Động cơ bốn kỳ gồm các bộ phận chính nhƣ sau:
Thân máy: là khung sƣờng để lắp xilanh và các cơ cấu củng nhƣ các hệ thống phục vụ của động cơ.
Nắp xilanh: là chi tiết đậy kín xilanh và để lắp xupáp, ống nạp, ống thải và các chi tiết khác.
Cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền: gồm các nhóm chi tiết chính là trục khuỷu, thanh truyền, piston và các chi tiết lắp ghép trong cơ cấu. Đây là cơ cấu chính của động cơ. Trên piston có lắp xécmăng để bao kín khe hở giửa piston và xilanh.
Cơ cấu phân phối khí: gồm xupáp, trục cam và các chi tiết trung gian để điều khiển xupáp đóng mở.
Ngoài ra động cơ còn có các hệ thống phục vụ đảm bảo động cơ làm việc bình thƣờng nhƣ:
Hệ thống cung cấp nhiên liệu: thực hiện cung cấp nhiên liệu và hòa trộn nhiên liệu với không khí ở tỷ lệ thích hợp cho động cơ làm việc.
Hệ thống đánh lửa: bật tia lửa điện đúng thời điểm để đốt nhiên liệu đối với động cơ xăng.
Hệ thống làm mát: thực hiện tản nhiệt cho các chi tiết, duy trì trạng thái nhiệt ổn định cho động cơ ở mức không quá nóng và củng không quá nguội để động cơ làm việc bình thƣờng.
Hệ thống bôi trơn: đảm bảo cung cấp dầu bôi trơn cho các chi tiết ma sát để giảm mài mòn.
Hệ thống khởi động: để khởi động động cơ khi vận hành.
Động cơ ô tô Hình 3.1
3.1.2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ
3.1.2.2.1 Các khái niệm và thuật ngử kỹ thuật cơ bản dùng trong động cơ đốt trong trong
- Điểm chết trên (ĐCT) là vị trí của đỉnh pít tông trong xy lanh khi pít tông ở xa đƣờng tâm trục khuỷu nhất.
- Điểm chết dƣới (ĐCD) là vị trí của pít tông trong xy lanh khi pít tông ở gần đƣờng tâm trục khuỷu nhất.
- Hành trình của pít tông (S) là khoảng cách giữa hai điểm chết trên và điểm chết dƣới (S = 2R. Trong đó R là bán kính quay của trục khuỷu) khi pít tông chạy một
hành trình S sẽ làm trục khuỷu quay nữa vòng hoặc 1800.
- Thể tích buồng cháy (Vc) là khoảng không gian giới hạn bởi nắp máy và đỉnh pít tông ở điểm chết trên.
- Thể tích buồng công tác (thể tích toàn phần) (Vh) là khoảng không gian giới hạn bởi nắp máy và đỉnh pít tông ở điểm chết dƣới.
- Thể tích làm việc của xy lanh (Vs) là khoảng không gian giới hạn bởi điểm chết trên và điểm chết dƣới.
Vs đƣợc xác định theo công thức: Với: + D là đƣờng kính của xy lanh. + S là hành trình của pít tông.
- Tỷ số nén () là tỷ số giữa thể tích buồng công tác (Vh) và thể tích buồng cháy (Vc).
- Chu kỳ công tác là quá trình liên tiếp nhau để biến đổi nhiệt năng thành cơ năng (bao gồm quá trình hút, nén, nổ, xả).
- Kỳ là một phần của chu trình công tác ứng với pít tông chuyển động từ điểm
chết này đến điểm chết kia trong xy lanh của động cơ.
+ Động cơ hai kỳ: để hoàn thành một chu trình công tác của động cơ, pít tông chỉ thực hiện hai hành trình.
+ Động cơ bốn kỳ: hoàn thành một chu trình công tác (bao gồm hút, nén, nổ, xả) pít tông phải thực hiện bốn hành trình.
3.1.2.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong bốn kỳ
Chu trình làm việc của động cơ bốn kỳ đƣợc thực hiện trong bốn hành trình của pít tông tƣơng ứng với bốn quá trình theo trình tự nhƣ sau: nạp, nén, nổ, xã. Chu trình này đƣợc lập di lập lại trong suốt quá trình làm việc của động cơ.
