Giáo trình Mô đun 17: Động cơ đốt trong

BỘ LAO ĐỘNG – THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TỔNG CỤC DẠY NGHỀ

GIÁO TRÌNH

Mô đun: Động cơ đốt trong

NGHỀ: ĐIỆN DÂN DỤNG

TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ

Ban hành kèm theo Quyết định số: 120 /QĐ- TCDN

Ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục dạy nghề.

Hà Nội, năm 2012

1

TUYÊN BỐ BẢN QUYỂN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được

phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham

khảo.

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh

doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

2

LỜI GIỚI THIỆU

Trong quá trình đào tạo cho các học sinh nghề Điện dân dụng, những khái

niệm cơ bản ban đầu về các hiện tượng, các quá trình xảy ra trong các trang thiết

bị mà sau này các em sẽ học là vô cùng cần thiết. Mô đun Động cơ đốt trong sẽ

trang bị cho các học sinh ngành máy nói riêng và khối kỹ thuật nói chung các

khái niệm, nguyên lý về động cơ đốt trong, kiến thức về máy, chi tiết máy. Giúp

cho các em hiểu biết về động cơ đốt trong đang được thịnh hành, vận hành được

cơ bản động cơ đốt trong an toàn hiệu quả trên cơ sở của nguyên lý đã học.

Có thể nói Động cơ đốt trong là một trong những mô đun cơ sở nền tảng

cho các mô đun về máy. nên đòi hỏi các em phải nắm vững những khái niệm,

nguyên lý hoạt động và các chức năng, nhiệm vụ, cấu tao,các hệ thống phục vụ.

Các em phải biết vận dụng các kiến thức đã học vào việc vận hành cũng như sửa

chữa một số hư hỏng cơ bản trong quá trình vận hành.

Để quá trình dạy học mô đun Động cơ đốt trong thuận tiện và hiệu quả

hơn, giáo trình mô đun Động cơ đốt trong được biên soạn.

Những kiến thức mà giáo trình động cơ đốt trong cung cấp giúp cho người

học học là cơ sở về động cơ xăng, động cơ diesel: … trong chương trình đào tạo

nghề Điện dân dụng.

Cấu trúc cơ bản của giáo trình bao gồm 6 bài:

Bài 1 : Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoat động của động cơ đốt trong,

Bài 2 : Vận hành động cơ đốt trong

Bài 3 : Bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu của động cơ đốt trong,

Bài 4: Bảo dưỡng hệ thống bôi trơn của động cơ đốt trong,

Bài 5: Bảo dưỡng hệ thống làm mát của động cơ đốt trong,

Bài 6: Bảo dưỡng hệ thống điện của động cơ đốt trong

Trong quá trình biên soạn, tác giả đã tham khảo các tài liệu và giáo trình

khác như ở phần cuối giáo trình đã thống kê.

Chúng tôi rất cảm ơn các cơ quan hữu quan của TCDN, BGH và các thày

cô giáo trường CĐN Bách nghệ Hải Phòng và một số giáo viên có kinh nghiệm,

cơ quan ban ngành khác đã tạo điều kiện giúp đỡ cho nhóm tác giả hoàn thành

giáo trình này.

Lần đầu được biên soạn và ban hành, giáo trình chắc chắn sẽ còn khiếm

khuyết; rất mong các thày cô giáo và những cá nhân, tập thể của các trường đào

tạo nghề và các cơ sở doanh nghiệp quan tâm đóng góp để giáo trình ngày càng

hoàn thiện hơn, đáp ứng được mục tiêu đào tạo của mô đun nói riêng và ngành

điện dân dụng cũng như các chuyên ngành kỹ thuật nói chung.

3

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ:

Trường Cao đẳng nghề Bách Nghệ Hải Phòng

Khoa Điện – Điện tử

Số 196/143 Đường Trường Chinh - Quận Kiến An - TP Hải Phòng

Email: khoadienbn@gmail.com

Hà Nội, ngày…..tháng…. năm……

Nhóm biên soạn

1 - Chủ biên: KS,MTr. Đặng Minh Tiên

2 - Nguyễn Ngọc Dũng

3 - Bùi Tiến Lực

4 - Nguyễn Văn Luận

4

MÔ ĐUN: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Mã số mô đun: MĐ 17

- Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

+ Vị trí mô đun: Mô đun được bố trí sau khi học sinh học xong các mô

đun chung, trước các mô đun đào tạo nghề.

+ Tính chất của mô đun: Là mô đun cơ sở nghề.

+ Ý nghĩa và vai trò của mô đun:

Nội dung mô đun này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức cơ bản

và những kỹ năng cần thiết về cấu tạo, nguyên lý làm việc, và vận hành động cơ

đốt trong , nắm được các hư hỏng và cách sữa chữa một số chi tiết cơ bản của

động cơ đốt trong .

- Mục tiêu của mô đun:

* Về kiến thức: Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động và chức năng

nhiệm vụ các chi tiết và các hệ thống của động cơ đốt trong

* Về kỹ năng: Vận hành, bảo dưỡng được động cơ đốt trong có công suất

< 20 HP đúng qui trình, đúng phương pháp.

* Về thái độ: Tuân thủ các biện pháp an toàn lao động khi lắp đặt, vận

hành, sửa chữa và bảo dưỡng động cơ đốt trong.

Nội dung của mô đun:

Thời gian

Số

TT

Tên các bài trong mô đun

Tổng

số

Lý

Thực Kiểm

thuyết hành

tra

1

2

Mở đầu.

