Khảo sát cơ cấu phân phối khí động cơ hình sao M520 – TM5

LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh cả về số lượng và chất
lượng, nó đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội, khoa học
công nghệ...Mặc dù hiện nay khoa học công nghệ đã đạt được những thành tựu
đáng kể về động cơ đốt trong nhưng tất cả đều dựa trên nguyên lý cơ bản của động
cơ cổ điển, nó là nền tảng cơ sở để chúng ta tiếp tục nghiên cứu, sáng tạo, phát triển
và hoàn thiện hơn nữa động cơ đốt trong.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP đóng một vai trò rất quan trọng đối với mỗi sinh viên
khoa cơ khí giao thông ĐH BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG.ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP giúp
cho sinh viên tổng hợp các kiến thức đã học và tập trung nguyên cứu sâu hơn về đề
tài của mình.Đề tài tốt nghiệp được thầy giao cho em là KHẢO SÁT CƠ CẤU
PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ HÌNH SAO M520 – TM5. Đây là một đề tài quen
thuộc đối với sinh viên nhưng mục đích của đề tài rất thiết thực, nó không những
giúp cho sinh viên có điều kiện để ôn lại các kiến thức đã học ở trường mà còn có
thể biết thêm nhiều kiến thức mới lạ mà chỉ khi tiếp xúc với thực tế mới biết được.
Do đó việc khảo sát động cơ này thật sự đã đem đến cho em nhiều điều thú vị và bổ
ích.
Mặc dù em đã rất cố gắng để hoàn thành đề tài được giao một cách tốt nhất
nhưng do động cơ hình sao M520 – TM5 là động cơ của tàu quân sự nên khó được
tiếp xúc trực tiệp để khảo sát được, chỉ dược trên tài liệu kỹ thuật do đó khó tránh
khỏi những thiết sót. Em mong các thầy cô góp ý và chỉ bảo thêm để kiến thức của
em ngày càng được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo hướng dẫn
“NGUYỄN QUANG TRUNG”cùng các thầy cô trong khoa cơ khí giao thông và
các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em có thể hoàn thành đồ án này.
Đà nẵng, ngày….tháng….năm 2011
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Quý



Khảo sát cơ cấu phân phối khí động cơ hình sao M520 – TM5

1.3. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của các dạng cơ cấu phân phối khí
trong động cơ đốt trong
1.3.1. Cơ cấu phân phối khí dùng trên động cơ 4 kỳ:
1.3.1.1. Cơ cấu phân phối khí xupáp đặt:

Hình 1.1. Kết cấu cơ cấu phân phối khí xupáp đặt
1-xuppáp; 2-ống dẫn hướng; 3-lò xo; 4-đĩa lò xo; 5-ốc điều chỉnh; 6-đai ốc điều
chỉnh; 7-con đội; 8-cam; 9-bánh răng trục cam; 10-bánh răng trục cơ
- Nguyên lý làm việc :
Khi động cơ làm việc thông qua dẫn động từ bánh răng trục khuỷu 10 làm
cho trục cam 8 quay, khi trục cam quay vấu cam sẽ tác động lên con đội 7 làm cho
con đội chuyển động đi lên và tác dụng vào đuôi xupáp 1 làm cho xupáp chuyển
động đi lên lúc này lò xo 3 bị nén lại. Khi xupáp chuyển động đi lên sẽ mở thông
cửa nạp với bên trong xi lanh (nếu ở xupáp hút) ở bên trong xi lanh với cửa xả(nếu
ở xupáp xả). Khi vấu cam 8 không tác động vào con đội nữa lúc này lò xo 3 dãn ra
và làm cho xupáp đóng lại, kết thúc quá trình hút hoặc quá trình thải của động cơ.
- Ưu điểm:
Chiều cao động cơ giảm, kết cấu nắp xi lanh đơn giản, dẫn động xupáp
dễ dàng thuận tiện. Số chi tiết của cơ cấu ít nên lực quán tính của cơ cấu nhỏ, bề
mặt cam và con đội ít bi mòn.
3


