Nghiên cứu tính toán, thiết kế và mô phỏng nguyên lý làm việc của đông cơ v8 trên xe zil 130

Động cơ đốt trong nói chung, động cơ xăng và động cơ Diesel nói riêngthuộc loại động cơ nhiệt, hoạt động nhờ quá trình biến đổi hoá năng thành nhiệtnăng do nhiên liệu trong buồng kín bị

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong quá trình đẩy mạnh công nghiệp hóa,hiện đại hóađất nước Trong đó lĩnh vực cơ khí là nền tảng để thúc đẩy các ngành khác pháttriển,vì vậy ngành cơ khí luôn được ưu tiên nghiên cứu phát triển và đã đạt đượcnhững thành tựu to lớn, tác động mạnh mẽ tới mọi lĩnh vực của đời sống xã hội

Hiện nay ngành công nghiệp Việt Nam đang phát triển không ngừng, trong

đó phải kể đến ngành công nghiệp ô tô Việc thiết kế, chế tạo, lắp ráp cũng nhưtính toán một chiếc ô tô đạt tiêu chuẩn, kiểu dáng đẹp, có khả năng cạnh tranh trênthị trường trong nước và thế giới đòi hỏi đội ngũ chuyên gia, kỹ sư phải tìm tòi ápdụng những công nghệ mới Trong đó có việc áp dụng những phần mềm tính toánthiết kế 3D, những phần mềm này ngoài khả năng thiết kế một cách trực quan nócòn có khả năng mô phỏng, tính toán phân tích động lực học máy Do vậy có thểrút ngắn thời gian thiết kế, kiểm tra sai sót trong qua trình thiết kế và tối ưu hóa

mà không phải sản xuất thử Một số phần mềm thiết kế mô phỏng phổ biến hiệnnay như Autodesk Inventor, CATIA, SolidWorks, Dynamic Designer Motion

Việc thiết kế một chiếc ô tô bao gồm rất nhiều chi tiết, trong đó động cơ làchi tiết quan trọng nhất Đối với sinh viên ngành cơ khí nói chung và sinh viênngành Tự động hóa thiết kế cơ khí nói riêng, việc tìm hiểu thiết kế động cơ giúpchúng em vận dụng tốt những kiến thức đã học kết vào quá trình thiết kế để sau

khi ra trường không bị bỡ ngỡ Vì vậy em chon đề tài “Nghiên cứu tính toán, thiết

kế và mô phỏng nguyên lý làm việc của đông cơ V8 trên xe Zil 130” Trong đề tài,

em sử dụng phần mềm Autodesk Inventor và Dynamic Designer Motion để tínhtoán thiết kế mô phỏng

Em xin chân thành cảm ơn sự tận tình hướng dẫn của thầy Đỗ Trọng Phúcũng như các thầy cô trong bộ môn Thiết kế máy và bộ môn Cơ khí ô tô đã giúp

em hoàn thành đề tài này Tuy nhiên, do thời gian có hạn, khối lượng kiến thứclớn nên không tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô vàcác bạn

Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên: Vũ Văn Tuấn

Chương 1: tæng quan

Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu chung về động cơ đốt trong, cáchphân loại động cơ đốt trong kiểu Piston Sau đó chúng ta sẽ tìm hiểu về động cơôtô, các bộ phận chính và cách phân loại động cơ ôtô Cuối cùng chúng ta sẽ tìmhiểu nguyên lí làm việc của động cơ 2 kỳ và 4 kỳ sử dụng nhiên liệu xăng vàDiesel, so sánh ưu-nhược điểm của chúng

1.1 Giới thiệu chung về động cơ

Nguồn động lực là bộ phận cung cấp năng lượng để các phương tiện có thểhoạt động được Trên các phương tiện giao thông vận tải, nguồn động lực thườngđược sử dụng là động cơ Động cơ được dùng trên các phương tiện vận tải trongcác lĩnh vực khác như hàng không, vận tải thuỷ, vận tải đường bộ, về mặt kết cấucũng như loại nhiên liệu dùng là khác nhau

Động cơ đốt trong nói chung, động cơ xăng và động cơ Diesel nói riêngthuộc loại động cơ nhiệt, hoạt động nhờ quá trình biến đổi hoá năng thành nhiệtnăng do nhiên liệu trong buồng kín bị đốt cháy rồi chuyển sang dạng cơ năng.Toàn bộ quá trình này được thực hiện trong buồn kín của xylanh động cơ Động

cơ đốt trong kiểu Piston là nguồn động lực chủ yếu sử dụng trên các phương tiệnhoạt động trong mọi thành phần kinh tế: giao thông vận tải (đường bộ, thuỷ,đường sắt ), nông nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp, quốc phòng …

Căn cứ vào phương pháp chuyển nhiệt năng thành cơ năng của hơi nướchay khí trong động cơ mà người ta chia ra động cơ kiểu Piston và kiểu turbin

Nếu nhiệt năng của hơi nước hoặc khí trong động cơ chuyển sang cơ năngbằng tác dụng của hơi nước hay khí lên Piston trong xylanh động cơ có động cơkiểu Piston

Nếu nhiệt năng được sử dụng dưới dạng dòng tốc độ của hơi nước hoặc khítác dụng lên cánh lắp trên đĩa công tác của máy và làm cho nó quay gọi là động cơkiểu turbin

1.1.1 Phân loại động cơ đốt trong kiểu Piston

Căn cứ vào chu trình làm việc của động cơ mà có thể chia thành:

- Động cơ 4 kỳ

- Động cơ 2 kỳ

Căn cứ vào nhiên liệu dùng cho động cơ:

- Loại nhiên liệu nhẹ: Xăng, cồn, dầu hoả

- Loại nhiên liệu nặng: Dầu Diesel, dầu mazút

- Loại nhiên liệu khí: Khí thiên nhiên, khí hoá lỏng, khí Gas

Căn cứ vào phương pháp hình thành hỗn hợp nhiên liệu:

- Hình thành hỗn hợp nhiên liệu bên ngoài động cơ

- Hình thành hỗn hợp nhiên liệu bên trong động cơ: Động cơ Diesel

Căn cứ vào số lượng xylanh: Động cơ một hay nhiều xylanh

Căn cứ vào bố trí xylanh: thẳng đứng, nằm ngang, theo hàng dọc, chữ V

1.1.2 Động cơ xe ôtô

Động cơ xe ôtô là động cơ đốt trong vì nhiên liệu được đốt cháy bên trongđộng cơ Có hai loại gồm loại chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay.Chuyển động tịnh tiến nghĩa là chuyển động lên, xuống hoặc tới, lui Hầu hết các

xe ôtô, Piston chuyển động tịnh tiến trong xylanh, loại này được gọi là động cơPiston Động cơ có Piston rotor quay gọi là động cơ Wankel

Có hai loại động cơ Piston: Động cơ kích nổ bằng tia lửa điện và động cơkích nổ bằng sức nén (động cơ Diesel)

So sánh sự khác nhau giữa hai loại này là:

- Loại nhiên liệu sử dụng

- Phương pháp nạp nhiên liệu vào trong xylanh

- Phương pháp đốt cháy nhiên liệu

Động cơ kích nổ bằng tia lửa luôn luôn sử dụng nhiên liệu có độ bay hơicao, chẳng hạn như gasoline (xăng) hoặc hỗn hợp alcohol Hơi nhiên liệu đượchoà trộn với không khí trước khi đưa vào xylanh động cơ Hỗn hợp nhiên liệu khí

có khả năng bốc cháy dẽ dàng Hỗn hợp nhiên liệu khí vào trong xylanh bị nén lại.Tia lửa điện được tạo nên từ hệ thống đánh lửa sẽ đốt cháy hỗn hợp Khi hỗn hợpcháy, nhiệt độ và áp suất cao được tạo nên trong xylanh Áp suất cao đặt lên đỉnh

Piston, đẩy Piston đi xuống Chuyển động của Piston truyền qua các bánh răng,các trục đến bánh xe làm xe chạy.