Tên bài 1: Đặc điểm cấu tạo và nguyên

lý hoat động của động cơ đốt trong

Tên bài 2: Vận hành động cơ đốt trong

Tên bài 3: Bảo dưỡng hệ thống nhiên

liệu của động cơ đốt trong

Tên bài 4: Bảo dưỡng hệ thống bôi

trơn của động cơ đốt trong

Tên bài 5: Bảo dưỡng hệ thống làm

mát của động cơ đốt trong

4

8

4

3

1

3

2

1

2

4

1

2

3

4

1

5

6

7

Tên bài 6: Bảo dưỡng hệ thống điện

của động cơ đốt trong

6

3

1

2

Cộng

30

15

13

5

BÀI 1:

ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Mã bài : MĐ 17.01

Giới thiệu:

Cùng với sự phát triển các ngành công nghiệp động cơ đốt trong đóng một

vai trò đặc biệt quan trọng trong nền kinh tế chúng đa dạng về chủng loại, và

cũng không ngừng được cải tiến và nâng cao cùng với sự phát triển của công

nghệ mới. Vì vậy đòi hỏi người vận hành làm việc trong các ngành, nghề và đặc

biệt trong các nghề vận tài, công nhiệp.... phải hiểu rõ về các yêu cầu, nắm vững

cơ sở lý thuyết động cơ đốt trong. Biết ứng dụng của từng loại động cơ để sử

vận hành hợp lý trong các điều kiện làm việc khác nhau.

Với thời lượng 4 giờ bao gồm 3 lí thuyết, 1 giờ thực hành nội dung của bài

nhằm cung cấp những kiến thức ban đầu cho học sinh về đặc điểm, cấu tạo các

chi tiết tĩnh và động, nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong

Mục tiêu của bài:

- Trình bày được nguyên lý kết cấu và nguyên lý hoạt động của động cơ xăng bốn kỳ

- Nhân dạng, phân biệt đúng các chi tiết trong cơ cấu truyền động của động

cơ xăng bốn kỳ: xy lanh, nắp xi lanh, thanh truyền, trục khuỷu, xupáp..

- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo, tích cực trong học tập.

1. Đặc điểm

Mục tiêu:

- Hiểu được đặc điểm câu tạo, ưu nhược điểm của động cơ xăng và động

cơ diesel

1.1 Giới thiệu về động cơ đốt trong

Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên

liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành cơ năng.

Các động cơ nhiệt đầu tiên là máy hơi nước, chúng có đặc điểm chung là

nhiên liệu (củi, than, dầu...) được đốt cháy ở bên ngoài xilanh của động cơ.

Động cơ nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, bao gồm từ những động cơ

chạy bằng xăng hoặc dầu ma dút của xe máy, ô tô, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy …

đến các động cơ chạy bằng các nhiên liệu đặc biệt của tên lửa, tàu vũ trụ, động

cơ chạy bằng năng lượng nguyên tử của tàu ngầm, tàu phá băng …

Động cơ nhiệt bao gồm động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài.

Động cơ đốt ngoài: Là loại động cơ nhiệt có quá trình đốt cháy nhiên liệu

được tiến hành ở bên ngoài động cơ. (Ví dụ: Máy hơi nước kiểu piston, tua bin

hơi nước ...)

Động cơ đốt trong: Là loại động cơ nhiệt trong đó việc đốt cháy nhiên liệu,

sự toả nhiệt và quá trình chuyển hoá từ nhiệt năng của môi chất công tác (hỗn

hợp khí đốt do việc cháy nhiên liệu), sang cơ năng được tiến hành ngay trong

bản thân động cơ. (VD: động cơ Diesel, động cơ cacbua ratơ, động cơ xăng ...)

1.2. Ưu nhược điểm

6

a. Ưu điểm

- Hiệu suất có ích cao: Đối với động cơ đốt trong hiện đại hiệu suất có ích

có thể đạt 40  54 % trong khi đó hiệu suất của thiết bị động lực tua bin hơi chỉ

22  28%, của thiết bị máy hơi nước không quá 16%, của thiết bị tua bin khí

khoảng 30%.

- Nếu hai động cơ đốt trong và đốt ngoài cùng công suất thì động cơ đốt

trong gọn và nhẹ hơn nhiều (vì không cần các thiết bị phụ khác như động cơ đốt

ngoài, như nồi hơi, buồng cháy, máy nén, thiết bị ngưng hơi ...).

- Tính cơ động cao: Khởi động nhanh và luôn luôn ở trạng thái sẵn sàng

khởi động. Có thể điều chỉnh kịp thời công suất theo phụ tải.

- Dễ tự động hoá và điều khiển từ xa.

- Ít gây nguy hiểm khi vận hành (ít có khả năng gây hoả hoạn và nổ vỡ thiết

bị).

- Nhiệt độ xung quanh tương đối thấp tạo điều kiện tốt cho thợ máy làm

việc.

- Không tốn nhiên liệu khi dừng động cơ.

- Không cần có nhiều người vận hành .

b. Nhược điểm:

- Khả năng quá tải kém (thường không quá 10% về công suất, 3% về vòng

quay trong thời gian một giờ).

- Không ổn định khi làm việc ở tốc độ quá thấp.

- Rất khó khởi động khi đã có tải.

- Công suất lớn nhất của thiết bị không cao lắm (công suất của động cơ đốt

trong không vượt quá 40  45 ngàn mã lực hoặc 30  37 ngàn KW).

- Yêu cầu nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong tương đối khắt khe và đắt

tiền.

- Cấu tạo của động cơ đốt trong tương đối phức tạp, yêu cầu các chi tiết

phải có độ chính xác cao.

