CHƯƠNG 2 : CÁC CỤM KẾT CẤU CƠ KHÍ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL
2.2 CƠ CẤU PHÂN PHỚI KHÍ
2.2.5 Các dạng bớ trí dẫn động xupáp
Trục cam được được bớ trí dọc theo thân máy để dẫn động xu páp. Trên hình 2.8 được trình bày các kết cấu dẫn động xu páp trong động cơ.
Bớ trí một trục cam trong thân máy (SV – side valve), dẫn động xu páp đặt thơng qua cớc đỡ . Xu páp dịch chuyển nhờ con đội và đũa đẩy. Dạng bớ trí này phù hợp với khoảng cách trục cam và trục khuỷu nhỏ, cho phép rút ngắn chiều cao động cơ, tuy nhiên thể tích buồng cháy kém gọn.
Bớ trí trục cam nằm trong thân máy, xu páp treo thơng qua cớc đỡ và địn đẩy , cị mổ . Kết cấu cho phép rút gọn thể tích buồng đớt, nhưng dẫn động từ cam tới xu páp thơng qua địn đẩy dài.
Bớ trí một trục cam 1 trên nắp máy (OHC – Overhead camshaft) như trên (hình 2.8a). Trục cam điều khiển xu páp thơng qua cị mổ . Trên đầu cị mổ bớ trí cơ cấu vít điều chỉnh .
Bớ trí một trục cam trên nắp máy (OHC – hình 2.8b). Trục cam bớ trí giữa nắp máy dẫn động hai dãy xu páp hút và xả.
Bớ trí hai trục cam trên nắp máy (hình 2.8c - DOHC – Double overhead camshaft). Mỗi trục cam dẫn động các xu páp cần thiết. Cấu trúc gọn, cho phép dễ dàng làm mát thân xu páp, và được dùng phổ biến trên động cơ ơ tơ hiện nay. Bớ trí một trục cam trong nắp máy (Hình 2.8d - CIH – Camshaft in head ). Trục cam 3 đặt trong nắp máy 2 dẫn động xu páp.
Nguyên tắc dẫn động xu páp là thực hiện điều khiển xu páp dịch chuyển tịnh tiến, đĩng mở các cửa nạp thải khí, thơng qua chuyển động quay của trục cam. Trên trục cam bớ trí các cam cĩ biên dạng phù hợp với hành trình dịch chuyển của xu páp nạp hay xu páp xả. Như vậy, mỗi một cam điều khiển một xu páp.
Khi xu páp đang ở trạng thái đĩng, giữa cị mổ 4 và đuơi xu páp cĩ khe hở nhất định, (khe hở nhiệt). Khe hở này nhằm đảm bảo cho xu páp cĩ thể đĩng hồn tồn khi nhiệt độ động cơ cao, các chi tiết bị giãn nở nhiệt. Khe hở nhiệt
được bớ trí phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc các chi tiết và chiều dài giãn nở, các loại động cơ hiện nay cĩ giá trị nằm trong khoảng (0,2 0,3) mm.
Nếu khe hở nhiệt quá nhỏ, xu páp cĩ thể khơng được đĩng kín hồn tồn. Ngược lại nếu khe hở quá lớn, trong quá trình làm việc sẽ gây ồn và giảm tuổi thọ các chi tiết trong cơ cấu. Khe hở nhiệt cần được định kỳ điều chỉnh trong quá trình sử dụng.
Sau khi lắp ráp hoặc sau một thời gian sử dụng cần phải điều chỉnh khe hở nhiệt trong cơ cấu. Để điều chỉnh khe hở xu páp, cần quay trục khủyu đến vị trí xu páp đĩng hồn tồn, sau đĩ tiến hành điều chỉnh đúng kích thước khe hở quy định.
Để tránh va đập giữa các chi tiết trong khe hở nhiệt và gây ồn khi động cơ làm việc, động cơ ơ tơ hiện nay thường dùng đệm, hay gới đỡ thủy lực. 2.2.6 Trục cam.
Trục cam là chi tiết điều khiển việc đĩng, mở của các xu páp tuân theo đúng pha phới khí của động cơ.
