Chương 1: Sử dụng, sửa chữa động cơ đốt trong TS Trần Anh Trung

Chương 1: Sử dụng, sửa chữa động cơ đốt trong TS Trần Anh Trung Sinh viên nắm được những kiến thức lý thuyết và thực hành cơ bản về hư hỏng và phương pháp kiểm tra sửa chữa, điều chỉnh các chi tiết, các bộ phận của động cơ đốt trong. Phương pháp chẩn đoán kỹ thuật không tháo máy đối với động cơ xuất xưởng và động cơ đang lưu hành. Nắm vững đặc điểm hư hỏng, nguyên nhân và phương pháp chẩn đoán hư hỏng của các chi tiết, bộ phận, hệ thống của động cơ đốt tỏng; Nắm vững quy trình bảo dưỡng, sửa chữa động cơ Sử dụng thành thạo các dụng cụ phục vụ bảo dưỡng, sửa chữa động cơ; Thực hành bảo dưỡng, sửa chữa, điều chỉnh các bộ phận, hệ thống của động cơ.

SỬ DỤNG, SỬA CHỮA ĐỘNG CƠ

ĐỐT TRONG

GV: TS Trần Anh Trung SĐT: 0969767381 Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong C15

Mã học phần: TE 4021

Lý thuyết: 45 tiếtThí nghiệm: 15 tiết

Sinh viên nắm được những kiến thức lý thuyết và thực hành cơ bản về

hư hỏng và phương pháp kiểm tra sửa chữa, điều chỉnh các chi tiết, các

bộ phận của động cơ đốt trong Phương pháp chẩn đoán kỹ thuật không tháo máy đối với động cơ xuất xưởng và động cơ đang lưu hành

-Nắm vững đặc điểm hư hỏng, nguyên nhân và phương pháp chẩn đoán hư hỏng của các chi tiết, bộ phận, hệ thống của động cơ đốt tỏng;

-Nắm vững quy trình bảo dưỡng, sửa chữa động cơ

-Sử dụng thành thạo các dụng cụ phục vụ bảo dưỡng, sửa chữa

động cơ;

-Thực hành bảo dưỡng, sửa chữa, điều chỉnh các bộ phận, hệ thống của động cơ

Tài liệu tham khảo

• Giáo trình kỹ thuật sửa chữa ô tô- PGS TS

Hoàng Đình Long - NXB Giáo dục 2005

• Giáo trình kỹ thuật sửa chữa ô tô, máy nổ - GS

TS Nguyễn Tất Tiến - GVC Đỗ Xuân Kính-

NXB Giáo dục – 2002

• Tài liệu đào tạo kỹ thuật viên TOYOTA

CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM HAO MÒN

HƯ HỎNG CÁC CHI TIẾT MÁY

1.1 Khái niệm và phân loại hao mòn hư hỏng

+ Hao mòn là dạng phá hoại có tính tất yếu, với đặc trưng là

sự hình thành trên bề mặt các lớp cấu trúc thứ cấp có nguồn

gốc ô xít; Đây chính là sự ô xi hóa bề mặt, do tương tác của

lớp kim loại trên cùng có tính hoạt hoá cao với ô xi trong môi trường gây ra; Lớp màng ô xít phủ trên bề mặt này có tác dụng bảo vệ kim loại gốc của chi tiết Khi ma sát, dưới ảnh hưởng

của các điều kiện tải trọng và vận tốc trượt, lớp màng sẽ bị

phá hủy, ngay sau đó một lớp màng mới lại được tạo ra Sự

cân bằng giữa việc hình thành và phá huỷ lớp màng ô xít sẽ giúp cho chi tiết duy trì trạng thái hao mòn với tốc độ phá hoại nhỏ nhất và cho phép

Tốc độ phá hoại rất chậm, cỡ vài µ/h, bề mặt vẫn có độ bóng cao, cơ tính cao nhưng kích thước giảm

