Chương 5 : HỆ THỐNG BƠI TRƠN ĐỘNG CƠ
5.1. Nhiệm vụ của hệ thống bơi trơn động cơ
Khi động cơ làm việc, cĩ rất nhiều chi tiết trong động cơ cĩ sự tiếp xúc và chuyển
động tương đối với nhau. Khi đĩ, nhiệt độ sẽ tạo ra giữa các bề mặt và lượng nhiệt này càng lớn đối với những chi tiết trong buồng cháy.
Hệ thống bơi trơn trên động cơ đốt trong cĩ nhiệm vụ cung cấp một lượng dầu bơi trơn với áp suất và
lưu lượng thích hợp đến các bề mặt của những chi tiết máy cĩ chuyển động tương đối, với mục đích:
Bơi trơn: làm giảm ma sát cho các chi tiết chuyển động và giúp các chi tiết ăn khớp
đều với nhau.
Làm mát động cơ.
Bao kín
Chống ơxy hĩa
Rửa sạch bề mặt các chi tiết. Giảm tiếng ồn.
Rút ngắn thời gian chạy rà động cơ.
Hình 5.1. Hệ thống bơi trơn trên động cơ.
1 –đường dầu phía trên (bơi trơn các cổ trục cam); 2 – lọc dầu;
3 –đường dầu chính; 4 – cacte chứa dầu; 5 –đường dầu đến bơm; 6 –bơm dầu.
5.1.1. Các dạng mài mịn
Trên các chi tiết, cơ cấu và tổ hợp máy của ơtơ người ta thường gặp những khuyết tật và mài mịn rất khác nhau. Cĩ hai dạng mài mịn:
5.1.1.1. Mài mịn tự nhiên
Là do tác động ma sát của nhiệt độ cao và tải trọng xuất hiện trong những điều kiện vận hành bình thường. Đặc điểm là độ mịn tăng dần nhưng đặc tính làm việc của nĩ khơng bị phá hủy.
5.1.1.2. Mài mịn sự cố
Do bảo dưỡng kỹ thuật khơng đúng qui tắc trong từng tổ hợp máy hay tồn bộ ơtơ hoặc do những khuyết tật trong sản xuất, chất lượng vật liệu kém và những nhược điểm về kết cấu. Đặc điểm của loại này là tốc độmài mịn tăng nhanh kèm theo biến dạng dư,
sự phá hủy (gãy) chi tiết, v.v… khơng cho phép sử dụng ơtơ. Nguyên nhân của sự mài mịn sự cố là do chất lượng bảo dưỡng kỹ thuật kém. Vì vậy phải vận hành ơtơ sao cho
ơtơ cĩ độ mài mịn tự nhiên.
5.1.2. Vật liệu bơi trơn –các phụ gia pha trong dầu
5.1.2.1. Vật liệu bơi trơn
Cĩ rất nhiều chất cĩ thể bơi trơn như: mỡ động vật, dầu thực vật, nước…Trong một số trường hợp, người ta cịn dùng cả chất rắn và chất khí để bơi trơn, ví dụ: graphite, molybdenum disunfide, một số khí hydrocacbon. Cĩ thể phân loại dầu bơi trơn theo
51 5.1.2.2. Các phụ gia pha trong dầu
Các phụ gia pha trong dầu là những chất hữu cơ, vơ cơ, thậm chí là những nguyên tố hĩa học được pha với một tỷ lệ rất nhỏ vào nhiên liệu, chất bơi trơn, chất lỏng chuyên
dùng v.v… để cải thiện các tính chất tự nhiên của chúng hoặc tạo cho chúng cĩ các tính chất mới đem lại lợi ích sử dụng, vận chuyển và bảo quản. Một chất phụ gia cĩ thể chỉ
cĩ ảnh hưởng đến một tính chất (tính chất đơn) hoặc tác dụng đồng thời đến nhiều tính chất (tính chất kép) của sản phẩm dầu mỏ.