Trong động cơ Diesel, nhiên liệu sẽ hoà trộn với không khí sau khi chúngvào trong xylanh Piston nén không khí còn lại khoảng 1/22 thể tích ban đầu.Không khí bị nén nhiệt độ nó sẽ tăng khoảng 5380C [1000F] hoặc cao hơn Khi đó,nhiên liệu Diesel được phun vào không khí nóng Không khí nóng sẽ đốt cháynhiên liệu Nhiên liệu bị đốt cháy bởi nhiệt do không khí bị nén nên động cơDiesel còn được gọi là động cơ kích nổ bằng khí nén

1.1.3 Các bộ phận chính của động cơ

- Thân vỏ động cơ

- Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - Piston

- Cơ cấu phối khí

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu

- Hệ thống làm mát

- Hệ thống bôi trơn

- Hệ thống điện

1.2 Phân loại động cơ ôtô

Động cơ ôtô có thể phân loại dựa vào:

Động cơ xe ôtô có 4, 6, 8 hoặc 10 xylanh Một số động cơ có 3, 4, 5, 6, 8 và

12 xylanh Các xylanh có thể được bố trí theo cách sau:

- Trên 1 dãy (thẳng hàng).

- Trên 2 dãy hợp thành 1 góc (loại chữ V)

- Trên 2 dãy đối nghịch nhau (trên cùng một mặt phẳng hoặc xếp chồnglên nhau)

- Bố trí như nan hoa của bánh xe (loại hướng kính)

Trong thực tế chỉ có 3 loại đầu được sử dụng trên động cơ xe ôtô

kim nhôm, ống lót xylanh đúc

bằng gang Trục cam được dẫn

động bởi trục khuỷu thông qua

một dây đai có răng

Bộ chia điện được dẫn động

trực tiếp một đầu của trục cam

Bơm dầu được bố trí ở

đầu phía trước trục khuỷu Hình 1.1: Động cơ 3 xylanh

Một đai truyền hình chữ V truyền động

từ trục khuỷu đến máy phát điện xoay chiều và bơm nước

1.2.1.2 Động cơ 4 xylanh

Bốn xylanh có thể được bố trí:

- Trên một dãy (thẳng hàng)

- Hình chữ V

- Đối nghịch nhau (trên một mặt phẳng hoặc xếp chồng)

Động cơ 4 xylanh kiểu V có các xylanh bố trí trên 2 dãy, mỗi dãy 2 xylanh hai dãyhợp thành một góc

Có các xylanh đặt trên 2 dãy, mỗi dãy 3 xylanh Góc giữa 2 dãy thường là 600 hay

900

Hình 1.6: Động cơ V6 Hình 1.7: Động cơ 6 xylanh thẳng hàng

1.2.1.5 Động cơ V8

Động cơ V8, xylanh bố trí trên hai dãy, mỗi dãy 4 xylanh, hợp thành góc

900 Trục khuỷu có 4 cổ lắp thanh truyền Các thanh truyền của 2 xylanh đối diệnlắp trên cùng một cổ

Hình 1.9: Động cơ V8

1.2.1.6 Động cơ 12, 16 xylanh

Những loại động cơ này được dùng trên xe ôtô chở khách, xe tải và các thiết

bị kỹ nghệ Thường các xylanh đặt thành hai dãy(V hoặc đối nghịch) Một số thiết

kế thành 3 dãy (W)hoặc 4 dãy (X)

Hình 1.10: Động cơ V12

Hình 1.11: Động cơ W12 Hình 1.12: Động cơ W16

1.2.2 Phân loại theo cách bố trí các van truyền động van

Các van cho phép động cơ “ thở ” Các van nạp mở ra nạp hỗn hợp nhiênliệu khí vào các xylanh động cơ Các van thoát mở cho phép khí đã dốt cháy thoát

ra khỏi xylanh Các cam (bánh lệch tâm) sẽ đóng hoặc mở các van khi trục camquay

Sự khác nhau về cách bố trí ảnh hưởng đến sự phân loại động cơ bao gồm:a) Vị trí của trục cam: trục cam có thể đặt trong blốc xylanh hoặc trên nắpxylanh như trên hình 1.10

b) Các loại truyền động trục cam: Các trục cam được truyền động bởi cácbánh răng, các đĩa xích và xích, hoặc các đĩa răng và dây đai răng Một số động cơdùng kết hợp dây xích và đai để truyền động các trục cam như trên hình 1.7, 1.9 và1.10

Hình 1.13: Truyền động cam bằng xích,đai răng.

c) Các loại truyền động van: Hầu hết các loại ôtô dùng 1 trong 2 các truyềnđộng van cơ bản

- Trục cam trên.

- Trục cam trong blốc

xylanh hoặc van treo

Trong mỗi loại, việc mở van

đều do chuyển động quay tròn của

nướu cam tác động

Trục cam trong blốc máy cũng

có thể truyền động cho bộ chia điện

Một trục từ bộ chia điện truyền cho

bơm dầu Một bánh lệch tâm

trên trục cam vận hành bơm nhiên liệu

d) Số van trên mỗi xylanh: Một số động cơ trên mỗi xylanh có nhiều hơn 2 van

có 3, 4, 5 hoặc cả 6 trên mỗi xylanh Hình 1.10 cho thấy động cơ có 4 van trên mỗixylanh Mục đích của việc bố trí nhiều van là cho phép động cơ nạp và thoát khínhanh hơn Điều này làm tăng ”hiệu suất thể tích” vì vậy động cơ tạo ra nhiềucông suất hơn

1.2.3 Phân loại theo chiều quay động cơ và cách đánh số xylanh

Khi nhìn từ bánh đà của động cơ thì chiều quay của trục khuỷu là ngượcchiều kim đồng hồ Nếu nhìn vào phía trước động cơ thì trục khuỷu quay cùngchiều kim đồng hồ

Các xylanh trong một động cơ được đánh số thứ tự Trong hầu hết các động

cơ, chúng được đánh số theo trình tự mà thanh truyền gắn dọc theo trục khuỷu.Xylanh số một thường là xylanh xa nhất tính từ đầu ra của trục khuỷu Sử dụngphương pháp này, động cơ có thể đặt dọc hoặc đặt ngang vẫn không ảnh hưởngđến số thứ tự của xylanh

Trong các động cơ xylanh bố trí kiểu V hoặc kiểu đối nghịch, các xylanhđược đánh số liên tiếp trong mỗi dãy Xylanh số 1 xa nhất từ đầu ra của trụckhuỷu

