Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Khoa Cơ khí động lực Bài giảng Cấu tạo động cơ Vũ Xuân Trường Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 1 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Chương 1: HỆ THỐNG PHỐI KHÍ 3 1.1. Chức năng, yêu cầu và phân loại 3 1.2. Pha phối khí động cơ đốt trong (động cơ xăng và diezel) 3 1.3. Kết cấu và hoạt động của hệ thống phối khí 4 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG BÔI TRƠN 25 2.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại 25 2.2. Các phương án bôi trơn 26 2.2.1. Bôi trơn bằng phương pháp vung té 26 2.3. Các chi tiết chính trong hệ thống bôi trơn 29 2.4. Dầu bôi trơn 34 Chương 3: HỆ THỐNG LÀM MÁT 37 3.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại 37 3.2. Kết cấu và hoạt động của hệ thống làm mát 38 39 CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU 46 4.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng 46 4.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel 59 s 84 Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 2 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Chương 1: HỆ THỐNG PHỐI KHÍ 1.1. Chức năng, yêu cầu và phân loại. 1.1.1. 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. 1.1.2. 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. 1.1.3. 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 1.2. 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. Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 3 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Hình 1.1. 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, φ 3-4-5 : 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, φ 1 + φ 6 : Góc trùng điệp của xuppáp thải và xuppáp nạp. 1.3. Kết cấu và hoạt động của hệ thống phối khí. 1.3.1. 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. 1.3.1.1. Xuppáp. Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 4 Hình 1.2. Xuppáp Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên 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÷ 45 o . 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- 1 o 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 1.3. 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. Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 5 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Dùng để dẫn hướng xuppáp. Thân xuppáp có đường kính khoảng d t = ( 0,3 ÷ 0,4)d n . Trong đó d n là đường kính của nấm xuppáp. Chiều dài của xuppáp phụ thuộc vào cách bố trí xuppáp: l t = (2,5 ÷ 3,5)d n . 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 1.5.a) hoặc rãnh vòng (như hình 1.5.b) để lắp móng hãm. Kết cấu đơn giản nhất để lắp đĩa lò xo là dùng chốt (hình 1.5.c) nhưng có nhược điểm là tạo ứng suất tập trung. Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 6 Hình 1.4. Kết cấu thân xuppáp. a: Thân xup páp. b: Thân xuppáp chứa natri. Hình 1.5. 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 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Đuôi xuppáp phải có kết cấu để lắp đĩa lò xo xuppáp. Thông thường đuôi xuppáp có mặt côn (như hình 1.5.a) hoặc rãnh vòng (như hình 1.5.b) để lắp móng hãm. Kết cấu đơn giản nhất để lắp đĩa lò xo là dùng chốt (hình 1.5.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 1.5.d). 1.3.1.2. 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 12 o ). - 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)d o . Chiều cao của đế nằm trong khoảng (0,18 ÷ 0,25)d o (d o 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. 1.3.1.3 Ống dẫn hướng xuppáp. Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 7 Hình 1.6. Kết cấu đế xuppáp. Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Ống dẫn hướng 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 1.15. 1.3.1.4. Lò xo xuppáp. - Lò xo xuppáp để đóng kín xuppáp trên đế xuppáp. Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 8 Hình 1.7. 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 cữ. Hình 1.8. Lò xo xu páp Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên - 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. 1.3.1.5. 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. . 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. Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 9 Hình 1.9. Cam xuppáp. 1. Các cổ trục. 3. Bánh răng. 2. Các vấu cam. 4. Bánh lệch tâm Hình 1.10. 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. Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên 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 1.20a) 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. Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 10 Hình 1.11. 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 [...]... được dẫn động bằng cam tốc độ cao Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 20 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Hình 1.24 Hoạt động tại tốc độ cao 1.3.4 Đường nạp và xả khí của động cơ 1.3.4.1 Sơ đồ các đường nạp Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 21 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường Hình... thường 22 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên 1.3.4.2 Sơ đồ nạp cộng hưởng Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường Hình 1.26 Sơ đồ đường nạp cộng hưởng 23 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên 1.3.4.3 Sơ đồ bố trí các đường thải Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường Hình 1.27 Sơ đồ các cách bố trí đường thải 24 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại... 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 Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 35 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 36 ... đến tính kinh tế nhiên liệu cũng như ô nhiễm khí xả Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 18 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Hình 1.22 Cơ cấu điều khiển hành trình xuppáp 1.3.3.1 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... 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 Hình 1.15 Đũa đẩy 1.3.1.7 a: Đầu đũa đẩy dạng lồi Đũa đẩy: b: Đầu đũa đẩy dạng lõm Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 12 Khoa Cơ khí động lực - Trường. .. nạp cũng được làm sớm lên Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 15 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên - 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 1.18 Cấu tạo hệ thống VVT-I - Bộ điều khiển VVT-I: Bao gồm một bộ vỏ được dẫn động bằng xích cam và các... tốc và lực quán tính của cơ cấu phối khí 1.3.2 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 Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 14 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ... mà chủ yếu là nhờ độ nhớt của dầu để bôi trơn Hình 2.1 Các dạng bôi trơn Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 25 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên 2.2 Các phương án bôi trơn 2.2.1 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... Nổ Hình 2.3 Bôi trơn trong động cơ hai kì Xả 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 Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 26 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ... 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 Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 32 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên 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 . Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Khoa Cơ khí động lực Bài giảng Cấu tạo động cơ Vũ Xuân Trường Bài giảng Cấu tạo động cơ. phối khí động cơ 4 kỳ. Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 3 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Hình 1.1. Đồ thị công và sơ đồ pha phối khí của động cơ 4 kỳ. 1:. khí xả. Bài giảng Cấu tạo động cơ – Vũ Xuân Trường 18 Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Hình 1.22. Cơ cấu điều khiển hành trình xuppáp. 1.3.3.1. Cấu tạo - Van