Kỳ nạp: diển ra sau khi cháy trong xi lanh đã đƣợc thải sạch. Ở kỳ nạp xupáp nạp mở, xupáp xả đóng lại, pít tông di chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, tạo ra chênh áp hút khí nạp mới vào xilanh qua cửa nạp. Đối với động cơ xăng, khí nạp mới là hổn hợp của hơi xăng và không khí, còn đối với động cơ diesel, khí nạp mới là không khí.
Do sức cản của cửa nạp và do trong xilanh còn dƣ một lƣợng khí đã cháy có nhiệt độ cao không thải ra hết ở chu trình trƣớc nên lƣợng khí nạp mới vào xilanh thƣờng nhỏ hơn lƣợng khí có thể chứa trong xilanh ở nhiệt độ và áp suất bên ngoài. Ngƣời ta mong muốn nạp đƣợc càng nhiều khí càng tốt để động cơ làm việc khỏe nên xupáp nạp thƣờng đƣợc mở sớm hơn một chút trƣớc khi bắt đầu hành trình nạp để đến khi bắt đầu hánh trình nạp thì xupáp đả mở to.
Kỳ nén: diển ra sau kỳ nạp. Ở kỳ nén cả hai xupáp đều đóng, piston di chuyển từ ĐCD lên ĐCT thực hiện nén khí trong xilanh. Khí bị nén làm cho áp suất và nhiệt độ
tăng lên. Nhiệt độ khí cuối kỳ nén đối với động cơ xăng khoảng 350-400 , thấp hơn nhiều so với nhiệt độ tự cháy của xăng, còn đối với động cơ diesel, nhiệt độ đạt khoảng
600-650 , vƣợt quá nhiệt độ tự cháy của diesel. Gần cuối kỳ nén thì bugi bật tia lửa
điện để đốt cháy hổn hợp không khí và hơi nhiên liệu (đối với động cơ xăng) hoặc vòi phun dầu diesel dƣới dạng sƣơng mù vào khí nén ở nhiệt độ cao trong xialnh và tự bốc cháy( đối với động cơ diesel). Quá trình cháy bắt đầu cuối kỳ nén và tiếp diển sang kỳ tiếp theo.
Kỳ nổ: diển ra sau kỳ nén. Ở kỳ này các xupáp vẩn đóng kín, quá trình cháy hổn hợp nhiên liệu và không khí diển ra rất mảnh liệt ở đầu hành trình khi piston qua ĐCT, làm tăng nhiệt độ và áp suất khi cháy lên rất cao. Nhiệt độ và áp suất khí cháy có thể
lên đến 2200-2500 và 30-35 at đối với động cơ xăng, 1800-2000 và 60-100 at đối
với động cơ diesel. Áp suất khí cháy cao gây áp lực lớn lên đỉnh piston và đẩy piston xuống ĐCD, thông qua thanh truyền làm quay trục khuỷu. khi piston di chuyển xuống thì áp suất bắt đầu giảm dần.
Kỳ xả: diển ra sau kỳ nổ. ở kỳ này xupáp nạp vẩn đóng kín, xupáp thải mở, piston đi từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí cháy ra ngoài thông qua cửa xả.
Vì áp suất trong xilanh cuối kỳ cháy dãn nở vẩn còn khá cao nên xupáp xả bắt đầu mở
ở cuối kỳ nổ khi trục khuỷu còn cách ĐCD khoảng 40 -60 góc quay để khí đả cháy tự
thoát bớt ra bên ngoài, làm giảm bớt lực cản đối với chuyển động trong kỳ xả và để thải đƣợc sạch hơn. Kết thúc kỳ xả là kết thúc một chu trình làm việc của động cơ, sau đó chuyển động của pít tông tiếp tục lập lại theo trình tự của chu trình làm việc nhƣ trên.