+ Hư hỏng là sự phá huỷ bề mặt, kết quả trực tiếp của quá

trình ma sát giữa các chi tiết Tùy theo điều kiện làm việc của

chúng, bao gồm các chế độ: tải trọng P, vận tốc trượt V và các điều kiện ma sát khác có thể xẩy ra các quá trình ma sát

không bình thường mà hậu quả là các dạng phá hoại bề mặt

không cho phép Các dạng phá hoại này xảy ra trên lớp kim

loại gốc thể hiện ở các dạng cào xước, tróc rỗ, lún, nứt có thể quan sát được (mức độ vĩ mô) Có thể do các nguyên

nhân:

• Hư hỏng cào xước do hạt mài

• Tróc rỗ do hiện tượng dính kết bề mặt ở nhiệt độ cao hoặc

tải trọng nặng gây nên

• Xâm thực hoặc ăn mòn hóa học

Bề mặt ma sát chịu sự phá hoại đồng thời bởi nhiều loại hao

mòn - hư hỏng khác nhau, song chỉ loại nào có tốc độ phá

hoại lớn nhất lúc đó mới chiếm ưu thế và quyết định kiểu

hư hỏng của chi tiết

Đánh giá mức độ mãnh liệt của hao mòn và hư hỏng:

Vận tốc mòn có thể tính bằng 1 trong ba công thức sau:

t

V

V t

G

G t

G

G l

1.2 Một số loại hao mòn hư hỏng chủ yếu

Các loại hao mòn hư hỏng chi tiết được phân loại dựa

theo đặc trưng phá hoại của chúng như sau:

• Các loại phá hoại cho phép: Hao mòn ô xy hoá loại 1 và Hao mòn ô xy hoá loại 2

• Các loại phá hoại không cho phép: Tróc loại 1, Tróc loại 2, Hao mòn ô xy hoá động, Mài mòn bởi hạt mài, Xâm thực,

ăn mòn hoá học và điện hoá, Mỏi v.v

Trong quá trình làm việc, giữa hai bề mặt ma sát có thể đồng

thời xảy ra nhiều dạng phá hoại khác nhau, tuy nhiên chỉ có

một dạng nào đó chiếm ưu thế, nếu gặp các điều kiện ma

sát phù hợp với nó và dạng phá hoại này sẽ quyết định tính chất hư hỏng của chi tiết

1.2.1 Hao mòn ô xy hóa

a Định nghĩa

Hao mòn ô xi hoá là dạng phá hoại chi tiết, thể hiện ở sự hình thành và phá huỷ lớp màng cấu trúc thứ cấp có nguồn gốc ô xi trên bề mặt chi tiết

Nguyên nhân:

Do lớp kim loại trên cùng của bề mặt có tính hoạt hóa cao

với ô xi trong môi trường nên rất dễ dàng tác dụng với ô xi

Tuỳ theo lớp màng được tạo thành là các ô xít FeO,

Fe2O3 hoặc là lớp dung dịch rắn của ô xi với kim loại.

→ Lớp màng này bao phủ bề mặt chi tiết, khi ma sát làm bong ra và ngay lập tức lại hình thành lớp màng khác

• Nếu lớp màng là dung dịch rắn của ô xi với kim loại hao mòn ô xi hóa loại 1

• Nếu lớp màng là ô xít kim loại hao mòn ô xi hóa loại 2

b Điều kiện hình thành hao mòn ô xi hoá

• Phải tồn tại ô xi trong môi trường làm việc của chi tiết

• Quá trình ô xi hoá phải chiếm ưu thế so với các quá trình

khác: Vox >Vkhác

• Có sự cân bằng ổn định giữa tốc độ hình thành và phá hoại lớp màng: Vht ≥ Vph

• Bề mặt ma sát khô hoặc có bôi trơn giới hạn

• Tốc độ trượt đối với thép tôi 0,1-3m/s Nếu tốc độ trượt lớn hơn nữa sẽ tạo nhiệt độ rất cao làm mềm bề mặt có thể dẫn đến sự phá hoại theo kiểu hư hỏng tróc loại 2