- Động cơ làm việc gây tiếng ồn lớn , nhất là động cơ cao tốc.

- Yêu cầu người thợ máy vận hành phải có trình độ kỹ thuật cao.

2. Cấu tạo động cơ đốt trong

Mục tiêu:

- Hiểu được cấu tạo, điều kiện làm việc của các chi tiết cơ bản trong động

cơ đốt trong, nguyên lý hoạt động của các hệ thống phục vụ động cơ.

2.1 Cấu tạo chi tiết tĩnh

2.1.1. Bộ khung động cơ

Bộ khung động cơ bao gồm các bộ phận cố định có chức năng che chắn

hoặc là nơi lắp đặt các bộ phận khác của động cơ. Các bộ phận cơ bản của bộ

khung động cơ bao gồm: nắp xi lanh, khối xi lanh, cacte, các nắp đậy, đệm kín,

bulông , v.v.

7

Hình 1.1 Khung động cơ đốt trong

+ Khối xi lanh:

Các xi lanh của động cơ nhiều xi lanh thường được đúc liền thành một khối

(khối xi lanh). Mặt trên và mặt dưới của khối xi lanh được mài phẳng để lắp với

nắp xi lanh và cacte. Vách trong của xi lanh được doa nhẵn (mặt gương).

Vật liệu chế tạo: gang, hợp kim nhôm, hoặc được hàn từ các tấm thép.

Đối với động cơ được làm mát bằng không khí, khối xi lanh có gắn thêm

các tấm tản nhiệt.

Đối với động cơ được làm mát bằng nước, khối xi lanh có các khoang để

chứa nước làm mát.

Hình 1.2 Khối xi lanh động cơ

+ Cacte: Là bộ phận bao bọc, nơi lắp đặt các bộ phận chuyển động chủ yếu

của động cơ.

Phần trên cacte (cacte trên) lắp đặt khối xi lanh, trục khuỷu, trục cam, v.v.

Phần dưới cacte (cacte dưới, cacte nhớt) có chức năng đậy kín không gian

trong động cơ từ bên dưới. Nơi đây chứa dầu bôi trơn.

Ở động cơ nhỏ và trung bình, cacte và khối xi lanh được đúc liền (thân

động cơ).

Ở động cơ lớn, cacte dưới vừa là nơi chứa dầu bôi trơn vừa là nơi lắp đặt

trục khuỷu và các bộ phận liên quan. Ví dụ: các động cơ công suất lớn của hãng

B & W, Cummins, v.v.

8

2.1.3. Nắp xilanh

+ Nắp xi lanh: Là chi tiết đậy kín không gian công tác của động cơ từ phía

trên, nơi đây lắp đặt một số bộ phận như: xupap, đòn gánh xupap, vòi phun,

bugi, ống góp khí nạp, ống góp khí thải, van khởi động, v.v.

- Vật liệu chế tạo: Gang, hợp kim nhôm.

Hình 1.3 Nắp xi lanh động cơ

- Phương pháp chế tạo: đúc.

Nắp xilanh đậy kín một đầu cùng với piston và xilanh tạo thành buồng đốt

động cơ. Nhiều bộ phận của động cơ được lắp trên nắp xilanh như: Bugi, vòi

phun, Cụm xupap, Cơ cấu điều kiển xu páp van khởi động… ngoài ra, trên nắp

xilanh còn bố trí các đường nạp, đường thải, Các khoang nước làm mát, đường

dầu bôi trơn… do đó kết cấu của nắp xilanh rất phức tạp

Nắp xilanh làm việc trong điều kiền rất khó khăn như phải chịu nhiệt độ

cao, áp suất lớn, ăn mòn hóa học nhiều. Ngoài ra khi lắp ráp, lắp xilanh chịu ứng

suất nén khi siết chặt bu lông hoặc gu jông.

* Có buồng cháy tốt nhất để bảo đảm quá trình cháy của động cơ tiến hành

thuận lợi nhất.

* Có đủ sức bền và độ cứng vững để khi chịu tải trọng nhiệt và tải trọng cơ

học lớn không bị biến dạng lọt khí và rò nước.

* Dễ dàng tháo lắp và điều chỉnh các cơ cấu lắp trên nó

* Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, đồng thời tránh được ứng suất nhiệt

* Đảm bảo đậy kín xilanh, không bị lọt khí, rò nước, rò dầu.

9

* Nắp xi lanh là một phần của buồng đốt do đó nắp xi lanh phải chịu những

điều kiện khắc nghiệt trong quá trình làm việc như: Nhiệt độ cao, áp suất

cao…Nắp xi lanh chủ yếu được cấu tạo bằng hợp kim gang hoặc hợp kim nhôm.

* Nắp xi lanh là chi tiết để lắp cơ cấu trục cam….

2.1.4. Xi lanh

Sơ mi xilanh kết hợp với piston và nắp xilanh tạo thành buồng đốt và không

gian công tác, dẫn hướng piston chuyển động và cùng với piston làm nhiệm vụ

nạp khí quét và xả khí thải với động cơ 2 kỳ.

Sơ mi xilanh của động cơ nói chung được chế tạo bằng phương pháp đúc.

+ Xi lanh: Là bộ phận có chức năng dẫn hướng piston và cùng với mặt

dưới của nắp xi lanh và đỉnh piston tạo nên không gian công tác của xi lanh. Xi

lanh được chế tạo riêng và lắp vào khối xi lanh.

+ Xi lanh khô: Không tiếp xúc trực tiếp với nước làm mát.