- Chất phụ gia chống mài mịn: cơ chế hoạt động của nĩ là tạo thành lớp dầu gồm các phần tử cĩ tính phân cực bám chặt trên bề mặt của vật rắn, ngăn chặn tiếp xúc kim loại – kim loại, khơng cho hình hợp chất hĩa học cứng và các liên kết kim loại. Giảm
được hao mịn. Các lớp mỏng của chất phụ gia tạo ra giữa hai bề mặt chất lỏng được gọi với cái tên “bàn chải nhỏ” làm dịu quá trình tiếp xúc giữa hai bề mặt, giảm hệ số
ma sát.
- Chất phụ gia biến tính, giảm ma sát: phụ gia biến tính (FM) làm giảm hệ số ma sát, bảo tồn được năng lượng, tiết kiệm được 2 đến 3% nhiên liệu cho ơtơ. Phụ gia FM bao gồm nhiều loại hợp chất chứa oxy, nitơ, lưu huỳnh molipden, đồng và các nguyên tố khác. Phụgia này thường được pha với tỷ lệ0,1 đến 0,3%.
- Chất phụ gia ức chế oxy hĩa: cơ chế hoạt động của nĩ là làm gián đoạn các phản
ứng mắt xích thơng qua các phản ứng với các gốc hoặc chống lại sự hình thành các
“tiền oxit”. Hiệu quả của các chất ức chếoxy hĩa là nguyên nhân đưa đến các q
trình làm tăng: độ nhớt, chỉ sốaxít, hàm lượng keo nhựa và làm mất lắng cặn, điều
đĩ cĩ tác dụng kéo dài thời hạn thay thế dầu nhớt và làm tăng thời gian hoạt động của động cơ.
- Chất phụ gia chống rỉ sét: nếu như động cơ làm việc khơng cĩ thời gian ngừng lâu thì dầu nhờn với chất phụ gia phù hợp sẽ làm chức năng chống rỉ(ngăn cản các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với mơi trường) tương đối tốt vì ngừng trong thời gian ngắn thì dầu chưa kịp chảy hết khỏi các chi tiết. Cĩ nhiều hợp chất được dùng để chống rỉ như: các axít béo, các este của axít napteic và axít béo, các amin hữu cơ… thường pha vào dầu với tỷ lệ0,1 đến 1%.
- Chất phụ gia làm giảm điểm cháy: ngăn cản hình thành những tinh thể sắp đĩng băng ở thời tiết lạnh và tạo thành tảng. Những tinh thể này cĩ khuynh hướng đọng lại ở
thời tiết lạnh, chen vào dịng dầu gây khĩ khăn cho việc bơi trơn.
- Chất phụgia tăng áp suất: bảo đảm cĩ sựbơi trơn ở những nơi cĩ những áp suất cực lớn giữa dung sai trong phạm vi hẹp và các bề mặt kim loại – kim loại xảy ra. Chúng làm giảm ma sát, ngăn chặn sần sùi, trầy xước, mắc kẹt và mịn.
- Chất phụ gia tẩy rửa: với nồng độ 2 đến 10%, các chất tẩy rửa cĩ thểngăn cản, loại trừ các cặn khơng tan, cặn sạn, cacbon và các hợp chất chì trên các bộ phận của động
cơ đốt trong. Qua đĩ giữ sạch các chi tiết nâng cao độ tin cậy trong thời gian làm
việc của động cơ.
- Chất phụ gia ức chế tạo bọt: bọt do khơng khí trộn trong dầu ảnh hưởng xấu tới tính chất bơi trơn, làm tăng sự oxy hĩa, làm dầu bị tổn thất, ngăn cản sựlưu thơng của dầu, gây ra hiện tượng bơi trơn khơng hồn tồn. Để tránh hoặc giảm sự tạo bọt
người ta sử dụng các loại phụ gia chống bọt. Chúng cịn được gọi là các chất hủy hoặc phá bọt như hợp chất silicon và hydro cĩ khảnăng làm tan sủi bọt nhưng được pha với tỷ lệ rất nhỏ: 0,001 đến 0,004%.