Trục cam được chế tạo bằng thép hợp kim và được bớ trí ở thân máy hay nắp máy thơng qua bạc trục cam. Thơng thường các cam được chế tạo liền với trục. Để giảm ma sát và mài mịn khi làm việc, bề mặt của cam và của cổ trục được gia cơng chính xác, thấm Các bon, Ni tơ, tơi cứng và mài bĩng.
Kết cấu trục cam gồm: các vấu cam (sớ lượng vấu cam đúng bằng sớ xu páp cần điều khiển), các cổ trục và mới ghép với bánh răng cam. Sớ cổ trục được bớ trí nhằm đảm bảo độ cứng vững của trục, sớ lượng và cách bớ trí các xi lanh. Các vấu cam được bớ trí tương ứng với thứ tự làm việc của các xi lanh. Biên dạng vấu cam quyết định thời điểm đĩng, mở các xu páp. Chiều cao của đỉnh cam, quyết định độ mở (hành trình) của xu páp. Biên dạng cam cĩ thể đới xứng hoặc khơng đới xứng, đảm bảo đĩng, mở xu páp một cách êm dịu và dứt khốt.
Các cổ của trục cam là vị trí lắp lên các gới đỡ trục, các gới này thường là các ổ trượt (bạc cam). Trục cam được chặn dọc trục ở cổ trục đầu tiên, ngay
sau bánh răng trục cam để tăng độ cứng vững, giảm khả năng bị cong do dãn nở nhiệt.
2.2.7 Xu páp và lị xo xu páp
Xu páp cùng với đế xu páp cĩ nhiệm vụ đĩng mở các đường nạp và thải khí, thực hiện q trình trao đổi khí của xi lanh. Trong q trình động cơ làm việc, các xu páp tiếp xúc với khí cháy (đặc biệt là xu páp xả) chịu áp lực và nhiệt độ cao, chịu ăn mịn và mài
mịn nên vật liệu chế tạo xu páp thường là Thép hợp kim cĩ thành phần Mangan, Niken, Crơm…
Tán cĩ dạng đĩa phẳng, lồi hoặc lõm, gắn với phần thân xu páp. Mặt làm kín của tán (chỗ tiếp xúc với đế xu páp) được chế tạo vát hợp lý, nhằm hạn chế tổn thất dịng khí. Đế xu páp nằm trên nắp máy và cũng cĩ mặt vát tương ứng nhưng bề rộng mặt vát nhỏ hơn. Các mặt tỳ của xu páp và đế thường hay bị cháy rỗ nên trong sửa chữa cần được rà khít với nhau. Một sớ xu páp xả được chế tạo với một khoang rỗng, kín nằm trong phần tán và thân, chứa Natri để làm mát.
Thân xu páp cĩ nhiệm vụ dẫn hướng và giúp tản nhiệt cho tán. Trong quá trình làm việc, thân xu páp di chuyển trong ớng dẫn hướng 1 (hình 2.10d). Ống 1 cĩ nhiệm vụ dẫn hướng, làm kín, thường được chế tạo độc lập và ép vào nắp máy. Phần thân trượt xu páp và ớng dẫn hướng được gia cơng với độ chính xác, độ bĩng cao. Giữa thân xu páp và ớng dẫn hướng cĩ phớt bao kín 2 để
khơng cho dầu lọt vào đường nạp và thải. Phần nới tán thường được làm nhỏ lại để dễ gia cơng và tránh hiện tượng kẹt xu páp trong ớng dẫn hướng do dãn nở nhiệt. Phần tán và thân cĩ thể được chế tạo rời rồi hàn ghép lại, để tiết kiệm vật liệu quý. Đuơi xu páp là nơi lắp đĩa đỡ lị xo xu páp 5, thường cĩ rãnh vịng hoặc mặt cơn để lắp hai nửa mĩng hãm 11 vào trong đĩa đỡ lị xo xu páp. Các nửa mĩng hãm 11 cĩ dạng hình nêm, bị chặn phía trên bởi đĩa đỡ lị xo 5, và truyền lực đẩy của lị xo sang thân xu páp. Khi xu páp ở trạng thái đĩng, lực lị xo làm cho nấm xu páp luơn tỳ chặt lên đế, đảm bảo độ kín cho buồng đớt.
