Tài liệu Cấu tạo động cơ ô tô

103 trang phuongnguyen 890

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tài liệu Cấu tạo động cơ ô tô", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

tai_lieu_cau_tao_dong_co_o_to.doc

Nội dung text: Tài liệu Cấu tạo động cơ ô tô

Cấu tạo động cơ ô tô
MỤC LỤC 3.1. Giới thiệu chung 1 3.2. Thân máy, nắp máy, xy lanh và các te 1 3.3. Cụm piston 5 3.4. Cụm thanh truyền 11 3.5. Nhóm trục truỷu – bánh đà 16 Chương IV: HỆ THỐNG PHỐI KHÍ 23 4.1. Chức năng, yêu cầu và phân loại. 23 4.2. Pha phối khí động cơ đốt trong (động cơ xăng và diezel). 23 4.3. Kết cấu và hoạt động của hệ thống phối khí 24 CHƯƠNG VI: HỆ THỐNG BÔI TRƠN 43 5.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại 43 5.2. Các phương án bôi trơn 44 5.2.1. Bôi trơn bằng phương pháp vung té 44 5.3. Các chi tiết chính trong hệ thống bôi trơn 47 5.4. Dầu bôi trơn 52 Chương VI: HỆ THỐNG LÀM MÁT 54 6.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại 54 6.2. Kết cấu và hoạt động của hệ thống làm mát. 55 CHƯƠNG VII: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU 63 7.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng 63 7.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel 77
CƠ CẤU SINH LỰC 3.1. Giới thiệu chung 3.1.1. Chức năng Là nguồn cung cấp động năng cho các hoạt động của ôtô: cung cấp mô men quay cho bánh đà, dẫn động các cơ cấu, hệ thống khác (hệ thống nhiên liệu, cơ cấu phân phối khí, hệ thống làm mát ). 3.1.2. Yêu cầu - Hiệu suất làm việc cao. - Làm việc ổn định. - Không rung giật, ít gây tiếng ồn. - Kích thước và trọng lượng nhỏ, công suất riêng lớn . - Khởi động, vận hành, chăm sóc dễ dàng. - Thành phần gây ô nhiễm môi trường nhỏ. 3.2. Thân máy, nắp máy, xy lanh và các te. 3.2.1. Thân máy Hình 3.1. Thân máy a: Động cơ 1 hàng xylanh b: Động cơ chữ V 3.2.1.1. Chức năng - Là nơi lắp đặt và bố trí hầu hết các cụm chi tiết của động cơ. - Là nơi lấy nhiệt từ thành vách xylanh. - Duy trì áp suất nén của piston và tiếp nhận áp suất nổ. 3.2.1.2. Phân loại a). Phân loại theo kiểu làm mát
- Thân máy làm mát bằng nước: Thường ở động cơ ô tô, máy kéo . - Thân máy làm mát bằng gió: Thường gặp ở động cơ xe máy. b). Phân loại theo kết cấu kếu - Thân xylanh – hộp trục khuỷu: Thân xylanh đúc liền hộp trục khuỷu. - Thân máy rời: Thân xylanh làm rời với hộp trục khuỷu và lắp với nhau bằng bulông hay gugiông. c). Phân loại theo tình trạng chịu lực khí thể: - Thân xylanh hay xylanh chịu lực: Lực khí thể tác dụng lên lắp xylanh, qua gu giông nắp máy rồi chuyền xuống truyền xuống thân xylanh. - Vỏ thân chịu lực: Lực khí thể chuyền qua gu giông xuống vỏ thân, xylanh hoàn toàn không chịu lực khí thể. - Gugiông chịu lực: Lực khí thể hoàn toàn do gu giông chịu. 3.2.1.3. Đặc điểm cấu tạo: Tùy thuộc vào phương pháp lắp đặt trục khuỷu trong hộp trục khuỷu mà thân máy có cấu tạo khác nhau. a) b) c) Hình 3.2. Các dạng thân máy. a: Trục khuỷu treo b: Trục khuỷu đặt c: Trục khuỷu luồn 3.2.2. Xy lanh 3.2.2.1. Chức năng - Kết hợp với piston và nắp máy tạo thành buồng cháy. - Dẫn hướng cho piston. - Tản nhiệt cho buồng cháy. 3.2.2.2. Yêu cầu - Làm bằng vật liệu có độ bền cao: Chống ăn mòn cơ học, ăn mòn hóa học tốt. - Có hệ số nở dài thấp. - Tản nhiệt tốt.
3.2.2.3. Phân loại Gồm hai loại chính là xylanh liền thân và xylanh rời thân. Xylanh rời thân có sử dụng lót xy lanh trong đó có lót xylanh khô và lót xy lanh ướt. a) b) c) d) Hình 3.3. Các dạng xylanh a: Xylanh liền thân b,c: Lót xylanh khô d: Lót xylanh ướt 3.2.2.4. Đặc điểm cấu tạo Xylanh có cấu tạo dạng ống trụ. Mặt trong được gia công với độ bóng cao. Được làm cứng qua nhiều gia đoạn đảm bảo chịu ăn mòn cơ học và hóa học tốt. 3.2.3. Nắp máy 3.2.3.1 Chức năng: - Là chi tiết dùng để đậy kín buồng cháy. - Kết hợp với xylanh, piston tạo thành buồng cháy. - Là nơi lắp đặt nhiều bộ phận của động cơ như: Bugi, vòi phun, cụm xupap - Kết hợp với đỉnh piston tạo thành dạng vòng xoáy của hỗn hợp khí cháy. 3.2.3.2 Yêu cầu - Có đủ sức bền cơ học, độ cứng vững khi chịu nhiệt độ cao và áp suất lớn nhưng trọng lượng phải nhỏ. - Tạo được dạng buồng cháy thích hợp. - Dễ dàng tháo lắp, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa các cơ cấu và chi tiết lắp trên nắp xylanh. - Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và ứng suất nhiệt bé. - Đảm bảo đậy kín buồng cháy, không bị lọt khí, rò nước. 3.2.3.3. Phân loại Gồm 3 loại chính: Nắp máy động cơ xăng, nắp máy động cơ diezel, nắp máy động cơ làm mát bằng gió. a). Nắp máy động cơ xăng: Nắp máy có kết cấu tùy thuộc dạng buồng cháy. - Nắp máy động cơ dùng cơ cấu phân phối khí dạng xupáp treo: Xupáp nạp lớn hơn xupap thải, bugi đặt ở hông buồng cháy, vách buồng cháy thường có khoang chứa nước làm mát, có khoang để luồn đũa đẩy dẫn động xupap, lỗ lắp gu giông lắp máy, lỗ
dẫn nước làm mát. Động cơ xăng có tỷ số nén trung bình và thấp thường dùng loại lắp xylanh có buồng cháy hình chêm. Có tên là động cơ Ricacdo. - Nắp máy động cơ dùng cơ cấu phân phối khí dạng xupap đặt: Nắp máy cấu tạo đơn giản, khác so với nắp máy động cơ dùng cơ cấu phân phối khí dạng xúpap treo là bugi gần xupap nạp để tránh kích nổ. b). Nắp máy động cơ diezel Phức tạp hơn nắp máy động cơ xăng, trên nắp máy phải bố trí rất nhiều chi tiết: đường nạp, thải, cụm xupap của cơ cấu phân phối khí dạng xupap treo. Ngoài ra còn rất nhiều chi tiết như: Vòi phun, buồng cháy phụ, van khí nén, bugi sấy Động cơ nhiều xylanh nắp máy có thể làm rời cho từng xylanh hoặc cụm xylanh (gồm 1 vài xylanh). c). Nắp máy động cơ làm mát bằng gió. Là kết cấu chịu ứng suẩt nhiệt lớn nhất, nắp xylanh được làm rời với lắp với hộp trục khuỷu bằng các gugiông. Nắp thường được chế tạo bằng hợp kim nhôm. 3.2.4. Các te 3.2.4.1. Chức năng Chứa dầu bôi trơn, bảo vệ phía dưới thân máy, bảo vệ trục khuỷu và làm mát động cơ. 3.2.4.2. Yêu cầu Đảm bảo cung cấp đủ dầu trong quá trình tăng tốc hoặc phát hành. 3.2.4.3. Đặc điểm cấu tạo Đáy lắp với thân máy bằng vít, đệm máy làm bằng giấy nệm. Ngoài ra ở hai đầu cácte được lắp phớt ngăn chảy dầu. Đáy dầu phải có kết cấu có các tấm chắn sóng trong đáy dầu hoặc hai phái của bơm dầu để dầu không bị tạo sóng hoặc bị thổi khi bơm trong lúc động cơ tăng tốc hoặc dừng. Đáy cácte thường có hai bậc. Bậc trên ở ngay phía điểm thấp nhất của hành trình biên, trải dài khắp đáy dầu. Toàn bộ dầu trở về đáy dầu qua lưới trước khi trở về chỗ chứa ở bậc dưới. Các te thường chia làm 3 ngăn, ngăn giữa thường sâu hơn 2 ngăn bên. Hình 3.4. Cácte ô tô 1: Đệm cácte . 3: Đáy chứa dầu bôi trơn 2: Tấm ngăn 4: Lỗ bắt các te với than động cơ
3.3. Cụm piston 3.3.1. Piston 3.3.1.1. Chức năng - Cùng các chi tiết khác tạo thành buồng cháy. - Nhận lực khí thể và truyền lực cho thanh truyền trong quá trình giãn nở. - Nhận lực từ thanh truyền trong quá trình hút, nén hỗn hợp khí cháy và quá trình xả sản vật cháy. 3.3.1.2. Yêu cầu Đối với vật liệu làm piston cần có một số yêu cầu sau: + Có độ bền lớn khi nhiệt độ cao và tải trọng thay đổi. + Có trọng lượng riêng nhỏ. + Có hệ số giãn nở nhỏ nhưng hệ số dẫn nhiệt lớn + Chịu mài mòn tốt và chống ăn mòn hóa học của khí cháy. + Giá thành rẻ. 3.3.1.3. Kết cấu Để thuận lợi phân tích kết cấu có thể chia piston thành những phần như đỉnh, đầu, thân và chân piston. Hình 3.5. Piston 1: Đỉnh piston. 2: Đầu piston 3: Thân piston a). Đỉnh Piston Cùng với xylanh, nắp xylanh tạo thành buồng cháy, về mặt kết cấu có các loại đỉnh sau: - Đỉnh bằng: Có diện tích chịu nhiệt nhỏ, kết cấu đơn giản. Thường được sử dụng trong động cơ diezel buồng cháy dự bị và buồng cháy xoáy lốc (hình 3.6.a) - Đỉnh lồi: Có sức bền lớn, đỉnh mỏng nhẹ nhưng diện tích chịu nhiệt lớn. Thường được sử dụng trong động cơ xăng 2 kỳ và 4 kỳ xupáp treo, buồng cháy chỏm cầu (hình 3.6.b và 3.6.c). - Đỉnh lõm: Có thể tạo xoáy lốc nhẹ, tạo thuận lợi cho quá trình hình thành hòa khí và cháy. Tuy nhiên sức bền kém và diện tích chịu nhiệt lớn. Loại đỉnh này thường được sử dụng ở cả động cơ xăng và động cơ diesel (hình 3.6.d). - Đỉnh chứa buồng cháy: Thường gặp trên động cơ diesel (hình 3.6.e,f,g,h). Kết cấu buồng cháy phải thỏa mãn các yêu cầu sau tùy từng trường hợp cụ thể: + Phải phù hợp với hình dạng buồng cháy và hướng của chùm tia phun nhiên liệu để tạo thành hỗn hợp tốt nhất.
+ Phải tận dụng được soáy lốc của không khí trong quá trình nén. Hình 3.6. Các dạng buồng cháy đỉnh piston. b). Đầu piston Đường kính đầu piston thường nhỏ hơn đường kính thân vì thân là phần dẫn hướng của piston. Kết cấu đầu piston phải đảm bảo những yêu cầu sau: - Bao kín tốt cho buồng cháy: Nhằm ngăn khí cháy lọt xuống cacte dầu và dầu bôi trơn từ cácte lọt lên trên buồng cháy. - Tản nhiệt tốt cho piston: Để tản nhiệt tốt thường dùng các kết cấu đầu piston sau: + Phần chuyển tiếp giữa đỉnh và đầu có bán kính chuyển tiếp R lớn. + Dùng gân tản nhiệt dưới đầu piston. + Tạo rãnh ngăn nhiệt ở đầu piston để giảm nhiệt lượng chuyền cho séc măng thứ nhất. + Làm mát cho đỉnh piston (trong động cơ cỡ lớn đỉnh piston thường được làm mát bằng dầu lưu thông như hình 3.7.f). - Sức bền cao: Để tăng sức bền và độ cứng vững cho bệ chốt piston người ta người ta thiết kế các gân trợ lực. Hình 3.7. Các dạng đỉnh piston
c). Thân piston: Có nhiệm vụ hướng cho piston chuyển động trong xylanh. Chiều cao h của thân được quyết định bằng điều kiện áp suất tiếp xúc do lực ngang N gây ra phải nhỏ hơn áp suất tiếp xúc cho phép. N P = [ p] h.D N N Pkt a b Hình 3.8. Thân piston Hình 3.9. Các nguyên nhân gây bó kẹt piston - Vị trí tâm chốt: Phải được bố trí sao cho piston và xylanh mòn đều, đồng thời phải giảm va đập và gõ khi piston đổi chiều. Một số động cơ có tâm chốt lệch với tâm xylanh 1 giá trị e về phía nào đó sao cho lực ngang N max giảm để hai bên chịu lực N của piston và xylanh mòn đều. - Chống bó kẹt piston: Có nhiều nguyên nhân gây ra bó kẹt piston trong xylanh cụ thể: + Lực ngang N. + Lực khí thể . + Kim loại giãn nở . Do những nguyên nhân trên piston thường bị bó kẹt theo phương tâm chốt piston. Đối với piston bằng hợp kim nhôm hệ số nở dài lớn càng dễ sảy ra bó kẹt. - Khắc phục hiện tượng bó kẹt: + Chế tạo than piston có dạng ô van, trục ngắn trùng với tâm chốt. + Tiện vát 2 mặt ở bệ chốt chỉ để lại một cung α = 90 ÷ 100 o để chịu lực mà không ảnh hưởng nhiều đến phân bố lực. + Xẻ rãnh nở trên thân piston. Khi xẻ rãnh người ta không xẻ hết để đảm bảo độ cứng vững cần thiết và thường xẻ chéo để tránh xylanh bị gờ xước. Khi nắp cần chú ý để bề mặt thân xẻ rãnh về phía lực ngang N nhỏ. Loại này có ưu điểm là khe hở lúc nguội nhỏ, động cơ không gõ khởi động dễ dàng. Nhược điểm độ cứng vững của piston giảm nên thường dùng ở động cơ xăng. + Đúc bằng hợp kim có độ nở dài nhỏ.
d). Chân piston: Hình 3.10 là một kết cấu điển hình của chân piston. Theo kết cấu này thân có vành đai để tăng độ cứng vững mặt trụ a cùng với mặt đầu của chân piston là chuẩn công nghệ khi gia công và là nơi điều chỉnh trọng lượng của piston sao cho đồng đều giữa các xylanh. Hình 3.10. Chân piston 3.3.2. Chốt piston 3.3.2.1. Chức năng Chốt piston là chi tiết nối chốt piston với thanh truyền đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ. 3.3.2.2. Đặc điểm cấu tạo Hình 3.11. Lắp cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền và trên bệ chốt Đa số các chốt piston có kết cấu đơn giản như dạng trụ rỗng. Các kiểu lắp ghép giữa chốt piston với piston, thanh truyền: - Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền (hình 3.11 a). - Cố định chốt piston trên bệ chốt (hình 3.11. b). - Lắp tự do ở cả hai mối ghép (hình 3.12. a). Phương pháp này được dùng phổ biến ngày nay. Tuy nhiên phải giả quyết vấn đề bôi trơn ở cả hai mối ghép và phải có
kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục của chốt, thường dùng vòng hãm (hình 3.12.b) hoặc nút kim loại mềm có mặt cầu như hình 3.12.c. Hình 3.12. Lắp tự do chốt piston - Các phương án bôi trơn: + Đối với bệ chốt thường được khoan lỗ để dẫn dầu do xéc măng gạt dầu về (hình 3.13a) hoặc khoan lỗ hứng dầu như (hình 3.13b). + Đối với thanh truyền người ta có thể bôi trơn bằng cách khoan lỗ hứng dầu hoặc bôi trơn cưỡng bức kết hợp làm mát đỉnh piston bằng dầu áp suất cao dẫn từ trục khuỷu dọc theo thanh truyền. Hình 3.13. Bôi trơn các mối ghép chốt piston. 3.3.3. Xéc măng Hình 3.14. Xéc măng.
