Chuong-5-Cau-tao-dong-co-oto

Động đốt Internal Combustion Engine CHƢƠNG 5: CẤU TẠO ĐỘNG CƠ Ô TÔ Động phận quan trọng chi tiết làm cho ô tô chuyển động Do phận động chế tạo với độ xác cao 5.1 Thân máy: Thân máy thành phần động cơ, chế tạo gang hợp kim nhơm Thân máy có chức khung, dùng để bố trí chi tiết để giải nhiệt Thân máy chứa xy lanh piston chuyển động lên xuống xy lanh Thân máy đậy kín, đặt phía nắp máy, có joint làm kín Hộp trục khuỷu bố trí bên thân máy, chứa đựng trục khuỷu Các-te chứa nhớt kết nối bên thân máy Mạch dầu bơi trơn bố trí bên thân máy Một số động cơ, thân máy chứa trục cam, trục cân chi tiết khác ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang Động đốt Internal Combustion Engine Thân máy có dạng thẳng hàng chữ V tuỳ theo cách bố trí xy lanh Ở động chữ V xy lanh bố trí theo hai nhánh hình V chúng có trục khuỷu Người ta chế tạo động chữ V với mục đích rút ngắn chiều dài thân máy Số xy lanh loại 4, đơi có tới 12,… Ống lót xylanh Ống lót xy lanh chế tạo thép cứng ép vào thân máy Có hai loại ống lót xy lanh, ống lót ướt ống lót khơ Ống lót khô không trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát Nó ép chặt vào xy lanh Ống lót ướt lắp tiếp xúc với nước làm mát Loại phải làm kín tốt để ngăn ngừa nước làm mát rị rỉ xuống hộp trục khuỷu Ống lót ướt dễ dàng sửa chữa thay Hộp đỡ trục khuỷu Hộp đỡ trục khuỷu dùng để gá lắp trục khuỷu Số lượng ổ trục để gá lắp trục khuỷu phụ thuộc vào chiều dài trục khuỷu bố trí xy lanh ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang Động đốt Internal Combustion Engine Cacte Các-te kết nối bên hộp trục khuỷu qua trung gian đệm làm kín Nó dùng để chứa nhớt làm trơn che kín chi tiết bên hộp trục khuỷu 5.2 Đệm (Joint) nắp máy Joint nắp máy đặt khối xy lanh nắp máy Nó dùng để làm kín buồng đốt, làm kín đường nước làm mát dầu nhớt làm trơn Joint nắp máy chịu nhiệt độ cao áp suất lớn Cấu trúc gồm lớp thép mỏng đặt giữa, hai bề mặt thép phủ lớp carbon lớp bột chì để ngăn cản kết dính joint với bề mặt khối xy lanh thân máy Nó chế tạo thép, aminian bọc đồng nhôm… 5.3 Nắp máy Nắp máy bố trí thân máy, phần lõm bên nắp máy buồng đốt động Nắp máy chịu áp lực nhiệt độ cao suốt q trình động hoạt động Nó chế tạo hợp kim gang hợp kim nhôm Trong nắp máy có bố trí dường nước làm mát Các bugi, xú pap, trục cam, đường ống nạp, đường ống thải,… bố trí gá lắp nắp máy ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang Động đốt Internal Combustion Engine Tuỳ theo bố trí xú pap số lượng chúng, buồng đốt nắp máy có dạng sau: Buồng đốt kiểu hình bán cầu Loại có đặc điểm diện tích bề mặt buồng đốt nhỏ gọn Trong buồng đốt bố trí xú pap nạp xú pap thải Hai xú pap bố trí hai phía khác Trục cam bố trí nắp máy dùng cị mổ để điều khiển đóng mở xú pap Sự bố trí thuận lợi cho việc nạp hỗn hợp khí thải khí cháy ngồi Buồng đốt kiểu hình nêm Loại có đặc điểm diện tích bề mặt tiếp xúc nhiệt nhỏ Buồng đốt xy lanh bố trí xú pap thải xú pap nạp, đồng thời hai xú pap bố trí phía Đối với loại trục cam bố trí thân máy bố trí nắp máy Sự điều khiển đóng mở xú pap qua trung gian cò mổ Buồng đốt kiểu Bathtub ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang Động đốt Internal Combustion Engine Kiểu buồng đốt bố trí xúpap thải xúpap nạp Hai xúpap bố trí lệch phía xúpap đặt thẳng đứng Kiểu có khuyết điểm, đường kính đầu xú pap bị hạn chế nên việc nạp thải Buồng đốt kiểu Pentroor Ngày nay, loại buồng đốt sử dụng phổ biến, xy lanh động bố trí hai xú pap nạp hai xú pap thải Bu gi đặt thẳng đứng buồng