cấu tạo động cơ ô tô 1 hệ thống sinh lực - hệ thống phối khí - hệ thống bôi trơn

Là kết cấu chịu ứng suẩt nhiệt lớn nhất, nắp xylanh được làm rời với lắp với hộp trục khuỷu bằng các gugiông.. Theo kết cấu này thân có vành đai để tăng độ cứng vững mặt trụ a cùng với m

C ấu tạo động cơ

ô tô

MỤC LỤC

3.1 Giới thiệu chung 3

3.2 Thân máy, nắp máy, xy lanh và các te 3

3.3 Cụm piston 7

3.4 Cụm thanh truyền 13

3.5 Nhóm trục truỷu – bánh đà 18

Chương IV: HỆ THỐNG PHỐI KHÍ 25

4.1 Chức năng, yêu cầu và phân loại 25

4.2 Pha phối khí động cơ đốt trong (động cơ xăng và diezel) 25

4.3 Kết cấu và hoạt động của hệ thống phối khí 26

CHƯƠNG VI: HỆ THỐNG BÔI TRƠN 45

5.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại 45

5.2 Các phương án bôi trơn 46

5.2.1 Bôi trơn bằng phương pháp vung té 46

5.3 Các chi tiết chính trong hệ thống bôi trơn 49

5.4 Dầu bôi trơn 54

Chương VI: HỆ THỐNG LÀM MÁT 56

6.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại 56

6.2 Kết cấu và hoạt động của hệ thống làm mát 57

CHƯƠNG VII: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU 65

7.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng 65

7.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel 79

CƠ CẤU SINH LỰC

Là nguồn cung cấp động năng cho các hoạt động của ôtô: cung cấp mô men quay

cho bánh đà, dẫn động các cơ cấu, hệ thống khác (hệ thống nhiên liệu, cơ cấu phân

phối khí, hệ thống làm mát…)

- Hiệu suất làm việc cao

- Làm việc ổn định

- Không rung giật, ít gây tiếng ồn

- Kích thước và trọng lượng nhỏ, công suất riêng lớn

- Khởi động, vận hành, chăm sóc dễ dàng

- Thành phần gây ô nhiễm môi trường nhỏ

3.2.1 Thân máy

Hình 3.1 Thân máy

- Là nơi lắp đặt và bố trí hầu hết các cụm chi tiết của động cơ

- Là nơi lấy nhiệt từ thành vách xylanh

- Duy trì áp suất nén của piston và tiếp nhận áp suất nổ

3.2.1.2 Ph ân loại

a) Phân lo ại theo kiểu làm mát

- Thân máy làm mát bằng nước: Thường ở động cơ ô tô, máy kéo

- Thân máy làm mát bằng gió: Thường gặp ở động cơ xe máy

b) Phân lo ại theo kết cấu kếu

- Thân xylanh – hộp trục khuỷu: Thân xylanh đúc liền hộp trục khuỷu

- Thân máy rời: Thân xylanh làm rời với hộp trục khuỷu và lắp với nhau bằng

bulông hay gugiông

c) Phân lo ại theo tình trạng chịu lực khí thể:

- Thân xylanh hay xylanh chịu lực: Lực khí thể tác dụng lên lắp xylanh, qua gu

giông nắp máy rồi chuyền xuống truyền xuống thân xylanh

- Vỏ thân chịu lực: Lực khí thể chuyền qua gu giông xuống vỏ thân, xylanh hoàn

toàn không chịu lực khí thể

- Gugiông chịu lực: Lực khí thể hoàn toàn do gu giông chịu

Tùy thuộc vào phương pháp lắp đặt trục khuỷu trong hộp trục khuỷu mà thân

máy có cấu tạo khác nhau

- Kết hợp với piston và nắp máy tạo thành buồng cháy

- Dẫn hướng cho piston

- Tản nhiệt cho buồng cháy

Gồm hai loại chính là xylanh liền thân và xylanh rời thân Xylanh rời thân có sử

dụng lót xy lanh trong đó có lót xylanh khô và lót xy lanh ướt

Hình 3.3 Các d ạng xylanh

Xylanh có cấu tạo dạng ống trụ Mặt trong được gia công với độ bóng cao Được

làm cứng qua nhiều gia đoạn đảm bảo chịu ăn mòn cơ học và hóa học tốt

- Là chi tiết dùng để đậy kín buồng cháy

- Kết hợp với xylanh, piston tạo thành buồng cháy

- Là nơi lắp đặt nhiều bộ phận của động cơ như: Bugi, vòi phun, cụm xupap…

- Kết hợp với đỉnh piston tạo thành dạng vòng xoáy của hỗn hợp khí cháy

3 2.3.2 Yêu cầu

- Có đủ sức bền cơ học, độ cứng vững khi chịu nhiệt độ cao và áp suất lớn nhưng

trọng lượng phải nhỏ

- Tạo được dạng buồng cháy thích hợp

- Dễ dàng tháo lắp, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa các cơ cấu và chi tiết lắp

trên nắp xylanh

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và ứng suất nhiệt bé

- Đảm bảo đậy kín buồng cháy, không bị lọt khí, rò nước

3.2.3.3 Phân loại

Gồm 3 loại chính: Nắp máy động cơ xăng, nắp máy động cơ diezel, nắp máy

động cơ làm mát bằng gió

a) N ắp máy động cơ xăng:

