CHƯƠNG 2 : CÁC CỤM KẾT CẤU CƠ KHÍ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL
2.1 CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN
2.1.5 Bạc lĩt thanh truyền
Cơng dụng bạc lĩt: Hạn chế sự mài mịn trực tiếp giữa cổ biên với đầu to thanh truyền.
Điều kiện làm việc: Khi làm việc bạc lĩt thanh truyền chịu lực ma sát lớn. Cấu tạo bạc lĩt: Bạc lĩt thường được chế tạo bằng thép tấm uớn cong (gộp bạc), mặt trong cĩ tráng một lớp hợp kim chịu mịn là đồng- chì hoặc thiếc - chì (babít), chiều dày khoảng 0,15 - 0,50mm.
Khi đầu to thanh truyền cắt đội thì bạc lĩt cũng cắt đơi, trên đường phân chia của hai nửa bạc cĩ mấu định vị được lắp vào chỗ phay trên hai phần của đầu to.
Hình 2.12: Bạc lĩt thanh truyền.
Khi đầu to thanh truyền khơng cắt đơi hay để nguyên, thường dùng ổ bi kim hay bi đũa và trên đầu to thanh truyền cĩ khoan lỗ hay xẻ rãnh hứng dầu bơi trơn ổ bi.
Cĩ thể chia bạc lĩt thành hai loại là bạc lĩt mỏng và bạc lĩt dày.
Bạc lĩt mỏng thường thường được sử dụng trên động cơ ơ tơ, máy kéo, cĩ ưu điểm thuận tiện khi thay thế, sửa chữa theo cớt tức là thay bạc cĩ đường kính nhỏ hơn.
Bạc lĩt dày: cĩ gộp bạc và lớp hợp kim chịu mịn đều dày và thường cĩ gờ vai cũng được tráng hợp kim chịu mịn để hạn chế di chuyển dọc trục. Giữa hai bề mặt phân cách của bạc đơi khi cĩ các tấm đệm thép, khi sửa chữa thường được
lấy bớt đi để cĩ thể cạo rà bạc lĩt theo kích thước sửa chữa. 2.1.6 Bu lơng thanh truyền
Cơng dụng bu lơng: Bu lơng thanh truyền là chi tiết ghép nới hai nửa đầu to thanh truyền.
Điều kiện làm việc: Bu lơng thanh truyền khi làm việc chịu tác dụng của các lực như: Lực xiết ban đầu, lực quán tính của nhĩm pít tơng - thanh truyền. Các lực này luơn luơn thay đổi cĩ tính chu kỳ, nên bu lơng thanh truyền cần phải cĩ độ bền cao.
Vật liệu chế tạo bu lơng: Bu lơng thanh truyền thường được chế tạo bằng thép hợp
kim.
Hình 2.13: Bu lơng thanh truyền.
Cấu tạo bu lơng: Bu lơng thanh truyền cĩ cấu tạo đơn giản nhưng rất quan trọng, nĩ cĩ thể cĩ dạng bu lơng hay vít cấy (gugiơng). Hình 2.13 thể hiện cấu tạo của bu lơng thanh truyền thường sử dụng ở động cơ ơtơ, máy kéo. Hai nửa đầu to được định vị bằng hai mặt trụ của bu lơng. Đầu bu lơng cĩ mặt vát A để chớng xoay khi lắp ghép, cịn mặt B cĩ tác dụng làm cho tổng phản lực tác dụng đúng trên đường tâm bu lơng để bu lơng khơng bị uớn. Bán kính gĩc lượn giữa các phần chuyển tếp khoảng 0,2 - 1mm nhằm tránh tập trung ứng suất. Phần nới giữa thân và phần ren thường làm nhỏ lại để tăng độ dẻo của bu
lơng.
Đai ớc cĩ cấu tạo đặc biệt để phân bớ ứng suất đồng đều trên các ren. 2.1.7 Trục khuỷu.
Vai trị: nhận lực từ pít tơng tạo thành momen kéo máy cơng tác và ngược lại.
Điều kiện làm việc: chịu lực tác dụng từ thanh truyền, lực quán tính ly tâm của khới lệch tâm.