Khảo sát cơ cấu phân phối khí động cơ hình sao M520 – TM5

-

động đi lên, dẫn đến đũa đẩy cũng chuyển động đi lên, khi đũa đẩy chuyển động đi
lên thì sẽ tác động vào đuôi đòn bẩy 6 làm cho đuôi đòn bẩy 6 chuyển động đi lên
và xoay xung quanh trục của nó dẫn đến đầu đòn bẩy 6 chuyển động đi xuống tác
động vào đuôi xupáp 5 làm cho xupáp chuyển động đi xuống lúc này lò xo 2 bị nén
lại. Khi xupáp chuyển động đi xuống sẽ mở thông cửa nạp với bên trong xi lanh
(nếu ở xupáp hút) ở bên trong xi lanh với cửa xả (nếu ở xupáp xả). Khi vấu cam 11
không tác động vào con đội nữa lúc này lò xo 2 dãn ra và làm cho xupáp 5 đóng lại,
4


Khảo sát cơ cấu phân phối khí động cơ hình sao M520 – TM5

kết thúc quá trình hút hoặc quá trình thải của động cơ. Quá trình này diễn ra liên tục
trong suốt quá trình làm việc của động cơ.
- Ưu điểm:
• Buồng cháy nhỏ gọn, diện tích truyền nhiệt nhỏ, giảm được tổn thất nhiệt
• Dễ tăng tỷ số nén, đường nạp đường thải thông thoáng, tăng hệ số nạp, giảm
hệ số khí sót. đảm bảo góc phối khí chính xác hơn. Đối với động cơ xăng có
thể tăng tỉ số nén mà không kích nổ
- Nhược điểm:
• Dẫn động xupáp phức tạp
• Tăng chiều cao động cơ
• Kết cấu nắp xi lanh phức tạp, khó chế tao
• Độ tin cậy thấp hơn phương án bố trí xupáp đặt
1.3.1.3. Cơ cấu phân phối khí xupáp treo dẫn động xupáp trực tiếp nhờ trục cam

6
5
4



Nhược điểm:

• Cơ cấu dẫn động trục cam phức tạp
• Yêu cầu độ chính xác chế tạo và lắp ghép cao.
1.3.2. Cơ cấu phối khí dùng trên động cơ 2 kỳ
1.3.2.1. Cơ cấu phối khí động cơ hai kỳ dùng các te tạo khí quét
8
7
6
5
4
3
2
1

9

10
11
12

Hình 1.4. Cơ cấu phối khí động cơ 2 kỳ quét vòng dùng các te tạo khí quét
1-không gian các te; 2-thanh truyên; 3- thân máy; 4-píttông; 5-đường dẫn
khí quét; 6-Cửa quét; 7-Xi lanh; 8- nắp xi lanh; 9-cửa xả; 10-Bộ chế hòa khí; 11cửa hút; 12-trục khuỷu


-

Nguyên lý làm việc:


1

2
3

Hình 1.6. Cơ cấu phối khí động cơ hai kỳ quét vòng đặt một bên
1-cửa quét; 2-cửa xả; 3-pít tông
- Nguyên lý làm việc:
Khi píttông mở cửa xả 2 lúc này do chênh lệch áp suất bên trong xi lanh và
bên ngoài cửa xả 2 nên sản vật cháy được thải ra ngoài qua cửa xả 2 một phần nhỏ.
Đến khi píttông 3 mở cửa quét 1 lúc này khí quét đi vào và lướt qua đỉnh píttông và
đi lên trên gặp nắp xi lanh rồi đảo chiều đi xuông và đẩy sản vật cháy đi ra ngoài
qua cửa xả 2.
- Ưu điểm: Tạo ra sự hòa trộn nhiên liệu và không khí tốt
- Nhược điểm: Hệ số khí sót tương đối lớn, tổn thất nhiều môi chất
1.3.2.4. Cơ cấu phối khí động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupáp xả

Hình 1.7. Kết cấu cơ cấu phối khí quét thẳng qua xupáp thải
1- ống hút; 2- bơm khí quét; 3- ống thải; 4- xupáp xả;5- lò xo xupáp; 6-đĩa lò
xo; 7- đòn bẩy; 8-đũa đẩy; 9-con đội; 10-trục cam; 11- cửa quét; 12 -không gian
chứa khí quét; 13- píttông


-

Nguyên lý làm việc:
Kỳ giãn nở tương ứng với píttông chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD, khi
píttông sắp mở cửa quét 11 thì xupáp xả 4 được mở trước, sản vật cháy bắt đầu từ xi
lanh thoát ra ống thải 3. Lúc này áp xuất trong xi lanh tụt nhanh. Píttông mở cửa