3.3.3.1. Chức năng - Xéc măng khí để bao kín tránh lọt khí, còn xéc măng dầu ngăn dầu từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy. - Truyền phần lớn nhiệt độ từ đầu piston sang thành xylanh. - Đưa dầu đi bôi trơn cho piston xylanh xécmăng. 3.3.3.2. Đặc điểm kết cấu a). Xéc măng khí: Xéc măng có kết cấu rất đơn giản là một vòng hở miệng hình 3.15.a. Kết cấu của xéc măng khí được đặc trưng bởi kết cấu của tiết diện và miệng của xéc măng. - Về mặt tiết diện xécmăng khí: Hình 3.15. Kết cấu xéc măng khí. + Loại tiết diện chữ nhật (hình 3.15.b) có kết cấu đơn giản nhất, dễ chế tạo nhưng có áp suất riêng không lớn, thời gian rà khít với xylanh sau khi lắp rắp lâu. + Loại có mặt côn (hình 3.15.c) có áp suất tiếp xúc lớn và có thể rà khít nhanh chóng với xylanh, tuy nhiên chế tạo phiền phức và đánh dấu khi lắp sao cho xéc măng đi xuống sẽ có tác dụng như một lưỡi cạo để gạt dầu. + Để có đượng ưu điểm trên và tránh được những điều phiền phức đã nêu, người ta đưa ra kết cấu tiết diện không đối xứng bằng cách tiện vát tiết diện xéc măng (hình 3.15.d và e). Khi lắp các piston và xylanh, do có sức căng nên xéc măng bi vênh đi nên có tác dụng như một mặt côn. Khi lắp ráp phải chú ý: Nếu vát phía ngoài (hình 3.15.d) thì phải lắp hướng xuống phía dưới còn vát phía trong (hình 2.15.e) thì phải lắp hướng lên buồng cháy, nhằm tránh hiện tượng giảm lực căng của xéc măng do áp suất cao của khí lọt từ buồng cháy. + Loại hình thang – vát (hình 3.15.f) có tác dụng giữ muội than khi xéc măng co bóp do đường kính xylanh không hoàn toàn đồng đều theo phương dọc trục, do đó tránh được hiện tượng bó kẹt xéc măng trong rãnh của nó.
- Về kết cấu miệng: + Loại thẳng (hình 3.15.g) dễ chế tạo nhưng dễ lọt khí và sục dầu qua miệng. + Loại hình (hình 3.15.h) có thể khắc phục phần nào những nhược điểm trên. + Loại bậc ( hình 3.15.i) bao kín rất tốt nhưng khó chế tạo. b). Xéc măng dầu: Hình 3.16. Hiện tượng bơm dầu của xécmăng khí. - Ở rãnh xécmăng dầu của piton có rãnh thoát dầu (hình 3.17). Một số xec măng dầu có kết cấu tiết diện dạng lưỡi cạo gạt dầu thường gặp trong thực tế. Hình 3.17. Xéc măng dầu tổ hợp - Kết cấu của xécmăng dầu tổ hợp gồm 3 chi tiết riêng rẽ. Do có lò xo hình sóng ép hai vòng thép mỏng lên mặt đầu của rãnh nên xec măng khi làm việc không có khe hở mặt dầu. Do đó xec măng dầu tổ hợp có tác dụng ngăn dầu và giảm va đập rất tốt. 3.4. Cụm thanh truyền 3.4.1. Thanh truyền 3.4.1.1. Chức năng - Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu hoặc guốc trượt. - Truyền lực từ piston xuống làm quay trục khuỷu. - Biến chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. 3.4.1.2. Kết cấu Kết cấu thanh truyền gồm 3 phần là đầu nhỏ, đầu to và thân thanh truyền (hình 3.18). Sau đây ta xét kết cấu từng phần cụ thể.
Hình 3.18. Kết cấu thanh truyền 1: Bạc đầu nhỏ 5: Nửa trên thanh truyền 2: Đầu nhỏ thanh truyền 6: Bạc đầu to thanh truyền 3: Thân thanh truyền 7: Nửa dưới thanh truyền a). Đầu nhỏ Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền phụ thuộc vào kích thước chốt piston và phương pháp lắp ghép đầu nhỏ thanh truyền với chốt piston. Hình 3.19. Kết cấu các dạng đầu nhỏ thanh truyền - Đầu nhỏ thanh truyền thường có dạng trụ rỗng. - Trong động cơ cỡ lớn đầu nhỏ thanh truyền có dạng cung tròn đồng tâm, đôi khi có dạng ô van để tăng độ cứng vững. - Trong động cơ xăng đầu nhỏ thanh truyền có dạng trụ mỏng. - Ở một số động cơ người ta thường làm vấu lồi trên đầu nhỏ để điều chỉnh trọng tâm thanh truyền cho đồng đều gữa các xylanh (hình 3.19.b). - Các phương án bôi trơn khi đầu nhỏ thanh truyền nắp tự do với chốt piston: + Dùng rãnh hứng dầu (hình 2.19.c).
+ Bôi trơn cưỡng bức do dẫn dầu từ trục khuỷu theo thân thanh truyền (hình 2.19a). + Làm các rãnh chứa dầu ở bạc đầu nhỏ (hình 2.19d). + Dùng bi kim thay cho bạc lót (hình 2.19.e). Hình 3.20. Một số dạng kết cấu đầu nhỏ thanh truyền - Khi chốt piston cố định trên đầu nhỏ thanh truyền: Đầu nhỏ phải có kết cấu kẹp chặt b). Thân thanh truyền - Tiết diện thân thanh truyền: Thường thay đổi từ nhỏ đến lớn kể từ đầu nhỏ đến đầu to. Hình 3.21. Các loại tiết diện thân thanh truyền - Tiết diện tròn (hình 2.20a) có dạng đơn giản, thường được dùng cho động cơ tàu thủy. - Loại tiết diện chữ I (hình 2.20b) có sức bền đều theo 2 phương, được dùng rất phổ biến, từ động cơ cỡ nhỏ đến động cơ cỡ lớn. - Loại tiết diện hình chữ nhật, ô van (hình 2.20c và d) có ưu điểm là dễ chế tạo, thường được dùng ở động cơ ôtô, xuồng máy cỡ nhỏ.
c). Đầu to thanh truyền: Hình 3.22. Kết cấu đầu to thanh truyền a: Kết cấu đầu to thanh truyền b: Kết cấu bạc lót đầu to thanh truyền. 1. Nắp đầu to 1. Vấu lưỡi gà 2. Bulông đầu to thanh truyền 2. Bạc lót 3. Thân thanh truyền 4. Bạc lót Đầu to thanh truyền thường được cắt làm 2 nửa và lắp ghép với nhau bằng bulông hay vít cấy. Do đó bạc lót cũng phải chia làm hai nửa và phải được cố định trong lỗ đầu to thanh truyền. Hình 3.22.b thể hiện một dạng kết cấu này gọi là kiểu vấu lưỡi gà. - Các dạng đầu to thanh truyền: Hình 3.23. Các dạng kết cấu đầu to thanh truyền. Đối với động cơ cỡ lớn (hình 3.23.a). Trong một số trường hợp, do kích thước đầu to quá lớn nên đầu to thanh truyền được chia làm hai nửa bằng mặt phẳng chéo ( hình 3.23.b).
Để giảm kích thước đầu to thanh truyền, có loại kết cấu bản lề và hãm bằng chốt côn (hình 3.23.c). Một số động cơ hai kì cỡ nhỏ có thanh truyền không chia làm hai nửa phải dùng ổ bi đũa (hình 3.23.d) được lắp dần từng viên. Ở một số động cơ nhiều xilanh kiểu chữ V hoặc hình sao, thanh truyền của hai hàng xilanh khác nhau, thanh truyền phụ không lắp trực tiếp với trục khuỷu mà lắp với chốt phụ trên thanh truyền chính (hình 3.23.e) hoặc hai thanh truyền lắp lồng với nhau trên trục khuỷu nên một thanh truyền có đầu to dạng hình nạng (hình 3.23.f). Đối với một số động cơ có trục khuỷu trốn cổ, để bố trí khoảng cách giữa các xilanh hợp lý, chiều dày đầu to không đối xứng qua mặt phẳng dọc của thân thanh truyền (hình 3.23.g). 3.4.2. Bu lông thanh truyền: Hình 3.24. Một dạng kết cấu của bulông và gugiông thanh truyền a):Bulông b: Gulông a). Chức năng Bulông thanh truyền là chi tiết ghép nối hai nửa đầu to thanh truyền. Nó có thể ở dạng bulông hay vít cấy (gu giông), tuy có kết cấu đơn giản nhưng rất quan trọng nên phải được quan tâm khi thiết kế và chế tạo. Nếu bulông thanh truyền do nguyên nhân nào đó bị đứt sẽ dẫn tới phá hỏng toàn bộ động cơ b). Điều kiện làm việc Bulông thanh truyền khi làm việc chịu lực như lực xiết ban đầu, lực quán tính của nhóm piston thanh truyền không thể lắp đầu to thanh truyền. Những lực này đều là lực có chu kỳ cho nên Bulông thanh truyền phải có sức bền mỏi cao, do tính chất quan trọng nên khi thiết kế và chế tạo đều yêu cầu độ chính xác cao. c). Vật liệu chế tạo Bulông thanh truyền thường được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần crôm, mangan, niken Tốc độ động cơ càng lớn, vật liệu Bulông thanh truyền có hàm lượng kim loại quí càng nhiều.
d). Kết cấu Đầu bulông có mặt vát A để chống xoay khi lắp ráp. Còn mặt ráp B có tác dụng lám mềm phần đối diện với mặt vát A để phản lực hai phía trên bề mặt tỳ được đồng đều sao cho tổng phản lực tác dụng đúng trên đường tâm bulông để tránh cho bulông bị uốn. Bán kính góc lượn của các phần tâm chuyển tiếp nằm trong khoảng 0,2 - 1 mm nhằm giảm tập trung ứng suất. Phần nối giữa thân và ren thường làm thắt lại để tăng độ dẻo của bulông. Đai ốc có kết cấu đặc biệt để ứng suất trên các ren đồng đều. Ren được tạo thành bằng những phương pháp gia công không phoi như lăn, cán. Ngoài ra bulông thanh truyền còn được tôi, ram và xử lý bề mặt bằng phun cát, phun bi để đạt độ cứng HRC 26 - 32. 3.5. Nhóm trục truỷu – bánh đà 3.5.1. Trục khuỷu Hình 3.25. Trục khuỷu 1,6: Cổ biên 4: Đối trọng 2: Lỗ cân bằng đối trọng 5: Má khuỷu 3: Cổ trục 3.5.1.1. Chức năng - Trục khuỷu nhận lực tác dụng từ piston tạo mômen quay. - Nhận năng lượng của bánh đà sau đó truyền cho thanh truyền và piston. 3.5.1.2. Điều kiện làm việc Trục khuỷu chịu lực T, Z do lực khí thể và lực quán tính của nhóm piston thanh truyền gây ra, ngoài ra trục khuỷu còn chịu lực quán tính li tâm của các đối tượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷu và các thanh truyền. Những lực này gây uốn, xoắn, dao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu trên các ổ đỡ. 3.5.1.3. Kết cấu Kết cấu trục khuỷu phụ thuộc trước hết vào những loại trục khuỷu. Người ta phân chia trục khuỷu thanh một số loại sau:
- Trục khuỷu ghép và trục khuỷu nguyên: Hình 3.26. Trục khuỷu động cơ 4 kỳ, 4 xylanh. 1: Đầu trục 4: Má khuỷu 2: Chốt khuỷu 5: Đối trọng 3: Cổ khuỷu 6: Đuôi trục khuỷu Trục khuỷu ghép là trục khuỷu gồm nhiều chi tiết được lắp với. Loại trục khuỷu này được dùng nhiều trong động cơ cỡ lớn, động cơ đồng gam và đôi khi ở động cơ cỡ nhỏ như động cơ xe máy. Trục khuỷu nguyên là trục chỉ gồm một chi tiết (hình2.25). Trục khuỷu nguyên được dùng trong động cơ cỡ nhỏ và trung bình, ví dụ ở động cơ ô tô máy kéo. - Trục khuỷu đủ cổ và trục khuỷu trốn cổ: Hình 3.27. Trục khuỷu động cơ 4 kỳ, 4 xylanh, trốn cổ. Gọi số xylanh của động cơ là z và số ổ đỡ là i. Trục khuỷu đủ cổ ( hình 3.25): i = z + 1, Trục khuỷu trốn cổ: i < z + 1. Thông thường i= z/2 +1 (hình 3.27) *). Người ta chia trục khuỷu ra thanh các phần: - Đầu trục khuỷu: Hình 3.28. Một loại kết cấu đầu trục khuỷu động cơ ô tô 1: Cổ biên 2: Buly
Hình 3.28 đầu trục lắp vấu để quay trục khi cần thiết hoặc để khởi động bằng tay quay. Trên đầu trục khuỷu thường có then để lắp puli dẫn động quạt gió, bơm nước cho hệ thống làm mát, giảm dao động xoắn (nếu có) và lắp bánh răng trục khuỷu. Bộ truyền bánh răng từ trục khuỷu đẻ dẫn động trục cam phối khí và bơm cao áp (của động cơ điezen) hoặc bộ chia điện dánh lửa (của động cơ xăng) và bơm dầu của hệ thống bôi trơn . Ngoài ra đầu trục khuỷu loại này còn có kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục. Các bề mặt đầu của cổ trục đầu tiên khi di chuyển dọc trục sẽ tỳ vào các tấm chắn có tráng hợp kim chịu mòn. - Cổ khuỷu: Được gia công và sử lí bề mặt đạt độ cứng và độ bóng cao. Thường các cổ trục cùng một đường kính. Đặc biệt có động cơ cỡ lớn đường kính cổ trục lớn dần từ đầu đến đuôi trục khuỷu để có sức bền đều. Cổ khuỷu thường rỗng để làm rãnh dẫn dầu bôi trơn đến các cổ và chốt khác của trục khuỷu. - Chốt khuỷu: Chốt khuỷu có độ cứng và độ bóng cao. Đường kính chốt thường nhỏ hơn đường kính cổ, nhưng cũng có những trường hợp động cơ cao tốc do lực quán tính lớn đường kính chốt khuỷu có thể bằng đường kính cổ khuỷu. Trong trường hợp đầu to thanh truyền làm liền khối lắp ổ bi kim ở một số động cơ 2 kỳ. Do phải lắp lồng thanh truyền từ đầu trục khuỷu nên đường kính chốt phải lớn hơn đường kính cổ. Chốt khuỷu có thể làm rỗng để giảm trọng lượng và chứa đầu bôi trơn lên bề mặt chốt khuỷu. Các phương pháp kết cấu như trên hình 3.29: Hình 3.29. Kết cấu dẫn dầu bôi trơn chốt khuỷu
- Má khuỷu: Hình 3.30. Các dạng má khuỷu Má khuỷu đơn giản và dễ ra công nhất là có dạng chữ nhật và dạng tròn (hình 3.30a và b). Đối với động cơ có cổ khuỷu lắp ổ bi, má khuỷu tròn đồng thời đóng vai trò cổ khuỷu. Để giảm trọng lượng người ta thiết kế má khuỷu chữ nhật được vát góc (hình 3.30.c). Má khuỷu ôvan (hình 3.30.d) có sức bền đều. Để trục khuỷu có độ cứng vững và sức bền cao trục khuỷu thường được thiết kế có độ trùng điệp. Độ trùng điệp kí hiệu là  (hình 3.31.a) có thể xác định theo công thức sau: d d  ch c R 2 Độ trùng điệp càng lớn, độ cứng vững và độ bền của toàn bộ trục khuỷu càng cao. Hình 3.31. Các biện pháp kết cấu tăng bền má khuỷu Để tránh tập trung ứng suất, giữa má và cổ khuỷu chốt khuỷu thường có các bán kính chuyển tiếp (hình 3.31.b) - Đối trọng: Đối trọng là các khối lượng gắn trên trục khuỷu để tạo ra lực quán tính ly tâm. nhằm những mục đích sau: - Cân bằng lực quán tính ly tâm Pk của trục khuỷu (hình 3.32.a). - Cân bằng một phần lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp một (hình 3.32.b) thông thường người ta cân bằng một nửa lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp nhóm piston – thanh truyền. Đối trọng lắp ngược với hướng của chốt khuỷu tạo ra lực quán tính ly tâm có giá trị: P mR 2 jl 2 2
Như vậy trên phương ngang sẽ xuất hiện lực mất cân bằng mR 2 .sin /2. Hình 3.32. Vai trò của đối trọng - Đối trọng là nơi để khoan bớt các khối lượng khi cân bằng động hệ trục khuỷu. - Giảm tải trọng tác dụng cho một cổ khuỷu, ví dụ cho cổ giữa trục khuỷu động cơ 4 kỳ, 4 xylanh (hình 3.32.d). Đối với trục khuỷu này, các lực quán tính ly tâm P k tự cân bằng nhưng tạo ra cặp mômen M pk luôn gây uốn cổ giữa. Khi có đối trọng cặp mômen Mpdt của đối trọng sẽ cân bằng lực mômen Mpk nên giảm được tải cho cổ giữa. - Về mặt kết cấu có các loại đối trọng sau: Hình 3.33. Kết cấu đối trọng - Đối trọng liền với má khuỷu (hình 3.33.a). - Đối trọng được làm rời. Được lắp bằng bu lông với trục khuỷu (hình 3.33.b). - Lắp với trục khuỷu bằng rãnh mang cá và được kẹp chặt bằng bu lông (hình 3.33.c) - Đuôi trục khuỷu: Hình 3.34 đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà và được làm rỗng để lắp vàng bi đỡ trục sơ cấp hộp số. Trên bề mặt ngõng trục có mặt phớt chặn dầu tiếp đó là ren hồi dầu có chiều xoắn ngược với chiều quay của trục khuỷu để gạt dầu trở lại. Sát với cổ trục cuối cùng là đĩa chắn dầu.
