giáo trình động cơ đốt trong

3.3 Phân loại động cơ đốt trong • Theo cách thực hiện chu trình - Động cơ bốn kỳ: là động cơ có chu trình công tác thực hiện sau bốn hành trình của piston hay hai vòng quay của trục khuỷ

Chơng I Nguyên lý làm việc và các bộ phận tĩnh của động cơ đốt trong

1 Lịch sử phát triển của động cơ đốt trong

- 1860: Động cơ đốt trong đầu tiên ra đời, do ông Lenoir chế tạo Động cơ chạykhí đốt có hiệu suất 2 – 3%

- 1876: Ôtô chế tạo động cơ chạy kí đốt nhng đạt hiệu suất cao hơn ηe = 10%

- 1886: Động cơ xăng đầu tiên có Ne = 0,25 mã lực và tốc độ vòng quay 600 v/ph

- 1897: Động cơ Diesel đầu tiên co ηe = 26%

- 1954: Động cơ piston quay

2 Vị trí và vai trò của động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong đầu tiên ra đời đến nay đã hơn 100 năm Năng lợng do độngcơ đốt trong chiếm 80% năng lợng trên toàn thế giới 10% là do các thiết bị thuỷ điện,

động cơ chạy bằng sức gió, thiết bị dùng năng lợng mặt trời, còn lại 10% là do cácthiết bị động cơ nhiệt không phải là động cơ đốt trong

Chỉ tính riêng trong khoảng thời gian 2 năm từ 1959-1960 công suất của động cơ

đốt trong trên toàn thế giới đã lên gần tới 1,5 tỉ mã lực

Hiện nay sản lợng mỗi năm khoảng 40 triệu chiếc với công suất từ 0,1 đến 70.000

kW dùng cho các lĩnh vực nh giao thông vận tải, xây dựng, nông nghiệp, lâm nghiệp,năng lợng …

3 Định nghĩa và phân loại động cơ đốt trong

3.1 Động cơ động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt

Động cơ nhiệt là một loại máy biến đổi nhiệt năng của nhiên liệu thành cơ năng

Động cơ nhiệt có hai loại chính là động cơ đốt ngoài và động cơ đốt trong.

ở động cơ đốt ngoài, ví dụ máy hơi nớc cổ điển trên tàu hoả, hai giai đoạn trên

xảy ra ở hai nơi khác nhau Giai đoạn thứ nhất xảy ra tại buồng đốt và nồi xúp-de, kếtquả đợc hơi nớc có áp suất và nhiệt độ cao Còn giai đoạn thứ hai là quá trình giãn nởcủa hơi nớc trong buồng công tác và sinh công làm quay bánh xe

Còn ở động cơ đốt trong, hai giai đoạn trên diễn ra tại cùng một vị trí, đó là bên

trong buồng công tác của động cơ

Hai loại động cơ nói trên đều có hai kiểu kết cấu, đó là động cơ kiểu piston vàkiểu tuốc-bin theo sơ đồ dới đây

Hình 1-1 Động cơ đốt trong thuộc họ động cơ nhiệt

Do giới hạn của giáo trình, chúng ta chỉ xét động cơ đốt trong kiểu piston và từ

đây gọi vắn tắt là động cơ đốt trong Trong thực tế, động cơ kiểu tuốc bin là đối tợngkhảo sát của chuyên ngành máy tuốc-bin

Động cơ

nhiệt

Động cơ đốt ngoài Động cơ đốt trong

Kiểu piston Kiểu tuốc-bin Kiểu piston Kiểu tuốc-bin

3.2 So sánh động cơ đốt trong với các động cơ nhiệt khác

3.2.1 Ưu điểm

- Hiệu suất có ích ηe lớn nhất, có thể đạt tới 50% hoặc hơn nữa Trong khi đó,máy hơi nớc cổ điển kiểu piston chỉ đạt khoảng 16%, tuốc bin hơi nớc từ 22 đến 28%,còn tuốc bin khí cũng chỉ tới 30% Lý do chủ yếu là vì chu trình Các-nô tơng đơng của

động cơ đốt trong có chênh lệch nhiệt độ trung bình của nguồn nóng và nguồn lạnhlớn nhất (Theo định luật Các-nô hiệu suất nhiệt

1

2 t

- Kích thớc và trọng lợng nhỏ, công suất riêng lớn Nguyên nhân chính là do quátrình cháy diễn ra trong xy lanh của động cơ nên không cần các thiết bị cồng kềnh nh

lò đốt, nồi hơi và do sử dụng nhiên liệu có nhiệt trị cao (ví dụ nh xăng, nhiên liệudiesel so với than, củi, khí đốt dùng trong động cơ đốt ngoài) Do đó, động cơ đốttrong rất thích hợp cho các phơng tiện vận tải với bán kính hoạt động rộng

- Khởi động, vận hành và chăm sóc động cơ thuận tiện, dễ dàng

3.2.2 Nhợc điểm

- Khả năng quá tải kém, cụ thể không quá 10% trong 1 giờ

- Tại chế độ tốc độ vòng quay nhỏ, mô men sinh ra không lớn Do đó, động cơkhông thể khởi động đợc khi có tải và phải có hệ thống khởi động riêng

- Công suất cực đại không lớn Ví dụ, một trong những động cơ lớn nhất thế giới

là động cơ của hãng MAN B&W có công suất 68.520 kW (số liệu 1997), trong khituốc-bin hơi bình thờng cũng có công suất tới vài chục vạn kW

- Cấu tạo phức tạp, giá thành chế tạo cao

- Nhiên liệu cần có những yêu cầu khắt khe nh hàm lợng tạp chất thấp, tínhchống kích nổ cao, tính tự cháy cao nên giá thành cao Mặt khác, nguồn nhiên liệuchính là dầu mỏ ngày một cạn dần Theo dự đoán, trữ lợng dầu mỏ chỉ đủ dùng cho