đốt giúp cho trình cháy xảy tốt Hai trục cam bố trí nắp máy, trục điều khiển xú pap nạp trục cam lại điều khiển xú pap thải 5.4 Piston, trục khủy, truyền 5.4.1 Nhóm Piston Trong q trình làm việc, piston chuyển động lên xuống xy lanh để tạo trình Đỉnh piston tiếp nhận lực khí cháy để làm quay trục khuỷu qua trung gian truyền trục piston Đỉnh piston phần piston, đồng thời đáy buồng đốt Đỉnh piston có đường đỉnh bằng, lồi lõm ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang Động đốt Internal Combustion Engine Đầu piston bao gồm đỉnh piston vùng chứa xéc măng Trên đầu piston có lắp xéc măng để làm kín buồng cháy Trong q trình làm việc, phần nhiệt từ piston truyền qua xéc măng đến xy lanh nước làm mát Tình trạng chịu nhiệt piston không đều, nhiệt độ đầu piston cao phần thân nhiều nên giãn nở nhiều làm việc Do vậy, người ta chế tạo đường kính đầu piston nhỏ phần thân chút nhiệt độ bình thường, dạng gọi dạng côn piston Đuôi piston phần cịn lại piston, dùng để dẫn hướng Sự mài mòn nhiều phần thân xảy theo phương vng góc với tâm trục piston Thân piston có dạng oval, đường kính theo phương vng góc với trục piston lớn đường kính theo phương song song với trục piston, để bù lại giãn nở nhiệt phần kim loại bệ trục piston dày chỗ khác Khi piston làm việc nhiệt độ bình thường có dạng hình trụ Trục khuỷu, truyền, bánh đà 1: Piston 2: Chốt piston 3: Thanh truyền 4: Trục khuỷu 5: Bánh đà ĐH Giao thông Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang Động đốt Internal Combustion Engine Xéc măng Các xéc măng bố trí bên rãnh piston Đường kính ngồi xéc măng lớn đường kính piston Khi lắp cụm piston–xéc măng vào xy lanh, lực đàn hồi xéc măng làm cho bề mặt làm việc xéc măng áp sát vào vách xy lanh Vật liệu chế tạo xéc măng vật liệu chống mài mịn cao, thường gang hợp kim thép hợp kim Xéc măng làm kín có chức làm kín buồng đốt, qt dầu nhờn xuống các-te truyền nhiệt từ piston đến xy lanh Số lượng xéc măng làm kín phụ thuộc vào tốc độ động cơ, tốc độ động cao, số lượng xéc măng làm kín Ở trình nạp, piston chuyển động xuống, mép xéc măng làm kín gạt dầu bám vào vách xy lanh mà xéc măng dầu chưa gạt hết Ở q trình nén thải, xéc măng làm kín lướt màng cho dầu không đẩy vào buồng đốt Ở q trình cháy, xéc măng làm kín làm kín hồn tồn buồng đốt Chốt Piston Chốt piston kết nối piston với đầu nhỏ truyền Nó dùng để truyền chuyển động từ piston đến truyền ngược lại Có hai kiểu lắp ghép chốt piston ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang Động đốt Internal Combustion Engine - Cố định chốt piston đầu nhỏ truyền cách ghép độ dôi dùng bu lông - Kiểu ghép thứ hai: chốt piston xoay lỗ chốt piston đầu nhỏ truyền Đối với loại phải hạn chế chuyển động dọc trục piston cách dùng khoen chận hai đầu trục 5.4.2 Trục khuỷu Trục khuỷu chi tiết quan trọng phức tạp động Nó tiếp nhận lực đẩy truyền truyền cho bánh đà Trục khuỷu làm thép rèn chất lượng cao để đảm bảo độ cứng vững mài mòn tốt Trục khuỷu đặt ổ trục thân máy Để dễ dàng tháo lắp trục khuỷu, ổ trục chia làm hai nửa lắp ghép lại với vít  Đầu trục khuỷu lắp bánh xích bánh đai để dẫn động cấu phân phối khí Ngồi ra, cịn dẫn động bơm trợ lực lái, máy nén hệ thống điều hoà, bơm nước, máy phát điện…  Đi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà để đỡ đầu trục sơ cấp hộp số  Các cổ trục chốt khuỷu gia cơng xác có độ bóng cao Dầu nhờn từ thân máy dẫn tới ổ trục để bơi trơn cổ trục bạc lót ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang Động đốt  Internal Combustion Engine Chốt khuỷu