2 4 3 1

1 2 4 3

753

468

1467

8352

1.2.4 Phân loại theo thứ tự đốt cháy

Thứ tự hay trình tự đốt cháy là trình tự phát ra công suất của các xylanh Sựxếp đặt ở cổ lắp thanh truyền và trục cam xác định thứ tự đốt cháy Thứ tự đốtcháy phân phối một cách đều dặn các kỳ công suất dọc theo trục khuỷu Hầu hếtcác thiết kế động cơ tránh việc 2 xylanh ở cùng một đầu trục khuỷu đốt cháy liêntiếp nhau

Thứ tự đốt cháy của các động cơ cùng loại có thể khác nhau Hai thứ tự đốtcháy trong động cơ 4 xylanh thẳng hàng là: 1-3-4-2 và 1-2-4-3 Động cơ 6 xylanhthẳng hàng có thứ tự là: 1-5-3-6-2-4 Động cơ chrysle V6 và hai loại động cơGeneral Motors V6 có thứ tự đốt cháy giống nhau là: 1-2-3-4-5-6 Động cơ FordV6 có thứ tự là 1-4-2-5-3-6 và 1-4-2-3-5-6 Động cơ V8 của hãng chrysler vàGeneral Motors là 1-8-4-3-6-5-7-2 Động cơ V8 của hãng Ford là 1-5-2-6-3-7-8 và1-3-7-2-6-5-4-8

Hình 1.17: Thứ tự đốt cháy của động cơ V8

Nhiều công việc sửa chữa động cơ đòi hỏi bạn phải biết số thứ tự xylanh,thứ tự đốt cháy và chiều quay của bộ phận chia điện Thường các thông tin nàyđược đúc hoặc đóng dấu trên cụm ống nạp chúng cũng được ghi trong tài liệuhướng dẫn của nhà sản xuất

Hoàn thành thứ tự đốt cháy của một động cơ 4 kỳ tương ứng với hai vòngquay của trục khuỷu tức là trục khuỷu quay 720o Hầu hết các động cơ đều có “sựđốt cháy tức thì ” Ví dụ, trong một động 6 xylanh thẳng hàng Sự đốt cháy xảy ratrong mỗi xylanh tương ứng góc quay của trục khuỷu là 120o

Với thứ tự đốt cháy của động cơ này là 1-5-3-6-2-4 Khi Piston số 1 ở điểm

tử thượng trong cuối kỳ nén, thì píton số 6 cũng ở tử điểm thượng trong cuối kỳthoát Để xác định cặp Piston nào cùng chuyển động lên xuống, ta chia dãy thứ tựđốt cháy làm hai phần Rồi đặt phần thứ 2 dưới phần thứ nhất 1 – 5 - 3

Các cặp Piston của động cơ 6 xylanh thẳng hàng này là: 1 và 6, 5 và 2, 3 và 4

1.2.5 Phân loại động cơ theo phương pháp làm mát

Hầu hết cả các động cơ xe ôtô được làm mát bằng chất lỏng Chất làm máttuần hoàn giữa động cơ và bộ phận tản nhiệt để tách lượng nhiệt thái quá

Có nhiều động cơ được làm mát bằng không khí (động cơ VolkswagenBeetle) Chúng có cánh bằng kim loại trên xylanh để giúp cho việc tản nhiệt

1.2.6 Phân loại động cơ theo số kỳ

Động cơ Piston có chu kỳ làm việc là 2 hoặc 4 kỳ

1.2.6.1 Động cơ 4 kỳ

Động cơ bốn kỳ là động cơ đốt trong trong đó chu trình công tác được hoànthành trong 4 hành trình dịch chuyển của Piston tuơng ứng vói 2 vòng quay trụckhuỷu

Căn cứ vào dạng nhiên liệu cung cấp cho động cơ đốt trong mà có thể chiathành loại động cơ xăng 4 kỳ và Diesel 4 kỳ

Về cơ bản nguyên lí chung là giống nhau, nhưng quá trình khác nhau

a Sơ đồ nguyên lí làm việc của động cơ xăng 4 kỳ

Hỗn hợp nhiên liệu cung cấp cho quá trình đốt cháy trong động cơ xăng làhỗn hợp xăng là không khí (hoà khí)

- Kỳ 1(Còn gọi là kỳ nạp): Vị trí xuất phát đầu tiên của Piston là ở trên đỉnh,lúc này van (xupap) nạp mở ra và Piston chuyển động xuống dưới Thể tích xylanhgiảm dần, áp suất giảm (0,8 – 0,9)KG/ cm2, do sự chênh áp, hỗn hợp nhiên liệuđược đưa vào buồng xylanh qua của nạp, cơ cấu phối khí điều khiển sự đóng mởcủa cửa này, cửa xả đóng kết thúc kỳ nạp trục khuỷu quay một góc 1800 (phần 1-màu vàng)

H: Dầu bôi trơn;

I: Trục cam; Van xả, cò mổ, lò xo xu-páp;

- Kỳ 2 (Còn gọi là kỳ nén): Trục khuỷu tiếp tục quay, Piston dịch chuyển từđiểm chết duới đến điểm chết trên, thể tích buồn xylanh giảm dần, cửa nạp và cửa

xả đều đóng, hỗn hợp nhiên liệu bị nén lại do đó nhiệt độ tăng đến 350 – 5000 C,

áp suất tăng lên đến 11 – 12 KG/cm2

Cuối kỳ nén, khi Piston đi lên đến điểm chết trên, bugi bật tia lửa điện đốtcháy hỗn hợp nhiên liệu Khi Piston chuyển động lên trên để nén khối không khí

đã hoà trộn các hạt xăng nhỏ li ti Việc nén không khí lại sẽ làm cho hiệu quả củaviệc đốt cháy không khí tăng thêm nhiều (phần 2-màu tím)

Hình 1.19: Diễn biến quá trình nén

- Kỳ 3 (còn gọi là kỳ nổ): Cuối kỳ nén bugi bật tia lửa điện đốt cháy hỗn hợpnhiên liệu, hỗn hợp nhiên liệu bốc cháy, giãn nở sinh công đẩy trục khuỷu dịchchuyển từ ĐCT xuống ĐCD, trong lúc này của nạp và xả đều đóng

Trong quá trình này nhiên liệu trong buồn đốt cháy nhanh, áp suất tăngmãnh liệt: áp suất tăng đến 30 – 40kG/cm2, nhiệt độ 2100 – 25000C Quá trình này

gọi là quá trình sinh công Trong các kỳ làm việc chỉ có kỳ nổ sinh công (phần màu đỏ).