- Chất phụ gia trung hịa tính axít: cĩ tác dụng trung hịa các axít cĩ trong dầu và sinh
52 - Chất phụ gia chống và tạo nhủ tương: là các chất cĩ hoạt tính bề mặt tác động tại ranh giới pha lỏng – lỏng (nước – dầu). Nĩ được pha vào dầu bơi trơn khi cần nhanh
chĩng tách nước khỏi dầu bơi trơn.
- Chất phụ gia phục hồi trạng thái ban đầu của bề mặt kim loại như: RVS, HALOTEC,
REMETALL VÀ RESURS… vềcơ bản chúng là những hạt cĩ kích thước rất nhỏ, cỡ micromet (RVS) hoặc nanomet (REMETALL VÀ RESURS). Với kích thước nhỏ
chúng cĩ thểđi qua mọi loại phin lọc dầu. Trong quá trình hoạt động của động cơ,
những hạt này sẽ tiếp xúc với bề mặt ma sát và điền đầy những chỗ bị hao mịn. 5.2.Phân loại hệ thống bơi trơn
5.2.1. Hệ thống bơi trơn bằng muỗng tát dầu nhờn
Khi động cơ làm việc các chi tiết chuyển động như trục khuỷu, thanh truyền,… sẽ
vung tĩe dầu bơi trơn lên các chi tiết cần bơi trơn nhu vách xilanh, các cam,… ngồi ra
một phần dầu vung tĩe ở dạng sương mù rơi vào hay đọng bám ở kết cấu hứng dầu của các chi tiết khác cần bơi trơn. Phương pháp này đơn giản khơng cần bơm nhớt, tuy nhiên
khơng đảm bảo bơi trơn an tồn cho động cơ vì khĩ
bảo đảm lưu lượng dầu bơi trơn các ổ trục, dầu bị sủi bọt gây biến tính và khơng khống chế được chất lượng
bơi trơn.
Vì vậy phương pháp này chỉ được sử dụng cho
động cơ cỡ nhỏ cơng suất vài mã lực như động cơ xe
máy, xuồng máy, bơm nước.
Hình 5.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bơi trơn bằng vung tĩe. vung tĩe.
a) và bằng dầu pha trong nhiên liệu.
1- Các rãnh dẫn dầu; 2- Hộp trục khuỷu; 3- Cacte; 4- Gàu tác dầu.
5.2.2. Hệ thống bơi trơn cưỡng bức
Hầu hết các động cơ hiện nay đều dùng phương pháp bơi trơn cưỡng bức. Đây là phương pháp bơi trơn hồn thiện nhất. Đặc điểm chủ yếu của hệ thống này là các chi tiết đều được bơi trơn đầy đủ bằng lưu lượng và áp suất dầu thích hợp do bơm dầu cung cấp đến bề mặt làm việc của các chi tiết.
Hệ thống bơi trơn cưỡng bức chia ra làm 2 loại:
- Hệ thống bơi trơn cacte ướt. - Hệ thống bơi trơn cacte khơ.
5.2.2.1. Hệ thống bơi trơn cacte ướt
Đặc điểm của hệ thống này là dầu chứa trong cacte động cơ khơng cĩ két dầu riêng
để tập trung dầu từcacte đến. Chỉ cĩ một bơm hút từcacte ra bơm đến các vị trí cần bơi
trơn, sau khi bơi trơn dầu tựđộng rơi xuống cacte, một phần do đầu to của thanh truyền
đập vào đầu té lên bơi trơn cho piston, xilanh.
Nguyên lý hoạt động
Bơm dầu 3 được dẫn động từ trục khuỷu. Dầu bơi trơn trong cacte 1 được hút
vào bơm qua lưới lọc thơ 2, lưới lọc để lọc sơ bộ tạp chất cĩ kích thước lớn. Sau khi qua
bơm dầu cĩ áp suất cao dầu đi vào bầu lọc tinh 4 tại đây dầu được lọc sạch rồi đưa lên
bình làm mát 5, dầu được làm mát rồi đưa lên đường ống dẫn dầu chính 6 đi bơi trơn
53
Hình 5.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơi trơn cacte ướt.