Vật liệu chế tạo: Thép C30, C35,C40,C45 ( động cơ tớc độ thấp). Thép hợp kim Cr,Ni( động cơ tớc độ cao). Gang graphit cầu.
Kết cấu: Cĩ các loại trục khuỷu ghép, trục khuỷu nguyên. Trục khuỷu trớn cổ, trục khuỷu đủ cổ.
Hình 2.14: Trục khuỷu động cơ 4 xylanh.
(1)Đầu trục khuỷu;(2) Chốt khuỷu;(3) cổ khuỷu;(4) Má khuỷu;(5) Đối trọng; (6) Đuơi trục khuỷu
Đầu trục khuỷu: Đầu trục khuỷu thường lắp đai ớc khởi động để quay trục khuỷu khi cần thiết hoặc để khởi động cơ bằng tay quay. Trên đầu trục khuỷu cĩ then để lắp puly dẫn động quạt giĩ, máy phát điệnbơm nước của hệ thớng làm mát, đĩa giảm dao động xoắn (nếu cĩ) và lắp bánh răng trục khuỷu để dẫn động trục cam và các cơ cấu khác. Ngồi ra, đầu trục khuỷu cịn cĩ cơ cấu hạn chế di chuyển dọc trục và tấm chặn để khơng cho dầu nhờn lọt ra khỏi đầu trục.
lĩt như ở đầu to thanh truyền hoặc ổ bi. Cổ trục được gia cơng chính xác bề mặt đạt độ bĩng cao và được nhiệt luyện để nâng cao độ cứng. Sớ cổ trục cĩ thể nhiều hơn hay ít hơn sớ xi lanh động cơ. Phần lớn các động cơ cĩ đường kính các cổ trục bằng nhau. Tuy nhiên, một sớ động cơ cỡ lớn đường kính các cổ trục lớn dần từ đầu đến đuơi trục khuỷu.
Chớt khuỷu (cổ biên): Chớt khuỷu là bộ phận để lắp với đầu to thanh truyền. Chớt khuỷu cũng được gia cơng chính xác cĩ độ bĩng cao và được nhiệt luyện để nâng cao độ cứng như cổ trục. Sớ chớt khuỷu bao giờ cũng bằng sớ xi lanh động cơ (động cơ một hàng xi lanh). Đường kính chớt khuỷu thường nhỏ hơn đường kính cổ trục, nhưng cũng cĩ những động cơ cao tớc, do lực quán tính lớn nên đường kính chớt khuỷu cĩ thể làm bằng đường kính cổ trục để tăng độ cứng vững. Cũng như cổ trục, chớt khuỷu cĩ thể làm rỗng để giảm trọng lượng trục khuỷu và chứa dầu bơi trơn, đồng thời các khoang trớng cịn cĩ tác dụng lọc dầu bơi trơn.
Hình 2.15: Kết cấu dẫn dầu bơi trơn chốt khuỷu
Má Khuỷu: Má khuỷu là phần nới liền chớt khuỷu với cổ trục làm thành tay quay trục khuỷu. Hình dáng má khuỷu cĩ thể là chữ nhật, hình trịn, hình bầu dục.
Má khuỷu đơn giản và dễ chế tạo nhất cĩ dạng hình chữ nhật và dạng trịn (Hình 2.16 a, b). Đới với động cơ cổ trục lắp ổ bi, má khuỷu cịn đĩng vai trị như cổ trục. Ngồi ra, má khuỷu cĩ thể chế tạo hình chữ nhật cĩ vát gĩc (Hình 2.16 c) hoặc hình ơ van (Hình 2.16 d).
Hình 2.16: Các dạng má khuỷu.
Đới trọng: Đới trọng là khới lượng gắn đới diện với chớt khuỷu ở hai bên má khuỷu và dùng để cân bằng lực quán tính ly tâm. Đới trọng cịn là nơi để khoan bớt khới lượng khi cân bằng hệ trục khuỷu.