• áp suất riêng khi hao mòn ô xi hoá không vượt quá áp suất phá hoại lớp màng dầu bôi trơn hoặc áp suất phá hoại các lớp màng cấu trúc thứ cấp (lớp màng ô xít ) dẫn đến sự tiếp xúc trực tiếp giữa 2 bề mặt

Bề mặt bị hao mòn ô xi hoáa.Hao mòn ô xi hoá loại 1b.Hao mòn ô xi hoá loại 2I- Lớp kim loại gốc

II- Lớp màng cấu trúc thứ cấp

c.Các chi tiết thường có hao mòn ô xi hoá

Những chi tiết làm việc trong điều kiện ma sát khô hoặc bôi trơn giới hạn như: bề mặt vòng bi, bề mặt cổ trục làm việc với bi, chốt pít tông, bề mặt xy lanh v.v

1.2.2 Tróc loại 1

a Định nghĩa

Tróc loại 1 là dạng phá hoại các chi tiết ma sát mà nguyên nhân của nó là do sự hình thành và phá hủy các mối liên kết cục bộ do tải trọng lớn gây nên.

Quá trình phá huỷ do tróc như sau:

Tại những khu vực tiếp xúc thực, áp suất riêng lớn đã làm 2 bề

mặt biến dạng và dịch sát tới khoảng cách tác dụng của các lực

tương tác giữa các nguyên tử, tại đây xuất hiện các tâm kích hoạt với mật độ rất lớn của các chỗ trống và nguyên tử biến vị, dẫn đến

sự khuếch tán nguyên tử kim loại từ bề mặt này sang bề mặt

kia, tạo thành mối dính Khi có sự chuyển động tương đối của 2 vật

thể, tuỳ thuộc vào lực liên kết của chỗ dính mạnh hay yếu so với lực liên kết nguyên tử mà mối dính có thể bị phá huỷ, hoặc bứt ra khỏi một bề mặt và dính vào bề mặt kia, hay cũng có thể tách ra

khỏi cả hai bề mặt, tạo thành một hạt cứng lọt vào giữa, gây mài mòn cho chi tiết

b Điều kiện hình thành tróc loại 1

• Vận tốc quá trình tróc chiếm ưu thế so với quá trình khác: Vtróc > Vkhác

• Tại khu vực tiếp xúc không tồn tại các lớp màng ngăn cách như lớp màng dầu hoặc lớp màng ô xít

• áp suất riêng tại khu vực tróc giới hạn chảy của vật liệu

• Tốc độ dịch chuyển tương đối của 2 vật thể khá chậm để đủ thời gian cho việc khuếch tán các nguyên tử kim loại, thường Vtrượt < 0,1m/s

c Các chi tiết thường bị tróc loại 1

Phần lớn là các chi tiết làm việc trong điều kiện chịu tải trọng

nặng và tốc độ chuyển động chậm như: Chốt ổ quay trục bánh

lái máy kéo, Chạc chữ thập trong khớp các đăng v.v

1.2.3 Tróc loại 2

a Định nghĩa

Tróc loại 2 là sự phá hoại bề mặt chi tiết thể hiện ở sự hình thành

và phá huỷ các mối liên kết cục bộ hoặc tạo nên các chỗ nhũn,

nứt bề mặt do nhiệt độ cao trong quá trình ma sát gây ra.

Quá trình phá huỷ do tróc như sau:

Khác với tróc loại 1, trường hợp hư hỏng này xuất phát từ nguyên nhân bề mặt bị quá nóng do ma sát trượt, mà nhiệt độ cao quá

ngưỡng đã gây nên biến dạng dẻo vật liệu, làm lộ ra các lớp kim loại gốc đồng thời làm hai bề mặt dịch sát tới khoảng cách bán

kính giữa các nguyên tử, từ đó tạo điều kiện cho các nguyên tử khuếch tán Trong một số trường hợp còn xảy ra sự nóng chảy cục