1-Cacte dầu; 2-Lọc thơ; 3-Bơm dầu bơi trơn ; 4-Lọc tinh; 5-Bình làm mát, 6- Mạch dầu chính; 7-Áp kế dầu; 8-Van điều áp; 9-Van an tồn
Ưu điểm của hệ thống này là gọn, chiếm ít chỗ, thiết bị ít.
Nhược điểm là tồn bộ dầu bơi trơn chứa trong cacte động cơ lên cacte phải sâu để
cĩ dung tích lớn do đĩ làm tăng chiều cao động cơ, ngồi ra dầu luơn luơn tiếp xúc với khí cháy cĩ nhiệt độ cao từ buồng đốt lọt xuống theo hơi nhiên liệu và các axít làm giảm tuổi thọ của dầu.
5.2.2.2. Hệ thống bơi trơn cacte khơ
Hệ thống bơi trơn cacte khơ khác cơ bản với hệ thống bơi trơn cacte ướt là hệ thống cĩ thêm một đến hai bơm làm nhiệm vụ chuyển dầu từcacte đến bình làm mát.
Nguyên lý hoạt động
Bơm dầu được dẫn động từ trục khuỷu hoặc trục cam. Dầu trong thùng dầu 3 được
bơm hút 5 qua lọc 4, dầu tới bình lọc thơ 6. Từđây dầu theo nhánh 9 đi bơi trơn trục khuỷu sau đĩ lên bơi trơn đầu to thanh truyền và chốt piston theo nhánh 10 đi bơi trơn
trục cam… từ đường dầu chính khoảng 12 – 20 % lưu lượng của nhánh dẫn đến bình lọc tinh 11, tại đây những tạp chất rất nhỏ được giữ lại. Sau khi ra khỏi lọc tinh với áp suất cịn lại rất nhỏ dầu chảy về thùng chứa 3. Trong quá trình bơi trơn dầu chảy xuống
cacte và được 2 bơm hút qua lọc, sau đĩ dầu được đưa đến bình làm mát rồi đưa về
thùng chứa 3.
Ưu điểm của hệ thống này là trong cacte ít dầu, khơng cĩ sựva đập giữa dầu với tay
quay và đầu to thanh truyền, cĩ két riêng đựng dầu lên cacte nhỏ gọn và dầu sạch sẽ, làm việc ởđịa hình dốc mà khơng bị thiếu dầu.
Nhược điểm hệ thống này là phức tạp vì cĩ thêm bơm chuyển (hệ thống này thường
dùng cho động cơ diesel lắp trên máy ủi, xe tăng, tàu thủy…)
Hình 5.4. Sơ đồ hệ thống bơi trơn cacte khơ.
54
lọc thơ; 7.Đồng hồ áp suất dầu.
5.2.3. Bơi trơn cho động cơ 2 kỳ
Phương án bơi trơn này chỉ dùng để bơi trơn các chi tiết máy trong các động cơ xăng hai kỳ cơng suất nhỏ, làm mát bằng khơng khí hoặc nước. Pha dầu nhớt vào trong
xăng theo tỷ lệ thích hợp nhất. Thơng thường pha theo tỷ lệ: Dầu/xăng: 1/20 → 1/25 (xe
Tiệp và Đơng Đức: 1/30 → 1/35).