Đới trọng cĩ thể đúc liền với má khuỷu (Hình 2.17 a), loại này thường dùng cho động cơ cổ nhỏ như động cơ ơtơ, máy kéo hoặc để dễ chế tạo, đới trọng cĩ thể làm rời và bắt chặt vào má khuỷu bằng bu lơng (Hình 2.17 b). Để giảm lực tác dụng lên bu lơng, đới trọng được lắp với má khuỷu bằng rãnh mang cá và được kẹp chặt bằng bu lơng (Hình 2.17 c).
Hình 2.17: Các dạng đớ i trọng.
Đuơi trục khuỷu: là kết cấu điển hình của đuơi trục khuỷu rất phổ biến ở động cơ ơ tơ, máy kéo. Theo kết cấu này, đuơi trục khuỷu cĩ mặt bích để lắp bánh đà và được làm rỗng để lắp ổ bi đỡ trục sơ cấp của hộp sớ. Trên bề mặt ngõng trục cĩ phớt chắn dầu, tiếp đĩ là ren hồi dầu cĩ chiều xoắn ngược với chiều quay của trục khuỷu để gạt dầu trở lại, sát với cổ trục cuới cùng là đĩa chắn dầu. Khi động cơ làm việc, dầu được các kết cấu chắn dầu ngăn lại sẽ rơi xuớng theo lỗ thốt trở về các te.
Hình 2.18: Kết cấu đuơi trục khuỷu.
2.1.8 Bánh đà
Vai trị: Làm đều chuyển động quay. Là nơi lắp các chi tiết của cơ cấu khởi động.
Vật liệu chế tạo: Gang xám( dùng cho động cơ tớc độ thấp). Thép ít cacbon( dùng cho động cơ tớc độ cao).
Kết cấu: Cấu tạo chung của bánh đà cĩ dạng hình trịn, khới lượng tập trung nhiều ở vành ngồi. Trên bánh đà thường cĩ lỗ cơn để lắp vào trục khuỷu và rãnh then định vị, cĩ dấu chỉ vị trí của pít tơng sớ một ở điểm chết trên (động cơ nhiều xi lanh), gĩc phun hay đánh lửa sớm. Theo kết cấu bánh đà được chia thành các loại sau: Cĩ dạng đĩa, dạng vành, dạng chậu, dạng vành cĩ nan hoa.
Hình 2.1: Các dạng bánh đà
(a) bánh đà dạng đĩa; (b) bánh đà dạng vành; (c) bánh đà dạng chậu;(d) bánh đà dạng vành cĩ nan hoa.
Bánh đà dạng đĩa: là bánh đà dạng đĩa mỏng, cĩ mơ men quán tính nhỏ nên chỉ dùng cho động cơ tớc độ cao như động cơ ơtơ, máy kéo. Bề mặt bánh đà được gia cơng phẳng, nhẵn để lắp đĩa ma sát và đĩa ép của bộ ly hợp. Ngồi ra trên bánh đà thường được ép vành răng khởi động nếu động cơ khởi động bằng động cơ điện hoặc động cơ phụ.
Bánh đà dạng vành: là bánh đà dày cĩ mơ men quán tính lớn, thường dùng cho động cơ ít xi lanh cơng suất nhỏ.
Bánh đà dạng chậu: là bánh đà cĩ dạng trung gian của hai loại trên. Bánh đà loại này cĩ mơ men quán tính lớn và sức bền cao, thường gặp ở động cơ máy kéo.
Bánh đà dạng vành cĩ nan hoa: Để tăng mơ men quán tính phần lớn khới lượng của bánh đà dạng vành xa tâm quay và nới với moay ơ kiểu nan hoa. Thơng thường sau khi chế tạo, bánh đà và trục khuỷu được lắp ghép với nhau rồi cân bằng động. Giữa trục khuỷu và bánh đà đều cĩ kết cấu định vị để đảm bảo vị trí tương quan khơng thay đổi.
2.2 Cơ cấu phân phới khí.
2.2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại cơ cấu PPK
Nhiệm vụ: Nạp khơng khí sạch (động cơ diesel) vào xylanh để động cơ làm việc liên tục. Thải khí đã cháy (khí thải) ra khỏi xylanh.
Yêu cầu: Đảm bảo chất lượng của q trình trao đổi khí (nạp đầy khơng khí và thải sạch sản vật). Đĩng mở đúng thời điểm qui định. Đảm bảo đĩng kín buồng cháy của động cơ trong các kỳ nén nổ.