dùng để gá lắp đầu to truyền Ở động chữ V, chốt khuỷu gá lắp hai truyền Dầu nhờn bơi trơn chốt khuỷu dẫn từ cổ trục qua đường ống  Đối trọng dùng để cân lực qn tính mơ men qn tính  Trong trình làm việc trục khuỷu sinh dao động xoắn Tần số dao động xoắn lần/s Khi tăng tốc có tải, tần số dao động từ 25 đến 30 lần giây Để giảm dao động xoắn, đầu trục khuỷu người ta lắp giảm chấn Bộ giảm chấn thường puli dẫn động hệ thống bên ngồi Bạc lót Bạc lót dùng để đỡ cổ trục trục khuỷu Các bạc lót chia làm hai nửa hình trịn bao xung quanh cổ trục Nửa phía bạc lót có nhiều lỗ dầu dùng để dẫn nhớt từ thân máy đến cổ trục Nó gá lắp vào nửa ổ trục thân máy Nửa phía lắp vào nắp bợ trục Thơng thường nửa bạc lót khơng thể lắp lẫn với Trên nửa bạc lót có vấu định vị để chống xoay ĐH Giao thông Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang Động đốt Internal Combustion Engine thời điểm thích hợp Thơng thường, có xupap cho xilanh cam điều khiển xupap nạp, cam lại điều khiển xupap xả Loại DOHC loại gọn: Loại gồm trục cam có trục cam dẫn động bánh Cấu tạo nắp qui lát gọn so với loại DOHC thông thường Loại OHC (Trục cam đặt trên): Loại dùng trục cam để vận hành tất supáp thông qua cị mổ Loại OHV (Supáp treo): Loại có trục cam bên thân máy cần có đũa đẩy cị mổ để đóng mở supáp Xupap: Các xu páp có cơng dụng đóng mở cửa nạp, cửa xả động để thực q trình thay đổi khí Trong động cơng suất nhỏ (mơ tơ, xe máy), xi lanh có xu páp nạp xu páp xả Trong động có cơng suất lớn tơ, xi lanh có hai xu páp nạp hai xu páp xả ĐH Giao thông Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang 13 Động đốt Internal Combustion Engine Cấu tạo chung xu páp chia làm phần: nấm, thân đuôi Nấm xu páp (đầu xu páp) o o Đầu xu páp có dạng hình nấm có mặt nghiêng hay 30 45 Ở số động cơ, đầu xupáp nạp có đường kính lớn đường kính xupáp xả để nạp hồ khí khơng khí vào xi lanh tốt Mặt đầu xu páp thường làm bằng, làm lồi lõm Nấm dễ gia công chế tạo, thường dùng cho xu páp nạp xu páp xả Nấm lõm: giảm trọng lượng, cải thiện lưu động dịng khí tăng độ cứng vững chế tạo khó, bề mặt chịu nhiệt độ cao, phần lớn dễ đóng muội than Vì vậy, loại dùng cho xu páp nạp Nấm lồi: Cải thiện tình trạng lưu động dịng khí xả để giảm trọng luơợng người ta kht phía nấm Loại nấm lồi khó chế tạo, bề mặt chịu nhiệt lớn, thường dùng cho xu páp xả Thân xu páp: Thân xu páp dịch chuyển ống dẫn hướng, điều kiện bơi trơn khó khăn, lại làm vịêc nhiêt độ cao, chóng bị mài mịn Để thân xupáp truyền nhiệt tốt khơng bị bó kẹt ống dẫn hướng, người ta thường lắp ống dẫn hướng cao lên gần sát đầu xu páp làm nhỏ đường kính thân xu páp gần đầu xu páp Một số động ĐH Giao thông Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang 14 Động đốt Internal Combustion Engine cơ, thân xu páp xả khoan rỗng để chứa dung dịch natri thu nhiệt làm cho xu páp nguội nhanh Đuôi xu páp Đuôi xupáp phần cuối xupáp, có loại cắt rãnh, có loại hình khoan lỗ nhỏ để lắp móng hãm hai nửa chốt để giữ đĩa lò xo làm cho xu páp ln bị lị xo kéo ép vào cửa nạp cửa xả Đuôi xu páp nhận lực từ đòn mở đội truyền đến, đó, địi hỏi phải có độ cứng để lâu mịn Một số động cơ, xupáp cịn lót thêm chụp bảo vệ bên ngồi Lị xo Xupap Lị xo có dạng hình xoắn ốc hình trụ, hai vịng đầu quấn sát mài phẳng để dễ lắp ghép Số vòng lò xo từ - 10 vòng Bước xoắn quấn giống tồn chiều dài Lị xo có tính đàn hồi cao, với yếu tố khác tạo nên dao động Khi biên độ dao động lớn gây hậu nghiêm trọng thay đổi quy luật làm việc cấu phân phối khí, va đập gãy lỗ xu páp Vì vậy, để tránh tượng