+ Xi lanh ướt: Phía ngoài tiếp xúc trực tiếp với nước làm mát. Phần dưới

của xi lanh có các vòng cao su ngăn không cho nước lọt xuống cacte.

Hình 1.4 . xi lanh động cơ

Sơ mi xilanh phải có khả năng chịu được ứng suất cơ do áp suất cháy và

ứng suất nhiệt do sự chênh lệch nhiệt độ giữa vách trong và vách ngoài sơ mi

xilanh.

Sơ mi xilanh của các động cơ có đường kính lớn, hàmh trình dài, có patanh

bàn trượt được bôi trơn bằng cách dùng các bơn dầu nhờn kiểu piston cụm, cấp

dầu nhờn bôi trơn cho sơ mi xilanh qua các lỗ trên sơ mi xilanh. Các lỗ dầu này

được khoan ở phía trên của sơ mi xilanh để hạn chế sự mài mòn sơ mi xilanh.

Trên các lỗ dầu nhờn này người ta bố trí các van một chiều để ngăn ngừa việc

dầu nhờn chảy ngược lại do áp lực khí cháy lớn. Các miệng lỗ phía trong sơ mi

xilanh được nối với nhau bằng rãnh lượn sóng, hoặc thẳng để phân phối dầu

nhờn đều xung quanh chu vi bên trong sơ mi xilanh.

Sơ mi xilanh được cố định trong khối xilanh bằng gờ định vị phía trên tựa

vào mặt tựa của khối xilanh, phía đuôi để tự do. Kiểu lắp ghép này cho phép sơ

mi xilanh giãn nở theo chiều dọc. Độ kín của mối lắp ghép này được đảm bảo

bằng cách rà phẳng bề mặt tiếp xúc hoặc bằng các gioăng đệm làm kín.

10

Khe hở hướng kính giữa gờ định vị và sơ mi xilanh đủ lớn, phù hợp với độ

giãn nở lớn nhất của sơ mi xilanh khi động cơ làm việc.

Phần dưới của sơ mi xilanh được lắp các gioăng cao su để làm kín khoang

nước làm mát.

Để tăng khả năng chống ăn mòn, bề mặt làm việc của sơ mi xilanh được

mạ crôm "xốp" đối với các xilanh bằng gang, hoặc thấm Nitơ đối với các xilanh

bằng thép đôi khi để tăng khả năng chống mài mòn một số hãng hiện nay chế

tạo bề mặt trong sơmi xilanh kiểu gợn sóng . Bề mặt ngoài của sơ mi còn có thể

được phủ một lớp sơn Bakelit, mạ thiếc... hoặc dùng các tấm kẽm bảo vệ dương

cực để hạn chế ăn mòn điện hóa sơ mi xilanh khi làm mát bằng nước.

2. 2. Cấu tạo chi tiết động

2.2.1. Piston

- Là một trong các chi tiết tạo thành buồng đốt

- Tạo ra thay đổi áp suất trong xilanh khi chuyển động

- Truyền áp lực khí cháy đến tay biên, biến lực tác động vô hướng của khí

cháy thành lực có hướng.

- Truyền nhiệt từ buồng cháy ra môi trường

- Đóng mở các cửa hút, cửa xả đối với động cơ 2 kỳ.

Do vậy, piston chịu tác dụng tải trọng cơ do lực khí cháy và lực quán tính

gây ra, chịu tải trọng và nhiệt cao, ngoài ra còn chịu ma sát mài mòn do chuyển

động tương đối so với chi tiết xilanh, xéc măng gây nên. Lực khí cháy, lực quán

tính tác dụng và nhiệt độ cao nên thường gây ra ứng suất cơ và ứng suất nhiệt

trong piston, ngoài ra còn chịu va đập với xilanh, xéc măng do vận tốc piston

thay đổi khi thay đổi chế độ tốc độ.

Đối với động cơ cao tốc, tăng áp cao, đặc biệt là động cơ 2 kì thì điều kiện

làm việc của piston nặng nề hơn.

Yêu cầu cơ bản đối với piston

- Đảm bảo bao kín buồng cháy;

- Truyền nhiệt tốt;

- Có khối lượng nhỏ để giảm lực quán tính, nhưng phải đảm bảo độ cứng

vững để chịu được tải trọng cơ & nhiệt.

Hình 1.5. Một số kết cấu piston động cơ đốt trong

Kết cấu piston chia thành 3 phần chính:

11

- Đỉnh: là phần trên cùng của piston, cùng với mặt dưới nắp xilanh và một

phần vách ống lót xilanh tạo thành buồng cháy.

- Đầu piston: bao gồm đỉnh và phần đai lắp xéc măng có nhiệm vụ bao kín

buồng cháy.

- Thân piston: phần phía dưới xéc măng cuối cùng của đầu piston, làm

nhiệm vụ dẫn hướng piston.

Nói chung, kết cấu piston phụ thuộc loại động cơ. Căn cứ vào cấu tạo

piston được chia thành hai loại: piston của động cơ nối trực tiếp với tay biên và

piston của động cơ có guốc trượt. Tuỳ thuộc vào loại động cơ Diesel: số kì, công

suất xilanh, mức độ tăng áp, mà có thể làm mát hoặc không làm mát cho đỉnh

piston. Chất làm mát cho đỉnh piston thường dùng là dầu hoặc nước.