Ở một sớ động cơ, xu páp được bớ trí tự xoay khi làm việc (hình 2.10d). Cơ cấu tự rà xu páp đặt giữa lị xo xu páp 1 và nắp máy, thơng qua cơ cấu bi lị xo 2 đặt trong đĩa 3 cĩ các rãnh nghiêng.
Nguyên lý xoay thân xu páp dựa trên cơ sở thay đổi lực ép F của lị xo khi làm việc. Ở hành trình tăng lực F của lị xo, viên bi bị đẩy chạy trên rãnh nghiêng, thực hiện xoay lị xo và xu páp với đế xu páp gĩc nhỏ. Khi giảm lực F, viên bị bị đẩy ngược trở lại, nhưng khơng đủ tác dụng xoay ngược lị xo và xu páp.
Đế xu páp (hình 2.10c) cĩ thể được gia cơng trực tiếp trên nắp máy (với nắp máy đúc bằng gang) hoặc chế tạo thành chi tiết rời, ép vào nắp máy.
Vật liệu của đế xu páp rời mềm hơn vật liệu tán xu páp. Trong quá trình làm việc đế bị mịn dần và cĩ thể được thay thế. Xu páp và đế xu páp trong q trình làm việc được rà khít với nhau, đảm bảo khả năng đĩng kín buồng đớt, do vậy khi tháo xu páp, cần phải đánh dấu tránh lắp lẫn các xu páp ở các vị trí khác nhau.
Lị xo xu páp cĩ nhiệm vụ ép chặt mặt tỳ của xu páp lên đế xu páp, đảm bảo giữ cho xu páp luơn đĩng kín. Để nâng cao độ tin cậy làm việc, kết cấu thường sử dụng 2 lị xo lồng, cĩ hướng xoắn ngược nhau.
2.2.8 Con đội, địn đẩy, cị mổ
Con đội là chi tiết tiếp xúc với cam để truyền chuyển động đến địn đẩy và xu páp, thường cĩ mặt trên trên cơ cấu phới khí dạng SV, OHV. Con đội truyền chuyển động trực tiếp đến cị mổ hay xu páp.
Yêu cầu đới với con đội là: khới lượng nhỏ, diện tích tiếp xúc với bề mặt cam lớn, ma sát nhỏ, thường được chế tạo bằng thép hợp kim.
Kết cấu một sớ dạng con đội cơ khí trình bày trên . Bề mặt làm việc của con đội cĩ kết cấu dạng hình nấm , hình trụ , dạng con đội con lăn . Con đội con lăn cho phép giảm nhỏ ma sát ở dạng ma sát lăn. Để bớ trí khe hở nhiệt, một sớ con đội cĩ kết cấu điều chỉnh khe hở ở con đội . Trên động cơ ơ tơ con sử dụng con đội thuỷ lực (khơng khe hở nhiệt), giúp cơ cấu làm việc êm hơn, khơng phải điều chỉnh trong quá trình sử dụng.
Địn đẩy là chi tiết nới con đội với cị mổ. Nĩ cĩ dạng thanh, làm bằng thép đặc hoặc rỗng, các đầu thanh cĩ dạng mặt cầu để tỳ lên con đội (đầu dưới) và đế của vít điều chỉnh. Các đầu tỳ này được thấm các bon và tơi cứng để đảm bảo chớng mài mịn tớt trong quá trình làm việc.
Cị mổ là chi tiết truyền lực giữa đũa đẩy với đuơi xu páp trên các loại cơ cấu phới khí OHV, hoặc truyền lực giữa cam và xu páp trên cơ cấu phới khí OHC, DOHC, CIH. Kết cấu bớ trí cị mổ trình bày trên.
Cị mổ 1 được chế tạo từ thép hợp kim bằng cơng nghệ dập hoặc đúc, và kết cấu ở dạng địn gánh hay bơi.
Cị mổ dạng địn gánh cĩ trục quay cớ định. Điểm tựa quay cĩ thể nằm ở một đầu hay nằm giữa hai điểm truyền lực, phụ thuộc vào vị trí trục cam. Điểm tựa địn gánh được lắp trên trục nhờ bạc bằng đồng.