đến giữa thế kỷ 21

- Ô nhiễm môi trờng do khí thải và ồn

Tuy nhiên, động cơ đốt trong hiện nay vẫn là máy động lực chủ yếu, đóng vai tròvô cùng quan trọng trong các lĩnh vực của đời sống con ngời nh giao thông vận tải,xây dựng, khai thác mỏ, nông nghiệp, ng nghiệp Theo các nhà khoa học, trong vòngnửa thế kỷ tới vẫn cha có động cơ nào có thể thay thế đợc động cơ đốt trong

3.3 Phân loại động cơ đốt trong

• Theo cách thực hiện chu trình

- Động cơ bốn kỳ: là động cơ có chu trình công tác thực hiện sau bốn hành trình

của piston hay hai vòng quay của trục khuỷu.

- Động cơ hai kỳ: là động có chu trình công tác thực hiện sau hai hành trình của

piston hay một vòng quay của trục khuỷu.

•Theo nhiên liệu

- Động cơ nhiên liệu lỏng nh xăng, diesel, cồn (methanol, ethanol), cồn pha xăng

hoặc diesel, dầu thực vật

- Động cơ nhiên liệu khí (còn gọi là động cơ gas) Nhiên liệu khí bao gồm: khí

thiên nhiên (Compressed Natural Gas - CNG), khí hoá lỏng (Liquidfied Petroleum Gas

- LPG), khí lò ga, khí sinh vật (Biogas)

- Động cơ nhiên liệu kép (Dual Fuel) ví dụ nh động cơ gas mồi bằng nhiên liệu

lỏng nh xăng hay diesel

- Động cơ đa nhiên liệu (Multi Fuel) nh động cơ có thể dùng đợc cả nhiên liệu

nặng nh diesel và nhiên liệu nhẹ nh xăng, hoặc động cơ dùng cả xăng và khí đốt

- Động cơ không tăng áp: không khí hay hỗn hợp đợc hút vào xy lanh

- Động cơ tăng áp: không khí hay hỗn hợp đợc nén trớc khi nạp vào xy lanh

• Theo tốc độ trung bình của piston

Gọi tốc độ trung bình của piston là cm Dễ dàng tính đợc

30

n S

cm = (m/s) với S làhành trình piston (m) và n là tốc độ vòng quay của trục khuỷu (v/ph) Theo cm ngời taphân loại động cơ nh sau:

- 3,5 m/s ≤ cm < 6,5 m/s: động cơ tốc độ thấp

- 6,5 m/s ≤ cm < 9 m/s: động cơ tốc độ trung bình

- cm ≥ 9 m/s: động cơ tốc độ cao hay còn gọi là động cơ cao tốc

•Theo dạng chuyển động của piston

- Động cơ piston tịnh tiến thờng gọi ngắn gọn là động cơ piston Đa số động cơ

đốt trong là động cơ piston

- Động cơ piston quay hay động cơ rô-to do Wankel phát minh năm 1954 nêncòn gọi là động cơ Wankel

•Theo số xy lanh

Động cơ một xy lanh (Single Cylinder Engine) và động cơ nhiều xy lanh (MultiCylinder Engine)

• Theo cách bố trí hàng xy lanh

Động cơ một hàng (Line Engine), động cơ chữ V, động cơ hình sao , hình 1-2

•Theo môi chất làm mát

Động cơ làm mát bằng nớc hay chất lỏng đặc biệt và động cơ làm mát bằng gió(không khí)

•Theo Chức năng

Động cơ tĩnh tại nh máy phát điện, động cơ tàu thuỷ, động cơ ô tô và xe máy,

động cơ máy kéo, động cơ tàu hoả, động cơ máy bay

Hình 1-2 a) Động cơ chữ V, b) Động cơ hình sao

4 Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong

4.1 Những khái niệm và định nghĩa cơ bản

biến đổi của môi chất công tác xảy ra

trong xy lanh của động cơ và trong

các hệ thống gắn liền với xy lanh nh

hệ thống nạp - thải

• Chu trình công tác là tập hợp những

biến đổi của môi chất công tác xảy ra

bên trong xy lanh của động cơ và diễn

ra trong một chu kỳ.

• Điểm chết là điểm mà tại đó piston

đổi chiều chuyển động Có hai điểm

D

Vh = π 2

với D là đờng kính xy lanh và S là hành trình piston

• Tỷ số nén ε là tỷ số giữa thể tích lớn nhất và thể tích nhỏ nhất (thể tích buồngcháy):

c

h c

c h min

max

V

V 1 V

V V V

=

ε

4.2 Nguyên lý làm việc của động cơ bốn kỳ không tăng áp

Nh đã nêu ở phần phân loại, động cơ bốn kỳ có chu trình công tác đợc thực hiện saubốn hành trình của piston hay hai vòng quay của trục khuỷu Sau đây sẽ khảo sát một

1

2 3

4 5

1 Trục khuỷu, 2 Thanh truyền, 3 Piston, 4

Xu páp thải, 5 Vòi phun (động cơ diesel) hay bu-gi (động cơ xăng), 6 Xu páp nạp, ĐCT

Điểm chết trên, ĐCD Điểm chết d ới, S Hành trình piston, D Đ ờng kính xy lanh

cách khái quát diễn biến các quá trình lý-hoá xảy ra trong từng hành trình của piston,hình 1-4.