Kỳ nén: Píttông 1 và 4 bắt đầu chuyển động vào trong giữa xi lanh. Đầu kỳ
này tiếp tục quá trình quét và nạp đầy môi chất mới vào xi lanh. Thời điểm đóng
kín cửa quét 2 có thể đóng đồng thời hoặc muộn hơn so với cửa xả 4.
Từ lúc kết thúc quá trìnhthải và đóng kíncửa xảcửa quét 2 sẽ bắt đầu quá
trình nén. Trước khi píttông tới điểm chết trên khoảng 10 0đến 300 góc quay trục
khuỷu nhiên liệu được phun vào xi lanh động cơ và sinh công.Quá trình này diễn ra
liên tục khi động cơ làm việc.
- Ưu điểm:
• Đạt chất lượng cao về thay đổi môi chất
• Làm việc êm
• Không phải điều chỉnh bảo dưỡng trong quá trình sử dụng
• Trên động cơ không có các chi tiết phức tạp như nắp xilanh, phần động lực
học được cân bằng tốt
- Nhược điểm:
• Kết cấu trục khuỷu phức tạp
• Hệ thống truyền lực giữa hai trục khuỷu phức tạp
• Píttông cửa thải hay bị hư hỏng do phải hoạt động trong điều kiện nhiệt độ
cao khó bôi trơn
1.3.3. Phương án dẫn động trục cam:
Bộ truyền bánh răng. Bánh răng trụ, bánh răng nghiêng( ăn khớp trực
tiếp).bánh răng trung gian (một hoặc nhiều ), bánh răng nón..
Ưu điểm: Làm việc lâu. Khoảng cách trục nhỏ, chịu lực lớn, giá thành rẻ .
Nhược điểm: ồn ào , nặng , phức tạp, bôi trơn khó khăn.

(a)

(b)

(c)

trái.
Động cơ M520 - TM5 có 56 xilanh ở 7 blốc phân bố hình sao, mỗi blốc có 8
xilanh. Góc lệch giữa các blốc là: 51025’43” ,có một blốc nằm thẳng đứng. Blốc
xilanh được đúc liền từ hợp kim nhôm, gồm có áo xilanh đúc liền với đầu xilanh,
xilanh thép ép vào blốc và có vành cao su làm kín với phần dưới blốc
Blốc xilanh gắn với cat-te nhờ các bu lông lực vặn vào các ngăn của cát-te.
Cat-te gồm có 9 ngăn bằng thép nối với nhau bằng bu lông .
Trục khuỷu có 8 cổ biên, các cổ biên nối với nhau bằng các má, đồng thời là
các ổ đỡ trục khuỷu. Trục khuỷu đặt trong cát-te trên chín lỗ bi, một trong chín ỗ đở
sẽ chặn trục theo hướng tâm trục.
Cơ cấu biên của mỗi hình sao 7 xilanh bao gồm một thanh truyền chính và
sáu thanh truyền phụ lắp trên tay biên chính.
Piston được dập bằng nhôm, piston lắp trên thanh truyền chính khác so
pisston lắp trên các thanh truyền phụ.Trên piston có các rãnh để lắp các xéc măng
có hai rãnh xéc măng khí và hai rãnh xéc măng dầu.
Xéc măng khí có mặt cắt hình thang còn xéc măng dầu có mặt cắt hình nón.
Trục cam được dẫn động từ trục khuỷu qua bộ truyền bánh răng và lò xo.
Khí xả từ mỗi blốc được gom lại vào ống gom khí xả được làm mát bằng nước và
sau đó theo ống dẫn đến tuốc bin khí.
Tuabin máy nén nằm ở phần trước của động cơ và đồng tâm với động cơ,
dùng để tăng công suất của động cơ bằng cách nén vào các xilanh không khí có độ
đặc hơn (đã được nén rồi) và để sử dụng năng lượng của khí xả. Tuabin máy nén
bao gồm máy nén khí li tâm một cấp và tuabin khí đồng trục một cấp.Cùng gắn trên
một trục. Roto tuabin máy nén nối với trục khuỷu qua hộp số bánh răng hai cấp và
khớp thủy lực. Trục khuỷu và Roto tuabin nén khí có cùng một chiều quay.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ M520 - TM5 bao gồm : bộ lọc lưới thô
được lắp riêng, bơm nhiên liệu, bộ lọc tinh lưới kép, bơm cao áp và kim phun .


