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 truyền.
Đầu nhỏ thanh truyền: Dùng để lắp chốt pít tông. Trên động cơ ô tô chốt pít tông thƣờng thƣờng đƣợc lắp tự do với đầu nhỏ thanh truyền và chi tiết liên kết là bạc lót. Bạc lót thƣờng đƣợc làm bằng đồng và đƣợc ép chặt vào lổ đầu nhỏ. Phía trên đầu nhỏ có thể có lổ hứng dầu bôi trơn cho bạc hoặc phía dƣới có đƣờng dầu từ đầu to lên bôi trơn bạc đầu nhỏ.
Thân thanh truyền thƣờng có dạng chử I lớn dần về đầu to thanh truyền. Trong thân có thể có đƣờng dầu từ đầu to lên bôi trơn bạc đầu nhỏ.
Đầu to thanh truyền là bộ phận nối với cổ biên trục khuỷu và quay trên cổ biên. Để lắp với cổ biên thì đầu to thanh truyền đƣợc cắt thành hai phần, phần liền với thân thanh truyền gọi là thân đầu to phàn kia gọi là nắp đầu to, chúng đƣợc ghép với nhau bằng bu lông thanh truyền. Bạc lót lắp trong lổ đầu to là chi tiết ma sát trực tiếp với cổ biên và cũng đƣợc cắt thành hai nửa và có vấu định vị chống xoay trên thân và nắp đầu to.
e/ Trục khuỷu
Trục khuỷu Hình 3.9
Trục khuỷu có nhiệm vụ nhận lực tác dụng từ pit tông do thanh truyền chuyển tới và lực này chuyển thành mô men quay tới bánh đà. Đồng thời trục khuỷu nhận lực quán tính từ bánh đà để thực hiện các quá trình nạp, nén và xả trong xilanh.
Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của tải trọng thay đổi theo chu kỳ, chịu ma sát và mài mòn tại các bề mặt tiếp xúc, chịu dao động ngang và dao động dọc do các mômen uốn và xoắn không đồng đều về trị số gây ra. Trục khuỷu thƣờng đƣợc chế tạo bằng thép rèn hoặc đúc bằng gang cầu.
Trục khuỷu là chi tiết phức tạp nó có cấu tạo gồm các phần: cổ chính, cổ biên, đối trọng, đầu trục và đuôi trục.
Trên động cơ ô tô của Mitsubishi ví dụ nhƣ I4 đƣợc trang bị trên xe Grandis. Trục khuỷu có năm cổ chính và bốn cổ biên. Cổ chính và cổ biên làm việc trong điều kiện chịu lực và ma sát nên trên các bề mặt phải đƣợc xử lý sao cho đạt độ cứng theo yêu cầu. Bề mặt làm việc phải có độ bóng cao để co khả năng chịu mài mòn tốt. Giửa các cổ chính và cổ biên có khoan đƣờng dầu lên bôi trơn.
Đối trọng trên trục khuỷu có tác dụng cân bằng trục khuỷu trong quá trình làm việc.
Đầu trục khuỷu có ngỏng trục để lắp bánh rang dẩn động cơ cấu phân phối khí, lắp puli dẩn động các cơ cấu khác nhƣ bơm trợ lực lái, máy nén hệ thống làm lạnh..
Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà. f/ Bánh đà
Có nhiệm vụ làm đều tốc độ quay của trục khuỷu. Ngoài ra bánh đà còn là nơi lắp ráp vành răng khởi động, đánh dấu các vị trí điểm chết, điểm đặt lửa và lắp các bộ phận truyền mô men ra ngoài.
Bánh đà đƣợc đúc bằng gang hoặc bằng thép, có dạng hình đỉa hoặc hình chậu, có mô men quán tính lớn. Mặt trƣớc bánh đà đƣợc gia công để lắp với mặt bích trên đuôi trục khuỷu mặt sau đƣợc gia công phẳng để làm đỉa chủ động bộ ly hợp. Xung quanh vòng ngoài của bánh đà có ép một vành răng để ăn khớp với vành răng trên động cơ khởi động.
3.2.1.2 NHỮNG HƢ HỎNG THƢỜNG GẶP CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN KHUỶU THANH TRUYỀN
3.2.1.2.1 Nhóm thân máy và nắp máy
Thân máy và nắp máy có những hƣ hỏng thƣờng gặp nhƣ: nứt, vở, biến dạng, hỏng các lổ ren và mòn bề mặt lắp ghép. Hiện tƣợng nứt xảy ra ở khu vực vách ngăn giửa các lổ lắp xilanh, vách ngăn giửa các cửa hút, thải, ở các bệ đở ổ trục hoặc ở thành vách áo nƣớc do chiu quá tải với tải trọng va đập hoặc do nhiệt độ động cơ thay đổi đột ngột. Các vết nứt nhỏ sẻ gây bọt khí, chảy dầu, chảy nƣớc và ảnh hƣởng đến quá trình làm việc bình thƣờng của động cơ. Hiện tƣợng nứt, vở lớn ở các phần chịu lực nhƣ ở gối đở trục của thân máy có thể gây ra phá hỏng động cơ. Hiện tƣợng biến dạng gây ra
sự sai lệch vị trí tƣơng quan giủa các bề mặt lắp ghép các chi tiết khác trên thân máy và nắp xilanh. Ví dụ nhƣ: mặt lắp ghép giửa nắp máy và thân máy không phẳng làm cho buồn đốt không kín, làm giảm công suất động cơ. Hoặc là các gối đở trục khuỷu và trục cam không đồng tâm hậu quả của việc này làm tăng tải trọng phụ lên các trục làm cho mòn nhanh các cổ trục và bạc lót.