3-Hình 1.20: Diễn biến quá trình nổ

- Kỳ 4 (Còn gọi là kỳ xả): Sau khi Piston dịch chuyển xuống ĐCD từ kỳ nổ,Piston lại tiếp tục dịch chuyển lên ĐCT, cùng lúc đó, cửa xả mở, Piston dịchchuyển đồng thời đẩy sản phẩm cháy ra khỏi buồn xylanh động cơ thông qua cửa

xả, cửa nạp vẫn đóng (phần 4-màu xanh)

Hình 1.21: Diễn biến quá trình xả

Thực tế trong quá trình làm việc, sự đóng mở các cửa nạp và xả còn đápứng yêu cầu nạp đầy và thải sạch cho động cơ nên các cửa đóng mở sớm muộnkhác nhau Khi khởi động động cơ, trục khuỷu quay nhờ nguồn năng lượng bênngoài (máy đề) Khi động cơ đã làm việc, các kỳ diễn ra nhờ năng luợng tích luỹvào bánh đà động cơ trong kỳ sinh công

Sau khi kết thúc quá trình xả, động cơ đã hoàn thành một chu trình công tácvới 2 vòng quay trục khuỷu (tương ứng 7200) và một chu trình công tác mới lạiđược nói tiếp

b Nguyên lí làm việc của động cơ Diesel 4 kỳ

Nhiên liệu cung cấp cho buồng xylanh là không khí sạch

- Kỳ 1(Kỳ nạp): Trục khuỷu quay, sau khi đến điểm chết trên, Piston bắt đầu đixuống điểm chết dưới Thể tích xylanh giảm dần, áp suất giảm (0,08-0,95kG/cm2),

do sự chênh áp, nhiên liệu là không khí sạch được đưa vào buồn xylanh qua cửanạp, cơ cấu phối khí điều khiển sự đóng mở của các cửa này, cửa xả đóng kết thúc

kỳ nạp trục khuỷu quay được 1800

- Kỳ 2 (Kỳ nén): Trục khuỷu tiếp tục quay, Piston dịch chuyển từ ĐCD lênĐCT, thể tích buồn xylanh giảm dần, cửa nạp và cửa xả đều đóng, không khí sạch

bị nén lại, nhiệt độ tăng đến 450-6500C, áp suất tăng lên đến 35-55 kG/cm2 Cuối

kỳ nén, khi Piston đi gần đến ĐCT, vòi phun phun nhiên liệu là dầu Diesel dướidạng sương mù vào buồng đốt

- Kỳ 3 (Kỳ nổ): Cuối kỳ nén nhiên liệu đã được phun vào buồn đốt, tự bốc cháynhờ không khí bị nén với áp suất cao ở nhiệt độ lớn Nhiên liệu bốc cháy giãn nởsinh công đẩy trục khuỷu dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, trong lúc này cửa nạp

và xả đều đóng Trong quá trình này, nhiên liệu trong buồng đốt cháy nhanh ápsuất tăng mãnh liệt: áp suất tăng đến 50 – 90 kG/cm2, nhiệt độ 1600 – 20000C.Quá trình này gọi là quá trình giãn nở sinh công

9 8

7 6

5 4

Sau khi kết thúc quá trình xả, động cơ đã hoàn thành một cho trình công tácvới 2 vòng quay của trục khuỷu (tương ứng với góc quay 7200) và một chu trìnhcông tác mới lại được nối tiếp

1.2.6.2 Động cơ 2 kỳ

Động cơ 2 kỳ cũng bao gồm bốn quá trình: nạp, nén, nổ, xả, nhưng khác vớiđộng cơ 4 kỳ là muốn hoàn thành một chu trình làm việc, trục khuỷu của động cơ

2 kỳ chỉ quay 1 vòng 3600 tương ứng với Piston dịch chuyển hai hành trình Do

đó, trong mỗi hành trình của Piston có nhiều quá trình cùng xảy ra

Động cơ 2 kỳ thường dùng hai kiểu phối khí:

- Loại có cửa thổi (cửa nạp), cửa xả (không có xupap)

- Loại có cửa thổi và xupap xả

a Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ, loại có cửa thổi và cửa xả

- Hành trình nén: Trục khuỷu 2 quay, Piston 5 dịch chuyển từ ĐCD lênĐCT, khi cửa xả 4 được Piston đóng kín

Hoà khí có sẵn trong xylanh 6 bị nén, làm cho áp

suất và nhiệt độ của nó tăng, đến khi Piston gần tới

ĐCT thì nó bị đốt cháy nhờ bugi 7 phóng tia lửa điện

Khi Piston đi lên để nén hoà khí, ở phía dưới

Piston Trong cac-te 1 áp suất giảm và hoà khí từ bộ

chế hòa khí, qua ống nạp và cửa nạp 3 được hút vào

cac-te để chuẩn bị cho việc thổi hoà khí vào xylanh

ở hành trình sau

Ở cuối hành trình nén, áp suất và nhiệt độ

của hoà khí trong xylanh là:

Áp suất p = 6 đến 10 kG/cm2 Hình 1.22: Hành trình nén

- Hành trình sinh công là thay khí: Do hoà khí đã được đốt ở cuối hành trìnhnén nên khi Piston đến ĐCT, thì hoà khí càng cháy nhanh hơ, làm cho áp suất khícháy tăng lên và đẩy Piston đi xuống ĐCD qua thanh truyền làm quay trục khuỷu

2 phát sinh công

Khi Piston dịch chuyển dần tới ĐCD cửa

xả 4 mở, đồng thời sau đó cửa thổi 8 có chiều cao

thấp hơn cửa xả cũng được mở và cửa nạp 3

đóng lại Do đó, khí cháy sau khi đã làm việc

có áp suất 3 - 4 kG/cm2 lớn hơn áp suất

khí trời p0 1 kG/cm2 được xả ra ngoài

và hoà khí ở dưới cac-te bị nén có áp suất

1,2 – 1,3 kG/cm2 cao hơn áp suất của

khí cháy còn lại trong xylanh 1,1kG/cm2

theo đường 9, theo cửa thổi 8 vào xylanh

ở phía trên đỉnh Piston góp phần làm sạch

hoà khí trong đó và tạo điều kiện cho hành

Áp suất và nhiệt độ của khí cháy trong xylanh là:

P = 40 đến 70 kG/cm2, T = 2000 đến 23000K

Sau hành trình sinh công và thay khí, nếu trục khuỷu vẫn quay thì quá trìnhlàm việc của động cơ xăng 2 kỳ lặp lại như trên

b Động cơ Diesel hai kỳ, loại có cửa thổi

và xupáp xả Động cơ Diesel hai kỳ có đặc

điểm là không dùng cac-te để chứa và

thổi khí mà dùng máy nén khí riêng để thổi

khí trực tiếp vào trong xylanh Chu trình làm

việc của động cơ này như sau:

- Hành trình nén: Trong hành trình này, khi

trục khuỷu 1 quay, Piston 7 dịch chuyển từ

ĐCD lên ĐCT, cửa thổi 9 được Piston đậy kín

và sau đó xupáp xả 6 cũng được đóng lại,

không khí có sẵn trong xylanh 4 bị nén, Hình 1.24: Hành trình nén

áp suất và nhiệt độ của nó tăng lên cho đến khi Piston gần đến ĐCT, vòi phun 5của hệ thống nhiên liệu sẽ phun nhiên liệu với áp suất cao (100: 140KG/cm2) hìnhthành hỗn hợp với không khí nén có nhiệt độ cao làm cho nhiên liệu này tự cháyđược Cuối hành trình nén áp suất và nhiệt độ của không khí nén trong xylanh là:

P = (40 – 50)KG/cm2 ;T = (800 – 900)0 K

- Hành trình sinh công và thay khí: Trong hành trình này do nhiên liệu đã đượcđốt cháy, nhờ không khí nén có nhiệt độ cao ở cuối hành trình nén, nên khi Pistonđến ĐCT, thì nhiên liệu này càng cháy nhanh hơn, làm cho áp suất tăng lên và đẩyPiston từ ĐCT xuống ĐCD, qua thanh truyền 2 làm quay trục khuỷu 1 phát sinhcông