bộ, tựa như hàn 2 vật liệu

Bề mặt tróc loại 2

b Điều kiện hình thành tróc loại 2

• Tốc độ quá trình tróc chiếm ưu thế so với quá trình khác: Vtróc > Vkhác

• Tốc độ trượt tương đối của 2 vật thể cao, Vtrượt > 10m/s

c Chi tiết bị tróc loại 2

Những chi tiết bị tróc loại 2 thường là các bề mặt trục và bạc (trục

khuỷu và bạc ), bề mặt bánh đà làm việc với ly hợp, bề mặt tang trống phanh v.v

1.2.4 Mài mòn

a Định nghĩa

Mài mòn là dạng phá hoại bề mặt chi tiết do các hạt mài từ môi

trường bên ngoài lọt vào giữa hai bề mặt ma sát hoặc do các

cấu trúc cứng có trong chi tiết gây ra Sự phá hoại có thể ở dạng cào xước, cắt phoi tế vi (mài mòn cơ học) hoặc làm cường hoá quá trình hao mòn ô xi hoá, khiến tốc độ phá hoại của quá trình này tăng lên mạnh mẽ (mài mòn cơ hoá).

• Cào xước, cắt phoi → mài mòn cơ học

• Cường hóa quá trình ô xi hóa → mài mòn cơ hóa

b Điều kiện hình thành mài mòn

Vận tốc quá trình mài mòn chiếm ưu thế so với quá trình khác Vmài>Vkhác

• Tồn tại các hạt mài giữa hai bề mặt ma sát

• Mài mòn tăng tỉ lệ thuận với tốc độ trượt

• Phụ thuộc vào độ cứng của chi tiết và độ cứng của hạt mài Có thể đánh giá thông qua tỉ số giữa độ cứng hạt mài trên độ cứng chi tiết : Hm/Hct = K; K> 0,6 xảy ra mài mòn cơ học K 0,6, xảy ra mài mòn cơ hoá

• Trong trường hợp hạt mài nằm trong một khối nền mềm (ví dụ các hạt mài trong nền đất), sự phá hoại chủ yếu lại là mài mòn

cơ hoá do chúng không có đủ lực cắt tác dụng lên bề mặt ma sát

• Dùng hệ thống lọc để ngăn cản hạt mài lọt vào chi tiết, đồng thời bảo dưỡng định kỳ

Cơ chế phá hoại của mài mòn cơ hoá và cơ học

a Mài mòn cơ hoá

b Mài mòn cơ học

c Các chi tiết thường bị mài mòn

Trong điều kiện vận hành không tuân thủ các chế độ chăm sóc bảo dưỡng thường xuyên hoặc trong môi trường nhiều hạt mài,

có thể thấy đa số chi tiết của động cơ ô tô bị phá hoại do mài

mòn như: Nhóm xy lanh, pít tông, xéc măng; Các loại cổ trục và bạc lót; Chốt xích trên các máy bánh xích; Gầu xúc, lưỡi cày, lưỡi ủi v.v

1.2.5 Một số dạng hư hỏng khác

a Mỏi

Xuất hiện các vết nứt vuông góc với bề mặt ma sát và ở khu vực có ứng suất tập trung

→ gãy do mỏi sau 1 chu kỳ làm việc nào đó

Phụ thuộc vào: Hình dạng bề mặt, chế độ tải và cấu trúc vật liệu

Đặc điểm: Vết gãy mịn và nghiêng 450

Các chi tiết hư hỏng mỏi thường gặp như: ổ lăn, bánh răng, các cặp con lăn, đĩa đệm, lò so xu páp, bu lông thanh truyền, trục khuỷu

1.3 Hư hỏng một số chi tiết chính trong động

cơ1.3.1 Hư hỏng xy lanh

Đặc điểm làm việc?