Trong bốn kỳ, chỉ có duy nhất kỳ nổ là sinh công làm quay trục khuỷu, các kỳ còn lại là các kỳ cản đƣợc trục khuỷu chuyển động nhờ năng lƣợng tích trử ( động năng) của bánh đà và nhờ công của các xilanh khác( động cơ nhiều xilanh) trong quá trình làm việc. Khi khởi động động cơ, phải quay trục khuỷu bằng động cở điện để thực hiện ba kỳ cản cho tới khi động cơ bắt đầu làm việc.
Để đảm bảo phần lớn nhiên liệu đƣợc cháy khi piston ở lân cận sau ĐCT, tia lửa điện phải đƣợc bật sớm hoặc nhiên liệu diesel phải đƣợc phun sớm để quá trình cháy bắt đầu trƣớc ĐCT. Thời điểm đánh lửa hoặc phun nhiên liệu diesel trƣớc ĐCT tính theo góc quay truc khuỷu đƣợc gọi là góc đánh lửa sớm hoặc góc phun dầu sớm.
Để thải sạch khí thải và nạp đầy khí nạp mói vào trong xilanh để cho động cơ làm việc khỏe cần phải mở sớm và đóng muộn các xupáp với ĐCT và ĐCD. Các góc mở
Xupáp nạp đƣợc mở ở cuối kỳ xả trƣớc khi pít tông tới ĐCT và đóng ở đầu kỳ nén sau khi pít tông qua ĐCD để cho trong kỳ nạp luôn ở trạng thái mở to, hút đƣợc nhiều khí nạp mới.
Xupáp xả đƣợc mở ở cuối kỳ nổ trƣớc khi pít tông đến ĐCD để tận dụng chênh áp cho khí cháy tự thoát ra ở cuối kỳ nổ, đồng thời để cho xupáp mở to trong kỳ xả làm giảm sức cản và thải sạch. Xupáp xả đƣợc đóng ở đầu kỳ nạp sau khi pít tông đã qua ĐCT để duy trì độ mở to của xupáp trong kỳ xả để xả sạch.
Nhƣ vậy có một khoảng thời gian tƣơng ứng với góc quay của trục khuỷu, trong đó cả hai xupáp đều mở gọi là thời kỳ trùng điệp. Giai đoạn từ lúc mở đến lúc đóng của các xupáp tính theo góc quay trục khuỷu đƣợc gọi là pha phân phối khí.
Hiện nay, trên các dòng xe ô tô của Mitsubishi thì động cơ đƣợc trang bị chủ yếu là động cơ I3, I4, và V6…
3.2 CẤU TẠO CỦA CƠ CẤU, HỆ THỐNG, NHỮNG HƢ HỎNG THƢỠNG GẶP, CÁCH KHẮC PHỤC SỬA CHỮA NHỮNG HƢ HỎNG CỦA CƠ CẤU GẶP, CÁCH KHẮC PHỤC SỬA CHỮA NHỮNG HƢ HỎNG CỦA CƠ CẤU VÀ CÁC HỆ THỐNG TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ MITSUBISHI
3.2.1CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN 3.2.1.1 CẤU TẠO 3.2.1.1 CẤU TẠO
Cấu tạo chính của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền bao gồm hai nhóm chính là nhóm chi tiết chuyển động và nhóm chi tiết đứng yên.
- Nhóm chi tiết đứng yên: Bao gồm thân máy, nắp máy, xy lanh và cácte.
- Nhóm chi tiết chuyển động: Bao gồm nhóm pít tông (pít tông, xéc măng, chốt pít tông), thanh truyền, trục khuỷu và bánh đà.
3.2.1.1.1 Nhóm chi tiết đứng yên
Thân máy Hình 3.2
Thân máy là nơi gá lắp các cụm chi tiết, các hệ thống của động cơ và tạo dáng cho động cơ . Thân máy đƣợc làm việc trong điều kiện phải chịu trọng lƣợng các chi tiết lắp trên đó, đồng thời chịu tác dụng của lực khí thể biến đổi theo chu kỳ, có trị số lớn gây rung động và va đập.Và chịu nhiệt độ cao của khí cháy . Vật liệu để chế tạo thân máy đòi hỏi phải rất bền , cơ tính cao, nhẹ, chịu nhiệt và truyền nhiệt tốt. Thƣờng đƣợc đúc bằng hợp kim nhôm ( động cơ xăng, công suất nhỏ) hoặc bằng gang hợp kim (động cơ Diesel).