Khi Piston dịch chuyển gần tới ĐCD, xupáp 6 mở, đồng thời sau đó cửathổi 9 cũng được Piston mở ra Do đó khí cháy sau khi đã làm việc, có áp suất từ 4đến 5 kg/cm2 lớn hơn áp suất khí trời, được xả ra ngoài và không khí mới ở bênngoài

qua bình lọc nhờ máy nén khí 3, buồng khí 8,

cửa thổi 9 được cung cấp vào xylanh với áp

suất khoảng 1,4 đến 1,5 kg/cm2 lớn hơn

áp suất khí xả còn lại trong xylanh góp phần

làm sạch khí cháy trong đó và tạo điều kiện

cho hành trình sau

Áp suất và nhiệt độ của khí cháy trong xylanh là:

P = 80 đến 100 kg/cm2, T = 1900 đến 21000 K

Sau hành trình sinh công và thay khí, nếu trục

khuỷu vẫn quay thì quá trình làm việc

động cơ lặp lại

Hình 1.25: Hành trình sinh công

1.2.6.3 So sánh động cơ 2 kì và 4 kì

- Động cơ 2 kì có số hành trình sinh công gấp đôi (khi cùng số vòng quay) và

có công suất lớn hơn khoảng 50 đến 70 % so với động cơ 4 kì

- Động cơ 2 kì chạy đều và êm hơn động cơ 4 kì, vì mỗi vòng quay của trụckhuỷu có 1 hành trình sinh công Do đó với điều kiện như nhau ( V và n ) thì ởđộng cơ 2 kì có thể dùng bánh đà, lắp trên trục khuỷu có kích thước và trọnglượng nhở hơn so với động cơ 4 kì

- Động cơ 2 kì không có xupáp nạp và nếu dùng cac-te để thổi khí vào xylanhthì cấu tạo đơn giản và dễ sử dụng hơn động cơ 4 kì

* Nhược điểm:

- Hiệu suất động cơ 2 kì nhỏ hơn so với động cơ 4 kì do có sự hao phí nhiênliệu trong quá trình trao đổi khí

- Nhiệt độ trong quá trình làm việc của động cơ 2 kì lớn hơn so với động cơ 4

kì, do có số lần sinh công nhiều hơn làm cho động cơ bị đốt nóng và đặc biệt đốivới động cơ Diesel dẽ bị bám muội than ở buồng cháy

- Trong động cơ xăng 2 kì nếu dùng cac-te chứa dầu bôi trơn để thổi khí, thì dễlàm hỏng dầu bôi trơn

Căn cứ vào những ưu điểm trên, động cơ xăng 2 kì thường được dùng ởđộng cơ có công suất nhỏ ví dụ động cơ phụ ở máy kéo, động cơ motor xe máy.Còn động cơ Diesel 2 kì dùng nhiều ở động cơ có công suất trung bình và lớn ví

dụ động cơ ô tô, tàu thuỷ, máy xây dựng, máy phát điện

1.2.6.4 So sánh động cơ xăng và động cơ Diesel

*Ưu điểm:

- Hiệu suất của động cơ Diesel lớn hơn động cơ xăng, do hao phí nhiên liệu ít

và tỉ số nén cao

- Nhiên liệu dùng trong động cơ Diesel là dầu Diesel rẻ tiền và ít gây cháy hơn

so với xăng dùng trên động cơ xăng

- Hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel (bơm cao áp, vòi phun) ít bị hư hỏng

và dễ dùng hơn hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng (dùng bộ chế hoà khí hoặc

hệ thống phun xăng điện tử)

*Nhược điểm:

- Kích thước và trọng lượng của động cơ Diesel lớn hơn động cơ xăng vì ápsuất khí cháy trong động cơ Diesel lớn Do đó trọng lượng riêng của động cơDiesel lớn hơn trọng lượng riêng của động cơ xăng 40 đến 70%.

- Động cơ Diesel, đặc biệt là hệ thống nhiên liệu, chế tạo khó hơn động cơxăng Do đó giá thành của động cơ Diesel thường cao hơn động cơ xăng

- Động cơ Diesel dùng nhiên liệu nặng khó cháy và phương pháp tạo hoà khígiữa nhiên liệu phun sương với không khí không tốt nên khó khởi động hơn động

cơ xăng Do đó công suất của động cơ Diesel thực tế bằng công suất động cơ xăng(khi cùng thể tích công tác và số vòng quay mặc dù hiệu suất của động cơ Dieselcao hơn)

1.3 Động cơ Wankel

Động cơ có rotor quay trong buồng đốt hình ôvan Nó là động cơ có buồngđốt quay Một chu kỳ hoạt động của động cơ Wankel gồm 4 kỳ: nạp, nén, sinhcông và thoát Các kỳ không xảy ra theo thứ tự như trong động cơ 4 kỳ mà có thểxảy ra đồng thời khi rotor quay Động cơ Wankel tuơng đương với động cơ Pistonthông thường 4 kỳ 3 xylanh

Hình 1-26 cho thấy các tác động xảy ra trong động cơ trong một vòng quaycủa rotor xét từ nướu A Khi nó chuyển động, khoảng không gian giữa A và C (vùng 2) dãn ra.Hỗn hợp nhiên liệu khí nạp vào khoảng không Khi nướu C đingang qua cổng nạp, khoảng không từ A đến C kín lại

Trong lúc này, khoảng không giữa 2 nướu A và B giảm rất lớn Hỗn hợpnhiên liệu-khí giữa A và B bị nén, tia lửa từ bugi sẽ đốt cháy hỗn hợp Sự cháy tạo

ra áp lực đẩy rotor quay Khi nướu B đi qua cửa thoát, khí cháy sẽ thoát ra

Các “kỳ” nạp, nén, sinh công và thoát liên tục xảy ra trong mỗi buồng đốtcủa rotor, trong suốt thời gian hoạt động

Hỡnh 1.26: Động cơ Wankel

Chương 2: cấu tạo động cơ ôtô

Cỏc động cơ kớch nổ bằng tia lửa và động cơ Diesel cú cấu tạo tương tựnhau Cả hai đều cú blốc xylanh, trục khuỷu, thanh truyền, Piston, truyền động van

và cỏc bạc (ổ trục) Sự khỏc nhau cơ bản giữa cỏc bộ phận của 2 loại động cơ trờn

là cỏc bộ phận của động cơ Diesel thường nặng nề và chắc chắn hơn, vỡ phải chịu

ỏp lực bờn trong cao hơn Trong chương này chỳng ta sẽ tỡm hiểu cấu tạo cỏc chitiết dựng trong động cơ ụtụ

2.1 Blốc xylanh

Là bộ phận cơ bản của động cơ Những bộ phận khỏc của động cơ được càivào trong hoặc gắn với blốc xylanh

Hỡnh 2.1: Blốc xylanh

Blốc xylanh thường được đúc bằng gang hay hợp kim thép và các kim loại khácnhư nickel và chronium, một số được đúc từ hợp kim nhôm.