Ngoài ra, ở một số động cơ đuôi trục khuỷu còn làm là nơi lắp chắn di chuyển dọc trục, lắp bánh răng dẫn động các cơ cấu phụ như bơm cao áp, bơm dầu. Hình 3.34. Một loại kết cấu đuôi trục khuỷu ô tô 3.5.2. Bánh đà 3.5.2.1. Chức năng - Giữ cho độ không đồng đều của động cơ nằm trong giới hạn cho phép. - Là nơi lắp các chi tiết của cơ cấu khởi động. - Là nơi đánh dấu tương ứng với điểm chết và khắc vạch chia độ góc quay của trục khuỷu. 3.5.2.2. Kết cấu Theo kết cấu người ta chia bánh đà thành các loại sau: - Bánh đà dạng đĩa (hình 3.35.a). Bề mặt bánh đà được gia công phẳng, nhẵn để lắp đĩa ma sát và đĩa é ply hợp. Trên bánh đà được lắp ép vành răng khởi động. - Bánh đà dạng vành (hình 3.35.b) là bánh đà dày có mômen quán tính lớn. Một số động cơ còn sử dụng bánh đà như một buly để truyền công suất ra kéo các máy công tác. Hình 3.35. Kết cấu bánh đà
- Bánh đà dạng chậu (hình 3.35.c) là bánh đà có dạng trung gian của hai loại trên. Bánh đà loại này có mômen quán tính và sức bền lớn thường gặp ở động cơ máy kéo. - Bánh đà dạng vành có nan hoa (hình 3.35.d) để tăng mômen quán tính của bánh đà, phần lớn khối lượng của bánh đà ở dạng vành xa tâm quay và nối với mayơ bằng các gân kiểu nan hoa. - Bánh đà của động cơ cỡ lớn như động cơ tàu thủy cỡ lớn chẳng hạn thường được ghép từ nhiều phần giống nhau để dễ chế tạo. Thông thường sau khi chế tạo, bánh đà và trục khuỷu thường được lắp với nhau rồi cân bằng động. Giữa trục khuỷu và bánh đà đều có kết cấu định vị để đảm bảo vị trí tương quan không thay đổi.
Chương IV: HỆ THỐNG PHỐI KHÍ 4.1. Chức năng, yêu cầu và phân loại. 4.1.1. Chức năng Cơ cấu phân phối khí dùng thực hiện quá trình trao đổi khí, thải khí đã cháy (khí thải) ra khỏi xylanh và nạp hỗn hợp khí (động cơ xăng) hoặc không khí sạch (động cơ diesel) vào xylanh để động cơ làm việc liên tục. 4.1.2. Yêu cầu - Đảm bảo chất lượng của quá trình trao đổi khí. - Độ mở lớn. - Đóng mở đúng thời điểm quy định. - Đảm bảo đóng kín buồng cháy. - Độ mòn của chi tiết ít nhất và tiếng kêu nhỏ nhất. - Dễ điều chỉnh và sửa chữa. - Giá thành thấp. 4.1.3. Phân loại: - Cơ cấu phối khí dùng xuppáp. + Cơ cấu phân phối khí dùng xu páp đặt + Cơ cấu phân phối khí dùng xu páp treo - Cơ cấu phối khí dùng van trượt. - Cơ cấu phối khí dùng piston đóng mở cửa nạp và cửa thải. - Cơ cấu phối khí hiện đại điều khiển điện tử : VVT-I 4.2. Pha phối khí động cơ đốt trong (động cơ xăng và diezel). Khi giới thiệu về động cơ, chúng ta cho rằng thời điểm đóng mở các xuppáp khi piston lên đến ĐCT hoặc xuống ĐCD trên thực tế khi muốn xả sạch khi thải và nạp đầy khí mới vào xylanh để tăng công suất động cơ cần phải mở sớm, đóng muộn các xuppáp nạp, xuppáp xả. Xuppáp nạp cần mở sớm vào cuối quá trình xả khi piston còn đi lên để khi piston lên đến ĐCT bắt đầu đi xuống thì thực hiện quá trình hút thì xuppáp nạp đã được mở, tạo ra tiết diện lưu thông tương đối lớn giúp khí mới dễ dàng đi vào xylanh. Xuppáp nạp cũng cần đóng muộn sau khi piston tới ĐCD để tận dụng chênh áp và quán tính của dòng khí hút được nhiều khí mới vào xylanh. Giai đoạn từ lúc mở đến lúc đóng tính bằng góc quay của trục khuỷu được gọi là pha phối khí. Dưới đây giới thiệu về sơ đồ pha phối khí động cơ 4 kỳ.
Hình 4.1. Đồ thị công và sơ đồ pha phối khí của động cơ 4 kỳ. 1: Vị trí mở xuppáp nạp 4: Vị trí cuối quá trình cháy 2: VỊ trí đóng xuppáp nạp 5: Vị trí mở xuppáp thải 3’: Vị trí phun nhiê liệu; 6: Vị trí đóng xuppáp thải 3: Vị trí điểm chết trên Các góc φ thể hiện giá trị: φ 1: Góc mở sớm xuppáp nạp, φ 2: Góc đóng muộn xuppáp nạp, φ 1-2: Toàn bộ góc mở của xuppáp nạp, φ 3: Góc phun sớm, φ 2-3: góc ứng với quá trình nén, φ3-4-5: Góc ứng với quá trình cháy và quá trình giãn nở, φ 5: Góc mở sớm xuppáp thải, φ 6: Góc đóng muộn xuppáp thải, φ 5-6: Toàn bộ góc mở của xuppáp thải, φ1+ φ6: Góc trùng điệp của xuppáp thải và xuppáp nạp. 4.3. Kết cấu và hoạt động của hệ thống phối khí. 4.3.1. Cơ cấu phối khí cơ bản. Kết cấu cơ cấu phân phối khí cơ bản gồm: Trục cam, xuppáp, đế xuppáp, lò xo xuppáp, con đội, đòn gánh v.v. 4.3.1.1. Xuppáp. Hình 4.2. Xuppáp
Theo kết cấu của xuppáp người ta chia xuppáp thành ba phần: Nấm xuppáp, thân xuppáp, và đuôi xuppáp. a). Nấm xuppáp Mặt làm việc quan trọng của nấm xuppáp là mặt côn, có góc độ α = 15÷ 45o. Góc α càng nhỏ tiết diện lưu thông càng lớn, tuy nhiên α càng nhỏ mặt nấm càng mỏng, độ cứng vững càng kém do đó dễ bị cong vênh, tiếp xúc không kín khít với đế xup páp. Góc của mặt côn trên nấm xuppáp thường làm nhỏ hơn góc mặt côn trên đế xuppáp khoảng 0,5- 1o để xuppáp có thể tiếp xúc với đế theo vòng tròn ở mép ngoài của mặt côn (nếu mặt đế xuppáp nhỏ hơn mặt côn của xup páp). Làm như thế có thể bảo đảm tiếp xúc được kín khít dù bề mặt nấm có thể bị biến dạng nhỏ. Hình 4.3. Kết cấu nấm xuppáp. a: Nấm bằng b: Nấm lõm c: Nấm lồi d: Nấm chứa natri Kết cấu của nấm xuppáp thường có ba loại chính sau đây: - Nấm bằng: Ưu điểm là chế tạo đơn giản, có thể dùng cho cả xuppáp thải và xuppáp nạp. Vì vậy đa số động cơ thường dùng loại nấm này. - Nấm lõm: Đặc điểm là bán kính góc lượn giữa phần thân xup páp và phần nấm rất lớn nhằm cải thiện tình trạng lưu thông của dòng khí nạp, tăng được độ cứng vững cho nấm xuppáp. Mặt dưới của nấm được khoét lõm sâu để giảm trọng lượng. Nhược điểm là chế tạo khó và mặt chịu nhiệt của xuppáp lớn, xuppáp dễ bị quá nóng. - Nấm lồi: Cải thiện được tình trạng lưu động của dòng khí thải. Chính vì vậy xuppáp thải của tất cả các động cơ cường hóa đều làm theo dạng nấm lồi. Để giảm trọng lượng của nấm lồi, người ta thường khoét lõm phía trên phần nấm. Nhược điểm là khó chế tạo và bề mặt chịu nhiệt của nấm lớn. b). Thân xuppáp. Dùng để dẫn hướng xuppáp. Thân xuppáp có đường kính khoảng dt = ( 0,3 ÷ 0,4)dn. Trong đó dn là đường kính của nấm xuppáp. Chiều dài của xuppáp phụ thuộc vào cách bố trí xuppáp: lt = (2,5 ÷ 3,5)dn .
Hình 4.4. Kết cấu thân xuppáp. a: Thân xup páp. b: Thân xuppáp chứa natri. Để tránh xuppáp bị mắc kẹt trong ống dẫn hướng khi bị đốt nóng, đường kính của thân xup páp ở phần nối tiếp với nấm xuppáp thường làm nhỏ đi một ít hoặc khoét rộng lỗ của ống dẫn hướng xuppáp ở phần này. c). Đuôi xuppáp Đuôi xuppáp phải có kết cấu để lắp đĩa lò xo xuppáp. Thông thường đuôi xuppáp có mặt côn (như hình 4.5.a) hoặc rãnh vòng (như hình 4.5.b) để lắp móng hãm. Kết cấu đơn giản nhất để lắp đĩa lò xo là dùng chốt (hình 4.5.c) nhưng có nhược điểm là tạo ứng suất tập trung. Hình 4.5. Kết cấu đuôi xuppáp a: Đuôi xuppáp có mặt hình côn. c: Đuôi xuppáp có lỗ để lắp chốt. b: Đuôi xuppáp có rãnh vòng. d: Đuôi xuppáp bằng thép ostenis Đuôi xuppáp phải có kết cấu để lắp đĩa lò xo xuppáp. Thông thường đuôi xuppáp có mặt côn (như hình 4.5.a) hoặc rãnh vòng (như hình 4.5.b) để lắp móng hãm. Kết cấu đơn giản nhất để lắp đĩa lò xo là dùng chốt (hình 4.5.c) nhưng có nhược điểm là tạo ứng suất tập trung.
Để tăng khả năng chịu mòn, bề mặt đuôi xuppáp ở một số động cơ được tráng lên một lớp thép hợp kim cứng (thép stenlit) hoặc chụp vào phần đuôi một nắp bằng thép hợp kim cứng (như hình 4.5.d). 4.3.1.2. Đế xuppáp. Hình 4.6. Kết cấu đế xuppáp. Kết cấu đế xuppáp chỉ là một vòng hình trụ rỗng trên có vát mặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nấm xuppáp. Một vài loại đế xuppáp thường dùng giới thiệu trên hình Mặt ngoài của đế xuppáp có thể là: - Hình trụ trên có tiện rãnh đàn hồi. - Có khi mặt ngoài có độ côn nhỏ (khoảng 12o). - Một số loại đế được lắp ghép bằng ren. Đế xuppáp thường được làm từ thép hợp kim hay gang hợp kim (gang trắng). Chiều dày của đế nằm trong khoảng (0,08 ÷ 0,15)do. Chiều cao của đế nằm trong khoảng (0,18 ÷ 0,25)do (do là đường kính họng đế). Đế xuppáp bằng thép hợp kim thường được ép vào thân máy hoặc nắp xylanh với độ dôi 0,0015 ÷ 0,0035 đường kính ngoài của đế. 4.3.1.3 Ống dẫn hướng xuppáp.
Hình 4.7. Kết cấu ống dẫn hướng xuppáp. a: Ống dẫn hướng có mặt vát đầu. b: Mặt ngoài của ống dẫn hướng có độ côn. c: Mặt ngoài của ống dẫn hướng có vai và Ống dẫn hướngcữ. xuppáp nhằm tránh sửa chữa và tránh hao mòn cho thân máy hoặc nắp xylanh ở chỗ lắp xuppáp. - Xuppáp được lắp vào ống dẫn hướng theo chế độ lắp lỏng. - Bôi trơn ống dẫn hướng và thân xuppáp có thể dùng phương pháp bôi trơn cưỡng bức bằng dầu nhờn do bơm dầu cung cấp dưới một áp suất nhất định, bôi trơn bằng cách nhỏ dầu vào ống dẫn hướng hoặc tiện rãnh hứng dầu để bôi trơn bằng dầu vung té. - Để ngăn bớt dầu nhờn, đôi khi phải nắp mũ che dầu ở phần đuôi xuppáp. Kết cấu của các loại ống dẫn hướng thường dùng giới thiệu trên hình 4.15. 4.3.1.4. Lò xo xuppáp. Hình 4.8. Lò xo xu páp - Lò xo xuppáp để đóng kín xuppáp trên đế xuppáp. - Đảm bảo xuppáp chuyển động đúng quy luật của cam phân phối khí. - Đảm bảo quá trình mở, đóng xuppáp không có hiện tượng va đập trên mặt cam. - Loại lò xo thường dùng nhất là lò xo xoắn ốc hình trụ, hai vòng ở hai đầu lo xo quấn xít nhau và mài phẳng để lắp ghép. - Trong động cơ cường hóa và cao tốc, mỗi xuppáp thường lắp một đến ba lò xo lồng vào nhau. Các lò xo này có chiều xoắn ngược nhau để khi làm việc khỏi kẹt vào nhau. 4.3.1.5. Trục cam. Trục cam thường bao gồm các phần cam nạp, cam xả và các cổ trục có thể còn có cam dẫn động bơm xăng, bơm cao áp và bánh răng dẫn động bơm dầu, bộ chia điện .v.v.
. Hình 4.9. Cam xuppáp. 1. Các cổ trục. 3. Bánh răng. 2. Các vấu cam. 4. Bánh lệch tâm a). Cam thải và cam nạp: Trong động cơ ô tô trục cam thường sử dụng các cam làm liền trục. Trong các động cơ tĩnh tại và tàu thủy, cam nạp và cam thải thường làm rời từng cái rồi lắp trên trục bằng then hoặc đai ốc. Hình dạng và thứ tự của cam phối khí được quyết định bởi thứ tự làm việc, góc độ phân phối khí và số kỳ của động cơ, kích thước xy lanh. Kích thước của cam chế tạo liền trục thường nhỏ hơn đường kính cổ trục. Ngược lại các cam lắp rời thường có kích thước lớn hơn cổ trục. Hình 4.10. Trục cam 1. Đầu trục cam. 4. Cam lệch tâm bơm xăng 2. Cổ trục cam. 5. Cam bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn. 3. Cam nạp và cam thải. a). Cổ trục cam: Trục cam của cơ cấu phân phối khí dẫn động gián tiếp thường lắp trong ổ trục trong thân máy, số cổ trục thường là: Z= +1 hoặc Z = i + 1; Với: i – số xy lanh.
- Để giữ cho trục cam không bị dịch chuyển theo chiều dọc trục làm ảnh hưởng đến pha phối khí. Người ta phải dùng ổ chắn dọc trục. + Trong trường hợp bánh răng dẫn động trục cam là bánh răng côn hoặc bánh răng nghiêng, ổ chắn phải bố trí ngay sau bánh răng dẫn động. + Trong trường hợp dùng bánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt tại bất kì vị trí nào trên trục cam vì trong trường hợp này trục cam không chịu lực dọc trục. + Ổ chắn dọc trục lợi dụng các mặt bên của của cổ trục cam tỳ lên các bích chắn bằng thép hoặc bằng đồng để khống chế khe hở dọc trục và chịu lực chiều trục. + Loại ổ chắn của động cơ xăng (hình 4.20a) là một kết cấu điểm hình của ổ chắn dọc trục cam của loại ô tô máy kéo. Ổ chắn gồm 2 mặt bích bằng thép cố định trên mặt đầu của thân máy bằng hai bu lông 3. Một mặt của mặt bích 2 tiếp xúc với mặt bên của cổ trục cam 5. Mặt kia cách mặt đầu của ổ bánh răng cam 1 khe hở khoảng 0,1- 0,2 mm. Trị số khe hở dọc trục này do chiều dày của vòng chắn 4 quyết định. Vòng chắn 4 lắp trên đầu trục cam và bị bánh răng cam ép sát vào mặt bên của cổ trục cam. Hình 4.11. Cơ chế hạn chế dịch chuyển dọc trục cam. 1. Cổ đỡ trước trục phân phối. 2. Mặt biên. 3. Bạc của bánh răng phân phối. 4. Vòng hãm. 5. Mặt trước khối xylanh 4.3.1.6. Con đội Là chi tiết truyền lực trung gian và thay thế xuppáp chịu lực nghiêng do cam phối khí gây ra. Kết cấu con đội gồm hai phần: Phần dẫn hướng (thân con đội) và phần mặt tiếp xúc với cam phối khí. Thân con đội có dạng hình trụ, còn phần mặt tiếp xúc thường có nhiều dạng khác nhau. Con đội có thể chia làm ba loại chính: Con đội hình nấm và hình trụ: con đội lăn; con đội thủy lực. a). Con đội hình nấm và hình trụ Khi dùng loại con đội này, loại cam phối khí phải dùng cam lồi. Đường kính của mặt nấm tiếp xúc với trục cam phải lớn để tránh hiện tượng kẹt.
