thể khắc phục nhượcđiểm của các hệ thống bôi trơn đã nói ở trên.

2.2.3.1.Hệ thống bôi trơn cacte ướt

- Đặc trưng để phân biệt hệ thống bôi trơn cacte ướt với hệ thống bôi trơn cacte

khô (sẽ nói sau) là toàn bộ dầu bôi trơn được chứa ở cacte

-Nguyên lý hoạt động:

+ Bơm dầu được dẫn động từ trục khuỷu hoặc trục cam, hút dầu vào qua phao hútdầu Phao có lưới chắn để lọc sơ bộ những tạp chất có kích thước lớn Phao sẽ luôn nổi dùcho động cơ có bị nghiêng.

+ Sau bơm, dầu có áp suất cao được chia ra hai nhánh Một nhánh đi tới két dầu, dầuđược làm mát rồi trở về cacte Nhánh còn lại đi qua bầu lọc thô và đi vào đường dầuchính.

+ Dầu đi theo đường dầu chính bôi trơn cho trục khuỷu, đầu to thanh truyền, chốtpiston, trục cam… Một lượng dầu khoảng 15% - 20% được đưa đến bầu lọc tinh để giữlại những tạp chất rất nhỏ.

10

+ Dầu đi ra khỏi lọc tinh trở về cacte, lượng dầu bôi trơn các chi tiết cũng nhờ trọnglực chảy xuống cacte.

+ Van ổn áp có tác dụng khống chế áp suất dầu sau bơm Van an toàn sẽ mở cho dầulưu thông nếu bầu lọc thô bị tắc Van nhiệt sẽ mở khi áp suất qua két dầu quá lớn để dầuđi thẳng về cacte.

+ Que thăm dầu dùng để kiểm tra lượng dầu còn lại trong máy Cần thường xuyênkiểm tra và bổ xung nếu lượng dầu thấp.

2.2.3.2.Hệ thống bôi trơn cacte khô

Hệ thống bôi trơn cacte khô có một thùng chứa dầu riêng được đặt bên ngoài động cơ.

Hình 2.2.3-Hệ thống bôi trơn các te khô

11: bầu lọc tinh

12: đồng hồ áp suất két làm mát

13: két làm mát

+ Từ đây, quá trình bôi trơn giống với hệ thống bôi trơn cacte ướt đã trình bày ởtrên.

- Ưu điểm:

+ Giảm được chiều cao của động cơ.+ Tuổi thọ của dầu được kéo dài hơn.+ Làm việc được lâu dài ở địa hình dốc.

- Nhược điểm: Hệ thống phức tạp, nhiều chi tiết hơn so với hệ thống bôi trơn cacteướt.

- Ứng dụng: Dùng trong các động cơ diesel trên các phương tiện chuyên dụng nhưmáy ủi, xe tăng, máy kéo, tàu thủy…

2.2.4.Bôi trơn hỗn hợp

Phương pháp bôi trơn này kết hợp cả bôi trơn vung té với bôi trơn cưỡng bức.Phương pháp vung té sẽ dùng cho các chi tiết như xylanh, mặt gương piston, xu páp…Phương pháp bôi trơn áp lực sẽ dùng cho các chi tiết chịu trọng tải lớn như bạc đòn mở cơcấu phối khí, bạc đầu to thanh truyền…

2.3.Các chi tiết chính của hệ thống bôi trơn

Hiện nay, phương pháp bôi trơn phổ biến nhất là bôi trơn cưỡng bức Dưới đây làmột số bộ phận chính trong hệ thống bôi trơn cưỡng bức.

2.3.1.Bơm dầu

Bơm dầu trong hệ thống bôi trơn cưỡng bức cần tạo được áp suất lớn nên phải làcác loại bơm thủy lực thể tích.

2.3.1.1.Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Bơm bánh răng ăn khớp ngoài là một kiểu bơm đơn giản nhưng rất phổ biến.

-Nguyên lý hoạt động:

1-thân bơm2-BR bị động3-rãnh giảm áp4-BR chủ động5-đường dầu ra6- đường dầu vào7-đệm làm kín8-nắp van điều chỉnh

Hình 2.3.1- Bơm dầu BR ăn khớp ngoài9- tấm đệm điều chỉnh 10-lò xo

11- van bi

+ Bánh răng (4) là bánh răng chủ động, được dẫn động từ trục khuỷu hoặctrục cam Khi cặp bánh răng quay, dầu từ đường áp suất thấp được guồng sangđường dầu áp suất cao qua khoảng trống giữa bánh răng và thân máy theo chiềumũi tên.

+ Rãnh triệt áp (3) có tác dụng tránh cho dầu chèn giữa các bánh răng khi ănkhớp.

+ Khi áp suất đường ra quá lớn, van an toàn sẽ mở để dầu chảy ngược vềđường áp suất thấp.