cộng hưởng lò xo xu páp làm việc tức, thường có biện pháp sau: - Dùng lị xo hình trụ có bước xoắn thay đổi, bước xoắn giảm dần phía mặt tựa cố định lị xo - Lị xo xoắn ốc hình - Dùng nhiều lị xo có bước xoắn khác lắp lồng vào lò xo lắp lồng lò xo thực tế dùng ba lị xo đồng thời cho xu páp, chiều xoắn ốc lò xo thường ngược để tránh bị kẹt làm việc Dùng nhiều lị xo cịn có ưu điểm là: ứng suất vòng lò xo nhỏ nên bị gãy Mặt khác, lò xo bị gãy, động làm việc thời gian ngắn mà xu páp không bị ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang 15 Động đốt Internal Combustion Engine rơi xuống xi lanh (đối với cấu phân phối khí xu páp treo) gây hư hỏng lớn cho động  Cơ cấu phối khí thơng minh Thơng thường, thời điểm phối khí cố định, cấu phối khí động tơ đại, thời điểm độ nâng xupap thay đổi theo điều kiện vận hành Những hệ thống VVT-i Toyota sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp làm thay đổi thời điểm phối khí Điều làm tăng cơng suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu giảm khí xả nhiễm ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang 16 Động đốt Internal Combustion Engine + Khi nhiệt độ thấp, tốc độ thấp tải nhẹ, hay tải nhẹ Thời điểm phối khí trục cam nạp làm trễ lại độ trùng lặp xupáp giảm để giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp Điều làm ổn định chế độ khơng tải cải thiện tính kinh tế nhiên liệu tính khởi động + Khi tải trung bình, Khi tốc độ cao tải nặng Thời điểm phối khí làm sớm lên độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR nội giảm mát bơm Điều cải thiện nhiễm khí xả tính kinh tế nhiên liệu Ngồi ra, lúc thời điểm đóng xupáp nạp đẩy sớm lên để giảm tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp cải thiện hiệu nạp 5.6 Hệ thống nhiên liệu - Hệ thống nhiên liệu cung cấp nhiên liệu đến cho động xác thời điểm - Ngồi cịn có chức loại chất bẩn bụi việc điều chỉnh việc cung cấp nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu tiêu biểu tơ 1:Bình nhiên liệu 2:Bơm nhiên liệu 3:Lọc nhiên liệu 4:Bộ điều áp nhiên liệu 5:Kim phun 6:Nắp bình nhiên liệu Bơm nhiên liệu - Bơm nhiên liệu bơm nhiên liệu từ bình nhiên liệu đến đơng cơ, ống nhiên liệu giữ áp suất cố định - Có loại bơm nhiên liệu đặt bình nhiên liệu loại bơm nhiên liệu đặt đường ống dẫn Lọc nhiên liệu: Lọc nhiên liệu dùng để loại bỏ tạp chất khỏi nhiên liệu nhờ loại giấy lọc Bộ lọc nhiên liệu cần phải thay định kỳ ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang 17 Động đốt Internal Combustion Engine Bơm nhiên liệu 1: Mô tơ 2: Cánh bơm loại tuabin Lọc nhiên liệu 1: Lọc nhiên liệu 2: bơm nhiên liệu Bộ điều áp 1: Bộ điều áp nhiên liệu 2: Cụm bơm nhiên liệu Bộ điều áp có tác dụng điều chỉnh áp suất nhiên liệu đến áp suất định nhờ mà việc cung cấp nhiên liệu ổn định Bơm cao áp Trong hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp vào xi lanh, bơm cao áp sử dụng để tạo áp suất cao nhiên liệu kim phun Bơm cao áp dẫn động trục khuỷu (hoặc trục cam) ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang 18 Động đốt Internal Combustion Engine Trong ô tô đại ngày nay, động xăng với hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử sử dụng phố biến, bao gồm phun xăng đường ống nạp phun xăng trực tiếp vào xilanh Mặc dù công nghệ phun xăng trực tiếp đời từ 20 năm có ưu điểm lớn tính kinh tế nhiên liệu, cải thiện cơng suất giảm thiểu khí xả chí phí chế tạo ban đầu chi phí khai thác hạn chế ứng dụng rộng rãi công nghệ Song song đó, động Diesel có hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử ngày phổ biến tơ mà cịn tô tải Nguyên lý chung hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử sử dụng nhiều cảm biến để xác định tình trạng làm việc động Các tín hiệu từ cảm biến liên tục gửi điều khiển điện tử (ECU) ECU cụm mạch điện lập trình sẳn chương trình vận hành động Sau nhận tín hiệu từ ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang 19 Động đốt Internal Combustion Engine cảm biến, ECU xử lý, tính toán điều khiển cấu chấp hành Kim phun ECU điều khiển thời gian làm việc, lượng nhiên liệu cho chu trình động Các tín hiệu từ cảm biến ngõ vào như: cảm biến đo gió, cảm biến vị trí piston tốc độ động cơ, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến nhiệt độ động cơ,… ECU ngày có tốc độ cải thiệt cao so với loại điều khiển kỷ trước Chức điều kiển ECU bao gồm: phun xăng, đánh lửa, khí xả, chẩn đốn 5.7 Hệ thống bôi trơn Hệ thống bôi trơn dùng bơm dầu để liên tục cung cấp dầu động đến khắp phận bên động Hệ thống giảm ma sát phận màng dầu Ngồi tác dụng bơi trơn dầu cịn có chức làm làm mát động Cấu tạo hệ thống bôi trơn 1:Cạc te dầu 2:Lưới lọc dầu 3:Bơm dầu 4:Que thăm dầu 5:Công tắc áp suất dầu 6:Lọc dầu Bơm dầu: Loại Trochoid Bơm dầu loại Trochoid bao gồm rotor chủ đong rotor bị động có trục lệch Chuyển động cặp quay cặp rotor làm cho khe hở rotor thay đổi, kết tạo tác dụng bơm Rotor chủ động đượ dẫn động trục khuỷu Một van an toàn lắp bơm để tránh cho áp suất dầu không vượt mức cho phép ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang 20 Động đốt Bơm dầu loại Trochoid 1: Rotor chủ động 2: Rotor bị động Internal Combustion Engine 3: Van an toàn Bơm bánh răng: Khi bánh chủ động gắn với trục khuỷu quay, kích thước khe hở bánh thay đổi dầu nằm khe hở vành khuyết bơm Cấu tạo bơm bánh 1: Bánh chủ động; 2: Bánh bị động; 3: Vành khuyết Lọc dầu: Cấu tạo lọc dầu 1: Van chiều 2: Phần tử lọc 3: Vỏ 4: Van an tồn ĐH Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang 21 Động đốt Internal Combustion Engine - Lọc dầu loại bỏ tạp chất khỏi dầu giữ cho dầu Lọc dầu có van chiều để giữ cho dầu lọc dầu động không hoạt động nhờ lọc dầu ln có dầu động khởi động Nó có van an tồn phép dầu chảy đến động lọc bị tắc Các te dầu: Đây nơi chứa dầu, thường làm thép hay nhơm Các te dầu có hốc sâu ngăn để cho dù xe bị nghiêng có đủ dầu te Cacte chứa dầu bơi trơn động 5.8 Hệ thống làm mát Dòng chảy nước làm mát Lực đẩy bơm nước làm nước tuần hoàn mạch nước làm mát Nước làm mát hấp thụ nhiệt động phân tán nhiệt vào khơng khí thơng qua két nước Nước làm mát làm nguội quay trở động Dòng chảy nước làm mát Két nước làm mát: Két nước làm giảm nhiệt độ nước làm mát có nhiệt độ cao từ động Nước làm mát két nước trở nên nguội ống cánh tản nhiệt tiếp xúc với dịng khong khí quạt tạo dịng khí chuyển động xe ĐH Giao thông Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang 22 Động đốt Internal Combustion Engine Két nước làm mát Quạt làm mát - Hướng lượng khơng khí lớn đến két nước nhằm nâng cao hiệu làm mát - Hệ thống làm mát động điện: Cảm nhận nhiệt độ nước làm mát kích hoạt quạt nhiệt độ nước làm mát cao Quạt làm mát động điện 1: Khoá điện 2: Rờ le 3: Quạt làm mát 4: Công tắc nhiệt độ nước - Quạt làm mát có khớp chất lỏng: dẫn động dây đai làm quay cánh quạt có khớp chất lỏng có chứa silicon Làm giảm tốc độ quay nhiệt độ thấp Quạt làm mát có khớp chất lỏng 1: Quạt làm mát 2: Khớp chất lỏng 3: Puly 4: Bơm nước 5: Motor thuỷ lực 6: Cảm biến nhiệt độ nước 7: Bơm thuỷ lực ĐH Giao thông Vận tải Tp Hồ Chí Minh Trang 23