Hình 4.12. Con đội hình nấm và con đội hình trụ. Loại con đội hình nấm được sử dụng nhiều trong cơ cấu phân phối khí kiểu xuppáp đặt. thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở xup páp bắt trên phần đầu của thân. b). Con đội lăn Hình 4.13. Con đội con lăn. Con đội lăn có thể dùng cho tất cả các dạng cam, nhưng thường dùng với dạng cam tiếp tuyến và cam lõm. Ưu điểm là ma sát nhỏ và phản ánh chính xác quy luật chuyển động nâng hạ của cam tiếp tuyến và cam lõm. Nhược điểm là kết cấu phức tạp. c). Con đội thủy lực Khi trục cam quay đến vị trí nâng cao con đội, thân con đội 7 và xylanh 8 được cam đẩy lên. Dầu nhờn được chứa trong khoang dưới của piston bị lén lại, Bi 5 của van một chiều đóng kín trên đế van của ống 4. Do đó piston 1 được đẩy lên mở xuppáp ra. Do lực của lò xo xuppáp tác dụng lên đầu piston 1 nên trong quá trình con đội đi lên dầu trong khoang chứa phía dưới piston 1 bị nén lại, một phần dầu sẽ rỉ ra qua khe hở giữa piston và xylanh 8 ra ngoài. Trong quá trình xuppáp đóng, con đội đi xuống, khi xuppáp đóng kín trên đế xuppáp con đội đi xuống vị trí thấp nhất. lúc này lỗ dầu 3 trên thân con đội trùng với lỗ dầu trên thân máy. Đồng thời lò xo 2 đẩy piston 1 đi lên cho tới khi đầu piston chạm vào đuôi xuppáp. Do đó trong cơ cấu phân phối khí không
có khe hở nhiệt, khi piston 1 bị lò xo 2 đẩy lên, trong khoan chứa dầu phía piston có độ chân không. Dầu nhờn đi qua lỗ 3 và ống đế van 4 đầy bị 5 mở ra bổ xung vào khoang chứa dầu này. Hình 4.14. Con đội thủy lực 1: Piston 2: Lòng dẫn hướng 3: Lồ xo 4: Van bi 5: Thân con đội 6: Đường dầu vào 7: Lò xo van bi 8: Xylanh Loại con đội thủy lực dùng trong cơ cấu phân phối khí loại xuppáp treo giới thiệu trên hình 4.23b có nguyên lý làm việc tương tự. - Ưu điểm của con đội thủy lực là có thể thay đổi tự động trị số thời gian, tiết diện của cơ cấu phân phối khí rất có lợi trong quá trình nạp khi động cơ chạy ở tốc độ cao. - Nhược điểm của con đội thủy lực là: Chất lượng quá trình làm việc của con đội thủy lực phụ thuộc vào chất lượng dầu nhờn. 4.3.1.7. Đũa đẩy: Hình 4.15. Đũa đẩy a: Đầu đũa đẩy dạng lồi b: Đầu đũa đẩy dạng lõm Đũa đẩy dùng trong cơ cấu phân phối khí xuppáp treo thường là một thanh dài, đặc hoặc rỗng dùng để truyền lực từ con đội đến đòn bẩy. Để giảm nhẹ trọng lượng, đũa đẩy thường làm bằng ống thép rỗng hai đầu hàn gắn với các đầu tiếp xúc hình cầu (đầu tiếp xúc với con đội) hoặc mặt cầu lõm (đầu tiếp xúc với vít điều chỉnh như trên hình 4.15b).
4.3.1.8. Đòn bẩy Hình 4.16. Kết cấu đòn gánh trong cơ cấu xuppáp treo. Đòn bẩy là chi tiết truyền lực trung gian một đầu tiếp xúc với đũa đẩy một đầu tiếp xúc với đuôi xuppáp. Khi trục cam nâng con đội lên, đũa đẩy đẩy một đầu của đòn bẩy lên, đầu kia của đòn bẩy nén lò xo xuppáp xống và mở xuppáp. Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thường có vít điều chỉnh. Sau khi điều chỉnh khe hở nhiệt, vít này được hãm chặt bằng đai ốc. Đầu tiếp xúc với đuôi xuppáp thường có mặt tiếp xúc hình trụ được tôi cứng. Nhưng cũng có khi dùng vít để khi mòn thay thế được dễ dàng. Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên đòn bẩy được bôi trơn bằng dầu nhờn chứa trong phần rỗng của trục. Ngoài ra trên đòn bẩy người ta còn khoan lỗ để dẫn dầu đến bôi trơn mặt tiếp xúc với đuôi xuppáp và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh. Chiều dài của hai cánh tay đòn của đòn bẩy thường khác nhau, cánh tay đòn phía trên trục cam l c thường ngắn hơn phía bên xuppáp lxp tỷ số truyền : lxp =1,2 ÷1,8lc Sở dĩ làm như vậy để làm giảm hành trình của con đội, do đó có thể làm giảm gia tốc và lực quán tính của cơ cấu phối khí. 4.3.2. Cơ cấu điều khiển pha phối khí (hệ thống điều khiển thời điểm phối khí VVT-I). Thông thường thời điểm phối khí được cố định nhưng hệ thống VVT-I dùng áp suất dầu thủy lực làm soay trục cam dẫn đến thay đổi thời điểm phối khí. Làm tăng công suất và giảm ô nhiễm.
Hình 4.17. Hệ thống VVT-I. a). Hoạt động của hệ thống VVT-I - Khi ở nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp và tải nhẹ, khi tải nhẹ: Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trễ lại và độ trùng lặp xuppáp được làm giảm đi để làm giảm lượng khí xả chạy ngược lại phía nạp. - Khi tải trung bình hay ở tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng: Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xuppáp tăng lên, thời điểm đóng xuppáp nạp cũng được làm sớm lên. - Khi chạy ở tốc độ cao và tải nặng: Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp tăng lên, thời điểm đóng xuppáp nạp cũng được đẩy sớm lên.
b). Cấu tạo Hình 4.18. Cấu tạo hệ thống VVT-I. - Bộ điều khiển VVT-I: Bao gồm một bộ vỏ được dẫn động bằng xích cam và các cánh gạt được cố định trên trục cam. Áp suất dầu được gửi từ phía làm sớm hay làm muộn làm quay các cánh gạt điều khiển trục cam thay đổi liên tục thời điểm phối khí của trục cam nạp. Khi động cơ ngừng hoạt động trục cam nạp sẽ chuyển động đến thời điểm muộn nhất để duy trì khả năng khởi động. Chốt hãm có tác dụng hãm các cơ cấu của hệ thống VVT-I làm giảm tiếng gõ khi hệ thống ngừng hoạt động. - Van điều khiển phối khí trục cam: Theo sự điều khiển của ECU điều khiển vị trí của van ống phân phối áp suất dầu cấp cho VVT-I. c). Hoạt động Hệ thống VVT-I gồm ba hoạt động chính:làm sớm thời điểm phối khí, làm muộn thời điểm phối khí, và giữ nguyên vị trí trục cam. - Làm sớm thời điểm phối khí: Khi van điều khiển dầu phối khí ở vị trí như trên hình vẽ áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí.
Hình 4.19. Làm sớm thời điểm phối khí. - Làm muộn thời điểm phối khí: Khi van điều khiển dầu phối khí ở vị trí như trên hình vẽ áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí Hình 4.20. Làm muộn thời điểm phối khí. - Giữ nguyên thời điểm phối khí: Hình 4.21. Giữ thời điểm phối khí
Khi ECU tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng làm việc hiện hành. Van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầu đóng 4.3.3. Cơ cấu điều khiển hành trình xuppáp (Hệ thống VVTL-I). Hệ thống này dựa trên hệ thống VVT-I và áp dụng cơ cấu đổi vấu cam để thay đổi hành trình xuppáp. Điều này cho phép đạt được công suất cao mà không ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu cũng như ô nhiễm khí xả. Hình 4.22. Cơ cấu điều khiển hành trình xuppáp. 4.3.3.1. Cấu tạo - Van điều khiển dầu cho VVTL-I: Van điều khiển dầu cho VVTL-I điều khiển áp suất dầu cung cấp đến phía cam tốc độ cao của cơ cấu chuyển vấu cam. - Trục cam và cò mổ: Để thay đổi hành trình Xuppáp trục cam có hai loại vấu cam, vấu cam tốc độ cao và vấu cam tốc độ thấp cho mỗi xylanh. Cơ cấu chuyển vấu cam được lắp bên trong cò mổ giữa xup páp và vấu cam. Áp suất dầu từ van điều khiển dầu của VVT-L đến lỗ dầu trong cò mổ, và áp suất này đẩy chốt hãm bên dưới chốt đệm. Nó cố định chốt đệm và ấn khớp cam tốc độ cao. Khi áp suất dầu ngừng tác dụng, chốt hãm được trả về bằng lực của lò xo và chốt đệm được tự do và có thể di chuyển tự do theo phương thẳng đứng, vấu cam tốc độ cao bị vô hiệu hóa.
4.3.3.2. Hoạt động Trục cam nạp và xả có các vấu cam với hai hành trình khác nhau cho từng xylanh, và ECU động cơ chuyển những vấu cam hoạt động bằng áp suất dầu. - Tốc độ thấp và trung bình (V đc 6000v/p, nhiệt độ nước làm mát cao hơn 60 c): Phía xả của van điều khiển dầu được đóng lại, áp suất dầu tác dụng lên phía cam tốc độ cao của cơ cấu chuyển vấu cam. Áp suất dầu ấn chốt hãm bên dưới chốt đệm và cò mổ giữ chốt đệm và cò mổ. Cam tốc độ cao tác dụng cò mổ trước khi cam tốc độ thấp và trung bình tác dụng đến con lăn. Lúc này xup páp được dẫn động bằng cam tốc độ cao.
Hình 4.24. Hoạt động tại tốc độ cao. 4.3.4. Đường nạp và xả khí của động cơ. 4.3.4.1. Sơ đồ các đường nạp.
Hình 4.25. Sơ đồ các dạng đường nạp thông thường
4.3.4.2 Sơ đồ nạp cộng hưởng. Hình 4.26. Sơ đồ đường nạp cộng hưởng
4.3.4.3. Sơ đồ bố trí các đường thải. Hình 4.27. Sơ đồ các cách bố trí đường thải
CHƯƠNG VI: HỆ THỐNG BÔI TRƠN 5.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại 5.1.1. Công dụng Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt ma sát để giảm tổn thất công suất do ma sát gây ra và làm sạch các bề mặt. Ngoài ra hệ thống bôi trơn còn có các nhiệm vụ làm mát, bao kín buồng cháy và chống ôxy hóa. - Bôi trơn bề mặt ma sát làm giảm tổn thất ma sát. - Làm mát bề mặt làm việc của các chi tiết có chuyển động tương đối. - Tẩy rửa bề mặt ma sát. - Bao kín khe hở các cặp ma sát. - Chống ôxy hóa. - Rút ngắn quá trình chạy rà của động cơ. 5.1.2. Yêu cầu đối với hệ thống bôi trơn - Áp suất bôi trơn phải đảm bảo đủ lượng dầu đi bôi trơn. - Áp suất của dầu bôi trơn trong hệ thống phải đảm bảo từ 2- 6kg/cm2. - Dầu bôi trơn trong hệ thống phải sạch, không bị biến chất, độ nhớt phải phù hợp. - Dầu bôi trơn phải đảm bảo đi đến tất cả các bề mặt làm việc của các chi tiết để bôi trơn và làm mát cho các chi tiết. 5.1.3. Phân loại - Bôi trơn ma sát khô: Bề mặt lắp ghép của hai chi tiết có chuyển động tương đối với nhau mà không có chất bôi trơn. Ma sát khô sinh ra nhiệt làm nóng các bề mặt ma sát khiến chúng nhanh mòn hỏng, có thể gây ra mài mòn dính. - Bôi trơn ma sát ướt: Là dạng bôi trơn mà giữa hai bề mặt của cặp lắp ghép luôn luôn được duy trì bằng một lớp dầu bôi trơn ngăn cách. - Bôi trơn ma sát nửa ướt: Là dạng bôi trơn mà giữa hai bề mặt của cặp lắp ghép được duy trì bằng một lớp dầu bôi trơn ngăn cách không liên tục, mà chủ yếu là nhờ độ nhớt của dầu để bôi trơn. Hình 5.1. Các dạng bôi trơn
5.2. Các phương án bôi trơn 5.2.1. Bôi trơn bằng phương pháp vung té. Là phương án thường dùng trong các động cơ cỡ nhỏ công suất vài mã lực hoặc động cơ một xylanh kiểu nằm ngang, tốc độ thấp. Dầu bôi trơn được chứa trong cácte nằm ngay dưới trục khuỷu ở một khoảng cách thích hợp đủ để các thìa múc dầu gắn trên đầu to thanh truyền có thể tới được. Khi động cơ làm việc các thìa múc dầu lên và vung té. Lúc này trong hộp trục khuỷu sẽ hình thành một không gian sương mù gồm các giọt dầu có kích thước lớn đến các hạt dầu lơ lửng với kích thước rất nhỏ. Các giọt dầu và hạt dầu sẽ bám lại trên bề mặt các chi tiết trong hộp trục khuỷu và bôi trơn chúng. Ví dụ như: Piston, xi lanh, Hình 5.2. Bôi trơn bằng phương pháp vung té. 1: Môi vung dầu 2: Lỗ phun dầu 5.2.2. Bôi trơn bằng phương pháp pha dầu trong nhiên liệu. Nạp Nén Nổ Xả Hình 5.3. Bôi trơn trong động cơ hai kì Đây là phương án được sử dụng trong các động cơ xăng hai kì cỡ nhỏ sử dụng dòng khí quét trong hộp trục khuỷu. Dầu được pha với xăng theo một tỉ lệ nhất định 1/20 đến 1/25. Trong quá trình làm việc khí hỗn hợp có lẫn các hạt dầu rất nhỏ được đưa vào trong hộp trục khuỷu sau đó mới theo lỗ quét vào trong các xylanh. Như vậy các hạt dầu sẽ bám trên bề mặt
và bôi trơn các chi tiết máy trong hộp trục khuỷu như ổ trục, đầu to thanh truyền, chốt piston, piston, xylanh. Một phần dầu không cháy hết trong xylanh sẽ chảy xuống góp phần bôi trơn trong mặt gương xi lanh, piston và xylanh. * Các phương pháp pha dầu trong nhiên liệu. - Cách thứ nhất: Xăng và dầu được hòa trộn trước gọi là xăng pha dầu - Cách thứ hai: Dầu và xăng chứa ở hai thùng riêng rẽ trên động cơ. - Cách thứ ba: Dùng bơm phun dầu trực tiếp vào trong họng khuếch tán hay vị trí bướm ga. 5.2.3. Phương án bôi trơn cưỡng bức 5.2.3.1. Hệ thống bôi trơn cácte ướt a). Sơ đồ nguyên lý Hình 5.4. Hệ thống bôi trơn cácte ướt. 1: Các te dầu 9: Đường dầu đến ổ trục khuỷu 2: Phao lọc dầu 10: Đường dầu đến ổ trục cam 3: Bơm dầu 11: Bầu lọc tinh 4: Van điều áp 12: Két làm mát dầu 5: Bầu lọc dầu 13: Van nhiệt 6: Van an toàn 14: Đồng hồ báo mức dầu 7: Đồng hồ đo áp suất 15: Miệng đổ dầu 8: Đường dầu chính 16: Que thăm dầu. b). Nguyên lý làm việc: Khi động cơ làm việc bơm dầu được dẫn động lúc này dầu trong cácte 1 qua phao lọc dầu 2 đi vào bơm. Sau khi qua bơm dầu có áp suất cao khoảng 2-6 2 Kg/cm .được chia thành hai nhánh:
- Nhánh 1: Dầu bôi trơn đến két 12, tại đây dầu được làm mát rồi trở về cácte nếu nhiệt độ dầu cao quá quy định. - Nhánh 2: Đi qua bầu lọc thô 5 đến đường dầu chính 8. Từ đường dầu chính dầu theo nhánh 9 đi bôi trơn ổ trục khuỷu sau đó lên bôi trơn đầu to thanh truyền qua lỗ khoan chéo xuyên qua má khuỷu (khi lỗ đầu to thanh truyền trùng với lỗ khoan trong cổ biên dầu sẽ được phun thành tia vào ống lót xylanh). Dầu từ đầu to thanh truyền theo đường dọc thân thanh truyền lên bôi trơn chốt piston. Còn dầu ở mạch chính theo nhánh 10 đi bôi trơn trục cam cũng từ đường dầu chính một đường dầu khoảng 15 - 20% lưu lượng của nhánh dầu chính dẫn đến bầu lọc tinh 11. Tại đây những phần tử tạp chất rất nhỏ được giữ lại nên dầu được lọc rất sạch. Sau khi ra khỏi bầu lọc tinh với áp suất còn lại rất nhỏ dầu trở về cácte 1. Van ổn áp 4 của bơm dầu có tác dụng giữ cho áp suất dầu ở đường ra khỏi bơm không đổi trong phạm vi tốc độ vòng quay làm việc của động cơ. Khi bầu lọc thô 5 bị tắc van an toàn 6 sẽ mở, phần lớn dầu sẽ không đi qua bầu lọc mà lên thẳng đường dầu chính bằng đường dầu qua van để đi bôi trơn, tránh hiện tượng thiếu dầu cung cấp đến các bề mặt ma sát cần bôi trơn. Van nhiệt 13 chỉ hoạt động (đóng) khi nhiệt độ dầu lên quá cao khoảng 80 0C. Dầu sẽ qua két làm mát 12 trước khi về cácte. 5.2.3.2. Hệ thống bôi trơn cácte khô a). Sơ đồ nguyên lý Hình 5.5. Hệ thống bôi trơn các te khô. 1: Các te dầu 8: Đường dầu chính 2,5: Bơm dầu 9: Đường dầu đến ổ trục khuỷu 3: Thùng dầu 10: Đường dầu đến ổ trục cam 4: Phao hút dầu 11: Bầu lọc tinh 6: Bầu lọc thô 12: Đồng hồ báo nhiệt độ dầu 7: Đồng hồ báo áp suất 13: Két làm mát dầu
b). Nguyên lý làm việc : HTBT cácte khô khác cơ bản với HTBT cácte ướt ở chỗ có thêm từ một đến hai bơm dầu số 2, làm nhiệm vụ chuyển dầu sau khi bôi trơn rơi xuống cácte. Từ cácte dầu qua két làm mát 13 rồi về thùng chứa 3 bên ngoài động cơ. Từ đây dầu được bơm lấy đi bôi trơn giống như ở HTBT cácte ướt. 5.3. Các chi tiết chính trong hệ thống bôi trơn 5.3.1. Bơm dầu Bơm dầu có nhiệm vụ hút dầu từ thùng chứa qua phao lọc và đẩy qua các bầu lọc với một áp suất nhất định để đi bôi trơn các chi tiết trong động cơ. Trên ô tô hiện nay thường sử dụng các loại bơm dầu sau: - Bơm bánh răng: + Bơm bánh răng ăn khớp ngoài. + Bơm bánh răng ăn khớp trong. - Bơm kiểu piston. - Bơm cánh gạt. - Bơm rô to. 5.3.1.1. Bơm bánh răng ăn khớp ngoài a). Sơ đồ cấu tạo Hình 5.6. Bơm dầu kiểu bánh răng ăn khớp ngoài A - Buồng đẩy. B - Buồng hút. 1: Thân bơm 7: Đệm làm kín 2: Bánh răng bị động 8: Nắp điều chỉnh van 3: Rãnh giảm áp 9: Tấm đệm điều chỉnh 4: Bánh răng chủ động 10: Lò xo 5: Đường dầu ra 11: Viên bi. 6: Đường dầu vào
Cấu tạo gồm có: Thân bơm đúc bằng gang hoặc thép. Trong thân bơm có khoang rỗng chứa hai bánh răng. Thông với khoang này có đường dầu vào 6 và đường dầu ra 5. Nối giữa hai đường là van ổn áp gồm có lò xo 10 và viên bi cầu 11. Bánh răng chủ động 4 được lắp cố định với trục chủ động còn bánh răng bị động 2 lắp quay trơn trên trục. b). Nguyên lý làm việc Khi động cơ làm việc thông qua trục cam bằng cặp bánh răng ăn khớp làm cho bánh răng chủ động 4 quay, bánh răng bị động 2 sẽ quay theo chiều ngược lại. Ở khoang B khi các bánh răng ra khớp sẽ làm thể tích khoang B tăng lên áp suất sẽ giảm, dầu được hút từ cácte qua phao đi vào buồng hút. Dầu từ khoang B điền đầy vào khoảng giữa hai răng rồi được guồng sang phía khoang A. Tại đây do các bánh răng vào khớp thể tích giảm, áp suất tăng dầu bị ép nên có một áp suất nhất định đi theo đường dầu ra lên bầu lọc thô. Khi áp suất ở phía buồng đẩy quá lớn. Áp lực dầu thắng sức căng lò xo 10 mở bi 11 để tạo ra một dòng dầu chảy ngược về đường dầu vào. Áp suất dầu sẽ giảm đi van bi đóng lại ngăn không cho dầu từ buồng đẩy về đến buồng hút. Rãnh giảm áp 3 có tác dụng tránh hiện tượng chèn dầu giữa các răng khi vào khớp. Nhờ vậy giảm được ứng suất và sức mỏi của bánh răng. Đối với loại bơm này, lưu lượng và hiệu suất bơm phụ thuộc rất nhiều vào khe hở hướng kính giữa đỉnh răng với thân bơm, khe hở hướng trục giữa mặt đầu bánh răng và nắp bơm. Thông thường các khe hở này không vượt quá 0,1mm. 5.3.1.2. Bơm bánh răng ăn khớp trong a. Sơ đồ cấu tạo Bơm này thường được lắp trên đầu trục khuỷu vành ngoài của bơm lắp với ổ trục vành trong lắp với trục khuỷu. Ưu điểm của loại này là kết cấu gọn nhẹ, lưu lượng bơm lớn. 1: Bánh răng ngoài 2: Khoang hút 3: Van ổn định 4: Buồng đẩy 5: Bánh răng trong 6: Khoang lưỡi liềm Hình 5.7. Bơm dầu kiểu bánh răng ăn khớp trong.
b). Nguyên lý làm việc Khi động cơ làm việc, bánh răng trong được dẫn động và quay với tỉ số truyền thích hợp. Do bánh răng trong luôn luôn ăn khớp với bánh răng ngoài lên làm bánh răng ngoài quay theo cùng chiều. Dầu được hút ở nơi các bánh răng ra khớp (có thể tích tăng áp suất giảm) và guồng sang phía các răng vào khớp. Tại đây dầu sẽ có một áp suất cao nhất định được chuyển qua phía đường ra đi bôi trơn. 5.3.1.3. Bơm cánh gạt a). Sơ đồ cấu tạo Hình 5.8. Bơm dầu kiểu cánh gạt 1: Thân bơm 5: Rô to 2: Đường dầu vào 6: Trục dẫn động 3: Cánh gạt 7: Lò xo 4: Đường dầu ra b). Nguyên lý làm việc Rô to 5 nhận được truyền động từ trục cam hoặc bộ chia điện. Khi rô to quay mang theo các phiến gạt 3 quay. Nhờ lực văng ly tâm và lò xo 7 phiến gạt 3 luôn luôn tì sát bề mặt vỏ bơm 1 tạo thành các không gian kín. Và nhờ rô to và stato lắp lệch tâm tạo ra buồng hút và buồng đẩy. Ở buồng hút thể tích tăng, áp suất giảm dầu được hút từ thùng chứa và được các phiến gạt, gạt sang phía buồng đẩy. Loại bơm này có ưu điểm rất đơn giản, nhỏ gọn. Nhưng nhược điểm là mài mòn bề mặt tiếp xúc giữa phiến gạt và thân bơm rất nhanh. 5.3.1.4. Bơm dầu kiểu rô to a). Cấu tạo Hình 5.9. Bơm dầu kiểu rô to. 1: Rôto ngoài 4: Túi chúa dầu 2: Rôto trong 5: Khoang dầu vào. 3: Khoang dầu ra
Gồm có vỏ chứa hai rô to lồng vào nhau (rô to trong và rô to ngoài). Rô to ngoài khoét lõm hình sao đỉnh tròn. Rô to trong dạng chữ thập đỉnh tròn và lắp lọt vào trong rô to ngoài. Rô to trong gắn trên trục bơm và rô to ngoài lắp trong thân bơm. Trục dẫn động bơm đặt lệch tâm trong thân bơm làm cho đỉnh răng của hai rô to ăn khớp về một phía của thân bơm. b). Nguyên lý làm việc Khi trục bơm quay thì rô to trong quay làm rô to ngoài quay. Các rô to quay tạo thành túi chứa dầu ở phía cửa vào của bơm và truyền tới cửa ra đi cung cấp. Vì các đỉnh của hai rô to lắp khít lên không cho dầu đi ngược trở lại đường dầu vào. 5.3.2. Bầu lọc dầu 5.3.2.1. Bầu lọc thô Thường lắp trực tiếp trên đường dầu đi bôi trơn lên lưu lượng dầu phải đi qua bầu lọc là rất lớn. Vì vậy tổn thất áp suất dầu khi qua bầu lọc thô không được quá lớn cỡ khoảng 0,1MN/m2. Lọc thô chỉ lọc được các cặn bẩn có kích thước lớn hơn 0,03 mm và tùy thuộc vào phần tử lọc sử dụng. Các phần tử lọc thô thường gặp trong động cơ hiện đại có các loại sau: Loại tấm, loại dải, loại lưới *). Bầu lọc thô dùng lưới lọc bằng đồng. Thường dùng trên động cơ tàu thủy hoặc động cơ tĩnh tại. Kết cấu lưới lọc gồm các khung lọc 5 bọc bằng lưới đồng ép sát trên trục của bầu lọc. Lưới đồng dệt rất dày có thể lọc sạch các tạp chất có kích thước 0,1 - 0,2m Hình 5.10. Bầu lọc thô có lưới lọc bằng đồng 1: Thân bầu lọc 4: Đường dầu ra 2: Đường dầu vào 5: Phần tử lọc 3: Nắp bầu lọc 6: Lưới của phần tử lọc. 5.3.2.2. Bầu lọc tinh Dùng để lọc sạch dầu làm cho dầu trở lên tinh khiết trước khi trở về thùng chứa. Thường được lắp trên đường dầu phụ. Nếu xét về góc độ sử dụng phương pháp lọc, bầu lọc tinh gồm hai nhóm chính : - Bầu lọc tinh ly tâm. - Bầu lọc tinh cơ học. *). Bầu lọc tinh cơ học loại thấm. Cấu tạo: Phần tử lọc làm bằng giấy xếp thay thế được bao gồm một hộp trụ có đục lỗ bên ngoài. Hai tấm kim loại tròn có lỗ ở giữa đậy hai đầu lõi lọc. Khi lắp phần
tử lọc vào ống trụ 2 nó bị ép sát vào nắp, dưới tác dụng của lò xo và được bao kín hai đầu bằng đệm 6. Van thoát tải 5 gồm một lá van hình cốc làm bằng nhựa. Ở trạng thái đóng lò xo sẽ đẩy van lên trên cùng và ngăn không cho dầu chưa lọc đi vào khoang trong của phần tử lọc. Còn nắp 8 sẽ đậy kín phần trên của thân bơm nhờ ống trụ 2 và đai ốc 7. Hình 5.11. Bầu lọc tinh cơ học loại thấm. 1: Nút lỗ xả 6: Đệm khí 2: Ống trụ 7: Đai ốc lắp 3: Thân bầu lọc 8: Nắp 4: Cảm biến áp suất dầu 9: Lõi lọc 5: Van thoát tải 10: Cảm biến áp suất Nguyên lý làm việc: Khi dầu được bơm đầy vào thân bầu lọc (khoảng 15 - 20% lưu lượng đường dầu chính), một phần các tạp chất cơ học và nước sẽ lắng xuống đáy bầu lọc. Sau khi đi qua lớp các tông xốp phần tạp chất còn lại cũng được lọc sạch. Dầu sạch sẽ chảy dọc trong ống trụ 2 xuống dưới và rơi trở về cácte. Trong trường hợp độ chênh lệch áp suất dầu phía trong và phía ngoài phần tử lọc vượt quá 0,7 - 0,9 Kg/cm2, lá van bị đẩy xuống mở cho dầu vào trực tiếp trong ống trụ 2, sau đó đi thẳng về cácte. Thông thường khi phần tử lọc chưa bị bẩn, độ chênh lệch áp suất này chỉ vào khoảng 0,1- 0,2Kg/cm2.
Hiện nay hầu hết trên các xe ô tô hiện đại đều chỉ sử dụng duy nhất một bầu lọc dầu trong HTBT đó là bầu lọc toàn phần. Nó sẽ kết hợp cả lọc thô và lọc tinh và được bố trí nối tiếp với đường dầu chính để lọc toàn bộ dầu trước khi đi bôi trơn. Sau đây giới thiệu một loại điển hình. *). Bầu lọc toàn phần kiểu thấm. Cấu tạo: Gồm một lõi lọc bao quanh ống dầu ra, lõi lọc được quấn thành nhiều lớp: Lớp vải, lớp giấy, lưới lọc mịn bằng kim loại hoặc vải, dạ có độ thẩm thấu cao. Trên thân ống dầu ra được khoan nhiều lỗ để dầu sạch đi vào, các đường dầu vào, ra được bố trí trên nắp bầu lọc. Đáy bầu lọc có van an toàn. Hình 5.12. Cấu tạo bầu lọc toàn phần kiểu thấm Nguyên lý làm việc: Dầu có áp suất cao từ bơm dầu chuyển tới đi vào trong bầu lọc qua các lỗ vào trên nắp bầu lọc. Dầu sẽ thẩm thấu qua các phần tử lõi lọc để đi vào đường ống dầu ra qua các lỗ khoan trên thân ống. Trên đường đi đó các tạp chất sẽ bị giữ lại hầu như toàn bộ, kể cả các phần tử có kích thước nhỏ. Dầu sạch sau khi ra khỏi bầu lọc sẽ được chuyển tới mạch dầu chính đi bôi trơn động cơ. Trong trường hợp lõi lọc bị tắc, áp suất dầu trong bầu lọc sẽ tăng cao, thắng được sức căng lò xo van an toàn đẩy viên bi nối thông đường dầu vào ra bầu lọc. Dầu được đi bôi trơn mà không cần lọc, để HTBT hoạt động liên tục khi động cơ làm việc (trong trường hợp này động cơ chấp nhân làm việc với dầu bôi trơn không sạch). . Đáy bầu lọc có nút xả dầu và một nam châm sẽ giữ lại các mạt kim loại có trong dầu. Sử dụng loại bầu lọc này phải chú ý thay định kỳ theo quy định. 5.4. Dầu bôi trơn 5.4.1. Yêu cầu Dầu bôi trơn phải bám chắc trên các bề mặt chi tiết, chống han gỉ, hút nhiệt, không thay đổi phẩm chất trong quá trình làm việc và đặc biệt là không phân hủy do
tác dụng của nhiệt độ. Dầu bôi trơn phải có những yêu cầu nhất định về hàm lượng lưu huỳnh (S%), nước và tạp chất cơ học. Ngoài ra dầu phải có độ nhớt phù hợp, nhiệt độ đông đặc giới hạn nhất định. 5.4.2. Các chỉ tiêu đánh giá dầu bôi trơn Tất cả các dầu nhơn khi mang ra sử dụng ngoài thị trường đều có bảng hướng dẫn sử dụng, cũng như có các thông số kỹ thuật. Ở đây ta chỉ xét một số thông số cơ bản sau : Độ nhớt của dầu : Là sức cản di chuyển qua lại của các phân tử dầu (hay còn gọi là nội ma sát các phân tử dầu) Chú ý : Khi sử dụng phải chọn độ nhớt theo đúng quy định của nhà thiết kế, đồng thời phù hợp với vùng sử dụng. Nếu độ nhớt của dầu không đảm bảo thì dầu dễ bị ép ra khỏi khe hở các chi tiết khi làm việc. Độ nhớt của dầu được ký hiệu bằng các chữ số và đứng sau chữ cái chỉ ký hiệu dầu trong mác dầu. Chữ số ký hiệu càng lớn thì đột nhớt càng cao. Nhiệt độ ổn định của dầu: Độ ổn định về nhiệt của dầu, dầu phải đảm bảo sao cho khi nhiệt độ thay đổi thì độ nhớt không thây đổi đáng kể. Căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể của động cơ mà người ta chọn dầu có độ nhớt cho phù hợp. Nhiệt độ đông đặc của dầu: Nhiệt độ này đặc trưng cho sự mất cơ tính của dầu. Do vậy người ta biết sử dụng vào mùa đông hay mùa hè hoặc vung thấp hay vùng cao.