Blốc có nhiều lỗ hình trụ lớn, đó là các nòng xylanh Nó cũng có áo nước và cácrãnh làm mát

Hình 2.2: Các bộ phận lắp vào blốc xylanh

2.3 Máng dầu

Máng dầu làm bằng plastic hay kim loại, một miếng đệm đặt giữa máng dầu

và blốc máy để làm kín mặt lắp ghép nhằm để tránh sự rò rỉ dầu Đáy của blốcmáy cộng với máng dầu tạo thành hộp trục khuỷu (cac-te), bao bọc trục khuỷu

Máng dầu chứa từ 3 đến 8 lít dầu, tùy thuộc vào từng động cơ Bơm dầu sẽchuyển dầu từu máng đến các bộ phận của động cơ

Một số động cơ có máng dầu chống ồn Những miếng vật liệu giảm chấnđộng bằng nhựa và thép dập được gắn vào mặt phẳng bên trong máng dầu

Hình 2.3: Máng dầu

2.4 Nắp xylanh và tấm đệm nắp xylanh

Nắp xylanh được đúc bằng gang hay hợp kim nhôm, rồi được gia công để cácchi tiết khác nhau có thể lắp vào nắp Nắp xylanh tạo thành phần trên của buồngđốt, Piston và vòng găng Piston tạo thành phần dưới Mỗi hình dạng cơ bản củabuồng đốt tạo ra những ảnh hưởng riêng biệt Dạng hình nêm làm gia tăng sự xoáylốc của hỗn hợp cháy Dạng hình chỏm cầu thì sự đốt cháy tương đối chậm Dạng

có đầu Piston lõm vào như cái tách dùng trong các động cơ Diesel, nén khí kiểutua-bin, động cơ có hiệu suất cao cũng làm tăng sự xoáy lốc hỗn hợp cháy, làmcho hỗn hợp nhiên liệu - khí cháy nhanh hơn

Hình 2.4: (1) Nắp xylanh; (2) Đệm nắp xylanh

Một số nắp che trên nắp xylanh (còn gọi là nắp che van) là loại chống âm

Nó có 3 lớp, 2 lớp ngoài bằng kim loại, lớp chính giữa bằng plastic Tiếng ồn từđộng cơ làm cho lớp kim loại bên trong rung động Tuy nhiên, lớp plastic chínhgiữa sẽ ngăn cản tiếng ồn phát ra ngoài

Tấm đệm nắp xylanh được đặt giữa và làm kín mặt tiếp xúc giữa nắp xylanh

và blốc máy Siết chặt các bu-lông, vật liệu mềm của tấm đệm sẽ lắp kín bề mặttiếp xúc Việc đặt tấm đệm nắp xylanh rất quan trọng trong việc làm kín giữa mộtnắp bằng nhôm và một blốc máy bằng gang

2.5 Trục khuỷu

2.5.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc và yêu cầu đối với trục khuỷu

- Tiếp nhận lực khí thể truyền từ Piston xuống để tạo mô men quay chođộng cơ

 Điều kiện làm việc trục khuỷu

+ Trục khuỷu chịu lực quán tính và lực khí thể

+ Chịu va đập chịu xoắn

+ Mài mòn lớn, khó bôi trơn tốc độ cao

+ Trục khuỷu có độ cứng vững lớn có độ bền cao và trọng lượng nhỏ

+ Có tính cân bằng cao không xảy ra cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng+ Độ chính xác cao trong gia công cơ khí

+ Kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng tốt (tĩnh và động)

2.5.2 Đặc điểm kết cấu các dạng trục khuỷu

2.5.2.1 Trục khuỷu nguyên.

Trục khuỷu gồm các phần:

Đầu trục khuỷu, khuỷu trục (chốt, má, cổ trục khuỷu) và đuôi trục khuỷu.Đầu trục khuỷu thường dùng để lắp bánh

răng dẫn động bơm nước, bơm dầu bôi trơn,

bơm cao áp, bánh đai (puly) để dẫn động

quạt gió và đai ốc khởi động để khởi động

động cơ bằng tay quay Các bánh răng chủ

động hoặc bánh đai dẫn động lắp trên đầu Hình 2.5: Kết cấu đầu trục khuỷu

trục khuỷu theo kiểu lắp căn hoặc lắp trung gian và đều là lắp bán nguyệt đai ốchãm chặt bánh đai, phớt chắn dầu, ổ chắn dọc trục đều lắp trên đầu trục khuỷu

Ngoài ra các bộ phận thường gặp kể trên trong 1 số động cơ còn có lắp bộgiảm dao động xoắn của hệ trục khủyu ở đầu trục khuỷu, bộ dao động xoắn có tácdụng thu năng lượng sinh ra do mô men kích thích trên hệ khuỷu do đó dập tắcdao động gây ra bởi mô men

Bộ dao động xoắn thường lắp ở đầu trục khuỷu là nơi có biên độ dao độngxoắn lớn nhất

Khuỷu trục

 Cổ trục: Các cổ trục thường có cùng kích thước đường kính (Đường kínhcủa trục thường tính theo sức bền và điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn, quyđịnh thời gian sử dụng và thời gian sửa chữa động cơ)

 Trong một vài động cơ cổ trục làm lớn dần theo chiều từ đầu đến đuôi trục

để đảm bảo sức bền và khả năng chịu lực của cổ trục được đồng đều hơn

 Khi đường kính cổ trục tăng làm tăng thêm lượng cứng vững trục khuỷumặt khác mô men quán tính độc cực của trục khuỷu tăng lên, độ cứng chống xoắncủa trục tăng lên mà khối lượng chuyển động quay hệ thống trục khuỷu vẫn khôngthay đổi

Tuy vậy khi tăng kích thước cổ trục kích thước của ổ bi trục sẽ tăng theođồng thời trọng lượng trục khuỷu lớn nên ảnh hưởng đến tần số dao động xoắn của

hệ trục có thể xảy ra cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng

 Chốt khuỷu có thể lấy đường kính

của chốt khuỷu lấy bằng đường kính của cổ

trục khuỷu, nhất là động cơ cao tốc do phụ

tải và lực quán tính lớn muốn vậy để tăng

khả năng làm việc bạc lót và chốt khuỷu

người ta thường tăng đường kính chốt khuỷu Hình 2.6: Kết cấu khuỷu trục

Như vậy kích thước và khối lượng đầu to thanh truyền đầu to sẽ tăng theotần số dao động riêng sẽ giảm có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vitốc độ sử dụng cho phép Vì vậy cần phải lựa chọn chiều dài sao cho có thể thoảmãn điều kiện hình thành màng dầu bôi trơn

Và trục khuỷu có độ cứng vững lớn, do đó để giảm trọng lượng chốt khuỷuphải làm rỗng, chốt khuỷu rỗng có tác dụng chứa dầu bôi trơn bạc lót đầu to thanhtruyền giảm khối lượng quay thanh truyền, lỗ rỗng trong chốt khuỷu có thể làmđồng tâm hoặc lệch tâm với chốt khuỷu

 Má khuỷu là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu, hình dạng mákhuỷu chủ yếu phụ thuộc vào dạng động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quaycủa trục khuỷu

Khi thiết kế má khuỷu động cơ cần giảm trọng lượng, má khuỷu có nhiềudạng nhưng chủ yếu dạng má hình chữ nhật và hình tròn có kết cấu đơn giản dễchế tạo, dạng má hình ôvan có kết cấu phức tạp loại má khuỷu hình chữ nhật phân

bố lợi dụng vật liệu không hợp do tăng khối lượng không cân bằng má khuỷu, mákhuỷu dạng tròn sức bền cao có khả năng giảm chiều dày má do đó có thể tăngchiều dài cổ trục và chốt khuỷu và giảm mài mòn cổ trục và chốt khuỷu mặt khác

má tròn dễ gia công

 Đối trọng lắp trên khuỷu có 2 tác dụng:

+ Cân bằng mô men lực quán tính không cân bằng động cơ chủ yếu là lựcquán tính ly tâm nhưng đôi khi dùng để cân bằng lực quán tính chuyển động tịnhtiến như động cơ chữ V

+ Giảm phụ tải cho cổ trục nhất là giữa động cơ 4 kỳ có 4, 6, 8 xylanh vì ởđộng cơ này có lực quán tính và mô men quán tính tự cân bằng nhưng ứng suấtgiữa cổ trục chịu ứng suất uốn lớn, khi dùng đối trọng mô men quán tính nói trênđược cân bằng nên cổ trục giữa không chịu ứng suât uốn do lực quán tính mô mengây ra Mặt khác trục khuỷu không phải là chi tiết cứng vững tuyệt đối và thânmáy trong thực tế bị biến dạng nên trong động cơ dùng đối trọng để cân bằng

Hình 2.7: Kết cấu các dạng má khuỷu

Đuôi trục khuỷu thường lắp với các chi tiết máy của động cơ truyền dẫncông suất ra ngoài máy công tác

- Trục thu công suất động cơ thường đồng tâm với trục khuỷu dùng mặtbích trục khuỷu để lắp bánh đà

Ngoài kết cấu dùng để lắp bánh đà trên đuôi trục khuỷu còn có lắp các bộphận đặc biệt:

+ Bánh răng dẫn động cơ cấu phụ: Trong 1 vài loại động cơ do đặc điểm kết cấuphải bố trí dẫn động cơ cấu phụ phải lắp bánh răng đuôi trục khuỷu nên phía đuôitruc khuỷu phải có mặt bích để lấp bánh răng

+ Vành chắn dầu trên đuôi trục khuỷu có tác dụng ngăn không cho dầu nhờn chảy

- Động cơ làm việc cân bằng ít rung động

- Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ

- Công nghệ chế tạo, giá thành rẻ

Kích thước của trục khuỷu phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa haiđường tâm xylanh, chiều dày của lót xylanh và phương pháp làm mát Đối vớiđộng cơ 2 kỳ kích thước trục khuỷu còn phụ thuộc vào hệ thống quét thải

Hình 2.8: Kết cấu tổng thể của trục khuỷu nguyên

1-Đai ốc khởi động; 2-Bánh răng; 3-Đối trọng; 4-Đường dầu;

5,8-Cổ trục khuỷu; 6- Má khuỷu; 7-Chốt khuỷu; 9-Bạc lót

2.5.2.2 Kết cấu trục khuỷu ghép

Trục khuỷu ghép thường chế tạo riêng thành từng bộ phận Cổ trục, mákhuỷu, chốt khuỷu, ghép lại với nhau hoặc làm cổ trục riêng rồi ghép với khuỷu.Thường dùng trong động cơ cỡ lớn, truc khuỷu được chế tạo thành từng đoạn rồighép lại với nhau bằng mặt bích trục khuỷu lớn thường ghép trong động cơ cỡ lớnđộng cơ tàu thuỷ, động cơ tĩnh đại nhưng cũng dùng trong động cơ cỡ nhỏ, như xe

mô tô, động cơ xăng cỡ nhỏ, động cơ cao tốc có công suất lớn để giảm hiện tượngdao động của trục cần rút ngắn chiều dài trục khuỷu

Hình 2.9: Kết cấu trục khuỷu ghép

1-Cổ trục khuỷu; 2-Má khuỷu; 3, 6-Đường dầu bôi trơn chính;

4-Cổ trục khuỷu; 5-Đai ốc ghép má khuỷu và chốt khuỷu; 7- Ổ bi

2.5.2.3 Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ

Đặc điểm kết cấu trục khuỷu loại này kích thước nhỏ gọn nên có thể rútngắn chiều dài của thân máy và giảm khối lượng động co

Trục khuỷu thiếu cổ có độ cứng vững kém vì vậy khi thiết kế cần kíchthước cổ trục, chốt khuỷu đồng thời tăng chiều dày và chiều rộng má khuỷu để

tăng độ cứng vững cho trục khuỷu Thường dùng trong động cơ xăng ô tô máy kéo

và động cơ Diesel công suất nhỏ do phụ tải tác dụng lên cổ trục nhỏ

Hình 2.10: Kết cấu trục khuỷu thiếu cổ.

1-Lỗ dầu bôi trơn; 2-Chốt khuỷu; 3-Má thiếu cổ;

4-Má khuỷu; 5-Đuôi trục khuỷu

Hình 2.11: Kết cấu trục khuỷu động cơ chữ V

1-Bánh răng khởi động; 2-Đường dầu bôi trơn; 3-Chốt khuỷu;

4-Vít dầu; 5-Má khuỷu; 6-Lỗ dầu bôi trơn trục cam;

- Bánh đà còn là nơi ghi các kí hiệu các ĐCT, ĐCD, góc phun sớm, đánh lửa sớm.

- Trong một số loại người ta dùng nam châm vĩnh cửu tạo ra nguồn điện thế thấpcủa hệ thống đánh lữa bánh đà từ (vô lăng Manhêtic)

b Kết cấu:

- Bánh đà được sử dụng trong động cơ đốt trong có 3 dạng: Bánh đà dạng đĩa (phùhợp với động cơ nhiều xylanh và tốc độ cao), bánh đà dạng chậu, bánh đà dạngvành

2.7 Thanh truyền

Nhiệm vụ và điều kiện làm việc thanh truyền

Nhiệm vụ:

- Thanh truyền dùng để nối Piston và trục khuỷu

- Biến chuyển động tịnh tiến của Piston thành chuyển động quay của trụckhuỷu

Hình 2.13: Thanh truyền

Điều kiện làm việc:

+ Chịu tác động của lực khí thể

+ Chịu tác động của lực quán tính nhóm Piston

+ 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

Kết cấu thanh truyền

Kết cấu thanh truyền được chia làm 3 phần

- Đầu nhỏ thanh truyền: Đầu lắp ghép chốt Piston

- 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

2.7.1 Đầu nhỏ thanh truyền

- Khi chốt Piston 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 đồngtâm, đôi khi dùng kiểu ôvan để tăng độ cứng của đầu nhỏ

- Trong những động cơ máy bay, động cơ xăng dùng trên ô tô, đầu nhỏ thanhtruyền có dạng hình trụ mỏng

Khi lắp chốt Piston tự do do có sự chuyển động tương đối giữa chốt Piston

và đầu nhỏ nên phải chú ý bôi trơn mặt ma sát

Hình 2.14: Kết cấu các dạng đầu nhỏ thanh truyền

Dầu bôi trơn được đưa lên mặt chốt Piston và bạc lót đầu nhỏ bằng đườngdẫn dầu khoan dọc theo thân thanh truyền

Trong động cơ ô tô máy kéo và động cơ nhỏ, bạc lót đầu nhỏ được bôi trơntheo kiểu hứng đầu vung té

Trong động cơ hai kỳ đầu nhỏ thanh truyền luôn luôn chịu nén, do đó dầubôi trơn đưa lên bề mặt chốt Piston phải có áp suất cao và để giữ dầu bôi trơn, trênbạc lót đầu nhỏ thanh truyền thường có các rãnh chéo để chứa dầu nhờn

Ở một số động cơ hai kỳ tốc độ cao do áp suất trên mặt chốt lớn và khó bôitrơn nên người ta thường không dùng bạc lót mà dùng ô bi đũa

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

2.7.2 Thân thanh truyền

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

- Loại thân thanh truyền có tiết diện tròn: thường dùng trong động cơ tĩnhtại và tàu thuỷ tốc độ thấp

+ Ưu điểm của các loại này là dễ chế tạo theo phương pháp rèn tự do và dễ giacông.