• Hành trình thứ nhất: hành trình nạp

Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD tạo nên độ chân không trong xy lanh Không khí (ở

động cơ diesel) hay hỗn hợp (ở động cơ xăng, gas ) từ đờng nạp gọi là khí nạp mới

đ-ợc hút vào xy lanh qua xu páp (valve) nạp đang mở và hoà trộn với khí sót của chu

trình trớc tạo thành hỗn hợp công tác Để tiết diện lu thông của xu páp khá lớn khi khí

nạp mới thực sự đi vào xy lanh do đó nạp đầy hơn, xu páp nạp mở sớm một góc là ϕ1tại điểm d1

xăng, động cơ gas) hay góc phun sớm (động cơ diesel) Sau một thời gian chuẩn bị rất

ngắn, quá trình cháy thực sự diễn ra làm cho áp suất và nhiệt độ trong xy lanh tăng lênrất nhanh

•Hành trình thứ ba: hành trình cháy- giãn nở, hành trình công tác

Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD Sau ĐCT, quá trình cháy tiếp tục diễn ra nên ápsuất và nhiệt độ tiếp tục tăng, sau đó giảm do thể tích xy lanh tăng nhanh Khí cháygiãn nở sinh công Gần cuối hành trình, xu páp thải mở sớm một góc ϕ3 tại điểm b’ để

thải tự do một lợng đáng kể sản vật cháy ra khỏi xy lanh vào đờng thải.

• Hành trình thứ t: hành trình thải

Piston đi từ ĐCD lên ĐCT, sản vật cháy bị thải cỡng bức do piston đẩy ra khỏi xy

lanh Để tận dụng quán tính của dòng khí nhằm thải sạch thêm, xu páp thải đóng muộn sau ĐCT một góc ϕ4 ở hành trình nạp của chu trình tiếp theo

Sau khi khảo sát, ta rút ra một số nhận xét nh sau:

- Trong bốn hành trình chỉ có một hành trình sinh công Các hành trình còn lại

đều tiêu hao công từ động năng của các chi tiết chuyển động quay nh bánh đà, trụckhuỷu

- Các xu páp đều có các góc mở sớm và đóng muộn nhằm thải sạch và nạp đầy.

Tập hợp các góc mở sớm đóng muộn của xu páp đợc gọi là pha phối khí, hình 1-4, b.Giá trị tối u của pha phối khí cùng các góc phun sớm và đánh lửa sớm ϕs rất khó xác

định bằng tính toán nên thờng đợc lựa chọn bằng thực nghiệm

- Trong khoảng góc ϕ1 + ϕ 4 (cuối quá trình thải, đầu quá trình nạp), hình 1-4, b,hai xu páp đều mở Do đó ϕ1 + ϕ4 đợc gọi là góc trùng điệp của xu páp.

4.3 Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ

Động cơ hai kỳ, nh đã nêu trong phần phân loại, có chu trình công tác thực hiệnsau hai hành trình của piston hay một vòng quay của trục khuỷu Sau đây, ta xét mộtdạng động cơ hai kỳ đơn giản nhất, hình 1-5, qua đó khảo sát nguyên lý làm việc của

động cơ hai kỳ

• Hành trình thứ nhất

Piston đi chuyển từ ĐCT đến ĐCD, khí đã cháy và đang cháy trong xy lanh giãn

nở sinh công Khi piston mở cửa thải A, khí cháy có áp suất cao đợc thải tự do ra đờngthải Từ khi piston mở cửa quét B cho đến khi đến điểm chết dới, khí nạp mới có ápsuất cao nạp vào xy lanh đồng thời quét khí đã cháy ra cửa A

Nh vậy trong hành trình thứ nhất gồm các quá trình: cháy giãn nở, thải tự do, quét khí và nạp khí mới.

• Hành trình thứ hai

Piston di chuyển từ ĐCD đến ĐCT, quá trình quét nạp vẫn tiếp tục cho đến khi

piston đóng cửa quét B Từ đó cho đến khi piston đóng của thải A, môi chất trong xylanh bị đẩy qua cửa thải ra ngoài, vì vậy giai đoạn này gọi là giai đoạn lọt khí Tiếp

theo là quá trình nén bắt đầu từ khi piston đóng cửa thải A cho tới khi nhiên liệu phun

vào xy lanh (động cơ diesel) hoặc bu gi (động cơ xăng) bật tia lửa điện Sau một thờigian cháy trễ rất ngắn quá trình cháy sẽ xảy ra.

Nh vậy trong hành trình thứ hai gồm có các quá trình: quét và nạp khí, lọt khí, nén và cháy.

Đặc điểm của động cơ hai kỳ là khí nạp mới phải có áp suất pk đủ lớn để quét khí

đã cháy ra đờng thải có áp suất pth Thông thờng ngời ta thiết kế máy nén khí riêng lắptrên động cơ hoặc tận dụng không gian bên dới piston - hộp trục khuỷu để nén khí nạp

nh ở một vài động cơ xăng cỡ nhỏ, hình 1-6

Hình 1-4 Đồ thị mô tả nguyên lý làm việc của động cơ bốn kỳ không tăng áp

a Đồ thị công; b Đồ thị pha

Chiều quay trục khuỷu

5 So sánh động cơ xăng và động cơ Diesel

Nếu hai động cơ xăng và điêzel có cùng số xilanh, và cùng kích thớc đờng kínhxilanh, cùng một chu trình công tác, cùng tốc độ vòng quay trục khuỷu thì:

- Hiệu suất động cơ điêzel cao hơn động cơ xăng Do hiệu suất nhiệt cao hơn nên

ít tốn nhiên liệu hơn Mặt khác nhiên liệu điêzel rẻ tiền hơn xăng do đó sử dụng độngcơ điêzel lợi về mặt kinh tế

- Hệ thống nhiên liệu động cơ điêzel ít h hỏng, dễ sử dụng

- Tiếng ồn động cơ điêzel lớn hơn động cơ xăng

- Trong động cơ xăng có bộ chế hoà khí thờng phải sửa chữa và điều chỉnh Còn

hệ thống nhiên liệu của động cơ điêzel nhất là bơm cao áp và vòi phun tuy có kết cấuchính xác và đắt tiền nhng độ bền cao, ít h hỏng và dễ sử dụng