Chương VI: HỆ THỐNG LÀM MÁT 6.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại 6.1.1. Công dụng - Duy trì chế độ làm việc cho động cơ khi nhiệt độ ổn định. - Giữ cho động cơ ở nhiệt độ thích hợp và ở tất cả các tốc độ, điều kiện vận hành. - Làm cho động cơ đạt đến nhiệt độ vận hành bình thường một cách nhanh chóng. 6.1.2. Yêu cầu - Tốc độ làm mát vừa đủ giữ cho nhiệt độ động cơ thích hợp. - Nếu làm mát bằng gió thì cánh tản nhiệt phải đảm bảo cho các xylanh được làm mát như nhau. - Nếu làm mát bằng nước phải đảm bảo đưa nước có nhiệt độ thấp đến vị trí có nhiệt độ cao, nước phải chứa ít iôn. - Kết cấu của hệ thống làm mát phải có khả năng xả hết nước khi súc rửa để sử dụng bảo quản dễ dàng. 6.1.3. Phân loại Hệ thống làm mát động cơ được phân loại theo các đặc điểm sau: - Theo môi chất làm mát được sử dụng gồm có 2 loại : + Hệ thống làm mát bằng nước, dung dịch làm mát. + Hệ thống làm mát bằng không khí. - Theo mức độ tăng cường làm mát gồm có 2 loại. + Làm mát tự nhiên. + Làm mát cưỡng bức - Hệ thống làm mát cưỡng bức còn được phân theo đặc điểm của vòng tuần hoàn nước gồm có. + Kiểu vòng tuần hoàn kín. + Kiểu vòng tuần hoàn hở. + Kiểu 2 vòng tuần hoàn. - Hệ thống làm mát bằng nước tự nhiên gồm 2 loại: + Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi + Hệ thống làm mát kiểu đối lưu.
6.2. Kết cấu và hoạt động của hệ thống làm mát. 6.2.1. Hệ thống làm mát bằng nước. Ở hệ thống làm mát bằng nước, nước được dùng làm môi chất trung gian tản nhiệt cho các chi tiết. Tuỳ thuộc vào tính lưu động của nước trong hệ thống làm mát, phân thành 3 loại: - Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi. - Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên. - Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức. 6.2.1.1. Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi Hình 6.1. Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi 1: Thân máy 5: Thùng nhiên liệu. 2: Piston 6: Bình bốc hơi. 3: Thanh truyền. 7: Nắp xylanh 4 : Hộp cácte trục khuỷu. Đây là hệ thống đơn giản nhất. Bộ phận chứa nước bao gồm: Các khoang chứa nước làm mát của thân máy 1, nắp xylanh 7 và bình bốc hơi 6, lắp với thân máy 1. Khi động cơ làm việc, tại những khoang chứa nước bao bọc quanh cùng cháy, nước sẽ sôi. Nước sôi nên tỷ trọng giảm, sẽ nổi lên mặt thoáng của bình 6 và bốc hơi mang theo nhiệt ra ngoài khí quyển. Nước sau khi mất nhiệt, và nước có tỷ trọng cao nên chìm xuống tạo thành dòng lưu động đối lưu tự nhiên. 6.2.1.2. Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên Trong hệ thống làm mát đối lưu tự nhiên nước lưu động tuần hoàn nhờ độ chênh lệch khối lượng riêng (f) ở nhiệt độ khác nhau. Nước làm mát nhận nhiệt của xylanh trong thân máy 1, (f) giảm lên nước nổi lên trên trong khoang của nắp xylanh 3, nước tiếp tục nhận nhiệt của các chi tiết bao quanh buồng cháy, nhiệt độ nước tiếp tục tăng và khối lượng riêng tiếp tục giảm nước tiếp tục nổi lên theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát 6. Quạt gió 8 được dẫn động từ puly từ trục khuỷu động cơ hút không khí qua két. Do đó nước trong két được làm mát, tỷ trọng của nước tăng lên,
nước chìm xuống khoang dưới của két và từ đây đi vào thân máy, thực hiện một vòng tuần hoàn. Hình 6.2. Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên 1: Thân máy. 6: Két nước. 2: Xylanh. 7: Không khí làm mát. 3: Nắp xylanh. 8: Quạt gió. 4: Đường nước ra két nước 9: Đường nước vào động cơ 5: Nắp để rót nước 6.2.1.3. Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức Để tăng tốc độ lưu động của nước làm mát động cơ, người ta dùng hệ thống tuần hoàn cưỡng bức. Trong hệ thống này tốc độ lưu động của nước chủ yếu do bơm nước quyết định Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức gồm có các loại sau đây: - Hệ thống làm mát một vòng hở - Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng. - Hệ thống làm mát cưỡng bức 2 vòng. - Hệ thống làm mát kiểu cưỡng bức 2 vòng tuần hoàn kín. a). Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng Hình 6.3. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng
1: Thân máy. 8: Quạt gió 2: Nắp xylanh. 9: Puly 3: Đường nước ra khỏi động cơ. 10: Ống nước nối tắt về bơm. 4: Ống dẫn bọt nước. 11: Đường nước vào động cơ 5: Van hằng nhiệt. 12: Bơm nước 6: Nắp két nước. 13: Két làm mát dầu 7: Két làm mát 14: Ống phân phối nước Ở hệ thống này thường dùng cho động cơ ô tô, máy kéo một hàng xylanh. Nước làm mát có nhiệt độ thấp được bơm 12 hút từ bình chứa phía dưới của két nước 7 qua đường ống 10 rồi qua két làm mát dầu 13 dể làm mát dầu, sau đó được đưa vào động cơ. Để phân phối nước làm mát đồng đều cho các xylanh và làm mát đều cho mỗi xylanh, nước sau khi bơm vào thân máy 1 qua ống phân phối 14 được đúc sẵn trong thân máy. Sau khi làm mát xylanh, nước lên làm mát nắp máy, rồi theo đường ống 3 ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao, đến van hằng nhiệt 5. Khi van hằng nhiệt mở nước qua van vào bình chứa phía trên của két nước. Tiếp theo nước từ bình phía trên đi qua các ống mỏng có gắn các cánh tản nhiệt, tại đây nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt 8 tạo ra. Quạt được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ. Tại bình chứa phía dưới của két làm mát, nước có nhiệt độ thấp lại được bơm vào động cơ thực hiện một chu trình làm mát tuần hoàn. b). Hệ thống làm mát kiểu cưỡng bức 2 vòng tuần hoàn kín *). Sơ đồ nguyên lý. Hình 6.4. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn 2 vòng kín. 1: Thân máy. 7: Két làm mát. 2: Nắp xylanh. 8: Quạt gió. 3: Đường nước ra khỏi động cơ. 9: Puly. 4: Đường nước nối tắt về bơm. 10: Đường nước vào động cơ 5: Van hằng nhiệt. 11: Bơm nước. 6: Nắp két nước 12: Ống phân phối nước
*). Nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn 2 vòng kín Khi động cơ làm việc bơm nước dẫn động bằng puly dẫn động từ trục khuỷu của động cơ làm việc hút nước từ phía dưới của két làm mát 7. Nước được hút qua ống mềm 4 tới bơm vào thân máy đi tới áo nước làm mát trong thân máy và nắp máy. Lúc này nhiệt độ động cơ còn thấp dưới 60 0C thì van hằng nhiệt 5 đóng để nước trong khoang nước không trở về két nước mà về trực tiếp bơm nước, để tiếp tục đi làm mát động cơ (tồn tại vòng tuần hoàn nhỏ). Khi nhiệt độ của nước đạt 60 - 70 0C do tính chất của van hằng nhiệt. Van chính bắt đầu mở ra, van phụ dần đóng lại (khi bắt đầu mở khe hở giữa đế van và van là 0,2- 0,3mm). Lúc này trong hệ thống hình thành 2 vòng tuần hoàn. Nước đi qua van 5 ra két làm mát 7 và qua két nước làm mát tới bơm nước, xong vòng tuần hoàn chính. Vòng tuần hoàn phụ nước qua van 5 dẫn trực tiếp tới bơm và đưa nước vào thân động cơ. Khi nhiệt độ nước làm mát động cơ nên tới 80 - 90 0C làm van xoay đi một góc 450 van chính mở hoàn toàn, do kết cấu của van nên van phụ được đóng kín khi đó trong hệ chỉ tồn tại một vòng tuần hoàn chính (khi van mở khe hở giữa đế van và van không nhỏ hơn 8 - 9mm). Do đó toàn bộ nước sẽ qua két làm mát và dẫn tới bơm nước được bơm nước đưa ngược trở lại động cơ. 6.2.2. Kết cấu các chi tiết trong hệ thống làm mát 6.2.2.1. Két nước Két nước được lắp ở phía trước động cơ, két nước gồm 3 phần chính: Bình phía trên, bình phía dưới, ruột két nước (thân két nước) Hình 6.5. Két nước 1: Đường nước về 5: Ruột két nước 2: Nắp két nước 6: Bộ lọc 3: Cánh tản nhiệt 7: Ống nước đi làm mát 4: Chiều nước làm mát
*). Bình nước trên: Gồm nước từ thân động cơ, phía trên khoảng rỗng có nắp két nước. Vật liệu là đồng tấm dày 0,5mm (hoặc nhựa tổng hợp). Ở miệng đổ nước có nắp đầu nối cảm biến của bóng đèn kiểm tra nhiệt độ giới hạn của nước và ống nối. Ống thoát hơi hàn ở miệng đổ nước vào két. * Bình nước dưới: Gồm nước từ thân nước sau khi đã làm mát, dập từ đồng lá mỏng (nhựa tổng hợp) có đường dẫn nước tới bơm nước và ở bình có van xả nước được điều khiển khóa vặn. * Ruột két nước (thân két nước): Làm mát nước gồm khoảng 200 - 300 ống dẫn nước bằng đồng hoặc nhôm. Sắp xếp theo các hàng 2 đầu hàn với bình nước trên và bình nước dưới. Hình dạng các ống có thể là tiết diện tròn ô van hay dẹt Được chế tạo bằng đồng hay đồng thau với bề dày 0,15mm. 6.2.2.2. Bơm nước Bơm nước thường dùng là bơm ly tâm: Thân bơm được đúc bằng gang hoặc hợp kim nhôm. Trên thân có các đường nước vào, đường nước ra, guồng quạt nước được đúc bằng gang hoặc kim đồng. Guồng quạt được lắp cố định trên trục bơm, quay trượt trên thân bơm bằng các ổ bi. Để không cho nước dò rỉ theo trục bơm có nắp vòng chắn nước gồm: Các đệm cao su, lò xo để chắn không cho nước dò rỉ ra bên ngoài. Hình 6.6. Cấu tạo và nguyên lý làm việc bơm ly tâm 1: Đường nước vào 4: Trục bơm 2: Vỏ bơm 5: Guồng quạt nước 3: Đường nước ra *). Nguyên lý hoạt động Khi động cơ làm việc thông qua bộ truyền đai, trục bơm quay làm guồng quạt nước quay ở trong vỏ bơm. Do tác dụng của lực li tâm của cánh guồng mà quạt nước vào thành trong vỏ bơm sinh ra một áp lực đẩy nước vào các đường nước làm mát vì guồng quạt quay trong nước tạo ra khoảng chân không xung quanh tâm guồng nước ở trong két nước không ngừng được bổ sung vào bơm nước lưu lượng bơm từ 68 – 320 lít/ kw.h (số vòng quay từ 1800 - 3500 vòng/ phút) số vòng tuần hoàn từ 7 - 12 lần/
phút. Cột áp suất do bơm tạo nên là 0,5 -1,5kG/cm2 công dẫn động bơm chiếm khoảng 0.005 đến 0,01Ne. 6.2.2.3. Van hằng nhiệt *) Van đơn a b Hình 6.7. Kết cấu và các chế độ làm việc của van hằng nhiệt loại đơn a: Van hằng nhiệt đóng b: Van hằng nhiệt mở 1: Nước từ động cơ tới 2: Nước quay về động cơ 3: Nước ra két làm mát Khi động cơ mới làm việc, nhiệt độ còn thấp. Van của bộ điều chỉnh nhiệt chưa được nâng lên, lúc này cửa 1 (đường nước từ động cơ tới) và cửa 2 (đường nước quay về động cơ) được thông nhau. Nước được bơm chuyển từ két qua bộ điều chỉnh nhiệt rồi qua bơm nước, mà hoàn toàn không đi qua két làm mát. Khi động cơ làm việc ổn định, nhiệt độ động cơ đã nóng lên. Nước được bơm đẩy đi làm mát các chi tiết, cũng như các cơ cấu trong động cơ. Lúc này van của bộ điều chỉnh nhiệt được nâng lên, làm cho cửa 1(đường nước từ động cơ tới) và cửa 3 (đường nước tới két làm mát) được nối thông với nhau. Cửa 2 bị đóng kín. *) Van kép Hình 6.8. Cấu tạo van hằng nhiệt loại kép Cấu tạo: Gồm 2 cánh ván gắn trên 2 trụ van. Hộp xếp bên trong có chứa chất bay hơi (gồm 1/ 3 là thể tích rượu êtilic và 2/ 3 là nước cất lượng chất lỏng này có
tổng thể tích khoảng 5 - 8cm 3) hộp xếp có thể bằng kim loại có hệ số giãn nở lớn . Trên hộp xếp có gắn liền với trụ van, có đường nước về bơm, đường ra két 5 và đường nước đến từ động cơ 6. Nguyên lý làm việc : Hình 6.9. Sơ đồ nguyên lý van hằng nhiệt kép 1: Hộp xếp. 2: Đường nước về bơm. 3: Van về bơm. 4: Van ra két nước. 5: Đường ra két nước. 6: Đường nước nóng từ động cơ. 7: Thân van Khi nhiệt độ động cơ còn thấp các chất trong hộp xếp chưa bị giãn nở cánh van 4 đóng kín đường nước ra két làm mát. Cánh van 3 mở cho nước từ động cơ vào bơm, nước từ động cơ ra van hằng nhiệt theo đường dẫn 2 tạo thành một vòng tuần hoàn nhỏ. Khi nhiệt độ động cơ đạt 60 - 70 0C do các chất lỏng trong hộp xếp bay hơi nên làm cho hộp xếp giãn nở khoảng 0,2 - 0,3mm sẽ mở van 4 và đóng dần van. Từ sự phân chia lưu lượng giữa hai dòng nước, ra két và về bơm phụ thuộc vào nhiệt độ của nước ra khỏi động cơ và do đó có tác dụng nhiệt độ làm mát động cơ trong một phạm vi nhất định. Khi nhiệt độ đạt định mức (800C) hộp xếp giãn nở hoàn toàn, chiều cao ống xếp khoảng 8 - 9 mm cánh van 3 đóng kín, cánh van 4 mở hoàn toàn, toàn bộ lưu lượng nước làm mát ra két nước nên van hằng nhiệt không còn tác dụng điều chỉnh nhiệt độ nữa. 6.2.3. Hệ thống làm mát bằng không khí 1: Các te 2: Thân máy 3: Cánh tản nhiệt 4: Bu lông 5: Xy lanh Hình 6.15. Hệ thống làm mát bằng không khí
Hệ thống dùng không khí để đưa nhiệt lượng không cần thiết để ra ngoài môi trường. Lợi dụng sự tương đối giữa dòng không khí chuyển động ngược chiều với chiều chạy của động cơ để làm mát động cơ. Để tăng hiệu quả làm mát của động cơ người ta lắp các cánh tản nhiệt để tăng diện tích tiếp xúc làm mát động cơ. Ưu điểm: Ít chi tiết, dễ chăm sóc bảo dưỡng, nhanh đạt hiệu quả nhiệt độ làm việc định mức. Không bị ảnh hưởng của nước tới dầu bôi trơn. Phù hợp với những nơi khan hiếm nước như: sa mạc, rừng sâu Dùng trên xe mô tô và quân sự Nhược điểm: Hiệu quả rất kém, động cơ thường bị nóng, nhất là khi cánh tản nhiệt bị bẩn
CHƯƠNG VII: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU 7.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng 7.1.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại 7.1.1.1. Công dụng Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng dùng để chuẩn bị và cung cấp vào trong xylanh một hỗn hợp công tác có số lượng và thành phần cháy thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ. 7.1.1.2. Yêu cầu Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng phải thoả mãn yêu cầu sau: Cung cấp hỗn hợp với thành phần  thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ ( là số dư lượng không khí), số lượng hoà khí đầy đủ đảm bảo cho động cơ có công suất lớn nhất và tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất. Hỗn hợp nhiên liệu phải được cung cấp đầy đủ cho các xylanh. Cũng như hỗn hợp nhiên liệu phải được phân bố đều trên thể tích buồng cháy. Ngoài ra hệ thống nhiên liệu phải đảm bảo lọc sạch không khí và nhiên liệu trước khi hoà trộn. 7.1.1.3. Phân loại *. Theo cung cấp nhiên liệu: - Cung cấp tự chảy. - Cung cấp cưỡng bức. *. Theo kết cấu: - Chế hoà khí một cấp. - Chế hoà khí hai cấp. - Chế hoà khí điều khiển bằng điện tử. - Dùng phun xăng điện tử. 7.1.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng chế hòa khí (chế hai cấp) 7.1.2.1. Ưu nhược điểm của chế hai cấp Chế hoà khí thường, để động cơ phát ra công suất cao thì ở chế độ tải nhẹ số vòng quay thấp sẽ không đảm bảo tiết kiệm nhiên liệu. Chế hoà khí hai cấp khi xe có tải nhẹ, xe ở tốc độ thấp, hỗn hợp chỉ được hoà trộn trong một họng để cung cấp cho một lượng nhiên liệu nhỏ cho động cơ, đảm bảo mức tiết kiệm nhiên liệu thấp nhất. Khi xe chạy ở tốc độ cao, có tải lớn hỗn hợp sẽ được cung cấp cho động cơ để động cơ phát ra công suất cao nhất. Vậy thông qua chế hoà khí hai cấp công suất động cơ tăng lên đáng kể. Tuy nhiên chế hoà khí hai cấp cũng có những nhược điểm nhất định đó là
có cấu tạo có cấu tạo phức tạp, khó chế tạo. Vì vậy mà khó trong việc sửa chữa và khắc phục. Hình 7.1.1. Sơ đồ cấu tạo chế hai cấp 1: Van thông hơi buồng phao 11: Bơm tăng tốc phụ 2: Piston bơm tăng tốc 12: Gíc lơ chính thứ cấp 3: Giclơ chậm 13: Hộp số chân không bướm ga 4: Vòi chính thứ cấp 14: Bướm ga thứ cấp 5: Vòi phun tăng tốc 15: Bướm ga sơ cấp 6: Bướm gió 16: Vít điều chỉnh không tải 7: Vòi phun chính sơ cấp 17: Gíc lơ chậm 8: Van điện từ 18: Gíc lơ chính 9: Piston làm đậm 19: Van làm đậm 10: Van kim (van khế) 7.1.2.2. Các mạch xăng cơ bản a). Mạch khởi động Hình 7.1.2 Mạch xăng khởi động
1. Giclơ không khí. 7. Nhiên liệu cơ bản của chế độ không tải 2. Giclơ không khí phụ. 8. Nhiên liệu phụ của chế độ không tải. 3. Giclơ không tải họng thứ cấp. 9. Vít điều chỉnh nồng độ CO 4. Giclơ chính họng thứ cấp. 10. Vít điều chỉnh số vòng quay không tải. 5. Hỗn hợp không tải họng thứ cấp. 11. Giclơ chính. 6. Lỗ chuyển tiếp. Khi khởi động, bướm gió đóng kín, bướm ga sơ cấp hé mở, bướm ga thứ cấp đóng. Dưới bướm gió có một sức hút rất lớn, ở họng sơ cấp xăng được hút ra từ vòi phun chính sơ cấp, lỗ chuyển tiếp và lỗ không tải. Ở họng thứ cấp xăng chỉ được hút ra ở lỗ không tải, hỗn hợp thu được là rất đậm đảm bảo cho động cơ khởi động dễ dàng. b). Mạch không tải Hình 7.1.3. Mạch xăng không tải Khi động cơ chạy cầm chừng không có phụ tải, bướm ga sơ cấp và thứ cấp đóng kín, độ chân không dưới bướm ga rất lớn. Ở họng sơ cấp xăng được hút ra từ giclơ chính sơ cấp, hoà trộn với không khí hút vào từ giclơ không khí cơ bản tạo thành nhũ tương theo mạch không tải và được hút ra từ lỗ không tải mặt khác còn một lượng hỗn hợp phụ được hút ra từ giclơ chính sơ cấp, hoà trộn với không khí từ giclơ không khí phụ tạo thành nhũ tương bổ xung cho hỗn hợp nhiên liệu cơ bản. Ở họng thứ cấp xăng được hút ra từ giclơ chính thứ cấp, hoà trộn với không khí từ giclơ hiệu chỉnh không khí không tải tạo thành nhũ tương theo mạch không tải họng thứ cấp và được hút ra từ lỗ không tải họng thứ cấp. c). Chế độ tải trung bình *) Chế độ tải trung bình: Bướm ga sơ cấp hé mở, bướm ga thứ cấp đóng, độ chân không trọng hệ thống nạp vẫn lớn giữ cho piston làm đậm ở vị trí trên, van làm đậm đóng, xăng chỉ được hút ra ở vòi phun chính sơ cấp hòa trộn với không khí đi vào hệ thống nạp.