Thân máy có loại làm liền với xi lanh có loại làm rời xi lanh. Trong thân máy loại xilanh liền có các lỗ xi lanh đƣợc gia công chính xác và mài bóng. Phía dƣới có các vách ngăn, ổ đỡ để lắp trục khuỷu, gọi là các ổ trục chính. Nắp của các ổ trục chính đƣợc lắp với thân bằng 2 bu lông. Trong thân động cơ có khoan đƣờng dầu dẫn tới các ổ trục chính, ổ trục cam, tới nắp máy để bôi trơn các chi tiết chuyển động gá lắp trên đó.
– Phía trên thân máy đƣợc gia công phẳng, nhẵn có gia công các lỗ ren để bắt các gu giông, các lỗ dẫn dầu bôi trơn, lỗ dẫn nƣớc từ thân máy lên nắp máy.
– Phía dƣới có mặt phẳng liên kết với các te ( đáy máy) chứa dầu.
– Phía trƣớc lắp bánh răng hộp phân phối phía sau liên kết với vỏ bánh đà. – Thân máy còn có các bích để lắp các tai bắt liên kết với khung xe.
b/ Nắp máy
Nắp máy Hình 3.3
Nắp máy là nơi bắt các bộ phận của cơ cấu phân phối khí và một số cơ cấu khác nhƣ bugi, vòi phun, trục cam, xupáp,…Nó cũng có nhiêm vụ làm kín xilanh và cùng với xilanh , đỉnh pít tông tạo thành buông đốt.
Hiện nay trên các dòng ô tô của Mitsubishi thì nắp máy thƣờng đƣợc làm bằng hợp kim nhôm. Động cơ đƣợc trang bị trên ô tô Mitsubishi có cách bố trí xilanh theo kiểu xilanh thẳng hàng nhƣ Grandis, Zinger, Jolie,.. thì chỉ có một nắp máy còn động cơ có cách bố trí xilanh theo kiểu V nhƣ Pajero, Pajero Sport thì có hai nắp máy.
Nắp máy phải phẳng để đảm bảo kín, phỉa truyền nhiệt tốt, có độ bền nhiệt và độ bền cơ học cao do nắp máy làm việc trong điều kiện nhiệt độ và chịu lực cao.
c/ Xilanh
Xilanh Hình 3.4
Xilanh là một ống hình trụ liền hoặc rời trên thân động cơ, mặt trong xilanh là mặt làm việc, mặt ngoài lắp với thân động cơ. Nhƣng trên động cơ ô tô của Mitsubishi hiện nay thì đa số là xilanh đúc liền với thân máy. Khi đó xilanh sẻ không tiếp xúc trục tiếp với khoang nƣớc làm mát trên thân máy.
Xilanh có nhiệm vụ dẩn hƣớng chuyển động cho pít tông , cùng với nắp máy và pít tông tạo thành buồng đốt.
Bề mặt làm việc của xilanh phải bóng, có khả năng chống mài mòn tốt phải đảm bảo hình dáng hình học trên cả chiều dài.
d/ Cacte
Cacte Hình 3.5
Chứa dầu bôi trơn, bảo vệ phía dƣới thân máy, bảo vệ trục khuỷu và làm mát động cơ. Đảm bảo cung cấp đủ dầu trong quá trình tăng tốc hoặc khởi hành.Cácte đƣợc lắp ghép với thân máy bằng bu long, giữa chúng có đệm lót bảo đảm độ kín cho dầu bôi trơn. Cácte đƣợc chia làm ba ngăn, ngăn giữa sâu hơn hai ngăn bên, giữa các ngăn có các vách ngăn để khi ô tô chạy đƣờng dốc, tăng tốc, dầu không dồn về một phía. Tại vị trí thấp nhất có nút xả dầu, trong đó gắn một nam châm để hút các mạt kim loại trong dầu. Cácte của động cơ Mitsbishi thƣờng đƣợc dập bằng thép mỏng.