- Động cơ điêzel không dùng hệ thống đánh lửa bằng điện nh động cơ xăng nênkhông có những h hỏng thờng gặp về điện

- Động cơ điêzel chế tạo khó và đắt tiền vì động cơ điêzel cần có sức bền lớn Cácchi tiết máy thờng chịu áp suất cao nên thờng dùng kim loại tốt và giá thành cao

6 So sánh động cơ bốn kỳ và động cơ hai kỳ

- Nếu cùng đờng kính xy lanh D, hành trình piston S và tốc độ vòng quay n thì về

lý thuyết công suất của động cơ hai kỳ gấp hai lần công suất của động cơ bốn kỳ.Trong thực tế do có tổn thất hành trình cho các quá trình nạp thải và tốn công nén vàquét thải khí nên công suất chỉ gấp 1,6 đến 1,8 lần

- Cơ cấu phối khí của động cơ hai kỳ đơn giản hơn

z P

Lọt khí

d

ĐCT c'

s

Hình 1-5 Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ

a) Đồ thị công, b) Đồ thị pha

- Mô men của động cơ hai kỳ đều hơn.

- Động cơ bốn kỳ dễ lựa chọn pha phối khí tối u hơn

- Quá trình quét thải ở động cơ bốn kỳ hoàn hảo hơn vì thực hiện trong hai hànhtrình của piston, tức là lâu hơn nhiều so với động cơ hai kỳ

- Tăng áp động cơ bốn kỳ dễ dàng hơn vì ứng suất nhiệt thấp và dễ bố trí hệthống tăng áp Vấn đề tăng áp động cơ sẽ đợc khảo sát sau này trong môn học Tăng áp

- Nắp máy còn bố trí các đờng nạp, đờng thải, đờng nớc làm mát…

b) Điều kiện làm việc

- Nắp xilanh làm việc rất khắc nghiệt nh: chịu nhiệt độ cao, áp suất khí thểrất lớn

- Bị ăn mòn hoá học bởi các chất ăn mòn trong sản vật cháy, nớc làm mát(động cơ làm mát bằng nớc)

- Chịu lực xiết ban đầu, chịu va đập trong quá trình làm việc

c) Vật liệu và phơng pháp chế tạo

- Nắp máy động cơ Diêzel làm mát bằng nớc đều đợc đúc bằng gang hợpkim trong khuôn cát Còn nắp máy làm mát bằng gió thờng chế tạo bằng hợp kimnhôm dùng phơng pháp rèn dập hoặc đúc (ví dụ nắp động cơ máy bay)

- Nắp xilanh động cơ xăng thờng dùng hợp kim nhôm Có u điểm nhẹ tảnnhiệt tốt, giảm khả năng kích nổ Tuy nhiên sức bền cơ và nhiệt thấp hơn so vớinắp máy bằng gang

d) Cấu tạo nắp máy

Nắp máy là chi tiết rất phức tạp nên kết cấu rất đa dạng Tuy nhiên, tuỳ theoloại động cơ nắp xilanh có một số đặc điểm riêng

+) Nắp xilanh động cơ xăng

Có kết cấu tuỳ thuộc vào kiểu buồng cháy, số xupáp, cách bố trí xupáp vàbuzi, kiểu làm mát (bằng nớc hay bằng gió) cũng nh kiểu bố trí đờng nạp và đ-ờng thải

Kiểu buồng cháy có ý nghĩa quyết định đến kết cấu nắp xilanh Động cơdùng cơ cấu phân phối khí kiểu xupáp treo có xupáp nạp hơi lớn hơn xupáp thải.Buzi đặt bên hông buồng cháy, khoảng cách từ buzi đến điểm xa nhất gần bằng

đờng kính xilanh Vách buồng cháy đợc làm mát tốt bằng các khoang nớc đểtránh kích nổ Trên nắp xilanh còn có khoang luồn đũa đẩy dẫn động xupáp vàcác lỗ nhỏ 3 dẫn nớc làm mát từ thân máy lên Một số lỗ (4) để lắp gudông nắp

máy, ở động cơ này các xupáp và các ổ đặt trục cam (trục đòn gánh) đ ợc đặt ởnắp máy.

Buồng cháy bán cầu trong động cơ xăng.

Trong động cơ xăng có tỷ số nén trung bình và thấp, thờng hay dùng loại nắpmáy có hình chêm có tên là Ricađô (hình 3.2) Động cơ dùng cơ cấu phân phối khíxupáp đặt toàn bộ cơ cấu phân phối khí bố trí ở thân máy, nắp máy có cấu tạo rất đơngiản Theo lý thuyết về kích nổ, thời gian lan tràn màng lửa từ buzi đến vùng xa buzinhất là dài nhất nên tại những vùng này dễ phát sinh kích nổ Cho nên những điểm xanhất của buồng cháy đợc bố trí cách đều tâm buzi cũng có tác dụng làm giảm kích nổ.Mặt khác trong buồng cháy động cơ xupáp thải là nơi nóng nhất dễ gây kích nổ Nênbuzi đợc bố trí gần xupáp thải, thời gian lan tràn màng lửa từ buzi đến xupáp thải ngắnhơn thời gian cháy chễ của hỗn hợp cục bộ tại đây Do đó có tác dụng chống kíchnổ.Tuy nhiên nhiệt độ buzi cao vách buồng cháy cũng đợc làm mát bằng nớc, khoangbuồng cháy động cơ; lỗ lắp buzi;lỗ lắp các gu giông

Hình 3.2:

Nắp xilanh có buồng cháy hình chêm.