Piston của các động cơ 2 kỳ quét vòng có patanh bàn trượt có phần dẫn

hướng dài để ngăn không cho cửa quét và cửa xả thông nhau khi piston chuyển

động. Phần dẫn hướng thường được chế tạo bằng gang vì phụ tải nhiệt và phụ tải

cơ trên phần dẫn hướng nhỏ hơn phần đỉnh piston.

Piston của các động cơ 2 kỳ quét thẳng có patanh bàn trượt, hành trình dài

thì không có phần dẫn hướng vì patanh bàn trượt giữ vai trò dẫn hướng. Đối với

các động cơ không có patanh bàn trượt, piston có phần dẫn hướng dài hơn. Vật

liệu chế tạo piston phụ thuộc vào kích thước, loại nhiên liệu sử dụng và tốc độ

của động cơ.

a. Đỉnh piston

Đỉnh piston là nơi tiếp xúc trực tiếp với khí thể, nên nó chịu áp lực lớn,

nhiệt độ cao và chịu ăn mòn hoá học. Đối với động cơ tăng áp cao. Áp lực khí

cháy cực đại có thể lên tới 10 - 18 MPa và nhiệt độ khí cháy cực đại có thể lên

tới 2000 – 2200⁰K.

Với điều kiện làm việc như vậy, nên đỉnh piston có nhiều loại. Phụ thuộc

loại động cơ mà đỉnh piston có các dạng khác nhau. Tuy nhiên, nói chung đỉnh

piston sau khi chế tạo thường thoả mãn các yêu cầu sau đây:

- Có dạng phù hợp với chùm tia nhiên liệu, tạo nên xoáy lốc mạnh để hoà

trộn hỗn hợp tốt, với động cơ hai kì đỉnh piston còn phải tạo ra khả năng quét

khí thuận lợi.

- Để dễ khởi động, giảm tổn thất nhiệt cần phải có tỉ số giữa diện tích bề

mặt đỉnh với thể tích buồng cháy nhỏ.

12

Hình 1.6 Cấu tạo đỉnh piston

- Cần phải hạn chế các góc nhọn để giảm nhiệt độ tập trung và có góc lượn

tương đối lớn để dẫn nhiệt tốt.

Đỉnh piston có các dạng: đỉnh bằng (a), đỉnh lõm dạng (e), đỉnh lõm dạng

chỏm cầu hoặc lõm không đối xứng (g,i,h,f), đỉnh lồi (b,c,d).

b. Đầu piston

Phần đầu piston được tính từ đỉnh đến xéc măng dầu thứ nhất. Đầu piston

tiếp súc trực tiếp với buồng cháy, truyền nhiệt từ môi chất công tác đến các chi

tiết tiếp xúc với nó và truyền lực xuống chốt piston. Để làm giảm khả năng

truyền nhiệt đôi khi đỉnh piston được tạo những rãnh. Những rãnh này có tác

dụng giảm nhiệt cho xéc măng trên cùng.

Đối với động cơ Diesel tàu thuỷ có công suất lớn phần đầu piston được làm

bằng thép và chế tạo rời so với phần thân. Kiểu kết cấu này có thể giảm được giá

thành của vật liệu chế tạo và thay thế từng phần nếu bị hư hỏng.

Động cơ Diesel hai kì có guốc trượt phần đầu và thân piston không chịu tác

dụng của lực đẩy ngang, nên có thể để khe hở giữa piston và xilanh lớn hơn, do

đó tránh được hiện tượng kẹt piston khi làm việc ở chế độ quá tải. Và phần đầu

piston được lắp trực tiếp với cán piston. Nếu động cơ bố trí quét vòng, để che

kín các cửa lúc khi piston ở điểm chết trên thì ngoài phần đầu cần phải bố trí

thêm phần dẫn hướng dài hơn .

Đối với động cơ Đốt trong có công suất vừa và nhỏ phần đầu piston thường

được chế tạo liền với phần thân .

c. Thân piston (phần dẫn hướng)

Kết cấu thân piston phụ thuộc loại động cơ. Đối với động cơ Diesel hai kì

công suất lớn, xả qua xu páp thường là loại động cơ có guốc trượt. Tác dụng dẫn

hướng và chịu lực đẩy ngang do guốc dẫn hướng tiếp nhận, nên người ta chỉ chế

tạo phần đầu và lắp trực tiếp vào cán piston mà không chế tạo phần thân. Động

cơ có guốc trượt, nhưng bố trí quét vòng qua cửa, người ta chế tạo thêm phần

thân để đóng mở cửa quét. Đối với động cơ không có guốc trượt, phần thân

piston làm nhiệm vụ dẫn hướng và chịu tác dụng của lực đẩy ngang. Để đảm

bảo dẫn hướng tốt và ít bị va đập trong quá trình hoạt động, thì khe hở giữa thân

piston với ống lót xilanh phải bé.

- Chiều dài thân piston: Được xác định trên cơ sở áp lực tác dụng lên bề mặt

trong xi lanh, sao cho duy trì màng dầu bôi trơn. Riêng đối với động cơ hai kì

quét vòng, thân piston phải đủ dài để khi piston nằm ở ĐCT vẫn đủ đóng kín cửa

quét và cửa xả. Đối với động cơ cao tốc, vòng quay động cơ càng lớn, chiều dài

phần dẫn hướng phải càng ngắn để giảm lực quán tính của khối lượng chuyển

động tịnh tiến, vì thế áp lực riêng lên thân càng cao, do đó tốc độ mài mòn tăng

lên.

Trên thân piston có bố trí các rãnh xéc măng dầu, thường bố trí từ 1 đến 2

rãnh. Đối với động cơ Diesel trung và thấp tốc để giảm ma sát và mài mòn với

mặt gương xi lanh trên phần dẫn hướng có lắp ép một hoặc nhiều vành đai bằng

đồng thanh hay hợp kim nhôm.