Biên dạng mòn xy lanh theo phương dọc trục

1 Sau 25.000Km đường làm việc

2 Sau 60.000Km đường làm việc

3 Sau 80.000Km đường làm việc

4 Sau 120.000Km đường làm việc

1.3.2 Hao mòn xéc măng

Điều kiện làm việc của xéc măng:

• Điều kiện giống xy lanh, tuy nhiên cường độ chịu lực của

xéc măng lớn hơn do phản lực từ xy lanh luôn đặt lên một

diện tích khá nhỏ của xéc măng

• Khí cháy lọt qua khe hở miệng gây ứng suất nhiệt lớn,

cộng với lượng nhiệt phát sinh bởi ma sát trượt sẽ tạo điều

kiện đốt cháy nhiên liệu và dầu thành muội than đọng bám

trên rãnh pít tông, làm xéc măng bị bó kẹt

Một số dạng hư hỏng của xéc măng:

• Mòn bề mặt tiếp xúc với xy lanh

• Mòn 2 cạnh bên theo chiều cao h của xéc măng

• Xéc măng bị mất đàn hồi do chịu nhiệt độ cao hoặc do bị bó kẹt lâu trong rãnh pít tông gây nên

• Xéc măng bị gãy do những khuyết tật về vật liệu, hoặc do sự va đập với rãnh pít tông, hay với gờ mòn trên thành xy lanh

CHƯƠNG 2: CHẨN ĐOÁN KỸ

THUẬT ĐỘNG CƠ

2.1 Khái niệm về chẩn đoán

Tải trọng

Nhiệt độ

Vận tốc trượt

Động cơ đốt trong Hư hỏng

Công suấtKhí thảiTốc độPc

Đặc điểm

Làm việc

Quá trình vận hành

Thông số gián tiếp

đo được

Chẩn đoán

Một số định nghĩa:

- Tham số kết cấu: chỉ rõ đặc điểm kết cấu cụm máy, do nhà chế

tạo quy định

- Tham số ra: là những tín hiệu mà động cơ bộc lộ ra bên ngoài

trong quá trình làm việc

Điều kiện để tham số ra được dùng làm tham số chẩn đoán:

- Điều kiện đơn trị: Khi tham số ra chỉ phản ánh một trạng thái của

tham số kết cấu mà nó biểu hiện

- Điều kiện mở rộng: Tham số ra dùng làm chẩn đoán có phạm vi

thay đổi rộng ứng với thay đổi của tham số kết cấu

- Điều kiện thực hiện: tham số ra phải đo được một cách dễ dàng

Phân loại chẩn đoán

Dựa trên khả năng biểu hiện của các tham số ra mà phân loại

ra 3 dạng chẩn đoán

- Chẩn đoán chung: Là dựa trên khả năng của tham số ra chỉ

phản ánh tình trạng chung của máy mà không cho biết cụ thể

hư hỏng ở đâu

- Chẩn đoán riêng: Là các tham số chẩn đoán cho phép xác

định hư hỏng ở nhóm chi tiết hoặc một vài chi tiết cụ thể nào đó

- Chẩn đoán hệ thống: Dùng các tham số ra phản ánh trạng

thái chất lượng của từng cơ cấu, hệ thống trong động cơ làm tham số chẩn đoán

2.2 Chẩn đoán động cơ theo công suất hữu ích

Hiện tượng:

- Động cơ gia tốc kém, khả năng mang tải kém

- Công suất không đạt

- Máy nóng (nhiệt độ tăng nhanh)

- Khói sẫm màu (khói đen)

Nguyên nhân

- Tắc đường ống nạp, thải

- Thiếu hoặc thừa nhiên liệu

- Chất lượng phun hoặc hòa trộn nhiên liệu không tốt

- Thời điểm phun hoặc đánh lửa sai

- Bỏ máy do hư hỏng hệ thống đánh lửa hoặc vòi phun nhiên liệu

- Điều tốc cắt quá sớm

- Nhiệt độ máy quá cao do cháy muộn hoặc bó kẹt

- Mòn nhóm pittông – xy lanh – xéc măng

- Hở nhóm bao kín buồng cháy

• Kiểm tra áp suất nén để xác định tình trạng mòn, hư

hỏng nhóm bao kín buồng cháy

• Kiểm tra khí thải (màu khí thải) để xác định tình trạng hệ thống nhiên liệu

Hỗn hợp chuẩnHỗn hợp nghèo

Hỗn hợp đậm

Bình thường

Va đập cơ khíPhủ các bon

2.3 Chẩn đoán động cơ theo thành phần khí thải

Do khí thải liên quan chặt chẽ với chất lượng quá trình hòa trộn không khí – nhiên liệu, tỷ lệ giữa không khí và nhiên liệu, quá trình cháy, trạng thái nhiệt… Vì vậy khi thấy màu và mùi khí thải khác thường → cần phân tích để phán đoán hư hỏng