Nắp máy có kết cấu tùy thuộc dạng buồng cháy

hơn xupap thải, bugi đặt ở hông buồng cháy, vách buồng cháy thường có khoang chứa

nước làm mát, có khoang để luồn đũa đẩy dẫn động xupap, lỗ lắp gu giông lắp máy, lỗ

dẫn nước làm mát Động cơ xăng có tỷ số nén trung bình và thấp thường dùng loại lắp

xylanh có buồng cháy hình chêm Có tên là động cơ Ricacdo

đơn giản, khác so với nắp máy động cơ dùng cơ cấu phân phối khí dạng xúpap treo là

bugi gần xupap nạp để tránh kích nổ

b) N ắp máy động cơ diezel

Phức tạp hơn nắp máy động cơ xăng, trên nắp máy phải bố trí rất nhiều chi tiết:

đường nạp, thải, cụm xupap của cơ cấu phân phối khí dạng xupap treo Ngoài ra còn

rất nhiều chi tiết như: Vòi phun, buồng cháy phụ, van khí nén, bugi sấy…

Động cơ nhiều xylanh nắp máy có thể làm rời cho từng xylanh hoặc cụm xylanh

(gồm 1 vài xylanh)

c) N ắp máy động cơ làm mát bằng gió

Là kết cấu chịu ứng suẩt nhiệt lớn nhất, nắp xylanh được làm rời với lắp với hộp

trục khuỷu bằng các gugiông Nắp thường được chế tạo bằng hợp kim nhôm

Đảm bảo cung cấp đủ dầu trong quá trình tăng tốc hoặc phát hành

Đáy lắp với thân máy bằng vít, đệm máy làm bằng giấy nệm Ngoài ra ở hai đầu

cácte được lắp phớt ngăn chảy dầu Đáy dầu phải có kết cấu có các tấm chắn sóng

trong đáy dầu hoặc hai phái của bơm dầu để dầu không bị tạo sóng hoặc bị thổi khi

bơm trong lúc động cơ tăng tốc hoặc dừng Đáy cácte thường có hai bậc Bậc trên ở

ngay phía điểm thấp nhất của hành trình biên, trải dài khắp đáy dầu Toàn bộ dầu trở

về đáy dầu qua lưới trước khi trở về chỗ chứa ở bậc dưới Các te thường chia làm 3

ngăn, ngăn giữa thường sâu hơn 2 ngăn bên

Hình 3.4 Cácte ô tô

3.3 C ụm piston

3.3.1 Piston

- Cùng các chi tiết khác tạo thành buồng cháy

- Nhận lực khí thể và truyền lực cho thanh truyền trong quá trình giãn nở

- Nhận lực từ thanh truyền trong quá trình hút, nén hỗn hợp khí cháy và quá trình

xả sản vật cháy

3.3.1.2 Yêu cầu

Đối với vật liệu làm piston cần có một số yêu cầu sau:

+ Có độ bền lớn khi nhiệt độ cao và tải trọng thay đổi

+ Có trọng lượng riêng nhỏ

+ Có hệ số giãn nở nhỏ nhưng hệ số dẫn nhiệt lớn

+ Chịu mài mòn tốt và chống ăn mòn hóa học của khí cháy

+ Giá thành rẻ

3.3.1.3 Kết cấu

Để thuận lợi phân tích kết cấu có thể chia

piston thành những phần như đỉnh, đầu, thân và

chân piston

Hình 3.5 Piston 1: Đỉnh piston

dụng trong động cơ diezel buồng cháy dự bị và buồng cháy xoáy lốc (hình 3.6.a)

Thường được sử dụng trong động cơ xăng 2 kỳ và 4 kỳ xupáp treo, buồng cháy chỏm

cầu (hình 3.6.b và 3.6.c)

khí và cháy Tuy nhiên sức bền kém và diện tích chịu nhiệt lớn Loại đỉnh này thường

được sử dụng ở cả động cơ xăng và động cơ diesel (hình 3.6.d)

cấu buồng cháy phải thỏa mãn các yêu cầu sau tùy từng trường hợp cụ thể:

+ Phải phù hợp với hình dạng buồng cháy và hướng của chùm tia phun nhiên liệu

để tạo thành hỗn hợp tốt nhất

+ Phải tận dụng được soáy lốc của không khí trong quá trình nén

b) Đầu piston

Đường kính đầu piston thường nhỏ hơn đường kính thân vì thân là phần dẫn

hướng của piston Kết cấu đầu piston phải đảm bảo những yêu cầu sau:

bôi trơn từ cácte lọt lên trên buồng cháy

- T ản nhiệt tốt cho piston: Để tản nhiệt tốt thường dùng các kết cấu đầu piston

sau:

+ Phần chuyển tiếp giữa đỉnh và đầu có bán kính chuyển tiếp R lớn

+ Dùng gân tản nhiệt dưới đầu piston

+ Tạo rãnh ngăn nhiệt ở đầu piston để giảm nhiệt lượng chuyền cho séc măng

thứ nhất

+ Làm mát cho đỉnh piston (trong động cơ cỡ lớn đỉnh piston thường được làm

mát bằng dầu lưu thông như hình 3.7.f)

người ta thiết kế các gân trợ lực

Hình 3.7 Các d ạng đỉnh piston

c) Thân piston:

Có nhiệm vụ hướng cho piston chuyển động trong xylanh

Chiều cao h của thân được quyết định bằng điều kiện áp suất tiếp xúc do lực

ngang N gây ra phải nhỏ hơn áp suất tiếp xúc cho phép

D h

phải giảm va đập và gõ khi piston đổi chiều Một số động cơ có tâm chốt lệch với tâm

xylanh 1 giá trị e về phía nào đó sao cho lực ngang Nmax giảm để hai bên chịu lực N

của piston và xylanh mòn đều

cụ thể:

+ Lực ngang N

+ Lực khí thể

+ Kim loại giãn nở

Do những nguyên nhân trên piston thường bị bó kẹt theo phương tâm chốt piston

Đối với piston bằng hợp kim nhôm hệ số nở dài lớn càng dễ sảy ra bó kẹt

- Kh ắc phục hiện tượng bó kẹt:

+ Chế tạo than piston có dạng ô van, trục ngắn trùng với tâm chốt

+ Tiện vát 2 mặt ở bệ chốt chỉ để lại một cung α = 90 ÷ 100o để chịu lực mà

không ảnh hưởng nhiều đến phân bố lực

+ Xẻ rãnh nở trên thân piston Khi xẻ rãnh người ta không xẻ hết để đảm bảo độ

cứng vững cần thiết và thường xẻ chéo để tránh xylanh bị gờ xước Khi nắp cần chú ý

để bề mặt thân xẻ rãnh về phía lực ngang N nhỏ Loại này có ưu điểm là khe hở lúc

nguội nhỏ, động cơ không gõ khởi động dễ dàng Nhược điểm độ cứng vững của

piston giảm nên thường dùng ở động cơ xăng

+ Đúc bằng hợp kim có độ nở dài nhỏ

d) Chân piston:

Hình 3.10 là một kết cấu điển hình của chân piston Theo kết cấu này thân có

vành đai để tăng độ cứng vững mặt trụ a cùng với mặt đầu của chân piston là chuẩn

công nghệ khi gia công và là nơi điều chỉnh trọng lượng của piston sao cho đồng đều

Chốt piston là chi tiết nối chốt piston với thanh truyền đảm bảo điều kiện làm

việc bình thường của động cơ

Hình 3.11 L ắp cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền và trên bệ chốt

Đa số các chốt piston có kết cấu đơn giản như dạng trụ rỗng Các kiểu lắp ghép

giữa chốt piston với piston, thanh truyền:

- Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền (hình 3.11 a)

- Cố định chốt piston trên bệ chốt (hình 3.11 b)

- Lắp tự do ở cả hai mối ghép (hình 3.12 a) Phương pháp này được dùng phổ

biến ngày nay Tuy nhiên phải giả quyết vấn đề bôi trơn ở cả hai mối ghép và phải có

kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục của chốt, thường dùng vòng hãm (hình 3.12.b) hoặc

nút kim loại mềm có mặt cầu như hình 3.12.c

Hình 3.12 L ắp tự do chốt piston

- Các phương án bôi trơn:

+ Đối với bệ chốt thường được khoan lỗ để dẫn dầu do xéc măng gạt dầu về

(hình 3.13a) hoặc khoan lỗ hứng dầu như (hình 3.13b)

+ Đối với thanh truyền người ta có thể bôi trơn bằng cách khoan lỗ hứng dầu

hoặc bôi trơn cưỡng bức kết hợp làm mát đỉnh piston bằng dầu áp suất cao dẫn từ trục

khuỷu dọc theo thanh truyền

Hình 3.13 Bôi trơn các mối ghép chốt piston

Hình 3.14 Xéc măng

3.3.3.1 Chức năng

- Xéc măng khí để bao kín tránh lọt khí, còn xéc măng dầu ngăn dầu từ hộp trục

khuỷu sục lên buồng cháy

- Truyền phần lớn nhiệt độ từ đầu piston sang thành xylanh

- Đưa dầu đi bôi trơn cho piston xylanh xécmăng

a) Xéc măng khí:

Xéc măng có kết cấu rất đơn giản là một vòng hở miệng hình 3.15.a Kết cấu của

xéc măng khí được đặc trưng bởi kết cấu của tiết diện và miệng của xéc măng

- V ề mặt tiết diện xécmăng khí:

Hình 3.15 K ết cấu xéc măng khí

+ Loại tiết diện chữ nhật (hình 3.15.b) có kết cấu đơn giản nhất, dễ chế tạo nhưng

có áp suất riêng không lớn, thời gian rà khít với xylanh sau khi lắp rắp lâu

+ Loại có mặt côn (hình 3.15.c) có áp suất tiếp xúc lớn và có thể rà khít nhanh

chóng với xylanh, tuy nhiên chế tạo phiền phức và đánh dấu khi lắp sao cho xéc măng

đi xuống sẽ có tác dụng như một lưỡi cạo để gạt dầu

+ Để có đượng ưu điểm trên và tránh được những điều phiền phức đã nêu, người

ta đưa ra kết cấu tiết diện không đối xứng bằng cách tiện vát tiết diện xéc măng (hình

3.15.d và e) Khi lắp các piston và xylanh, do có sức căng nên xéc măng bi vênh đi nên

có tác dụng như một mặt côn Khi lắp ráp phải chú ý: Nếu vát phía ngoài (hình 3.15.d)

thì phải lắp hướng xuống phía dưới còn vát phía trong (hình 2.15.e) thì phải lắp hướng

lên buồng cháy, nhằm tránh hiện tượng giảm lực căng của xéc măng do áp suất cao

của khí lọt từ buồng cháy

+ Loại hình thang – vát (hình 3.15.f) có tác dụng giữ muội than khi xéc măng co

bóp do đường kính xylanh không hoàn toàn đồng đều theo phương dọc trục, do đó

tránh được hiện tượng bó kẹt xéc măng trong rãnh của nó

- V ề kết cấu miệng:

+ Loại thẳng (hình 3.15.g) dễ chế tạo nhưng dễ lọt khí và sục dầu qua miệng

+ Loại hình (hình 3.15.h) có thể khắc phục phần nào những nhược điểm trên

+ Loại bậc ( hình 3.15.i) bao kín rất tốt nhưng khó chế tạo

b) Xéc măng dầu:

Hình 3.16 Hi ện tượng bơm dầu của xécmăng khí

- Ở rãnh xécmăng dầu của piton có rãnh thoát dầu (hình 3.17) Một số xec măng

dầu có kết cấu tiết diện dạng lưỡi cạo gạt dầu thường gặp trong thực tế

- Kết cấu của xécmăng dầu tổ hợp gồm 3 chi tiết riêng rẽ Do có lò xo hình sóng

ép hai vòng thép mỏng lên mặt đầu của rãnh nên xec măng khi làm việc không có khe

hở mặt dầu Do đó xec măng dầu tổ hợp có tác dụng ngăn dầu và giảm va đập rất tốt

3.4 Cụm thanh truyền

- Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu hoặc guốc trượt

- Truyền lực từ piston xuống làm quay trục khuỷu

- Biến chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu

3.4.1.2 Kết cấu

Kết cấu thanh truyền gồm 3 phần là đầu nhỏ, đầu to và thân thanh truyền (hình

3.18) Sau đây ta xét kết cấu từng phần cụ thể

Hình 3.18 K ết cấu thanh truyền 1: B ạc đầu nhỏ 5: Nửa trên thanh truyền 2: Đầu nhỏ thanh truyền 6: Bạc đầu to thanh truyền 3: Thân thanh truy ền 7: Nửa dưới thanh truyền

a) Đầu nhỏ

Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thước chốt piston và phương

pháp lắp ghép đầu nhỏ thanh truyền với chốt piston

- Đầu nhỏ thanh truyền thường có dạng trụ rỗng

- Trong động cơ cỡ lớn đầu nhỏ thanh truyền có dạng cung tròn đồng tâm, đôi

khi có dạng ô van để tăng độ cứng vững

- Trong động cơ xăng đầu nhỏ thanh truyền có dạng trụ mỏng

- Ở một số động cơ người ta thường làm vấu lồi trên đầu nhỏ để điều chỉnh trọng

tâm thanh truyền cho đồng đều gữa các xylanh (hình 3.19.b)

- Các phương án bôi trơn khi đầu nhỏ thanh truyền nắp tự do với chốt piston:

+ Dùng rãnh hứng dầu (hình 2.19.c)

+ Bôi trơn cưỡng bức do dẫn dầu từ trục khuỷu theo thân thanh truyền (hình

2.19a)

+ Làm các rãnh chứa dầu ở bạc đầu nhỏ (hình 2.19d)

+ Dùng bi kim thay cho bạc lót (hình 2.19.e)

- Khi ch ốt piston cố định trên đầu nhỏ thanh truyền: Đầu nhỏ phải có kết cấu kẹp

chặt

đầu to

Hình 3.21 Các lo ại tiết diện thân thanh truyền

- Tiết diện tròn (hình 2.20a) có dạng đơn giản, thường được dùng cho động cơ

tàu thủy

- Loại tiết diện chữ I (hình 2.20b) có sức bền đều theo 2 phương, được dùng rất

phổ biến, từ động cơ cỡ nhỏ đến động cơ cỡ lớn

- Loại tiết diện hình chữ nhật, ô van (hình 2.20c và d) có ưu điểm là dễ chế tạo,

thường được dùng ở động cơ ôtô, xuồng máy cỡ nhỏ

c) Đầu to thanh truyền:

Hình 3.22 K ết cấu đầu to thanh truyền a: K ết cấu đầu to thanh truyền b: Kết cấu bạc lót đầu to thanh truyền

1 N ắp đầu to 1 Vấu lưỡi gà

Đầu to thanh truyền thường được cắt làm 2 nửa và lắp ghép với nhau bằng

bulông hay vít cấy Do đó bạc lót cũng phải chia làm hai nửa và phải được cố định

trong lỗ đầu to thanh truyền Hình 3.22.b thể hiện một dạng kết cấu này gọi là kiểu vấu

lưỡi gà

- Các d ạng đầu to thanh truyền:

Đối với động cơ cỡ lớn (hình 3.23.a) Trong một số trường hợp, do kích thước

đầu to quá lớn nên đầu to thanh truyền được chia làm hai nửa bằng mặt phẳng chéo

( hình 3.23.b)

Để giảm kích thước đầu to thanh truyền, có loại kết cấu bản lề và hãm bằng chốt

côn (hình 3.23.c)

Một số động cơ hai kì cỡ nhỏ có thanh truyền không chia làm hai nửa phải dùng

ổ bi đũa (hình 3.23.d) được lắp dần từng viên

Ở một số động cơ nhiều xilanh kiểu chữ V hoặc hình sao, thanh truyền của hai

hàng xilanh khác nhau, thanh truyền phụ không lắp trực tiếp với trục khuỷu mà lắp với

chốt phụ trên thanh truyền chính (hình 3.23.e) hoặc hai thanh truyền lắp lồng với nhau

trên trục khuỷu nên một thanh truyền có đầu to dạng hình nạng (hình 3.23.f)

Đối với một số động cơ có trục khuỷu trốn cổ, để bố trí khoảng cách giữa các

xilanh hợp lý, chiều dày đầu to không đối xứng qua mặt phẳng dọc của thân thanh

truyền (hình 3.23.g)

a):Bulông b: Gulông

a) Ch ức năng

Bulông thanh truyền là chi tiết ghép nối hai nửa đầu to thanh truyền Nó có thể ở

dạng bulông hay vít cấy (gu giông), tuy có kết cấu đơn giản nhưng rất quan trọng nên

phải được quan tâm khi thiết kế và chế tạo Nếu bulông thanh truyền do nguyên nhân

nào đó bị đứt sẽ dẫn tới phá hỏng toàn bộ động cơ

b) Điều kiện làm việc

Bulông thanh truyền khi làm việc chịu lực như lực xiết ban đầu, lực quán tính

của nhóm piston thanh truyền không thể lắp đầu to thanh truyền Những lực này đều là

lực có chu kỳ cho nên Bulông thanh truyền phải có sức bền mỏi cao, do tính chất quan

trọng nên khi thiết kế và chế tạo đều yêu cầu độ chính xác cao

c) V ật liệu chế tạo

Bulông thanh truyền thường được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần

crôm, mangan, niken Tốc độ động cơ càng lớn, vật liệu Bulông thanh truyền có hàm

lượng kim loại quí càng nhiều

d) K ết cấu

Đầu bulông có mặt vát A để chống xoay khi lắp ráp Còn mặt ráp B có tác dụng

lám mềm phần đối diện với mặt vát A để phản lực hai phía trên bề mặt tỳ được đồng

đều sao cho tổng phản lực tác dụng đúng trên đường tâm bulông để tránh cho bulông

bị uốn Bán kính góc lượn của các phần tâm chuyển tiếp nằm trong khoảng 0,2 - 1 mm

nhằm giảm tập trung ứng suất Phần nối giữa thân và ren thường làm thắt lại để tăng

độ dẻo của bulông Đai ốc có kết cấu đặc biệt để ứng suất trên các ren đồng đều Ren

được tạo thành bằng những phương pháp gia công không phoi như lăn, cán Ngoài ra

bulông thanh truyền còn được tôi, ram và xử lý bề mặt bằng phun cát, phun bi để đạt

- Trục khuỷu nhận lực tác dụng từ piston tạo mômen quay

- Nhận năng lượng của bánh đà sau đó truyền cho thanh truyền và piston

3.5.1.2 Điều kiện làm việc

Trục khuỷu chịu lực T, Z do lực khí thể và lực quán tính của nhóm piston thanh

truyền gây ra, ngoài ra trục khuỷu còn chịu lực quán tính li tâm của các đối tượng quay

lệch tâm của bản thân trục khuỷu và các thanh truyền Những lực này gây uốn, xoắn,

dao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu trên các ổ đỡ

3.5.1.3 Kết cấu

Kết cấu trục khuỷu phụ thuộc trước hết vào những loại trục khuỷu Người ta

phân chia trục khuỷu thanh một số loại sau:

- Tr ục khuỷu ghép và trục khuỷu nguyên:

Hình 3.26 Tr ục khuỷu động cơ 4 kỳ, 4 xylanh

1: Đầu trục 4: Má khuỷu 2: Ch ốt khuỷu 5: Đối trọng 3: C ổ khuỷu 6: Đuôi trục khuỷu

Trục khuỷu ghép là trục khuỷu gồm nhiều chi tiết được lắp với Loại trục khuỷu

này được dùng nhiều trong động cơ cỡ lớn, động cơ đồng gam và đôi khi ở động cơ cỡ

nhỏ như động cơ xe máy

Trục khuỷu nguyên là trục chỉ gồm một chi tiết (hình2.25) Trục khuỷu nguyên

được dùng trong động cơ cỡ nhỏ và trung bình, ví dụ ở động cơ ô tô máy kéo

- Tr ục khuỷu đủ cổ và trục khuỷu trốn cổ:

Hình 3.27 Tr ục khuỷu động cơ 4 kỳ, 4 xylanh, trốn cổ

Gọi số xylanh của động cơ là z và số ổ đỡ là i

Trục khuỷu đủ cổ ( hình 3.25): i = z + 1,

Trục khuỷu trốn cổ: i < z + 1 Thông thường i= z/2 +1 (hình 3.27)

*) Người ta chia trục khuỷu ra thanh các phần:

- Đầu trục khuỷu:

Hình 3.28 M ột loại kết cấu đầu

tr ục khuỷu động cơ ô tô

1: C ổ biên 2: Buly

Hình 3.28 đầu trục lắp vấu để quay trục khi cần thiết hoặc để khởi động bằng tay

quay

Trên đầu trục khuỷu thường có then để lắp puli dẫn động quạt gió, bơm nước cho

hệ thống làm mát, giảm dao động xoắn (nếu có) và lắp bánh răng trục khuỷu Bộ

truyền bánh răng từ trục khuỷu đẻ dẫn động trục cam phối khí và bơm cao áp (của

động cơ điezen) hoặc bộ chia điện dánh lửa (của động cơ xăng) và bơm dầu của hệ

thống bôi trơn

Ngoài ra đầu trục khuỷu loại này còn có kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục Các

bề mặt đầu của cổ trục đầu tiên khi di chuyển dọc trục sẽ tỳ vào các tấm chắn có tráng

hợp kim chịu mòn

- C ổ khuỷu:

Được gia công và sử lí bề mặt đạt độ cứng và độ bóng cao Thường các cổ trục

cùng một đường kính Đặc biệt có động cơ cỡ lớn đường kính cổ trục lớn dần từ đầu

đến đuôi trục khuỷu để có sức bền đều Cổ khuỷu thường rỗng để làm rãnh dẫn dầu

bôi trơn đến các cổ và chốt khác của trục khuỷu

- Ch ốt khuỷu:

Chốt khuỷu có độ cứng và độ bóng cao Đường kính chốt thường nhỏ hơn đường

kính cổ, nhưng cũng có những trường hợp động cơ cao tốc do lực quán tính lớn đường

kính chốt khuỷu có thể bằng đường kính cổ khuỷu Trong trường hợp đầu to thanh

truyền làm liền khối lắp ổ bi kim ở một số động cơ 2 kỳ Do phải lắp lồng thanh truyền

từ đầu trục khuỷu nên đường kính chốt phải lớn hơn đường kính cổ Chốt khuỷu có thể

làm rỗng để giảm trọng lượng và chứa đầu bôi trơn lên bề mặt chốt khuỷu Các

phương pháp kết cấu như trên hình 3.29:

Hình 3.29 K ết cấu dẫn dầu bôi trơn chốt khuỷu

- Má khu ỷu:

Má khuỷu đơn giản và dễ ra công nhất là có dạng chữ nhật và dạng tròn (hình

3.30a và b) Đối với động cơ có cổ khuỷu lắp ổ bi, má khuỷu tròn đồng thời đóng vai

trò cổ khuỷu Để giảm trọng lượng người ta thiết kế má khuỷu chữ nhật được vát góc

(hình 3.30.c) Má khuỷu ôvan (hình 3.30.d) có sức bền đều

Để trục khuỷu có độ cứng vững và sức bền cao trục khuỷu thường được thiết kế có độ

trùng điệp Độ trùng điệp kí hiệu là ε (hình 3.31.a) có thể xác định theo công thức sau:

Độ trùng điệp càng lớn, độ cứng vững và độ bền của toàn bộ trục khuỷu càng cao

Để tránh tập trung ứng suất, giữa má và cổ khuỷu chốt khuỷu thường có các bán

kính chuyển tiếp (hình 3.31.b)

- Đối trọng:

Đối trọng là các khối lượng gắn trên trục khuỷu để tạo ra lực quán tính ly tâm

nhằm những mục đích sau:

- Cân bằng lực quán tính ly tâm P k của trục khuỷu (hình 3.32.a)

- Cân bằng một phần lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp một (hình 3.32.b)

thông thường người ta cân bằng một nửa lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp

nhóm piston – thanh truyền Đối trọng lắp ngược với hướng của chốt khuỷu tạo ra lực

quán tính ly tâm có giá trị:

R d

Như vậy trên phương ngang sẽ xuất hiện lực mất cân bằng mRω2.sinϕ /2

Hình 3.32 Vai trò c ủa đối trọng

- Đối trọng là nơi để khoan bớt các khối lượng khi cân bằng động hệ trục khuỷu

- Giảm tải trọng tác dụng cho một cổ khuỷu, ví dụ cho cổ giữa trục khuỷu động

cơ 4 kỳ, 4 xylanh (hình 3.32.d) Đối với trục khuỷu này, các lực quán tính ly tâm Pk tự

cân bằng nhưng tạo ra cặp mômen Mpk luôn gây uốn cổ giữa Khi có đối trọng cặp

mômen Mpdt của đối trọng sẽ cân bằng lực mômen Mpk nên giảm được tải cho cổ giữa

- V ề mặt kết cấu có các loại đối trọng sau:

Hình 3.33 K ết cấu đối trọng

- Đối trọng liền với má khuỷu (hình 3.33.a)

- Đối trọng được làm rời Được lắp bằng bu lông với trục khuỷu (hình 3.33.b)

- Lắp với trục khuỷu bằng rãnh mang cá và được kẹp chặt bằng bu lông (hình

3.33.c)

- Đuôi trục khuỷu:

Hình 3.34 đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà và được làm rỗng để lắp

vàng bi đỡ trục sơ cấp hộp số Trên bề mặt ngõng trục có mặt phớt chặn dầu tiếp đó là

ren hồi dầu có chiều xoắn ngược với chiều quay của trục khuỷu để gạt dầu trở lại Sát

với cổ trục cuối cùng là đĩa chắn dầu

Ngoài ra, ở một số động cơ đuôi trục khuỷu còn làm là nơi lắp chắn di chuyển

dọc trục, lắp bánh răng dẫn động các cơ cấu phụ như bơm cao áp, bơm dầu

Hình 3.34 M ột loại kết cấu đuôi trục khuỷu ô tô

- Giữ cho độ không đồng đều của động cơ nằm trong giới hạn cho phép

- Là nơi lắp các chi tiết của cơ cấu khởi động

- Là nơi đánh dấu tương ứng với điểm chết và khắc vạch chia độ góc quay của

trục khuỷu

3.5.2.2 Kết cấu

Theo k ết cấu người ta chia bánh đà thành các loại sau:

- Bánh đà dạng đĩa (hình 3.35.a) Bề mặt bánh đà được gia công phẳng, nhẵn để

lắp đĩa ma sát và đĩa é ply hợp Trên bánh đà được lắp ép vành răng khởi động

- Bánh đà dạng vành (hình 3.35.b) là bánh đà dày có mômen quán tính lớn

Một số động cơ còn sử dụng bánh đà như một buly để truyền công suất ra kéo

các máy công tác

Hình 3.35 K ết cấu bánh đà

- Bánh đà dạng chậu (hình 3.35.c) là bánh đà có dạng trung gian của hai loại trên

Bánh đà loại này có mômen quán tính và sức bền lớn thường gặp ở động cơ máy kéo

- Bánh đà dạng vành có nan hoa (hình 3.35.d) để tăng mômen quán tính của bánh

đà, phần lớn khối lượng của bánh đà ở dạng vành xa tâm quay và nối với mayơ bằng

các gân kiểu nan hoa

- Bánh đà của động cơ cỡ lớn như động cơ tàu thủy cỡ lớn chẳng hạn thường

được ghép từ nhiều phần giống nhau để dễ chế tạo

Thông thường sau khi chế tạo, bánh đà và trục khuỷu thường được lắp với nhau

rồi cân bằng động Giữa trục khuỷu và bánh đà đều có kết cấu định vị để đảm bảo vị

trí tương quan không thay đổi

C hương IV: HỆ THỐNG PHỐI KHÍ

Cơ cấu phân phối khí dùng thực hiện quá trình trao đổi khí, thải khí đã cháy (khí

thải) ra khỏi xylanh và nạp hỗn hợp khí (động cơ xăng) hoặc không khí sạch (động cơ