13

- Vị trí bệ chốt piston (đối với piston nối trực tiếp với tay biên): Thường

được bố trí cao hơn trọng tâm để áp suất do lực đẩy ngang và lực ma sát gây ra

phân bố đều hơn. Nếu vị trí bệ chốt chọn đúng sẽ giảm được mức độ va đập của

thân piston lên thành xi lanh.

- Trên thân piston chỗ tập trung nhiều vật liệu nhất là hai bệ chốt. Để tránh

hiện tượng biến dạng nhiệt gây bó kẹt chốt piston, piston khi chịu lực đẩy

ngang, lực thể khí và chịu nhiệt cao, thì thân piston tại tiết diện ngang ứng với

bệ chốt được chế tạo có dạng hình ô van hoặc vát bớt phần vật liệu ở hai đầu bệ

chốt. Trong quá trình hoạt động do tác dụng của lực đẩy ngang thân piston tại

vùng chốt tác dụng lên mặt gương xi lanh trong mặt phẳng lắc. Ngoài ra phần

đầu và phần thân piston còn chịu tác dụng của áp lực khí cháy P_Zvà chịu tác

dụng của nhiệt độ cao làm biến dạng.

2.2.2 Biên (Thanh truyền).

Biên là khâu trung gian nối piston với trục khuỷu, dùng để biến chuyển

động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu, trong

hành trình sinh công và ngược lại làm nhiệm vụ truyền lực từ trục khuỷu để dẫn

động piston trong những hành trình không sinh công.

Khi động cơ hoạt động: Biên làm việc trong điều kiện chịu lực thay đổi liên

tục.

- Chịu lực nén và uốn rất lớn do áp lực khí cháy thông qua piston truyền

xuống.

- Chịu lực kéo, lực quán tính của bản thân và của piston.

- Chịu mài mòn ở hai đầu.

Trong động cơ không có guốc trượt thì biên được chia thành ba phần chính:

Đầu nhỏ (Đầu trên lắp ghép với piston), Thân, Đầu to (Đầu dưới lắp ghép với cổ

trục khuỷu).

- Đa số động cơ đầu nhỏ biên thường được chế tạo liền với thân biên. Đối

với một số động cơ công suất lớn được làm rời dùng bulông bắt với thân biên.

Kích thước đầu nhỏ biên được xác định theo đường kính ngoài của chốt

piston và khả năng đặt nó trong lòng piston.

14

Hình 1.7. Cấu tạo thanh truyền (tay biên)

1. Lỗ phun dầu làm mát đỉnh piston, 2. Đầu nhỏ, 3. Bạc lót, 4. Lỗ dẫn dầu

bôi trơn, 5. Thân thanh truyền, 6. Căn đệm điều chỉnh chiều cao buồng đốt,

7. Bulong thanh truyền, 8. Căn đệm điều chỉnh khe hở dầu.

a. Đầu nhỏ biên: Đầu nối với piston thông qua chốt (ắc) piston.

- Hình dạng đường viền phía ngoài của đầu nhỏ biên có nhiều dạng ví dụ:

Động cơ cao tốc thì đầu nhỏ biên có hình tròn xoay, loại thấp tốc có hình ô van

với vành dày hơn, hoặc tròn xoay có gờ nổi để tăng độ cứng ...

- Bên trong đầu nhỏ biên có bạc lót để chống mòn, bạc lót có thể làm liền

hoặc làm rời bằng thép hoặc bằng đồng, mặt trong có tráng lớp hợp kim đỡ sát.

Trên bạc lót có lỗ dẫn dầu bôi trơn (thông với thân biên hoặc thông qua đầu nhỏ

biên lên phía trên). Bạc lót được cố định vào đầu nhỏ biên bằng chốt định vị

hoặc ép chặt để chống xoay.

- Phương pháp bôi trơn cho đầu nhỏ: Bôi trơn tự nhiên hoặc cưỡng bức.

Bôi trơn tự nhiên: (Đường kính xilanh D<150mm) khoan các lỗ hướng tâm

theo biên xuyên qua bạc lót lợi dụng dầu nhờn vung toé.

Bôi trơn cưỡng bức: Dầu nhờn sau khi bôi trơn cho ổ đỡ chính, theo đường

khoan trong má khuỷu, lên bôi trơn cho đầu to biên, sau đó theo đường khoan

trong thân biên hoặc ống dẫn dầu lên bôi trơn cho đầu nhỏ biên.

b. Thân biên: Nối đầu nhỏ với đầu to biên

- Thân biên thường có dạng thon đều từ đầu to lên đầu nhỏ, tại các vị trí

chuyển tiếp đều có góc lượn.

- Hình dạng tiết diện thân biên có nhiều loại.

Loại tiết diện tròn và elíp là đơn giản, dễ chế tạo nhưng độ cứng kém

thường dùng cho động cơ thấp tốc.

15

Hình 1.8. Mặt cắt một số loại thân thanh truyền

Loại tiết diện chữ I, chữ H khó chế tạo nhưng độ cứng cao chịu lực tốt,

trọng lượng nhỏ nên giảm được lực quán tính thường dùng cho động cơ cao tốc.