Cị mổ dạng bơi bớ trí tự lựa thơng qua gới tựa cầu.Trên cị mổ cịn bớ trí vít điều chỉnh khe hở nhiệt 4 cho cơ cấu phới khí. ngày nay sử dụng nhiều dạng gới đỡ thủy lực khác nhau.
2.2.9 Con đội thủy lực và gới đỡ thủy lực
Cấu trúc con đội thủy lực, gới đỡ thủy lực được trình bày trên. Con đội thủy lực được bớ trí ở vị trí thay thế của con đội cơ khí, kết cấu của nĩ được trình bày trên (hình 2.16a). Gới đỡ thuỷ lực (hình 2.16b) được bớ trí ở: đầu cị mổ tại chỗ tỳ vào xu páp (hình 2.16b), điểm tựa cớ định của cị mổ (hình 2.16c). Cơ cấu phới khí sử dụng con đội thủy lực hay gới đỡ thủy lực, khơng cần điều chỉnh
khe hở nhiệt trong quá trình sử dụng.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một con đội thủy lực được thể hiện trên Cị mổ được bớ trí tại điểm điểm tựa cớ định. Khi cam quay ở phần thấp, lị xo đẩy pit tơng 3 đi lên tạo thơng lỗ dầu động cơ vào bên trong pit tơng. Khi cam quay đến phần lồi, đầu cị mổ cĩ xu hướng bị ấn vào gới đỡ của nắp máy, pit tơng 3 nén lị xo và đi xuớng, bịt lỗ cấp dầu, van một chiều 2 đĩng. Dầu bên trong pit tơng bị nén, đẩy ngược vào đầu cị mổ. Khi cam quay qua đỉnh lồi, pit tơng 3 đi lên bù êm khe hở và xu páp đĩng lại. Nếu xuất hiện khe hở trong cơ cấu, pit tơng đi lên, mở dầu từ hệ thớng bơi trơn cấp vào khoang trong thân con đội, triệt tiêu được khe hở. Thực chất con đội thủy lực sử dụng áp suất dầu bơi trơn trong động tạo nên đệm dầu cĩ khả năng tự điều chỉnh chiều dài làm việc. Kết cấu con đội thủy lực, gới đỡ thủy lực và cả đệm thủy lực đặt ở đầu tỳ xu páp (hình 2.14c) được gặp nhiều trong các cơ cấu phới khí hiện nay.
2.3 Kết cấu thân máy, nắp máy.
Hình 2.20: Cấu tạo thân máy và nắp máy (1)Nắp máy; (2)Gioăng nắp quy lát; (3)Thân máy.
2.3.1 Thân máy
Vai trị: là nơi lắp đặt các cơ cấu và hệ thớng của động cơ. Lấy nhiệt từ thành vách xilanh tỏa ra mơi trường xung quanh để làm mát động cơ trong quá trình hoạt động.
Vật liệu chế tạo: Hợp kim nhơm, được sử dụng phổ biến trên các động cơ ơ tơ. Nhẹ nên giảm được trọng lượng động cơ, dẫn nhiệt tớt nhưng cĩ nhiệt độ thấp và độ bền cơ học kém hơn gang.
Gang (gang xám), được sử dụng trên các động cơ cỡ lớn. Cĩ độ bền cơ học cao nhưng nặng và cĩ nhiệt độ cao.
Điều kiện làm việc: Chịu nhiệt độ cao trong quá trình làm việc; Trong quá trình làm việc chịu lực khí thể rất lớn và trọng lượng cao.
Kết cấu thân máy: Thân máy là một chi tiết cơ bản của động cơ. Thân máy cĩ nhiều kiểu với kết cấu khác nhau. Căn cứ vào cách bớ trí xi lanh, thân máy được chia thành hai loại: loại thân đúc liền và thân đúc rời.
Hình 2.21: Kết cấu thân máy
Loại đúc liền: là hợp chung cho các xi lanh, dùng cho động cơ cỡ nhỏ và trung bình.