diesel) vào xylanh để động cơ làm việc liên tục

- Đảm bảo chất lượng của quá trình trao đổi khí

- Độ mở lớn

- Đóng mở đúng thời điểm quy định

- Đảm bảo đóng kín buồng cháy

- Độ mòn của chi tiết ít nhất và tiếng kêu nhỏ nhất

- Dễ điều chỉnh và sửa chữa

- Giá thành thấp

- Cơ cấu phối khí dùng xuppáp

+ Cơ cấu phân phối khí dùng xu páp đặt

+ Cơ cấu phân phối khí dùng xu páp treo

- Cơ cấu phối khí dùng van trượt

- Cơ cấu phối khí dùng piston đóng mở cửa nạp và cửa thải

- Cơ cấu phối khí hiện đại điều khiển điện tử : VVT-I

Khi giới thiệu về động cơ, chúng ta cho rằng thời điểm đóng mở các xuppáp khi

piston lên đến ĐCT hoặc xuống ĐCD trên thực tế khi muốn xả sạch khi thải và nạp

đầy khí mới vào xylanh để tăng công suất động cơ cần phải mở sớm, đóng muộn các

xuppáp nạp, xuppáp xả Xuppáp nạp cần mở sớm vào cuối quá trình xả khi piston còn

đi lên để khi piston lên đến ĐCT bắt đầu đi xuống thì thực hiện quá trình hút thì

xuppáp nạp đã được mở, tạo ra tiết diện lưu thông tương đối lớn giúp khí mới dễ dàng

đi vào xylanh Xuppáp nạp cũng cần đóng muộn sau khi piston tới ĐCD để tận dụng

chênh áp và quán tính của dòng khí hút được nhiều khí mới vào xylanh Giai đoạn từ

lúc mở đến lúc đóng tính bằng góc quay của trục khuỷu được gọi là pha phối khí Dưới

đây giới thiệu về sơ đồ pha phối khí động cơ 4 kỳ

Hình 4.1 Đồ thị công và sơ đồ pha phối khí của động cơ 4 kỳ

1: V ị trí mở xuppáp nạp 4: Vị trí cuối quá trình cháy 2: V Ị trí đóng xuppáp nạp 5: Vị trí mở xuppáp thải 3’: V ị trí phun nhiê liệu; 6: Vị trí đóng xuppáp thải 3: V ị trí điểm chết trên

Các góc φ thể hiện giá trị: φ1: Góc mở sớm xuppáp nạp, φ2: Góc đóng muộn

xuppáp nạp, φ1-2: Toàn bộ góc mở của xuppáp nạp, φ3: Góc phun sớm, φ2-3: góc ứng

với quá trình nén, φ3-4-5: Góc ứng với quá trình cháy và quá trình giãn nở, φ5: Góc mở

sớm xuppáp thải, φ6: Góc đóng muộn xuppáp thải, φ5-6: Toàn bộ góc mở của xuppáp

thải, φ1+ φ6: Góc trùng điệp của xuppáp thải và xuppáp nạp

Kết cấu cơ cấu phân phối khí cơ bản gồm: Trục cam, xuppáp, đế xuppáp, lò xo

xuppáp, con đội, đòn gánh v.v

4.3.1.1 Xuppáp

Hình 4.2 Xuppáp

Theo kết cấu của xuppáp người ta chia xuppáp thành ba phần: Nấm xuppáp, thân

xuppáp, và đuôi xuppáp

a) N ấm xuppáp

Mặt làm việc quan trọng của nấm xuppáp là mặt côn, có góc độ α = 15÷ 45o

Góc

α càng nhỏ tiết diện lưu thông càng lớn, tuy nhiên α càng nhỏ mặt nấm càng mỏng, độ

cứng vững càng kém do đó dễ bị cong vênh, tiếp xúc không kín khít với đế xup páp

Góc của mặt côn trên nấm xuppáp thường làm nhỏ hơn góc mặt côn trên đế xuppáp

khoảng 0,5- 1o để xuppáp có thể tiếp xúc với đế theo vòng tròn ở mép ngoài của mặt

côn (nếu mặt đế xuppáp nhỏ hơn mặt côn của xup páp) Làm như thế có thể bảo đảm

tiếp xúc được kín khít dù bề mặt nấm có thể bị biến dạng nhỏ

Kết cấu của nấm xuppáp thường có ba loại chính sau đây:

xuppáp nạp Vì vậy đa số động cơ thường dùng loại nấm này

rất lớn nhằm cải thiện tình trạng lưu thông của dòng khí nạp, tăng được độ cứng vững

cho nấm xuppáp Mặt dưới của nấm được khoét lõm sâu để giảm trọng lượng Nhược

điểm là chế tạo khó và mặt chịu nhiệt của xuppáp lớn, xuppáp dễ bị quá nóng

xuppáp thải của tất cả các động cơ cường hóa đều làm theo dạng nấm lồi Để giảm

trọng lượng của nấm lồi, người ta thường khoét lõm phía trên phần nấm Nhược điểm

là khó chế tạo và bề mặt chịu nhiệt của nấm lớn

b) Thân xuppáp

Dùng để dẫn hướng xuppáp Thân xuppáp có đường kính khoảng dt = ( 0,3 ÷

0,4)dn Trong đó dn là đường kính của nấm xuppáp

Chiều dài của xuppáp phụ thuộc vào cách bố trí xuppáp:

lt = (2,5 ÷ 3,5)dn