Bơm nhiên liệu cao áp là các bơm phân đọan 1 piston riêng rẽ. Bơm được

mức (vòng/ phút)
Tỷ số nén
Thể tich công tác của các xilanh (lit)
Suất tiêu hao nhiên liệu (g/kwh)
Suất tiêu hao dầu nhơn (g/kwh)
Trọng lương động cơ quay phải
(động cơ quay trái)(kg)
Bộ tăng áp
Hệ thống bôi trơn kiểu
Áp suất dầu bôi trơn khi tốc
độ trục khuỷu ở chế độ quay vòng ổn
định nhỏ nhất. (N/m2 )

D
S
Nemax/
n
ε
Vh
Ge
-

Giá trị
M520 - TM5
Bốn kỳ có tăng áp bằng tupbin máy
nén, được làm mát bằng nước.
56
Theo kiểu hình sao 7 nhánh
160
170

Hệ thống khởi động động cơ

-

(9 - 12).105

-

100
650 -750

-

Không quá 450
Hai vòng tuần hoàn (một vòng
tuần hoàn của nước ngọt và một vòng
tuần hoàn của nước biển)

-

Nhỏ hơn 900

-

Không quá 150

-

Kiểu đa chế độ
Bằng không khí nén với áp

5
4
3

78

6

2

52

1

Hình: 2.2. Piston lắp trên thanh truyền phụ
1- piston; 2- nút; 3- chốt piston; 4,5- xéc măng dầu; 6- xéc măng khi.


Bảng 2.2.Thông số kỹ thuật piston phụ
Tên
Đường kính đỉnh
Chiều dài thân piston
Đường kính lỗ chốt piston

Kích thước [mm]
160
131
48
Ø160


Đường kính chốt
48
Chiều dài chốt
146
Đường kính lỗ lắp nút chốt piston
24
Đường kính lỗ chốt
21,6
2.2.2. Nhóm thanh truyền
Cơ cấu thanh truyền của mỗi dãy ngang các xilanh (mỗi hình sao) gồm một
thanh truyền chính và 6 thanh truyền phụ.Các thanh truyền chính lắp trong blốc
III.Thanh truyền phụ được lắp trên các blốc còn lại.

Hình : 2.5. Thanh truyền.
1,5- bạc; 2,6 hãm; 3- nắp; 4- thanh truyền chính; 7- chốt khóa; 8,17 đệm; 9thanh truyền phụ; 10,11,14- nút- 12,15- chốt; 13- vòng; 16,18- chốt định vị; 19
-bulong;20- đai ốc; 21,22- bạc thanh truyền.


Bảng 2.4. Thông số kỹ thuật thanh truyền chính
Tên
Kích thước [mm]
Đường kính lỗ đầu nhỏ
53
Đường kính lỗ đầu to
111
Khoảng cách tâm lỗ đầu to và lỗ đầu nhỏ
362
Thanh truyền chính:
Thanh truyền chính được dập từ thép hợp kim có mặt cắt hình chữ I, tháo rời
được. Đầu nhỏ của thanh truyền có ép bạc đồng . Đầu to là chỗ lắp bạc thanh truyền


Đường kính lỗ lắp với chốt piston
Đường kính lỗ lắp với chốt thanh truyền

53

Khoảng cách tâm 2 lỗ

269

46

chính

Chốt thanh truyền phụ:
Chốt thanh truyền phụ làm bằng thép hợp kim được thấm carbon mặt ngoài.
Khi lắp ghép các chốt được ép và đầu to thanh truyền chính.
Về kết cấu, thanh chốt thanh truyền phụ được phân làm hai loại :
- Loại có hai lỗ và bu lông biên đi qua hai lỗ đó để hãm chốt xoay ;
- Loại được hãm bằng chốt, ép vào nắp của đầu dưới thanh truyền
Tất cả các chốt đều rỗng, bề mặt lắp ghép của chốt được phủ lớp mỏng đồng đỏ.
Kết cấu chốt thanh truyền phụ có hai lỗ cho bulong thanh truyền xuyên qua :
Bảng 2.5. Thông số kỹ thuật thanh truyền phụ
Tên

Kích thước [mm]

Đường kính chốt

42

Chiêu dài chốt

41
110

2.2.3. Nhóm trục khuỷu:
Bảng 2.7. Thông số kỹ thuật của trục khuỷu
Tên

Kích thước

Trục
khuỷu 22
[mm]
Chiều dài trục khuỷu
1770
được chế
tạo
từ
thép hợp
kim, được
Đường kính ổ bi cổ khuỷu
325
thấm nitơ
để tăng
Chiều dài chốt
100
độ
bền
chống