*Pha phới khí.
Xupáp nạp cần được mở trước ĐCT và đĩng muộn sau điểm chết dưới. Mức độ mở sớm hay đĩng muộn được đánh giá bằng gĩc quay của trục khuỷu và cĩ giá trị phụ thuộc vào từng kiểu động cơ, quá trình nghiên cứu này rất phức tạp. Đới với xupáp xả cũng cần mở sớm và đĩng muộn tương tự như xupáp nạp. Chính vì vậy nĩ tạo ra gĩc trùng điệp (gĩc mà cả hai xupáp đều mở).
Quá trình mở sớm đĩng muộn nhằm đảm bảo nạp được nhiều khơng khí cũng như thải sạch khí thải ra ngồi. Q trình mở sớm xupáp làm cho diện tích lưu thơng khơng khí tăng lên khi ở đầu các kỳ. Q trình đĩng muộn nhằm tận dụng quán tính của dịng khí ở cuới các kỳ.
Phân loại :
- Cĩ hai nhĩm hệ thớng phân phới khí (PPK) mà các cấu tạo của hệ thớng khác nhau hồn tồn.
HTPPK Dùng pít tơng để đĩng mở đường nạp thải ( động cơ hai kỳ) HTPPK Dùng xupáp để đĩng mở đường nạp thải ( động cơ 4 kỳ) . * Phân loại theo bớ trí xupáp: Xupáp treo; Xupáp đặt.
* Phân loại theo dẫn động trục cam: Dẫn động bánh rang; Dẫn động xích; Dẫn động đai răng
* Phân loại theo sớ xupáp, phân loại theo sớ trục cam….
2.2.2 Hoạt động cơ bản của hệ thớng phới khí động cơ 4 kỳ
Để thực hiện nhiệm vụ đĩng mở xu páp theo pha phới khí, trên động cơ 4 kỳ sử dụng các cấu trúc cơ bản trình bày trên dưới đây. Cấu tạo cơ bản của cơ cấu phới khí bao gồm: các bộ phận dẫn động trục cam và cam quay (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7), cụm xu páp (9, 8). Cụm xu páp cĩ nhiệm vụ đĩng mở các cửa nạp và thải khi của buồng đớt, theo sự điều khiển của cam quay. Bộ phận dẫn động cam quay cĩ nhiệm vụ tạo nên sự dịch chuyển (đĩng, mở) xu páp theo quy luật của pha phới khí động cơ.
Khi động cơ 4 kỳ làm việc, một bộ truyền chuyển động quay từ trục khuỷu tới trục cam. Tỷ sớ truyền của bộ truyền này bằng 1/2, tức là trục khuỷu quay 2 vịng, trục cam sẽ quay 1 vịng.
Các vấu cĩ hình dạng cam, bớ trí trên trục quay, tác động vào xu páp tạo nên hành trình dịch chuyển tịnh tiến của xu páp. Xu páp luơn bị lị xo ép vào vị trí đĩng kín buồng đớt. Khi cam chuyển động, đỉnh lồi của vấu cam tỳ vào cơ cấu truyền, mở xu páp. Khi vấu cam quay đến phần bằng, lị xo xu páp cĩ tác dụng đẩy xu páp về vị trí đĩng. Sự phới hợp giữa các xu páp thơng qua việc chế
tạo chính xác trục và cam theo pha phới khí của động cơ.
Cấu trúc của cụm dẫn động trục cam rất đa dạng, phụ thuộc vào sự bớ trí trục cam xa hay gần trục khuỷu, sớ lượng xu páp, sớ lượng trục cam cần thiết trên động cơ, và yều cầu hạn chế tiếng ồn phát ra của cơ cấu.