1-Buồng cháy 2-Vị trí xilanh 3-Vị trí xupáp nạp 4,6-Vị trí lắp buzi 5-Vị trí xupáp thải

+) Nắp xilanh động cơ Điêzel

So với nắp xilanh động cơ xăng phức tạp hơn Trên nắp máy có bố trí đờng nạp,thải, cụm xupáp của cơ cấu phân phối khí xupáp treo, ngoài ra còn rất nhiều chi tiết

nh: vòi phun, buồng cháy phụ, van khí nén, van giảm áp buzi sấy đờng dầu bôi trơn,các áo nớc.

- Kết cấu của nắp máy tuỳ thuộc vào từng loại động cơ cụ thể trớc hết phụ thuộcvào kiểu hình thành hoà khí hỗn hợp của động cơ, hay buồng cháy của động cơ

- Buồng cháy động cơ Điezel đợc ngăn thành hai phần Buồng cháy chính vàbuồng cháy phụ Vk Hai buồng cháy có một hoặc vài lỗ nhỏ nối thông Hình thức cấutạo buồng cháy phụ rất phức tạp và đa dạng Buồng cháy tạo xoáy lốc mạnh để quátrình hình thành hoà khí hỗn hợp hoà khí đợc tốt thì:

+ Kết cấu buồng cháy phải gọn hợp lý để tránh tổn thất nhiệt và tổn thất lu độngcủa dòng khí trong quá trình cháy

+Vị trí của vòi phun, xupáp và đờng nạp thải phải hợp lý có lợi cho quá trình tạothành hỗn hợp và thay khí

Hình:3.3- Các dạng buồng cháy phụ.

a-Dodge d-Catepiller.

b-Benz-OM-315 e-Hanomag D941.

c-Toyota D2 f- Maybach MD330.

+) Đệm nắp máy

Để lắp ghép nắp máy kín khít với thân máy ngời ta dùng đệm gọi là đệm nắp máy

Đệm nắp máy đợc bố trí giữa bề mặt nắp máy với thân máy

Đệm nắp máy bao kín buồng đốt không cho lọt khí và rò nớc vào động cơ trongquá trình làm việc nắp máy chịu nhiệt độ cao, áp suất lớn Chịu lực nén ban đầu do lực

ép giữa thân máy và nắp máy Đệm nắp máy làm bằng Amiăng bọc đồng lá hoặcAmiăng lion mép kim loại Trên bề mặt đệm nắp máy có nhiều lỗ tơng đơng với các lỗtrên thân máy chiều dầy của đệm nắp máy phụ thuộc vào tỉ số nén của động cơ (hình3.9)

b) Điều kiện làm việc

- Chịu nhiệt dộ cao trong quá trình làm việc

- Trong động cơ đốt trong thân máy là nơi có kích thớc và khối lợng chiếm từ

30460% trọng lợng của động cơ Trong quá trình làm việc thân máy chịu lực khí thểrất lớn và trọng lợng các chi tiết gá lên thân máy

-Thân máy chịu rung sóc va đập trong quá trình làm việc

c) Vật liệu và phơng pháp chế tạo

+ Vật liệu chế tạo

- Khối xilanh và hộp trục khuỷu động cơ thờng chế tạo bằng gang xám

- Một số động cơ thân máy đúc bằng hợp kim nhôm Nhôm làm giảm trọng lợng

động cơ, dẫn nhiệt tốt hơn và tản nhiệt nhanh hơn gang

+ Phơng pháp chế tạo

Thân máy chế tạo bằng phơng pháp đúc sau đó đợc gia công cơ khí

d) Cấu tạo thân máy

Tuỳ theo từng loaị động cơ, số xilanh mà thân máy có các dạng khác nhau

Loại thân máy có thân đúc liền với thân gọi là thân máy kiểu thân xilanh Khithân xilanh làm riêng thành ống lót rồi lắp vào thân thì thân máy này gọi là vỏ thân ở

động cơ làm mát bằng nớc khoảng không gian bao quanh xilanh gọi là áo nớc

Hình 3.10.Thân máy kiểu thân xilanh-hộp trục khuỷu.

1.thân xilanh; 2.hộp trục khuỷu.

Khi thân xilanh đúc liền với hộp trục khuỷu thì thân máy là loại thân xilanh hộptrục khuỷu

1- Hộp trục khuỷu.

2- Thân xilanh 3- Nắp xilanh

4- Gu dông nắp máy.

5- Gu dông thân máy 6- Lỗ nắp trục cam 7- Gulông toàn bộ.

2- Thân xilanh 5- Lót xilanh 3- Nắp xilanh

Thân máy loại này có quan hệ mật thiết với các thông số sau:

+ Tốc độ quay của động cơ, tỉ số nén, mức độ cờng hoá của động cơ, các thông

số ảnh hởng đến ứng suất nhiệt của xilanh

+ Vật liệu chế tạo thân máy phải tản nhiệt tốt, dễ đúc dễ gia công

+ Mức độ làm mát cần thiết Nếu thay đổi cờng độ làm mát thì kích thớc hìnhdạng và số lợng phiến tản nhiệt thay đổi theo

Tuỳ theo phơng pháp lắp đặt trục khuỷu trong hộp trục khuỷu mà thân máy có kếtcấu khác nhau những phơng pháp thờng gặp trong thực tế là :

- Trục khuỷu treo (hình 3.14a) hộp trục khuỷu chia thành hai nửa nửa dới là cákhe dầu Thân máy hay toàn bộ động cơ đợc lắp đặt trên các gối đỡ Đây là kiểu phổbiến cho động cơ ôtô máy kéo

- Trục khuỷu đặt (hình 3.14b) hộp trục khuỷu đợc làm thành hai nửa, nửa dới

đồng thời làm bệ máy, trục khuỷu và toàn bộ các chi tiết lắp ráp đợc đặt trên bệ máy