+ Khuyết điểm của loại thân thanh truyền này là sử dụng vật liệu không hợp lý

- Thân thanh truyền có tiết diện chữ I: được dùng rất nhiều trong động cơ ô

tô máy kéo và các loại động cơ cao tốc Loại thân có tiết diện này sử dụng vật liệurất hợp lý (trục thân thanh tuyền nằm trong mặt phẳng lắc)

- Loại thân thanh truyền có tiết diện chữ I thường chế tạo theo phương pháprèn khuôn, thích hợp với phương án sản xuất lớn

Ở một vài động cơ nhiều hang xylanh, đôi khi dùng loại thanh truyền có tiếtdiện chữ H để tăng bán kính chuyển tiếp từ thân đế 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 thườngdùng trong động cơ mô tô, xuồng máy, động cơ cỡ nhỏ Loại thân này kết cấu đơngiản dễ chế tạo

Đôi khi để tăng độ cứng vững và dễ khoan đường dầu bôi trơn, thân thanhtruyền 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 phảiđảm bảo cung cấp đầy đủ lượng dẩu bôi trơn và nhanh chóng đưa dầu lên bôi trơnkhi khởi động Vì vậy lỗ dẫn dầu không nên quá lớn hoặc quá bé

Do công nghệ khoan lỗ dầu khó khăn nhất là đối với các loại thanh truyềndài, nên có khi người ta gắn ống dẫn dầu bôi trơn ở phía ngoài thân thể để đưa dầu

từ đầu to lên đầu nhỏ

Chiều rộng h của than thanh truyền tăng dần từ đầu nhỏ lên đầu to để phùhợp với quy luật phân bố của lực quán tính tác dụng lên thân thanh truyền trongmặt phẳng lắc Lực quán tính phân bố theo quy luật hình tam giác

2.7.3 Đầu to thanh truyền

Hình 2.15: Kết cấu đầu to thanh truyền: 1-Nắp đầu to;

2-Bulông đầu to thanh truyền ; 3-Thân thanh truyền; 4-Bạc lót

Kích thước đầu to thanh truyền phụ thuộc vào đường kính và chiều dài chốtkhuỷu

Yêu cầu:

- Có độ cứng vững lớn để bạc lót không bị biến dạng

- Kích thước nhỏ gọn

- Lực quán tính chuyển động quay nhỏ

- Giảm kích thước hộp trục khuỷu

- Chỗ chuyển tiếp giữa thân và đầu to phải có góc lượn lớn để giảm ứng suấttập trung

- Dễ lắp ghép cụm Piston thanh truyền với trục khuỷu

2.7.4 Kết cấu một số dạng thanh truyền khác

- Kết cấu thanh truyền lắp kế tiếp

Loại này hai thanh truyền của hai hàng xylanh giống hệt nhau lắp kết tiếptrên cùng một chốt khuỷu

+ Ưu điểm: Kết cấu đơn giản dễ chế tạo, hai thanh truyền làm hoàn toàn giốnghệt nhau nên chế tạo rẻ tiền

+ Nhược điểm: Chốt khuỷu phải làm dài ảnh hưởng chiều dài trục khuỷu vàthan máy làm tăng trọng lượng động cơ và giảm sức bền trục khuỷu

- Loại thanh truyền trung tâm

+ Loại thanh truyền trung tâm là loại có hai thanh truyền cùng lắp chung trênmột chốt khuỷu cả hai thanh truyền cùng lắp trên một mặt phẳng nên một thanhtruyền có dạng hình nạng còn thanh truyền kia lắp đồng tâm và bị kẹp giữa nạngthanh truyền nạng.

Hình 2.16: Kết cấu thanh truyền trung tâm

1-Thanh truyền nạng; 2-Thanh truyền trung tâm; 3-Đầu to thanh truyền nạng

- Loại thanh truyền chính và thanh truyền phụ Loại này có một thanh thanh truyềnphụ lắp trên thanh truyền chính

Ưu điểm: Loại thanh truyền này ngày nay được dùng khá nhiều vì nó ưu điểmkết cấu nhẹ gọn giảm được kích thước và trọng lượng thanh truyền và đồng thờiđảm bảo độ cứng vững của đầu to thanh truyền

Nhược điểm: Động học Piston thanh truyền trên hai hang xylanh không giốngnhau Khi làm việc thanh truyền chính còn chịu thêm mô men uốn phụ.

1-Đầu nhỏ thanh truyền chính.2-Thanh truyền chính

3-Đầu to thanh truyền

2.8.1.1 Điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo Piston

a Điều kiện làm việc của Piston

Piston có điều kiện làm việc rất nặng nhọc vừa chịu tải trọng cơ học vừachịu tải trọng nhiệt Ngoài ra Piston còn chịu ma sát và ăn mòn

+ Tải trọng cơ học: Trong quá trình cháy, khi hỗn hợp khí cháy sinh ra áp suất rấtlớn trong buồng cháy, trong chu kỳ công tác áp suất khí thể thay đổi rất lớn vì vậylực khí thể có tính chất va đập

+ Tải trọng nhiệt: Trong quá trình cháy Piston trực tiếp tiếp xúc với sản vật cháy

có nhiệt độ rất cao (2300 - 28000K) Mà như vậy nhiệt độ của Piston và nhất lànhiệt độ phần đỉnh Piston cũng rất cao (2300 - 28000K)

+ Ma sát và ăn mòn: Trong quá trình làm việc Piston chịu ma sát khá lớn do thiếudầu bôi trơn và lực ngang N ép Piston vào xylanh, ma sát càng lớn do biến dạngcủa Piston Ngoài ra đỉnh Piston tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy nên còn bị sảnvật cháy ăn mòn

b Vật liệu chế tạo Piston

Vật liệu chế tạo Piston phải đáp ứng điều kiện làm việc của nó dó là có độbền cao, chịu được nhiệt độ cao, độ biến dạng dài nhỏ, ma sát nhỏ Tất nhiênkhông có loại vật liệu nào đáp ứng đồng thời các yêu cầu trên Do đó cần chọn vậtliệu tối ưu nhất, so với hợp kim gang thì hợp kim nhôm có độ bền thấp hơn, độbiến dạng dài lớn hơn nhưng hợp kim nhôm có khối lượng riêng nhỏ hơn và cũng

có tính đúc tốt như gang Do đó chọn hợp kim nhôm làm vật liệu chế tạo Piston

Phân tích đặc điểm kết cấu của đỉnh Piston

- Kết cấu của đỉnh Piston: Đỉnh Piston có kết cấu rất đa dạng gồm đỉnh bằng, đỉnhlồi và đỉnh lõm …