3.2.1.2.2 Những hƣ hỏng của xilanh
Do phải làm việc trong điều kiện nặng nhọc với áp suất cao, nhiệt độ cao, ma sát giửa xéc măng và xilanh lớn và điều kiện bôi trơn khó khăn nên trên bề mặt xilanh thƣờng mòn không đều. Ngoài ra, trong một số trƣờng hợp mặt xilanh còn bị cháy rổ hoặt thủng do không đƣợc bôi trơn dầy đủ hoặc do hƣ hỏng nhóm bít tông thanh truyền gây ra. Trong điều kiện động cơ làm việc bình thƣờng trên bề mặt xi lanh ứng với vị trí xéc măng thứ nhất khi pít tông ở ĐCT, bị mòn nhiều nhất và tạo thành bậc so với bề mặt trên đó vì tại vị trí này xilanh chịu lực tác dụng lớn nhất từ xéc măng thứ nhất truyền lên và nguyên nhân kế tiếp là tại vị trí này điều kiện bôi trơn kém nhất. Độ mòn giảm dần xuống phía dƣới xilanh do áp lực khí cháy giảm dần và điều kiện bôi trơn tốt hơn.
3.2.1.2.3 Những hƣ hỏng của thanh truyền
Thanh truyền làm việc trong điều kiện nặng nhọc với lực nén thay đổi theo chu kỳ, nên rất phức tạp và luôn thay đổi về phƣơng chiều và trị số vì vậy thƣờng có những hƣ hỏng nhƣ: thanh truyền bi cong do động cơ bị kích nổ, do đánh lửa quá sớm, do pít tông bị bó kẹt, đặt cam sai, lổ dầu bị tắt do có nhiều cặn bả và do bạc bi xoay. Ngoài ra thanh truyền còn bị nứt gảy và bị mòn hai đầu, nguyên nhân là do lực tác dụng quá lớn vì những nguyên nhân kể trên, do pít tông bị bó kẹt trong xy lanh và do va đập (khe hở bạc lớn quá), do mài mòn (bạc bị xoay.
3.2.1.2.4 Những hƣ hỏng của nhóm bít tông
Trong quá trình sử dụng nhóm bit tông có thể bị các hƣ hỏng nhƣ sau :
Đỉnh pít tông bị cháy hoặc chảy do quá trình cháy trong động cơ không bính thƣờng nhƣ cháy kích nổ hoặc cháy sớm kéo dài.
Xéc măng bị kẹt cứng trong rảnh xéc măng do đầu pít tông bị biến dạng do quá nóng.
Thân pít tông bị xƣớc thành các vệt dọc. Nguyên nhân có thể do thiếu dầu bôi trơn, do chốt pít tông bị kẹt hoặc do hiện tƣợng bó pít tông trong xilanh.
Bệ chốt bị vở. Nguyên nhân có thể là móng hảm chốt hỏng làm chốt di chuyển sang một bên hoặc do chốt pít tông lắp quá chặt.
Pít tông bị nứt, vỡ ở phần thân do quá tải.
Xéc măng là chi tiết chịu mài mòn nhất trong động cơ. Sự mài mòn xảy ra ỏ cả mặt lƣng do ma sát với thành xilanh và ỏ hai mặt đầu do va đập với mặt rảnh 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. Do vừa bị mòn vừa giảm tính đàn hồi nên khả năng bao kín của xéc măng giảm gây lọt khí vào trong xilanh và dầu lên buồng cháy, làm giảm công suất động cơ, tăng tiêu hao dầu và giảm độ bền của các chi tiết pít tông xéc măng và xilanh. Khi trong khí nạp và dầu bôi trơn có lẩn bụi bẩn cũng sẻ làm cho xéc măng mau mòn. Trong quá trình làm việc xéc măng còn có thể bị xoay do thanh truyền bị cong hoặc xoắn. Khi xéc măng bị xoay làm cho nó bị mòn mau hơn, nếu nhƣ khi xoay miệng của các xéc măng trùng nhau sẻ làm giảm khả năng bao kín của nó.
Trên động cơ ô tô hiện nay chốt pít tông đƣợc lắp tự do với bạc đầu nhỏ thanh truyền và lổ trên bệ pít tông. Vì vậy, trong quá trình làm việc chốt pít tông có thể bị mòn trên thân của nó do nó có thể tự xoay trên bệ chốt và trên bạc đầu nhỏ thanh truyền. Ngoài ra pít tông bị mòn không đều là do thanh truyền bị cong hoặc xoắn.
3.2.1.2.5 Những hƣ hỏng của bánh đà
Trên bánh đà có láp vành răng khởi động và nó cũng là đỉa chủ động bộ ly hợp (đối với ô tô hợp số thƣờng) nên trên bánh đà thƣờng có các hƣ hỏng nhƣ rạn nứt, bị chai cứng, bị đảo, bề mặt bị mòn không đều, bị cào, xƣớc và cháy rổ, rảy răng trên