+ Lưu lượng và hiệu suất bơm phụ thuộc nhiều vào khe hở giữa đỉnh răng –thân bơm và đầu bánh răng – nắp bơm Những khe hở này thường không vượt quá0.1 mm

2.3.1.2.Bơm bánh răng ăn khớp trong

Bơm bánh răng ăn khớp trong có kết cấu gọn nhẹ, cấu tạo chặt chẽ, công suất lớn,

áp lực cao, thường được dùng trên các xe du lịch 14

+ Nhờ những không gian kín này, dầu được guồng từ đường dầu áp suất thấp đếnđường dầu áp suất cao.

Bơm phiến trượt đơn giản, nhỏ gọn nhưng có nhược điểm là phiến trượt bị màimòn rất nhanh.

1-thân bơm2-BR bị động3-đường dầu vào4,7- rãnh dẫn dầu 5- trục dẫn động6-BR chủ động8- đường dầu ra

1- Thân bơm2- Đường dầu vào3- Cánh gạt4- Đường dầu ra5- Roto6- Trục dẫn động

7-Lò xo

2.3.2.Lọc dầu

Theo chất lượng lọc, người ta chia ra hai loại:

-Bầu lọc thô thường đặt trên đường dầu đi bôi trơn Chỉ lọc được những cặn bẩnkích thước lớn (>0.03 mm) Tổn thất áp suất của bầu lọc thô không quá lớn.

-Bầu lọc tinh có thể lọc được những cặn bẩn rất nhỏ Do đó sức cản của bầu lọc tinhrất lớn nên không được đặt trên đường dầu đi bôi trơn Dầu sau khi lọc tinh sẽ trở vềcacte.

16

-Bầu lọc thấm dùng tấm kim loại: Gồm các phiến kim loại sắp xếp xen kẽ tạo thànhkhe lọc kích thước 0.07 -0.08 mm Căn bẩn sau khi bị giữ lại sẽ được gạt đi bởi các phiếngạt tránh cho lõi lọc tắc Dùng để lọc thô, có thể sử dụng lại.

Hình 2.3.2.1-Bầu lọc thấm dùng tấm kim loại

1: nắp bầu lọc, 2: đường dầu ra, 3: thân bầu lọc, 4: đường dầu vào, 5: phiến lọc,6: phiến gạt, 7: phiến cách.

- Bầu lọc thấm dùng lõi lọc giấy, len, da…: Gồm nhiều vòng ép chặt lại với nhau.Dầu sẽ thấm từ ngoài vào trong đi qua lõi lọc tới đường dầu ra Có thể dùng cho cảlọc thô và lọc tinh những không thể sử dụng lại mà phải thay thế.

1: thân bầu lọc,2: đường dầu vào, 3: nắp bầu lọc, 4: đường dầu ra, 5: phần tử lọc, 6: lưới của phần tử lọc.

Các bầu lọc thấm có khả năng lọc tốt, kết cấu đơn giản nhưng thời gian sử dụng ngắn.

2.3.2.2.Bầu lọc ly tâm

1: thân bầu lọc, 2: đường dầu vào, 3: lõi lọc bằng da, 4: nắp bầu lọc,5: đường dầu ra, 6: trục bầu lọc.

1: thân bầu lọc2: đường dầu về các te3: đường dầu vào lọc 4 van an toàn 5: đường dầu đi bôi trơn

6: vòng bi đỡ 7: rô to 8: nắp bầu lọc9: vít điều chỉnh 10: ống lấy dầu sạch11: lỗ phun.

-Nguyên lý hoạt động:

+ Dầu có áp suất cao theo đường (3) vào roto (7) của bầu lọc Trên roto có lỗ phun(11), khi dầu phun qua tạo ngẫu lực làm quay roto tốc độ có thể đạt tới 5000 – 6000vòng/phút Sau đó, dầu trở về cacte theo đường (2).

+ Do ma sát với bề mặt trong của roto nên dầu cũng quay theo Cặn bẩn trong dầucó tỉ trọng lớn sẽ văng ra xa sát vách roto nên dầu càng gần tâm roto càng sạch Dầu sạchsẽ theo đường ống 10 đi bôi trơn cho động cơ.

+ Theo thời gian, cặn bẩn được giữ trong bầu là giảm khả năng lọc Vì vậy, định kỳphải bảo dưỡng để làm sạch cặn bẩn bám trên vách roto.

-Phân loại bầu lọc ly tâm dựa trên cách lắp:

+ Lọc ly tâm toàn phần được lắp trực tiếp trên mạch dầu Toàn bộ lượng dầu do bơmcung cấp đều đi qua lọc Đóng vai trò bầu lọc thô.

+ Lọc ly tâm bán phần không lắp trên đường dầu đi bôi trơn Chỉ khoảng 10 – 15%lưu lượng của bơm đi qua lọc ly tâm bán phần được lọc sạch rồi trở về cacte Đóng vai tròbầu lọc tinh.

Bầu lọc ly tâm có nhiều ưu điểm như không cần phải thay thế phần tử lọc dokhông dùng lõi lọc, khả năng lọc tốt hơn so với lọc thấm, ít phụ thuộc vào lượng cặn bẩnbám trong bầu lọc Do đó, bầu lọc ly tâm được sử dụng rất rộng rãi.

19