Loại đúc rời: Các xi lanh đúc riêng từng khới và ghép lại với nhau, dùng cho các động cơ cỡ lớn.
Loại thân máy cĩ xi lanh đúc liền với thân máy thành một bộ phận gọi là thân xi lanh.
Loại thân máy cĩ ớng lĩt xi lanh làm riêng rồi lắp vào thân máy gọi là thân động cơ.
Hiện nay thân máy cĩ thể đúc liền với nửa trên của các te hoặc thân máy đúc liền với cả các te.
Hình dáng, kích thước của thân máy phụ thuộc vào loại động cơ, sớ lượng xi lanh, phương án bớ trí cơ cấu phân phới khí, phương pháp làm mát .v.v... - Sớ lượng xilanh ít thường bớ trí một dãy thẳng hàng.
- Động cơ 6 xylanh trở lên thường được bớ trí hình chữ V nhằm thu ngắn chiều dài.
Thân máy động cơ bớn kỳ dùng xu páp đặt cĩ cấu tạo phức tạp, ở thân máy khơng
những là nơi gá lắp các cơ cấu hệ thớng chính của động cơ mà cịn là nơi cĩ cửa nạp, cửa xả và ớng dẫn hướng xu páp.
Thân máy động cơ bớn kỳ dùng xu páp treo cĩ cấu tạo đơn giản hơn so với thân máy động cơ bớn kỳ dùng xu páp đặt.
Đới với động cơ làm làm mát bằng nước, bên trong thân máy cĩ các khoang chứa nước (áo nước). Đới với động cơ làm mát bằng khơng khí, bên
ngồi thân máy cĩ các phiến tản nhiệt.
Mặt trên của thân máy cịn cĩ các lỗ để lắp gugiơng, bu lơng, bên ngồi cĩ lỗ để lắp bơm dầu, bộ chia điện, các cửa để diều chỉnh xu páp....
Thân máy động cơ hai kỳ loại khơng cĩ xu páp, cĩ đặc điểm là: trên thân xi lanh cĩ đường nạp thơng với các te, đường thổi thơng từ các te lên phần dung tích làm việc của xi lanh và đường xả thơng từ xi lanh ra ngồi. Tuỳ theo động cơ mà vị trí và cấu tạo của đường nạp, đường xả và đường thổi khác nhau. Nhưng thơng thường đường thổi làm nghiêng lên phía trên một gĩc nhất định và đặt hai bên thành xi lanh. Hai dịng khí qua cửa thổi vào xi lanh sẽ hội tụ tại một điểm rồi mới đi ngược lên phía trên để nạp đầy xi lanh và đẩy khí cháy ra ngồi.
Áo xi lanh (hình 2.22) được đề cập đến chính là thành xi lanh. Do áo xi lanh tiễp xúc trực tiếp với pít tơng nên nĩ được bơi trơn bằng dầu máy. Áo xi lanh phải đảm bảo độ bền, chịu nhiệt và chịu mài mịn. Nếu thân máy được đúc bằng gang thì áo xi lanh do việc đánh bĩng bề mặt xi lanh mà thành (Khơng cĩ áo xi lanh). Nếu thân máy đúc bằng nhơm thì người ta chế tạo riêng áo xi lanh bằng gang sau đĩ mới lắp vào thân máy. Ta cũng cĩ thể gặp thân máy bằng nhơm khơng cĩ áo xi lanh nhưng loại này cĩ giá thành đắt nhưng cho thân máy nhẹ hơn và thường dùng cho động cơ cĩ cơng suất cao. Với xe Hyundai khơng cĩ loại áo xi lanh ướt.
Áo nước được hiểu là các đường nước được tạo thành bên trong thân máy và chạy xung quanh xi lanh. Áo nước cĩ nhiệm vụ hấp thụ nhiệt sản sinh ra trong quá trình cháy và duy trì nhiệt độ động cơ ở một mức độ nhất định.
Hộp các te là giá đỡ để lắp các thiết bị phụ trợ như máy phát, bơm trợ lực, lớc điều hịa, chân máy… Hộp các te là một phần của thân máy và cĩ thể được chế tạo liền với thân máy hoặc chế tạo rời sau đĩ ghép với thân máy bằng bu