- Trục khuỷu luồn (hình 3.14c) hộp trục khuỷu nguyên khối do đó khi lắp ráp trụckhuỷu vào động cơ phải bằng cách luồn

Có hai loại ống lót xilanh, ống lót xilanh khô và ống lót xilanh ớt Cácống lót này đợc lắp sau khi đúc khối xilanh

+ Loại ống lót xilanh khô: các ống lót xilanh khô đợc ép vào xilanh Chúng tiếpxúc với lòng xilanh dọc theo chiều dài Nó đợc gia công mặt trong và ngoài Đầu trên

có gờ vai giáp vừa khít ngay mặt thân máy Cao hơn mặt thân máy 0,02 - 0,05mmkhông có rãnh lắp đệm làm kín Lót xilanh loại này không tiếp xúc trực tiếp đợc với n-

ớc làm mát

a b c

a.Trục khuỷu treo ; b Trục khuỷu đặt; c trục khuỷu luồn;

Hình 3.14: Các kiểu lắp đặt trục khuỷu

+ Loại ống lót xilanh ớt: nó chỉ tiếp xúc đợc với thân máy phía trên và phía dớiphần còn lại của bề mặt ngoài ống lót ớt tiếp xúc trực tiếp với nớc làm mát (Làmnguội) Nó có đệm để ngăn không cho nớc lọt vào buồng cháy và xuống cácte dầu

a b c d

Hình 3.15: Các loại xilanh.

a-Thân xilanh b,c- Lót xilanh khô d- lót xilanh ớt.

Ngày nay trên động cơ ngời ta thờng kết cấu hai loại: Khối xilanh đầu L vàkhối xilanh đầu I

Hình 3.18: Khối xilanh của động cơ V12 đầu I. Hình 3.17: Khối xilanh bằng nhôm

b) Điều kiện làm việc

Chịu trọng lợng và va đập của dầu bôi trơn trong quá trình làm việc Bị ăn mòn

do tiếp xúc với môi trờng bên ngoài và do dầu bôi trơn có có tạp chất ăn mòn

c) Vật liệu và phơng pháp chế tạo

Đối với động cơ công suất nhỏ cácte đợc đúc bằng gang hoặc nhôm Đối với

động cơ công suất lớn cácte đợc đập bằng thép lá

d) Cấu tạo cácte

Đáy dầu ở động cơ ôtô thờng làm bằng thép cám, một số đúc bằng gang hoặcnhôm Đáydầu lắp với thân máy bằng vít, đệm đáy dầu làm bằng lie hoặc giấy nệm

Đệm đáy dầu đặt giữa đáy dầu và thân máy Ngoài ra ở hai đầu của đáy dầu cũng đợclắp các phớt ngăn chảy dầu Đáy dầu có tác dụng làm mát động cơ khi vận hành Đáydầu có cấu tạo để dầu không bị tạo sóng hoặc bị thổi khi bơm trong lúc động cơ tăngtốc hoặc dừng Những tấm chắn sóng trong đáy dầu đặt ở một hoặc hai phía của bơmdầu để chắn sóng

* Bôi trơn bề mặt ma sát làm giảm tổn thất ma sát:

* Làm mát bề mặt làm việc của các chi tiết có chuyển động tơng đối.

* Tẩy rửa bề mặt ma sát:

* Bao kín khe hở các bề mặt ma sát nh giữa piston và xylanh giữa xéc măng với

piston Làm cho khả năng lọt khí qua các khe hở này giảm đi

nhỏ công suất vài mã lực hoặc động cơ một xylanh

kiểu nằm ngang, tốc độ thấp

• Ưu, nhợc điểm:

Phơng án này không đảm bảo lợng dầu bôi trơn

và làm mát đối với tất cả các chi tiết trong động cơ

đặc biệt là trong ổ trục khuỷu, ổ trục cam Chất lợng

dầu bôi trơn cho

các bề mặt ma sát kém do dầu không đợc lọc Nhng

kết cấu đơn giản ( Hiện nay bôi trơn bằng phơng pháp vung té thuần túy không còn sửdụng )

2.2 Bôi trơn bằng phơng pháp pha dầu trong nhiên liệu.

Đây là phơng án đợc sử dụng trong các động cơ xăng hai kì cỡ nhỏ sử dụng dòngkhí quét trong hộp trục khuỷu

2.3 Phơng án bôi trơn cỡng bức.

a Hệ thống bôi trơn cácte ớt

* Sơ đồ nguyên lí.

Hình 6.7 Hệ thống bôi trơn cácte ớt.

dầu

* Nguyên lí làm việc.

Khi động cơ làm việc bơm dầu đợc dẫn động lúc này dầu trong cácte 1 quaphao lọc dầu 2 đi vào bơm Sau khi qua bơm dầu có áp suất cao khoảng (246)KG/cm2 đợc chia thành hai nhánh:

- Nhánh 1: Dầu bôi trơn đến két 12, tại đây dầu đợc làm mát rồi trở về cácte nếunhiệt độ dầu cao quá quy định

- Nhánh2: Đi qua bầu lọc thô 5 đến đờng dầu chính 8 Từ đờng dầu chính dầutheo nhánh 9 đi bôi trơn ổ trục khuỷu sau đó lên bôi trơn đầu to thanh truyền qua lỗkhoan chéo xuyên qua má khuỷu , ( Khi lỗ đầu to thanh truyền trùng với lỗ khoantrong cổ biên dầu sẽ đợc phun thành tia vào ống lót xylanh ) Dầu từ đầu to thanhtruyền theo đờng dọc thân thanh truyền lên bôi trơn chốt piston Còn dầu ở mạchchính theo nhánh 10 đi bôi trơn trục cam Cũng từ đờng dầu chính một đờng dầukhoảng 15,4ữ20% lu lợng của nhánh dầu chính dẫn đến bầu lọc tinh 11 Tại đâynhững phần tử tạp chất rất nhỏ đợc giữ lại nên dầu đợc lọc rất sạch Sau khi ra khỏibầu lọc tinh với áp suất còn lại rất nhỏ dầu trở về cácte1