Van làm đậm(mở) Hình 7.1.4. Mạch xăng ở chế độ tải trung bình *) Chế độ tải trung bình cao: Bướm ga sơ cấp mở rộng, bướm ga thứ cấp vẫn đóng, độ chân không trong họng sơ cấp yếu đi, piston làm đậm bị đẩy xuống nhờ lò xo piston làm đậm mở van làm đậm. Xăng được hút ra từ van làm đậm sơ cấp bổ sung thêm cho vòi phun chính sơ cấp, cung cấp hỗn hợp lớn và làm đậm hơn một chút. d). Chế độ chuyển tiếp Hình 7.1.5. Chế độ chuyển tiếp 1. Lỗ thông hơi cho hệ thống chuyển tiếp. 2. Giclơ không khí lỗ chuyển tiếp họng thứ cấp. 3. Giclơ không khí không tải họng thứ cấp. Khi bướm ga sơ cấp mở từ 60% trở lên, bướm ga thứ cấp bắt đầu mở. Ở họng sơ cấp do độ chân không yếu lên piston làm đậm bị lò xo piston làm đậm đẩy xuống mở van làm đậm cung cấp hỗn hợp nhiên liệu bổ sung cho vòi pun chính và một phần nhiên liệu được hút ra từ vòi phun bổ sung do độ chân không trên họng khuyếch tán. Ở họng thứ cấp bướm ga bắt đầu mở nên độ chân không trên bướm ga vẫn còn yếu, vòi phun chính thứ cấp bắt đầu cung cấp nhiên liệu nhưng với một lượng ít, phần lớn nhiên liệu được hút ra từ lỗ chuyển tiếp và lỗ không tải do độ chân không sau bướm ga thứ cấp vẫn lớn.
e). Mạch toàn tải Bướm ga sơ cấp và thứ cấp mở hết cỡ. Ở họng sơ cấp độ chân không ở hệ thống nạp yếu, piston làm đậm toàn tải vẫn ở phí dưới nhờ sức đẩy của lò xo mở van toàn tải, hút xăng bổ sung cho vòi phun chính sơ cấp. Hình 7.1.6. Mạch xăng toàn tải Mặt khác do bướm ga sơ cấp mở hết cỡ nên độ chân không ở phí trên họng khuếch tán tăng lên, hút xăng từ vòi phun bổ sung, cung cấp cho động cơ. Ở họng thứ cấp do bướm ga thứ cấp mở rộng tạo ra chân không hút xăng từ vòi phun chính thứ cấp và vòi phun làm đậm toàn tải họng thứ cấp. Một lượng hỗn hợp lớn sẽ được cung cấp cho động cơ hoạt động ở chế độ tải nặng hoặc ở tốc độ cao. f). Mạch tăng tốc Hình 7.1.7. Mạch xăng tăng tốc
1. Ống phun. 5. Đòn bẩy điều khiển bơm 2. Cần bơm. 6. Cữ. 3. Cữ điều chỉnh bướm ga 7. Van trọng lượng. 4. Đòn bẩy bướm ga. Khi nhấn chân ga đột ngột, xăng trong xy lanh bơm tăng tốc bị đẩy dưới áp suất của bơm tăng tốc, đẩy van trọng lượng lên và xăng được phun ra từ vòi phun tăng tốc bổ sung thêm cho động cơ. Khi nhả chân ga, nhờ sức căng của lò xo bơm tăng tốc đẩy piston lên, lúc này van trọng lượng chặn lối ra, van nạp mở xăng được hút vào trong xylanh bơm từ buồng phao. 7.1.3. Hệ thống phun xăng 7.1.3.1 Đặc điểm và phân loại a). Đặc điểm *) Ưu điểm - Giảm tiêu hao nhiên liệu động cơ. - Tăng hiệu suất thể tích hay công suất lít của động cơ. - Khí thải bớt độc hại hơn. - Hoạt động tốt trong mọi điều kiện địa hình và thời tiết, không phụ thuộc vào tư của xe (lên xuống dốc cao và cua gấp ) *). Một số điểm hạn chế - Cấu tạo phức tạp, độ nhạy cảm cao, yêu cầu khắt khe về chất lượng nhiên liệu và không khí, sửa chữa bảo dưỡng khó, đòi hỏi trình độ chuyên môn cao. - Giá thành đắt. b). Phân loại Phân loại hệ thống phun xăng điện tử theo nhiều tiêu chí: Có thể phân loại theo số vòi phun, phân loại theo nguyên lí điều khiển quá trình phun hay phân loại theo nguyên lí đo lưu lượng khí nạp - Phân loại theo cách thức phun: + Phun xăng điện tử gián tiếp + Phun xăng điện tử trực tiếp - Phân loại theo số vòi phun: + Hệ thống phun xăng nhiều điểm + Hệ thống phun xăng hai điểm + Hệ thống phun xăng một điểm 7.1.3.2. Hệ thống phun xăng điện tử gián tiếp a). Tìm hiểu chung
Trong những động cơ hiện đại, chúng ta thường nghe tới hệ thống phun xăng trực tiếp GDI (Gasonline Direct Injection) hoặc hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection). Điểm khác biệt cơ bản nhất giữa GDI và EFI là vị trí của vòi phun nhiên liệu. Hệ thống GDI sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy với áp suất lớn, còn hệ thống EFI phun nhiên liệu bên ngoài buồng cháy - phun gián tiếp. Như vậy hệ thống GDI, hỗn hợp (nhiên liệu, không khí) sẽ hình thành bên trong buồng cháy, còn EFI, hỗn hợp sẽ hình thành bên ngoài rồi mới qua xupap nạp vào bên trong buồng cháy (hệ thống phun xăng điện tử gián tiếp). Hệ thống phun xăng điện tử EFI gồm ba khối thành phần sau: - Khối điều khiển điện tử. - Khối cấp xăng. - Khối cấp gió. Hình 7.1.8. Sơ đồ khối thể hiện kết cấu cơ bản của EFI
Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến khác nhau để phát hiện tình trạng của động cơ và điều khiển chạy của xe. ECU động cơ tính toán lượng phun nhiên liệu tối ưu và làm cho các vòi phun phun nhiên liệu. Hình 7.1.9. Sơ đồ cơ bản của EFI Theo phương pháp phát hiện lượng không khí nạp thì hệ thống EFI được chia làm hai loại như sau: Loại L- EFI Loại D-EFI Hình 7.1.10. Phân loại hệ thống EFI
Loại L-EFI (loại điều khiển lưu lượng không khí): Loại này sử dụng một cảm biến lưu lượng khí nạp để phát hiện lượng không khí chạy vào đường ống nạp. Có hai phương pháp phát hiện: Một là trực tiếp đo khối lượng khí nạp và một loại là thực hiện hiệu chỉnh dựa vào thể tích không khí. Loại D- EFI (loại điều khiển áp suất đường ống nạp): Loại này đo áp suất trong đường ống nạp để phát hiện lượng không khí nạp theo tỷ trọng của không khí nạp. b). Các khối điều khiển của hệ thống phun xăng điện tử gián tiếp. *). Khối cấp xăng Khối này có nhiệm vụ cung cấp cho các vòi phun xăng chính và vòi phun khởi động lạnh. Mạch cung cấp xăng thực hiện từ thùng xăng, bơm xăng, lọc thô, bộ điều áp, bộ triệt xung áp suất, qua ống dẫn tới các vòi phun. Xăng được cấp cho các vòi phun qua các phần tử của bầu lọc tinh. Trong đường dẫn sau bơm xăng, áp suất xăng có thể đạt tới 220 kPa, luôn ổn định. Vòi phun chính và vòi phun khởi động lạnh chỉ phun xăng cấp cho xy lanh động cơ khi có tín hiệu của ECU. Lượng phun của vòi phun chính được quyết định bởi áp suất nhiên liệu khi phun, thời gian phun, do ECU điều khiển theo trạng thái làm việc của động cơ. Hình 7.1.11. Khối cấp xăng 1: Thùng xăng 5: Bộ điều áp 2: Bơm xăng 6: Vòi phun chính 3: Bầu lọc xăng 7: Vòi phun phụ 4: Dàn phân phối 8: Khoang chia khí *). Khối cấp gió
Hình 7.1.12. Khối cấp gió 1: Cảm biến gió 4: Vít điều chỉnh tốc độ không tải 2: Vít điều chỉnh hỗn hợp không tải 5: Khoang chia khí 3: Van khí phụ Khối cung cấp không khí có nhiệm vụ cung cấp không khí đã được lọc sạch với xăng tạo thành hỗn hợp nạp vào các xy lanh qua xupáp. Mạch cấp khí thường xuyên bao gồm: Không khí từ khí quyển qua bầu lọc khí, qua bộ đo lưu lượng khí (lưu lượng kế), tới bướm ga (điều tiết lượng khí nạp theo điều khiển của chân ga), vào khoang chứa khí chung và chia ra các đường nạp vào từng xy lanh. Tại đây không khí được trộn với xăng, phun ra từ vòi phun, đi qua cửa nạp đến buồng xy lanh. *). Khối điều khiển điện tử Phần điện trong hệ thống có nhiệm vụ cung cấp thông tin của động cơ tới bộ điều khiển trung tâm (ECU), thực hiện cấp tín hiệu cho các bộ phận thừa hành, các bộ phận cảnh báo. Các thông tin cần thu thập phản ánh trạng thái làm việc tức thời của động cơ gồm: Nhiệt độ máy, nhiệt độ khí nạp, lượng O2 trong khí xả, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga, tín hiệu thời điểm đánh lửa, tín hiệu khởi động, số vòng quay trục khuỷu, hiện tượng kích nổ, . Các thông tin được thực hiện nhờ các cảm biến và đưa về ECU. ECU xử lý các thông tin, tính toán các trạng thái thực tế và đưa ra các tín hiệu tối ưu điều khiển các cơ cấu chấp hành: Vòi phun khởi động lạnh, các vòi phun chính, điều chỉnh chế độ mở van khí đường không tải. Các cảm biến của hệ thống phun xăng thường được tổ hợp với các hệ thống điều khiển tự động khác (nếu có) trên xe. ECU có hai chức năng chính: Điều khiển thời điểm phun và điều khiển lượng phun nhiên liệu.
Chức năng điều khiển thời điểm phun quyết định khi nào thì từng vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào xylanh. Để thực hiện điều này nó sử dụng tín hiệu đánh lửa sơ cấp từ bộ chia điện hoặc biến áp đánh lửa. Chức năng điều khiển lượng phun sẽ quyết định bao nhiêu lượng nhiên liệu được phun vào các xylanh. Điều đó được xác định bằng: 1) Tín hiệu phun cơ bản: Tín hiệu này được xác định bằng tín hiệu tốc độ động cơ và tín hiệu lượng khí nạp. 2) Các tín hiệu hiệu chỉnh lượng phun: Các tín hiệu này nhận từ các cảm biến khác, ngoài ra còn có một mạch khuếch đại công suất để kích hoạt vòi phun. Hình 7.1.13. Sơ đồ khối bộ điều khiển trung tâm
5.1.3.3. Hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp(GDI và ESI) Hình 7.1.14: Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp Theo lịch nghiên cứu và phát minh thì Mercedes – Benz, lần đầu tiên vào năm 1955 đã ứng dụng phun xăng trực tiếp vào buồng cháy cho động cơ 6 xylanh với thiết bị bơm tạo áp suất của Bosch. Tuy nhiên thiết bị này đã bị lãng quên đi vì thiết bị điện tử chưa phát triển và ứng dụng của nó trên ô tô còn hạn chế. Đến năm 1996, tình trạng giá dầu leo thang và quy định về khí thải càng ngày càng khắt khe, Misubishi Motors đã thương mại hóa động cơ GDI (Gasonline Direct injection) đã đưa vào Nhật 400.000 động cơ và đã đem lại một thành công lớn. Các hãng sản xuất khác cũng đồng loạt chuyển đổi theo bản quyền sáng chế của Misubishi. Volkswagen/Audi cũng cho ra mắt nhiều động cơ GDI vào 2001 nhưng với cái tên FSI(Fule Stratified Injection). Động cơ GDI (Gasoline Direct Injection Engine) sử dụng phương pháp hình thành hỗn hợp phân lớp (Stratified Mixture Formation) ở chế độ tải nhỏ. Xăng sẽ được phun vào cuối kỳ nén. Bản chất của phương pháp này này là bố trí một bugi đánh lửa trong buồng cháy của động cơ tại vị trí hỗn hợp có thành phần lambda nhỏ (hỗn hợp đậm lambda = 0,85 - 0,9) để đốt hỗn hợp bằng tia lửa điện. Phần hỗn hợp này sau khi bốc cháy sẽ làm mồi để đốt phần hỗn hợp còn lại có thành phần lambda lớn (hỗn hợp nhạt). Như vậy hỗn hợp toàn bộ của động cơ là hỗn hợp nhạt. Để điều chỉnh tải ở chế độ này, người ta sử dụng phương pháp điều chỉnh chất, thay đổi lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy còn lượng không khí không đổi. Ở chế độ tải lớn đến toàn tải, xăng
được phun từ đầu quá trình nạp. Khi đó xăng bay hơi hòa trộn với không khí trong xylanh tạo thành hòa khí trong suốt quá trình nạp và nén nên có thể coi là đồng nhất. Để điều chỉnh tải ở chế độ này người ta dùng van tiết lưu để điều chỉnh lượng hỗn hợp giống động cơ phun xăng gián tiếp. Hình 7.1.15. Động cơ phun xăng trực tiếp của hãng Mitsubishi Đây là một ví dụ điển hình về động cơ hình thành hỗn hợp phân lớp của hãng Ford có tên là Ford Proco với buồng cháy thống nhất. Hình 7.1.16. Kết cấu buồng cháy hãng FORD 1: Xy lanh 2: Vòi phun 3: Bugi 4: Nắp xy lanh 5: Đường nạp 6: Đường thải 7: Piston Nhiên liệu được vòi phun 2 phun vào gần tâm xylanh tạo thành tia phun có góc tia khoảng 1000. Do kết cấu đường ống nạp 5 có dạng xoắn tiếp tuyến nên trong xylanh vào thời điểm phun nhiên liệu vẫn còn dòng xoáy quay tròn của không khí quanh tâm xylanh. Nhiên liệu phun ra sẽ được cuốn theo và hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp. Do ảnh hưởng của lực ly tâm nên thành phần hỗn hợp càng xa tâm quay (càng sát thành buồng cháy) thì càng đậm. Bugi được đặt ở một vị trí nhất định so với tâm xylanh (dấu chữ thập trên hình vẽ). Khi bugi bật tia lửa điện, hỗn hợp gần bugi sẽ cháy và làm mồi để đốt phần hỗn hợp còn lại. Đối với loại hình thành khí hỗn
hợp này, thời điểm phun và thời điểm đánh lửa có quan hệ mật thiết với nhau và được điều khiển bằng thiết bị điện tử. Với việc lắp một vòi phun nhiên liệu bên trong xylanh (giống động cơ diesel) với áp suất phun cao, nhà sản xuất hoàn toàn có thể đẩy tỉ số nén của động cơ lên cao, giúp hỗn hợp không khí - nhiên liệu “tơi” hơn. Quá trình cháy diễn ra “hoàn hảo”, hiệu suất động cơ cao hơn, công suất lớn hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và đặc biệt là giảm thiểu khí xả vào môi trường.Về cấu tạo của hệ thống nhiên liệu GDI khá phức tạp, nhưng nguyên tắc cơ bản vẫn sử dụng các tín hiệu từ động cơ (qua các cảm biến) rồi xử lý tại bộ xử lý trung tâm ECU để điều chỉnh vòi phun (thời điểm, lưu lượng, áp suất). Dưới đây là một số cảm biến quan trọng: - Cảm biến lượng khí nạp: Đo lượng không khí xy lanh hút vào. - Cảm biến ôxy: Đo lượng ôxy trong khí thải nhằm xác định nhiên liệu hòa trộn thừa hay thiếu xăng để ECU hiệu chỉnh khi cần thiết. - Cảm biến vị trí xupap: Giúp ECU điều chỉnh lượng xăng phun vào phù hợp khi đạp ga . - Cảm biến nhiệt độ chất làm mát: Đo nhiệt độ làm việc của động cơ. - Cảm biến hiệu điện thế: Để ECU bù ga khi mở các thiết bị điện trong xe. - Cảm biến áp suất ống tiết liệu: Nhằm giúp ECU đo công suất động cơ. - Cảm biến tốc độ động cơ: Dùng để tính toán xung độ động cơ. Hệ thống nhiên liệu GDI có nhiều ưu điểm hơn hệ thống EFI, nhưng để có thể trang bị hệ thống GDI, vật liệu sử dụng làm piston và xylanh phải có độ bền cao, do nhiệt sinh ra trong quá trình cháy cao hơn rất nhiều, ngoài ra việc chế tạo vòi phun cũng phức tạp hơn. Do vậy chi phí cho hệ thống nhiên liệu GDI cao hơn nhiều so với EFI. Có lẽ đây là một lý do quan trọng khiến hệ thống GDI không phổ biến như EFI.