3.2.1.1.2 Nhóm chi tiết chuyển động
Bao gồm nhóm pít tông (pít tông, xéc măng, chốt pít tông), thanh truyền, trục khuỷu và bánh đà.
Pít tông Hình 3.6
Pít tông có nhiệm vụ làm thay đổi thể tích làm việc của xilanh để nạp, nén và thải ra môi trƣờng, tiếp nhận áp lực khí cháy ở thì nổ để sinh công. Nó cùng với xilanh nắp xilanh tạo nên kết cấu, hình dáng thể tích buồng đốt khi pít tông ở ĐCT. Pit tông là một chi tiết quan trọng để thực hiện quá trình biến đổi nhiệt năng thành cơ năng.
Pít tông có cấu tạo gồm 3 phần: đỉnh, thân và đuôi. Đỉnh pít tông: có tác dụng chứa buồng đốt.
Thân pít tông: dùng để lắp các vòng xéc măng, ngoài ra còn để chứa lổ chốt pít tông.
Đuôi pít tông: dùng để dẩn hƣớng cho pít tông chạy trong xilanh.
Pít tông làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao của khí cháy, ma sát trong môi trƣờng nhiệt độ cao, lực quán tính lớn nên pít tông cần có trọng lƣợng nhỏ để giảm lực quán tính, hệ số giản nở nhiệt nhỏ để đảm bảo khe hở lắp ghép thời gian sử dụng lâu dài, có độ bền cơ học cao, hệ số ma sát nhỏ, có khả năng chống mài mòn tôt, có khả năng truyền nhiệt tốt và chịu lực va đập.
Bạc xéc măng Hình 3.7
Xéc măng có hai loại: xéc măng khí và xéc măng dầu.
Xéc măng khí: có nhiệm vụ làm kín buồn đốt ngăn không cho khí cháy lọt xuống cạc te.
Xéc măng dầu: có nhiệm vụ gạt dầu bôi trơn từ xilanh và pít tông xuống cạc te, ngăn không cho dầu lên buồng đốt.
Xéc măng là chi tiết chịu mài mòn nhất trong động cơ. Sự mài mòn xảy ra ở cả mặt lung do ma sát với thành xilanh và ở hai mặt đầu do va đập với mặt rãnh trên pít tông, nhƣng sự mài mòn ở mặt lƣng là chủ yếu. Bên cạnh đó, xéc măng còn chịu nhiệt độ cao , đặt biệt là xéc măng khí đầu tiên, nên tính đàn hồi của xéc măng có thể bị giảm trong quá trình làm việc.
Vì vậy, vật liệu làm xéc măng thƣờng là gang xám, gang hợp kim, thép đƣợc mạ crôm để chống mài mòn. Số lƣợng xéc măng khí thƣờng từ 2- 4 chiếc, còn xéc măng dầu từ 1-2 chiếc . Trên xéc măng dầu có làm rảnh để dầu nhờn thoát về cạc te.
c/ Chốt pít tông
Chốt pít tông là chi tiết nối pít tông và thanh truyền. Tuy có kết cấu đơn giản nhƣng chốt pít tông có vai trò rất quan trọng để bảo đảm điều kiện làm việc bình
thƣờng của động cơ. Chốt pít tông chịu lực va đập, tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bôi trơn khó khăn.
Vì vậy chốt pít tông đƣợc chế tạo bằng thép có dạng hình trụ rổng , đƣợc tôi cứng và mài nhẵn bóng bề mặt làm việc.
d/ Thanh truyền
Thanh truyền Hình 3.8
Thanh truyền là chi tiết trung gian nối và truyền lực giửa pít tông và trục khuỷu. trong quá trình làm việc, thanh truyền chịu lực lớn và luôn thay đổi do pít tông truyền xuống và chịu lực quán tính của bản thân nó. Thanh truyền của động cơ ô tô đƣợc chế tạo bằng thép hợp kim và có kết cấu thanh cứng vửng.
Kết cấu thanh truyền đƣợc chia làm ba phần: phần đầu nhỏ, đầu to và thân thanh