Hỗn hợp của dầu nhờn và xăng đi qua bộ chếhịa khí được xé nhỏ cùng với khơng khí tạo thành khí hỗn hợp. Khí hỗn hợp này được nạp vào cacte của động cơ rồi theo lỗ quét đi vào xilanh. Trong quá trình này, các hạt dầu nhờn trong khí hỗn hợp ngưng đọng bám trên bề mặt các chi tiết máy đểbơi trơn các mặt ma sát. Cách bơi trơn này thực tế
khơng cần hệ thống bơi trơn, thực hiện việc bơi trơn các chi tiết máy rất đơn giản, dễ dàng nhưng do dầu nhờn theo khí hỗn hợp vào buồng cháy nên dễ thành tạo thành muội
than bám trên đỉnh piston, pha càng nhiều dầu nhờn, trong buồng cháy càng nhiều muội than, làm cho piston nhanh nĩng, quá nĩng, dễ xảy ra hiện tượng cháy sớm, kích nổ và
đoản mạch do bugi bị bám muội than. Ngược lại, pha ít dầu nhờn, bơi trơn kém, ma sát
lớn dễ làm cho piston bị bĩ kẹt trong xilanh. Phương án này rất đơn giản, dễ thao tác,
nhưng khuyết điểm là khơng đáp ứng được chế độ làm việc của động cơ, tốc độđộng
cơ. Ngày nay, người ta quan tâm đến vấn đềmơi trường nên các loại động cơ này ít dùng
và hệ thống bơi trơn kiểu này cũng khơng cịn phổ biến. 5.3. Kết cấu các chi tiết chủ yếu trong hệ thống bơi trơn
5.3.1. Bơm dầu
Trên động cơ đốt trong, bơm dầu nhờn đều là các loại bơm thể tích chuyển dầu bằng áp suất thủy tĩnh bơm piston, bơm phiến trượt, bơm bánh răng và bơm trục vít. Mỗi loại
bơm đều cĩ đặc điểm kết cấu riêng, do đĩ ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng cũng khác
nhau. Trên động cơ ơtơ, đa số sử dụng bơm bánh răng, bởi kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí
trên động cơ, áp suất bơm dầu đảm bảo cung cấp dầu liên tục, đặc biệt là độ tin cậy cao, tuổi thọ dài. Ởđây ta khảo sát một số loại bơm điển hình dùng trên động cơ đốt trong. 5.3.1.1. Bơm bánh răng
Bơm bánh răng được ứng dụng trong các máy thủy lực, hệ thống điều khiển tựđộng,
trong bơi trơn các bộ phận chuyển động của máy. Do khơng cĩ van hút và đẩy nên bơm bánh răng cĩ thể quay với vận tốc lớn nên nĩ thường truyền động trực tiếp từđộng cơ.
Vì khi làm việc bơm bánh răng luơn tiếp xúc với dầu nhờn, dầu thủy lực nên tuổi thọ
của nĩ cao. Các bề mặt làm việc của bơm phải được chế tạo với độ chính xác cao thì mới tạo được áp lực lớn và khơng tổn thất nhiều lưu lượng.
Bơm bánh răng cĩ 2 loại:
a) Bơmbánh răng ăn khớp ngồi
Khi các bánh răng 2 và 3 quay theo chiều như hình vẽ, thểtích ngăn 5 tăng, áp suất
ở khoang S giảm và chất lỏng được hút vào đĩ. Chất lỏng được vận chuyển qua các ngăn
giữa các răng của bánh răng (ngăn 4) từ khoang S sang khoang P (khoang đẩy). Nếu
thay đổi chiều quay của trục, khoang hút và đẩy cũng thay đổi cho nhau.
Khi áp suất trên đường ra vượt quá giá trị cho phép, áp lực dầu thắng sức căng lị
55
1. Thân máy bơm; 2. Bánh răng dẫn; 3. Bánh răng bị dẫn; 4,5: Ngăn chứa chất lỏng;
6. Trục
Hình 5.5. Cấu tạo bơm bánh răng ăn khớp ngồi.
b) Bơm bánh răng ăn khớp trong: loại này thường dùng cho ơtơ du lịch vì yêu cầu
gọn nhẹ.
Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên (hình 5.6). Bánh răng chủ động (1) được dẫn
động bởi trục khuỷu. Khi bánh răng chủ động quay, nĩ sẽ làm bánh răng bị động (2) quay theo, nhớt sẽđược hút từcacte vào bơm và sau đĩ nhớt sẽđược đưa đến lọc tinh.
Loại bơm bánh răng ăn khớp trong thường dùng cho động cơ ơ tơ du lịch do yêu