7.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel 7.2.1. Chức năng yêu cầu nhiệm vụ 7.2.1.1. Chức năng Hệ thống nhiên liệu diesel có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu diesel vào buồng đốt để tạo thành hỗn hợp cho động cơ dưới dạng sương mù với áp suất cao, cung cấp kịp thời, đúng lúc phù hợp với các chế độ của động cơ và đồng đều trong tất cả các xylanh. 7.2.1.2. Yêu cầu - Phải cung cấp nhiên liệu vào buồng cháy của động cơ với áp suất cao và lượng nhiên liệu cung cấp vào phải phù hợp với phụ tải (chế độ công tác) của động cơ. - Phải phun đúng thứ tự làm việc của các xylanh và lượng nhiên liệu phun vào phải đồng đều nhau để động cơ có tính kinh tế cao. - Thời gian phun nhiên liệu phải chính xác, kịp thời bắt đầu và kết thúc phải dứt khoát nhanh chóng. - Nhiên liệu phải được hoà sương tốt và phân tán đồng đều trong buồng cháy của động cơ để hình thành hỗn hợp cháy tốt. 7.2.1.3. Phân loại Cung cấp nhiên liệu được phân làm hai loại: - Loại tự chảy: Nhiên liệu tự chảy từ thùng chứa đến bơm cao áp khi đó thùng chứa đặt cao hơn bơm cao áp. - Loại cưỡng bức: Nhiên liệu được bơm hút từ thùng chứa đẩy đến bơm cao áp, bằng bơm chuyển nhiên liệu, thùng chứa thường được đặt xa, thấp hơn bơm cao áp. Dựa theo đặc điểm của hai chi tiết chính trong hệ thống đó là bơm cao áp và vòi phun, hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel được chia ra hai loại sau : + Hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu phân bơm: ở loại này bơm cao áp và vòi phun là hai chi tiết riêng biệt và nối với nhau bằng đường ống dẫn nhiên liệu cao áp. + Hệ thống nhiên liệu kiểu bơm phân cao áp: Ở loại này chức năng của bơm cao áp và vòi phun được thay thế bằng một thiết bị nhiều tác dụng được gọi bơm phun cao áp, có nhiệm vụ cung cấp điều chỉnh và phun nhiên liệu cao áp vào buồng đốt. Hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu bơm phun cao áp được sử dụng ở mức độ rất hạn chế trong động cơ diesel hiện đại. 7.2.2. Hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp thường 7.2.2.1. Hệ thống nhiên liệu với bơm dãy (Bơm PE) *). Cấu tạo
Hình 7.2.1. Cấu tạo bơm cao áp dãy 1: Bộ điều tốc 5: Vít xả khí 2: Bơm chuyển nhiên liệu 6: Cửa chặn 3: Cơ cấu điều chỉnh phun sớm 7: Các phân bơm 4: Trục cam bơm cao áp 8: Vỏ bơm *). Cấu tạo một phân bơm 1: Đầu nối 2: Buồng cao áp 3: Van triệt hồi 4: Piston bơm cao áp 5: Thanh răng 6: Vấu chữ thập 7: Vòng răng 8: Ống kẹp đuôI piston 9: Lò xo bơm 10: Bulông điều chỉnh 11: Con đội con lăn 12: Trục cam 13: Xylanh bơm cao áp 14: Vỏ bơm 15: Đế van cao áp Hình 7.2.2. Cấu tạo một phân bơm
*). Nguyên lý làm việc của một phân bơm: a b c Hình 7.2.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của một phân bơm Quá trình này bao gồm các giai đoạn sau : Quá trình nạp (hình a): Khi cam thôi tác động lên con đội, piston dịch chuyển đi xuống dưới tác dụng của lò xo hồi vị van cao áp đóng nên độ chân không trong không gian trên piston tăng lên khi piston mở lỗ nạp nhiên liệu từ trong buồng nhiên liệu sẽ điền đầy vào trong xylanh bơm quá trình nạp nhiên liệu vào xylanh kéo dài cho đến khi piston đi xuống vị trí thấp nhất. Quá trình nén - phun nhiên liệu (hình b): Khi cam lệch tâm bắt đầu tác dụng vào con đội piston sẽ dịch chuyển lên trên và đồng thời lò xo bị nén lại. Trong giai đoạn này trước khi piston đóng kín lỗ nạp một phần nhiên liệu trong xylanh bị đẩy trở lại qua lỗ nạp quá trình nén sẽ bắt đầu khi đỉnh piston đóng kín lỗ nạp khi áp suất nhiên liệu trong xylanh đủ lớn thắng được sức căng của lò xo van cao áp và áp suất dư của nhiên liệu trong đường ống cao áp nâng van lên phía trên mở cho nhiên liệu trong xylanh đi vào đường ống cao áp tới vòi phun và chính áp suất của nhiên liệu thắng được sức căng của lò xo kim phun nâng kim phun để mở phun nhiên liệu vào buồng cháy của động cơ. Kết thúc phun (hình c): Piston tiếp tục đi lên khi rãnh vát (gờ xả của rãnh chéo) mở lỗ xả do chênh lệch về áp suất nên nhiên liệu từ không gian phía trên đỉnh piston sẽ thoát ra cửa xả do rãnh khoan đứng làm cho áp suất ở đường nhiên liệu giảm xuống đột ngột, lò xo sẽ đóng van cao áp đồng thời kim phun sẽ đóng lại rất nhanh ngừng cung cấp nhiên liệu cho buồng cháy. Dưới tác dụng của lò xo van cao áp và áp suất dư trong đường ống cao áp làm van cao áp sẽ được đóng kín và vòi phun ngừng làm việc kết thúc quá trình phun nhiên liệu piston dịch chuyển xuống dưới và quá trình làm việc lại được lặp lại như cũ như quá trình nạp.
7.2.2.2. Hệ thống nhiên liệu với bơm phân phối VE a). Cấu tạo Hình 7.2.4. Cấu tạo bơm cao áp chia VE 1: Trục truyền động 14: Cần khởi động 2: Bơm chuyển nhiên liệu 15: Cần điều khiển 3: Bánh răng truyền động 16: Vít điều chỉnh toàn tải 4: Vòng con lăn 17: Cần hiệu chỉnh 5: Con lăn 18: Đường dầu hồi 6: Đĩa cam 19: Vít cữ không tải 7: Bộ điều khiển phun sớm 20: Lò xo điều tốc 8: Lò xo hồi vị piston 21: Vít cữ toàn tải 9: Bạc điều chỉnh nhiên liệu 22: Cần ga 10: Xilanh chia 23: Ống trượt bộ điều tốc 11: Piston chia 24: Quả văng 12: Đầu chia 25: Thân bộ điều tốc 13: Chốt M2
b). Nguyên lý hoạt động Hình 7.2.5. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm VE 1: Thùng chứa dầu 8: Đường dầu về 2: Bơm chuyển tiếp 9: Piston bơm 3: Lọc dầu 10: Piston bơm 4: Van an toàn 11: Van phân phối 5: Bơm tiếp vận 12: Van định lượng 6: Cần điều khiển 13: Đĩa cam 7: Lò xo điều khiển 14: Bộ điều khiển phun sớm *). Nguyên lý hoạt động: Bơm sơ cấp hút nhiên liệu từ thùng đưa qua lọc sau đó nhiên liệu được bơm cánh quạt hút rồi đẩy vào buồng bên trong bơm. Một van điều chỉnh áp suất điều khiển áp suất nhiên liệu bên trong bơm cao áp. Đĩa cam được dẫn động bởi trục dẫn động, piston bơm được gắn với đĩa cam, nhiên liệu được cấp cho kim phun nhờ chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến của piston này. Lượng phun được điều khiển bởi bộ điều chỉnh kiểu cơ khí. Thời điểm phun được điều khiển bởi piston điều khiển phun sớm, piston điều khiển phun sớm hoạt động nhờ áp suất nhiên liệu. Van phân phối có hai chức năng là ngăn không cho nhiên liệu trong ống dẫn đến kim phun quay về piston và bơm, hút nhiên liệu còn lại sau khi phun khỏi kim phun. Khi cam quay, piston bơm đi đến điểm chết trên sau đó về điểm chết dưới. Quá trình điều khiển lượng dầu cung cấp cho một chu trình được thực hiện gồm các bước sau:
Bước 1: Nạp nhiên liệu: Khi pittông bơm chuyển động sang trái, một trong 4 rãnh hút trên piston sẽ thẳng hàng với cửa hút và nhiên liệu sẽ được hút vào đường bên trong pittông. Bước 2: Phân phối nhiên liệu: Khi đĩa cam và piston quay, cửa hút đóng và cữa phân phối của piston sẽ thẳng hàng với một trong bốn trên nắp phân phối. Khi đĩa cam lăn trên các con lăn, piston vừa quay vừa dịch chuyển sang phải, làm nhiên liệu bị nén. Khi nhiên liệu bị nén đến một áp suất nhất định nó được phun ra khỏi vòi phun. Bước 3: Kết thúc việc cung cấp nhiên liệu: Khi piston dịch chuyển thêm về phía bên phải, hai cửa tràn của piston sẽ lộ ra khỏi van định lượng và nhiên liệu dưới áp suất cao sẽ bị đẩy về buồng bơm qua các cửa tràn này. Vì vậy áp suất nhiên liệu sẽ giảm đột ngột và quá trình phun kết thúc. Bước 4: Cân bằng áp suất: Khi piston quay 1800 sau khi phân phối nhiên liệu, rãnh cân bằng áp suất trên piston thẳng hàng với đường phân phối để cân bằng áp suất nhiên liệu trong đường phân phối và trong buồng bơm. Hình 7.2.6. Chu trình làm việc của piston chia 1: Piston bơm 5: Rãnh phân phối 2: Lỗ nạp nhiên liệu 6: Đường phân phối 3: Rãnh hút 7: Lỗ thoát nhiên liệu 4: Buồng cao áp 8: Van định lượng
7.2.3. Hệ thống nhiên liệu với bơm cao áp điều khiển điện tử 7.2.3.1. Hệ thống nhiên liệu với bơm cao áp dãy PE điều khiển điện tử (điều khiển bằng cơ cấu ga điện từ) Về cơ bản các chi tiết của bơm PE điện tử có cấu tạo và hoạt động giống như bơm PE thông thường, chỉ khác ở chỗ là: - Đối với bơm PE thông thường cơ cấu điều chỉnh lượng nhiên liệu phun là thanh răng và bộ điều tốc. - Còn với bơm PE điện tử, để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun thì ECU sẽ tiếp nhận các tín hiệu từ các cảm biến sau đó sẽ gửi tín hiệu điều khiển cho cơ cấu điều ga điện từ để thay đổi vị trí thanh răng (hay thay đổi tốc độ động cơ). Hình 7.2.7. Bơm cao áp PE Hoạt động của bơm: Khi ôtô máy kéo làm việc, tải trọng trên động cơ luôn thay đổi. Nếu thanh răng của bơm cao áp giữ nguyên một chỗ thì khi tăng tải trọng, số vòng quay của động cơ sẽ giảm xuống, còn khi tải trọng giảm thì số vòng quay tăng lên. Điều đó dẫn đến trước tiên làm thay đổi tốc độ của ôtô máy kéo, thứ hai là động cơ buộc phải làm việc ở những chế độ không có lợi. Để giữ cho số vòng quay trục khuỷu động cơ không thay đổi khi chế độ tải trọng khác nhau thì đồng thời với sự tăng tải cần phải tăng lượng nhiên liệu cấp vào xylanh, còn khi giảm tải thì giảm lượng nhiên liệu cấp vào xylanh. Khi luôn luôn có sự thay đổi tải trọng thì không thể dùng tay mà điều điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào xylanh. Công việc ấy được thực hiện tự động nhờ một thiết bị đặc biệt trên bơm cao áp gọi là cơ cấu điều ga điện từ .
Hình 7.2.8. Cơ cấu điều ga bơm PE 1. Trục cam 5. Cảm biến tốc độ 2. Cơ cấu điều ga điện từ 6. Lõi thép di động 3. Lò xo hồi vị 7. Lõi thép cố định 4. ECU 8. Cuộn dây Cơ cấu điều ga làm nhiệm vụ : - Điều hoà tốc độ động cơ dù có tải hay không tải (giữ vững một tốc độ hay trong phạm vi cho phép tuỳ theo loại) có nghĩa là lúc có tải hay không tải đều phải giữ một tốc độ động cơ trong lúc cần ga đứng yên. - Đáp ứng được mọi vận tốc theo yêu cầu của động cơ. - Phải giới hạn được mức tải để tránh gây hư hỏng máy. - Phải tự động cắt dầu để tắt máy khi số vòng quay vượt quá mức ấn định. Hoạt động của cơ cấu điều ga điện từ trong bơm PE: Khi ECU gửi xung → cuộn dây → Sinh ra từ trường→ lõi thép di động → dịch chuyển sang trái hay phải → kéo theo thanh răng dịch chuyển làm thay đổi hành trình bơm (hành trình hữu ích). Từ trường sẽ tác động vào thanh răng làm thang răng tiến về chiều giảm hay tăng (phải hay trái) kéo theo tốc độ động cơ thay đổi ECU sẽ tiếp nhận các tín hiệu từ các cảm biến từ đó tính toán để đưa ra lượng phun phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ. 7.2.3.2. Hệ thống nhiên liệu với bơm VE điều khiển điện tử (điều khiển bằng cơ cấu điều ga điện từ) Hệ thống nhiên liệu với bơm VE điều khiển điện tử có một số loại chính như sau: - Bơm VE điện từ điều khiển bằng cơ cấu điều ga điện từ - Loại bơm VE điện tử điều khiển bằng van xả + Bơm VE điện tử một piston hướng trục + Bơm VE điện tử nhiều piston hướng kính