- Bên trong thân biên có khoan một lỗ dẫn dầu xuyên suốt từ đầu to lên đầu

nhỏ (có trường hợp lắp ống dẫn dầu sát ngoài thân biên).

c. Đầu to biên: Lắp với trục khuỷu

Hình 1.9. Một số loại đầu to thanh truyền

- Được chế tạo thành 2 nửa, nửa trên thường chế tạo liền với thân biên, còn

nửa dưới lắp với nửa trên bằng bulông biên. Có trường hợp đầu to biên được chế

tạo riêng rồi lắp với thân biên bằng bu lông hoặc gu giông.

- Bên trong đầu to biên có bạc lót, bạc lót được chế tạo thành 2 nửa (hình

lòng máng) và được cố định với đầu biên bằng chốt hoặc gờ định vị. Mặt trong

bạc lót có lỗ dẫn dầu và rãnh chứa dầu bôi trơn

- Mặt cắt chia 2 nửa đầu to biên có thể làm vuông góc với thân biên hoặc

vát nghiêng với thân biên. Nếu vát nghiêng sẽ giảm được lực kéo bulông biên và

có thể tháo biên rút qua xilanh dễ dàng hơn, nhưng khó chế tạo hơn.

- Để điều chỉnh tỉ số nén (kích thước buồng đốt) có thể dùng căn đệm giữa 2

nửa đầu to biên để điều chỉnh.

d. Bu lông biên:

Dùng để lắp liên kết đầu to biên với thân biên hoặc liên kết 2 nửa đầu to với

nhau. Bulông biên phải chịu lực rất lớn: Lực kéo, lực cắt, lực uốn. Vì vậy

bulông biên không giống bu lông thường. Có cấu tạo như hình vẽ.

Bu lông biên sau khi chế tạo phải rà cho chính xác. Các bu lông biên được

xiết chặt bằng đai ốc xẻ rãnh. Với động cơ có công suất lớn chúng được chia độ

để cho tiện việc điều chỉnh.

16

Hình 1.10. Kết cấu bulông biên

2.2.3. Trục khuỷu

Trong quá trình làm việc trục khuỷu có nhiệm vụ:

- Nhận áp lực khí cháy (Từ piston, biên truyền xuống) chuyển thành mô

men quay để truyền chuyển động cho các cơ cấu bên ngoài.

- Truyền chuyển động cho piston trong những hành trình không sinh công.

Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất và chế tạo khó khăn

nhất trong các chi tiết của động cơ.

Trục khuỷu chịu tải trọng nặng nề của áp lực khí cháy cũng như các lực

quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay.

Các lực này gây ra mô men xoắn và uốn lớn, thay đổi cả trị số và chiều. Sự

biến thiên có chu kỳ của các lực trên không chỉ gây ra các dao động xoắn và dao

động dọc trục, mà trong những điều kiện nhất định có thể gây ra những ứng suất

phụ, ứng suất mỏi rất lớn làm gãy trục khuỷu. Trục khuỷu còn luôn bị mài mòn

(Tại vị trí các cổ trục).

Yêu cầu kết cấu và kích thước trục phải tính toán đảm bảo đủ độ cứng

vững để chịu lực, đảm bảo cân bằng động được tốt nhất và không gây ra rung

động khi làm việc. Vật liệu chế tạo phải đảm bảo độ bền, độ cứng, chịu mòn và

chịu mỏi tốt. Các trục khuỷu của động cơ Diesel hiện đại hầu hết chế tạo từ thép

các bon. Đối với động cơ cao tốc có thể chế tạo từ hợp kim thép để tăng độ bền

vững của trục và tăng độ chịu mài mòn của ổ trục.

Trục khuỷu gồm 3 phần: Phần đầu, Phần thân và Phần đuôi.

a. Phần đầu trục

Là đầu tự do quay thường để lai các bơm, các thiết bị khác ..., và để lắp các

bánh răng để dẫn động các thiết bị như: Trục cam, bơm cao áp, bơm dầu...

b. Phần đuôi trục

Có mặt bích lắp với một bánh đà. Bánh đà có tác dụng tích trữ năng lượng

làm cho động cơ hoạt động êm, ít rung động. Vành ngoài bánh đà có lỗ để via

máy, có vành răng để khởi động, có khía một số vạch dấu cần thiết cho việc

kiểm tra góc phun nhiên liệu và hệ thống phân phối khí.

17

Hình 1.11. Cấu tạo trục khuỷu

c. Thân trục khuỷu

Gồm nhiều cổ trục (cổ trục và cổ biên) và các má khuỷu. Có thể chia thành

nhiều đơn vị trục, mỗi đơn vị trục khuỷu gồm: 1 cổ trục, 1 cổ biên và 2 má

khuỷu.

Kết cấu trục khuỷu có nhiều loại khác nhau:

- Loại chế tạo liền toàn bộ trục (động cơ công suất nhỏ, ít xilanh).

- Loại chế tạo ghép (động cơ công suất lớn, thấp tốc).

+ Loại ghép từng đơn vị

+ Loại ghép riêng từng cổ trục, cổ biên với má khuỷu.

Hình 1.12. Kết cấu một số đơn vị trục khuỷu

- Loại đặc

- Loại rỗng

- Loại nửa ghép

- Loại ghép, rỗng

Cấu tạo một đơn vị trục:

Để bôi trơn cho cổ biên với đầu to biên, người ta khoan đường dầu xuyên

từ cổ trục qua má khuỷu lên cổ biên. Đường dầu nghiêng khoảng 120^o. Việc bôi

trơn dùng hệ thống dầu tuần hoàn.