a Quan sát màu của khí thải

• Không màu hoặc nâu nhạt → bình

thường

• Màu trắng xám → nước vào buồng

cháy → nguyên nhân: gioăng đệm nắp

máy

• Màu nâu thẫm hoặc đen → nhiên liệu

cháy không hết → nguyên nhân: thừa

nhiên liệu, hòa trộn kém (ĐC xăng),

nhiên liệu phun không tơi (ĐC diesel),

bầu lọc khí tắc (ĐC xăng dùng chế hòa

khí, hoặc ĐC diesel)

• Màu xanh xám → cháy dầu bôi trơn

do dầu bôi trơn lọt vào xy lanh →

nguyên nhân: xéc măng dầu hỏng,

phớt ngăn dầu xu páp nạp động cơ

xăng hoặc động cơ diesel không tăng

áp bị hỏng (phớt gít)

Khói màu trắng xám

Khói màu xanh xám

Khói màu đen

2.4 Chẩn đoán động cơ theo đặc điểm dầu bôi trơn

a Chẩn đoán hư hỏng theo áp suất dầu

áp suất dầu bôi trơn được chỉ thị bằng đèn hoặc bằng đồng hồ báo

áp suất, khi động cơ hoạt động ở chế độ định mức thì áp suất vào khoảng 2-4kg/cm2 với động cơ xăng, và 3-6kg/cm2 với động cơ

diesel và ở chế độ chạy chậm hoặc tải nặng áp suất không thấp

hơn 0,5kg/cm2

Các nguyên nhân

làm giảm áp suất

dầu?

b Chẩn đoán hư hỏng theo lượng tiêu hao dầu

Lượng tiêu hao dầu lớn có thể do:

• Xéc măng dầu bị mòn hoặc gãy, gây nên hiện tượng bơm dầu của xéc măng ỏ kỳ hút

• Xéc măng tua bin bị mòn hoặc vỡ, dầu bị cháy theo khí thải

• Nứt vỡ thân máy

• Phớt dầu đầu trục và đuôi trục khuỷu bị thoái hóa hoặc vỡ

c Chẩn đoán hư hỏng theo độ bẩn của dầu (hàm lượng mạt kim

loại trong dầu)

Lượng mạt trong dầu bôi trơn phản ánh tình trạng mài mòn các chi tiết ma sát?

Nếu trong dầu có nhiều mạt hoặc mảnh kim loại nhỏ thì nguyên nhân có thể do hiện tượng tróc rỗ các cặp chi tiết ma sát Nếu có điều kiện phân tích chính thành phần kim loại của mạt trong dầu bôi trơn thì có thể chỉ chính xác cặp chi tiết ma sát nào hỏng

• Niken → xy lanh

• Crôm → trục khuỷu

• Silic →pittông

• Chì → bạc nhôm

2.5 Chẩn đoán động cơ theo tiếng ồn, va đập

Phụ thuộc vào chủ quan của người nghe → Kinh nghiệmCác vị trí phát tiếng gõ:

• Trục khuỷu: bạc cổ khuỷu và bạc cổ chính

• Nhóm thanh truyền và chốt pis tông: gõ ắc

• Cào xéc măng vào thành xy lanh

• Váy pistông vào thành xy lanh

• Nhóm phối khí: đòn bẩy- đuôi xu páp; con đội- mặt cam;

xu páp- đế

• Bánh răng

• Chân chia điện và khớp