* Ưu, nhợc điểm :

Do toàn bộ dầu bôi trơn chứa trong cácte nên cácte phải sâu để có dung tích lớn

do đó làm tăng chiều cao động cơ Ngoài ra dầu trong cácte luôn tiếp xúc với khí cháy

có nhiệt độ cao lọt từ buồng cháy xuống mang theo hơi nhiên liệu và hơi a xít sẽ làm

giảm tuổi thọ của dầu Không phù hợp cho các xe hoạt động ở vùng đồi núi có độ dốclớn dầu bôi trơn sẽ bị dồn lên bơm dầu không thể hút đợc dầu, gây thiếu dầu

b.Hệ thống bôi trơn cácte khô.

*.Sơ đồ nguyên lí

Hình 6.8 Hệ thống bôi trơn cácte khô.

*Nguyên lí làm việc.

HTBT cácte khô khác cơ bản với HTBT cácte ớt ở chỗ có thêm từ một đến haibơm dầu số 2, làm nhiệm vụ chuyển dầu sau khi bôi trơn rơi xuống cácte Từ cáctedầu qua két làm mát 13 rồi về thùng chứa 3 bên ngoài động cơ Từ đây dầu đợc bơmlấy đi bôi trơn giống nh ở HTBT cácte ớt

* Ưu, nhợc điểm :

Do phần lớn lợng dầu đợc chứa trong thùng 3 ngoài cácte của động cơ nên HTBTcácte khô khắc phục đợc những nhợc điểm của HTBT cácte ớt Cụ thể là động cơ thấphơn, tuổi thọ dầu bôi trơn đợc kéo dài nên chu kì thay dầu dài hơn ngoài ra động cơlàm việc lâu dài ở địa hình dốc mà không sợ bị thiếu dầu do phao không hút đợc dầu.Nhng HTBT này phức tạp hơn vì có thêm bơm dầu và thờng đợc sử dụng cho động cơdiesel lắp trên máy ủi, xe tăng hoặc các xe quân sự khác

c Sơ đồ và nguyên lí làm việc của HTBT phối hợp cỡng bức.

* Sơ đồ cấu tạo.

Hình 6.9 Sơ đồ hệ thống bôi trơn phối hợp cỡng bức

5- Bánh răng trung

gian

11- Đồng hồ đo áp suất dầu

16- Miệng phễu đổ dầu.

446 KG/Cm2 qua đờng ống vào bầu lọc dầu 6 Sau khi dầu đợc lọc sạch dầu đợc đavào két làm mát dầu 8 nếu nhiệt độ dầu cao quá quy định Sau khi đợc làm mát dầu đ-

ợc đa thẳng vào mạch dầu chính 13 bố trí dọc theo thân động cơ và từ đây dầu đợc dẫn

qua các lỗ khoan đến ổ trục khuỷu tơng ứng Từ các rãnh vòng trên hai nửa bạc, dầu đivào cổ trục theo lỗ khoan hớng kính Sau đó sẽ sang lỗ khoan xuyên má khuỷu đếnhốc lọc cổ biên 14, tại đây dầu tiếp tục lọc li tâm lần nữa và sau đó theo lỗ khoan hớngkính lên bôi trơn các bề mặt làm việc của cổ biên, bạc đầu to thanh truyền

4

đợc lắp cố định với trục chủ động còn bánh răng bị động 2 lắp quay trơn trên trục

Hình.6.10 Bơm dầu kiểu bánh răng ăn khớp ngoài.

A- Buồng đẩy B- Buồng hút.

* Nguyên lí làm việc.

Khi động cơ làm việc thông qua trục cam bằng cặp bánh răng ăn khớp làm chobánh răng chủ động 4 quay, bánh răng bị động 2 sẽ quay theo chiều ngợc lại ởkhoang A, khi các bánh răng ra khớp sẽ làm thể tích khoang A tăng lên áp suất sẽgiảm, dầu đợc hút từ cácte qua phao đi vào buồng hút Dầu từ khoang A điền đầy vàokhoảng giữa hai răng rồi đợc guồng sang phía khoang B Tại đây do các bánh răngvào khớp thể tích giảm, áp suất tăng dầu bị ép nên có một áp suất nhất định đi theo đ-ờng dầu ra lên bầu lọc thô.

áp suất cao nhất định đợc chuyển qua phía đờng ra đi bôi trơn

Hình 6.12 Bơm dầu kiểu bánh răng ăn khớp trong.

Chơng 3: Hệ thống làm mát

1 Nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu.

a Nhiệm vụ

- Duy trì chế độ làm việc cho động cơ khi nhiệt độ ổn định

- Giữ cho động cơ ở nhiệt độ thích hợp và ở tất cả các tốc độ, điều kịên vậnhành

- Làm cho động cơ đạt đến nhiệt độ vận hành bình thờng một cách nhanhchóng

b Yêu cầu:

Tốc độ làm mát vừa đủ giữ cho nhiệt độ động cơ thích hợp

Nếu làm mát bằng gió thì cánh tản nhiệt phải đảm bảo cho các xylanh đợc làmmát nh nhau

Nếu làm mát bằng nớc phải đảm bảo đa nớc có nhiệt độ thấp đến vị trí có nhiệt

độ cao, nớc phải chứa ít iôn

Kết cấu của hệ thống làm mát phải có khả năng xả hết nớc khi súc rửa để sửdụng bảo quản dễ dàng

c Phân loại:

Hệ thống làm mát động cơ đợc phân loại theo các đặc điểm sau:

- Theo môi chất làm mát đợc sử dụng gồm có 2 loại :

+ Kiểu vòng tuần hoàn kín

+ Kiểu vòng tuần hoàn hở

Kiểu 2 vòng tuần hoàn

- Hệ thống làm mát bằng nớc tự nhiên gồm 2 loại:

+ Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi+ Hệ thống làm mát kiểu đối lu

2 Kiểu làm mát bằng không khí.

Dùng không khí để đa nhiệt lợng cần thiết từ động cơ ra môi trờng xung quanh

Lợi dụng tốc độ tơng đối giữa dòng không khí chuyển động ngợc chiều vớichiều chuyển động của động cơ để không khí nhận nhiệt từ động cơ truyền ra ngoài

Để tăng cờng hiệu quả làm mát xung quanh nắp máy và thân máy có các cánh tảnnhiệt để tăng diện tích tiếp xúc của động cơ

* Ưu điểm: ít chi tiết nên dễ chăm sóc bảo dỡng, nhanh đạt đợc nhiệt độ làmviệc định mức Không bị ảnh hởng của nớc tới dầu bôi trơn Phù hợp với những nơikhan hiếm nớc nh sa mạc, rừng sâu Thờng đợc dùng cho xe mô tô, xe quân sự.

* Nhợc điểm: Hiệu quả làm mát rất kém, động cơ thờng bị nóng quá tải, nhất làkhi các cánh tản nhiệt bị bẩn Muốn làm mát tốt cánh tản nhiệt phải lớn gây cồngkềnh, tốn nguyên vật liệu

Hình 4.2 Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi

4 Hộp cácte trục khuỷu.

Đây là hệ thống đơn giản nhất Bộ phận chứa nớc bao gồm: Các khoang chứa nớclàm mát của thân máy 1, nắp xylanh 7 và bình bốc hơi 6, lắp với thân máy 1 Khi độngcơ làm việc, tại những khoang chứa nớc bao bọc quanh cùng cháy, nớc sẽ sôi Nớc sôinên tỷ trọng giảm, sẽ nổi lên mặt thoáng của bình 6 và bốc hơi mang theo nhiệt rangoài khí quyển Nớc sau khi mất nhiệt, và nớc có tỷ trọng cao nên chìm xuống tạothành dòng lu động đối lu tự nhiên

* Ưu điểm: Kết cấu đơn giảm nên thích hợp với động cơ nông nghiệp cỡ nhỏ,giá thành thấp, ít công chăm sóc bảo dỡng

* Nhợc điểm: Do làm mát bốc hơi, nếu không có nguồn nớc bổ sung tốc độ tiêuhao nớc rất lớn Vì vậy hệ thống làm mát kiểu bốc hơi không thích hợp cho động cơ ôtô Mặt khác tốc độ lu động của nớc khi đối lu tự nhiên rất nhỏ nên làm mát không

đồng đều dẫn tới các hiện tợng chênh lệch lớn về nhiệt độ giữa các phần tử đợc làmmát

3.2 Hệ thống làm mát kiểu đối lu tự nhiên.

Hình 4.3 Hệ thống làm mát kiểu đối lu tự nhiên

4 Đờng nớc ra két nớc 9 Đờng nớc vào động cơ

5 Nắp để rót nớc

Trong hệ thống làm mát đối lu tự nhiên nớc lu động tuần hoàn nhờ độ chênh lệchkhối lợng riêng (f) ở nhiệt độ khác nhau Nớc làm mát nhận nhiệt của xylanh trongthân máy 1 (f) giảm lên nớc nổi lên trên trong khoang của nắp xylanh 3, nớc tiếp tục

nhận nhiệt của các chi tiết bao quanh buồng cháy, nhiệt độ nớc tiếp tục tăng và khối ợng riêng tiếp tục giảm nớc tiếp tục nổi lên theo đờng dẫn ra khoang phía trên của kétlàm mát 6 Quạt gió 8 đợc dẫn động từ puly từ trục khuỷu động cơ hút không khí quakét Do đó nớc trong két đợc làm mát, tỷ trọng của nớc tăng lên, nớc chìm xuốngkhoang dới của két và từ đây đi vào thân máy, thực hiện một vòng tuần hoàn

l-* Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, ít tốn công chăm sóc bảo dỡng, sửa chữa, giá thànhthấp Thích hợp với động cơ nông nghiệp cỡ nhỏ Hiệu quả làm mát tơng đối tốt Do

nó tự điều chỉnh hệ thống làm mát theo phụ tải

* Nhợc điểm: Tốc độ lu động của nớc nhỏ chỉ khoảng 0,12 ữ 0,19m/ s Điều nàydẫn đến chênh lệch nhiệt độ nớc vào và nớc ra lớn Vì vậy nớc làm mát không đồng

đều Muốn giảm độ chênh lệch nhiệt độ nớc vào và nớc ra khỏi động cơ thì phải tăngkích thớc thùng chứa, két nớc và tăng chiều cao lắp đặt két nớc, điều đó làm cho độngcơ cồng kềnh Do đó không thích hợp với động cơ nhiều xylanh và những động cơdùng cho vận tải

Trong hệ thống này nớc làm mát là nớc sông hồ, biển đợc bơm 6 hút vào làm mát

động cơ Sau đó theo đờng ống nớc 4 đổ ra sông hồ, biển Vì nớc sông hồ là nớc bẩnnên cần lới lọc bớt cạn bẩn, rác

* Ưu điểm: Hệ thống có kết cấu đơn giảm nên ít khi chăm sóc bảo dỡng, thíchhợp với loại xuồng máy, ca nô, thuyền cỡ nhỏ