Để tiện cho việc chế tạo thường đường kính cổ trục bằng đường kính cổ

biên. Đối với trục ghép thì chế tạo các má, cổ trục, cổ biên riêng biệt. Khi lắp

ráp dùng phương pháp lắp nóng (Má trục được sấy nóng) hoặc bằng cách làm

lạnh cổ trục (Trong lắp ghép không dùng then) độ bền cần thiết đạt được nhờ

18

chế độ lắp ghép, nhờ lực ma sát. Các cổ khuỷu của động cơ có nhiều xilanh nằm

trong những mặt phẳng khác nhau.

Thứ tự nổ và sự cân bằng động cơ phụ thuộc vào cách bố trí các khuỷu.

Đối với động cơ 4 kỳ người ta sử dụng trục đối xứng, có nghĩa là các khuỷu

phân bố theo từng cặp trên một khoảng cách giống nhau kể từ tâm trục. Góc kẹp

720^o

giữa các khuỷu trục (góc lệch pha)  

( i: số xilanh).

i

360^o

Đối với động cơ 2 kỳ :

 

i

Để đảm bảo cho trục và các ổ trục chịu tải trọng phân bố đề theo chiều dọc,

không nên bố trí 2 xilanh liền nhau làm việc liên tiếp mà cần bố trí cách nhau

(Tốt nhất nên bố trí ở các xilanh khác phía nhau so với trọng tâm trục khuỷu).

720^o

120^o

Ví dụ: Động cơ 4 kỳ 6 xilanh

 

6

Thứ tự nổ:

Chạy tiến: 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4

Chạy lùi: 1 - 4 - 2 - 6 - 3 – 5

2.3. Các hệ thống phục vụ

2.3.1. Hệ thống phân phối khí

+ Cơ cấu phân phối khí:

Cơ cấu phân phối khí có chức năng điều khiển quá trình nạp khí mới vào

không gian công tác của xi lanh, thải khí thải ra khỏi động cơ.

Hầu hết động cơ 4 kỳ hiện nay có cơ cấu phân phối khí kiểu xupap.

Đối với động cơ 2 kỳ, không nhất thiết phải có xupap, chức năng điều khiển

quá trình nạp xả được đảm nhiệm bởi piston, cửa nạp, cửa xả.

+ Xupap là một loại van đặc trưng của động cơ đốt trong, có chức năng

đóng mở đường ống nạp, xả.

Hình 1.13.Cơ cấu phân phối khí kiểu xu páp và cơ cấu trao đổi khí kiểu cửa xả

19

Trong quá trình hoạt động của động cơ, xupap thải chịu nhiệt thường xuyên

của khí thải 600 - 700 (độ C). Nên xupap thải được chế tạo từ thép hợp kim chất

lượng cao.

2.3.2- Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp đủ một lượng nhiên liệu nhất

định, trong một khoảng thời gian nhất định, vào buồng đốt của động cơ tại đúng

các thời điểm quy định, dưới dạng sương mù tạo điều kiện cho nhiên liệu hòa

trộn tốt nhất với không khí trong xi lanh.

- Lượng nhiên liệu cấp vào phải đủ và chính xác theo yêu cầu của mỗi chu

trình và có thể điều chỉnh được theo yêu cầu của phụ tải (vòng quay động cơ).

- Lượng nhiên liệu cấp vào các xilanh phải đồng đều, nếu cấp không đều thì

động cơ sẽ hoạt động không đều, rung động mạnh ảnh hưởng đến độ bền của

động cơ.

- Thời điểm cung cấp nhiên liệu phải đúng thời điểm quy định, không sớm

quá, không muộn quá.

- Thời gian cung cấp nhiên liệu phải đúng theo yêu cầu chế độ động cơ.

- Đối với động cơ diesel

+ Áp suất nhiên liệu phun vào buồng đốt phải đúng quy định, phải đủ lớn để

tạo sương tốt và có sức xuyên tốt, tạo điều kiện hoà trộn tốt với khí nén trong

xilanh.

+ Nhiên liệu phải được phun ở trạng thái tơi sương (càng tơi sương càng

tốt), hình dáng tia nhiên liệu phải phù hợp với buồng đốt tương đối đồng đều,

hoà trộn tốt với khí nén.

+ Quá trình phun phải dứt khoát, không bị nhỏ giọt lúc bắt đầu và lúc kết

thúc phun.

2.3.3- Hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn có chức năng cung cấp dầu đến các bề mặt chuyển động

tương đối với nhau nhằm làm giảm lực ma sát và hao mòn. Ngoài ra hệ thống

dầu bôi trơn còn có nhiệm vụ làm mát, rửa sạch bề mặt các chi tiết và chống ô

xy hóa bề mặt các chi tiêt.

Các thiết bị trong hệ thống phải đơn giản, dễ tháo lắp, kiểm tra, điều chỉnh,

dễ tự động hóa….

Các phương pháp bôi trơn: hơi dầu, vung toé dầu, áp suất.

Đa số động cơ đốt trong hiện nay được trang bị hệ thống bôi trơn cưỡng bức

(áp suất) . Hệ thống này dùng bơm dầu nén dầu đến áp suất 1.5 - 8 bar, rồi cung

cấp vào mạch dầu chính của động cơ, từ mạch dầu chính dầu được chuyển đến

các bề mặt cần bôi trơn: Cổ chính, cổ biên trục khuỷu, cam, mặt gương xi lanh,

v.v.

2.3.4- Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát có chức năng giải nhiệt từ các chi tiết nóng của động cơ

(piston, xi lanh, nắp xi lanh, xupap, v.v.) để chúng không bị quá tải về nhiệt. Hệ

20

Giáo trình Mô đun 17: Động cơ đốt trong - Nghề Điện dân dụng