Để năng cao chất lượng làm việc của động cơ, đặc biệt ở các động cơ cĩ tớc độ cao, quy luật làm việc của pha phới khí được xác định chính xác và cĩ thể được điều chỉnh theo tớc độ của động cơ. Khi động cơ làm việc ở tớc độ cao, các xu páp cần được mở sớm, đĩng muộn hơn để nâng cao chất lượng q trình nạp và thải. Các pha phới khí cĩ thể thay đổi được (Variable Valve Timing – VVT- van biến thiên) thực hiện mở rộng hoặc thu hẹp khoảng làm việc như trên đồ thị tiết diện - thời gian của pha phới khí. Các cơ cấu điều khiển pha phới khí như vậy đã ứng dụng cơng nghệ điều khiển điện tử, giúp hồn thiện chất lượng động cơ.
2.2.3 Các phương pháp dẫn động trục cam.
Cĩ nhiều phương pháp dẫn động trục cam. Tuỳ thuộc vào từng loại động cơ với thiết kế vị trí trục cam khác nhau mà người ta chọn cách dẫn động trục cam thích hợp. Để thực hiện đúng các pha phới khí thì các thời điểm mở và đĩng của xupáp phải tương đương với vị trí nhất định của pít tơng. Để đảm bảo khơng bị trượt tương đới trong truyền động từ trục khuỷu đến trục cam phải đảm bảo tỉ sớ truyền 2:1 (động cơ 4 kỳ), 1:1 (động cơ 2 kỳ). Đáp ứng nhu cầu đĩ thì cĩ các cách dẫn động như sau:
- Dẫn động trực tiếp giữa bánh răng cơ và bánh răng cam. - Dẫn động gián tiếp thơng qua các bánh răng trung gian. - Dẫn động bằng xích.
- Dẫn động bằng đai (thường sử dụng bằng đai răng).
Dẫn động trục cam bằng bộ truyền bánh răng: Bánh răng chủ động 2 được lắp ở đầu trục khuỷu truyền chuyển động cho trục cam nhờ ăn khớp với một hay hai bánh răng cam 1. Dạng bớ trí dẫn động trực tiếp này được dùng trên động cơ ơ tơ tải, cơng suất lớn và trục cam ở gần trục khuỷu. Bộ truyền bánh răng nghiêng cho phép làm việc êm, và đảm bảo liên kết chính xác giữa
hai trục. Một sớ kết cấu sử dụng các bánh răng phi kim loại nhằm giảm độ ồn trong làm việc, hoặc nhiều cặp bánh răng để tăng khoảng cách giữa các trục. Dạng truyền động bánh răng cần phải bơi trơn thường xuyên.
Bộ truyền xích: Dẫn động trục cam bằng bộ truyền xích phù hợp với khoảng cách trục lớn, tuy nhiên độ chính xác của pha phới khí và độ ồn kết cấu phụ thuộc vào độ căng xích. Để đảm bảo độ căng xích, bộ truyền sử dụng bộ phận giảm chấn và cơ cấu căng xích 5, 10 theo phương pháp tự động điều chỉnh hoặc thủ cơng
Bộ truyền xích cũng cĩ khả năng truyền được lực lớn (nhỏ hơn bộ truyền bánh răng), dùng để truyền khi khoảng cách trục truyền xa. Bộ truyền xích cĩ nhược điểm là tiếng ồn lớn và phải bơi trơn thường xuyên. Đới với các động cơ cơng suất lớn cần lực dẫn động cam lớn thường sử dụng bộ truyền xích.
Trong bộ truyền xích người ta thường dùng các miếng nhựa để căng xích thơng qua lị xo hay sử dụng áp suất dầu.
2.2.4 Bố trí xupáp và trục cam.
Nhằm đảm bảo yêu cầu nạp đầy và thải sạch, xu hướng chung bớ trí nhiều xu páp trên một xy lanh.
Với các loại động cơ cĩ kích thước xi lanh nhỏ, thường bớ trí dạng a (kết cấu truyền thớng): một trục cam điều khiển sự làm việc cả xu páp nạp và xả, bớ trí dạng b, c: sử dụng nhiều xu páp với hai trục cam đặt song song. Bớ trí dạng d được sử dụng với xi lanh cĩ đường kính lớn.Việc bớ trí xu páp cịn liên quan tới việc bớ trí lỗ lắp bugi (hay lỗ vịi phun cao áp) và trục cam
2.2.5 Các dạng bớ trí dẫn động xu páp
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