đệm;17,27,38,53,69,71- đai ốc ; 18,19,26,40,68,73-bulong ; 21,30- đầu trục ;
23,34- vành ; 24- đĩa ; 31- ống vào của đường nhớt ; 35,36- đối trọng ; 41,49,78đường dẫn nhớt ; 42- vỏ ; 44- bi ; 46- lò xo ; 47- ống ; 51- thanh ; 55- lõi ; 56- nắp
chụp ; 57- con trượt ; 60- lò xo đĩa ; 74- chốt ; 79- đầu phun.
Đối trọng 36 gồm 2 phần chính, phần tĩnh gắn trên má trục và phần động.
Đối trọng động (đối trọng quay) không tạo nên tải trên má trục theo hướng trục,
trong khi cổ trục chịu uốn khi diễn ra sự cháy trong xi lanh.
Phần động và phần tĩnh của đối trọng được phân tách nhờ các chốt thép 74,
lắp khe hở trong lỗ của đối trọng. Để giảm độ mòn và tải trên chốt khi vòng quay
thấp (dưới 1000v/ph) có 2 bộ lò xo đũa 60 và lõi 55. Kết cấu của phần động của


đối trọng cho phép gom nhớt được truyền theo các lỗ khoan dọc và ngang ở các ổ
đỡ I, III, V. VII, IX, trùng với lỗ trong đối trọng tĩnh để bôi trơn các chốt.
Đầu trục 21 nối với trục truyền then hoa của khớp đảo chiều, môment xoắn
truyền cho đầu trục 21 nhờ then trụ 10. Đĩa điều chỉnh 24 lắp trên phần lồi của ổ đỡ
IX được cố định bằng chốt 28 và gắn với trục khủyu bằng mười bulông 19. Trên
đĩa có vạch chia đến 30’ và số ghi lệch nhau 50, dùng để điều chỉnh bộ phận phân
phối khí . Đĩa 24, bạc 9 và vòng 25 là cỡ hạn chế xê dịch dọc của trục khuỷu so với
cácte. Vòng 25 còn có tác dụng điều chỉnh khe hở dọc trục và được lựa chon khi
lắp ráp.
Đầu kia của trục khuỷu có ép lắp đầu truyền 30. Đầu truyền có hai vành then
hoa vành nhỏ để lắp trục truyền máy tăng áp, còn vành kia lắp vào đầu dẫn đồng bộ
phân phối. Trên các ổ đỡ trục khuỷu có lắp 9 ổ bi đũa chuyên dùng. Ổ bi ở cổ trục
thứ 9 định vị trục theo hướng trục.
Bôi trơn và làm mát tất cả các ổ bi đũa, trừ ổ bi cổ trục I và IX đều được làm
bằng cách tưới từ ống riêng đặt trong các te động cơ. Ổ bi cổ trục I được tưới từ vòi
phụ riêng lắp trong bộ chuyển tiếp từ đường ống chính, nhớt được dẫn vào trục
khuỷu từ cả hai đầu, tạo nên sự phân phối đều cho các ổ.
Nhớt từ khớp đảo chiều truyền vào ống nhận nhớt 14 của trục khuỷu, một
đầu ống nối với khoang trong của trục truyền động then hoa, một đầu đưa vào ổ đỡ

của nước làm mát, bộ điều nhiệt sẽ cho nước đi tới két làm mát 5 hoặc không cho
qua két đó. Từ bình làm mát nước theo đường dẫn ống để quay về bơm nước ngọt,
khép kín vòng tuần hoàn.
2
B
3

1
4

E

A
5

K

6

Hình: 2.8. Sơ đồ làm mát vòng tuần hoàn nước ngọt
1- rơle tín hiệu áp suất nước; 2-van giảm áp; 3- két giãn nở- 4- rơle tín hiệu
nhiệt độ nước; 5- kết làm nước nguội; 6- đồng hồ nhiệt độ nước vào; a- đường
nước tới bơm nước ngọt; b- đường khí nén; e- đường nước sấy nóng động cơ
(đường ra);k- đường nước sấy nóng động cơ (đường vào)


Hệ thống làm mát động cơ là hệ thống là hệ thống kín, được cách ly hoàn
toàn với khí quyển. Áp suất dư trong hệ thống được duy trì ở pham vi(0,4 - 1,0).10 5
N/m2 và do khí nén trong bình tao ra.
Bơm nước ngọt

đẩy đi làm nguội đường ống thoát khí xả ra khỏi tàu

6

1

2

3

4

2

5

Hình: 2.10. Sơ đồ làm mát vòng tuần hoàn nước biển
1- van thông đáy;2 lọc 3- bình nước nguội;4- bình nguội dầu; 5- van;6- van
tiết lưu.
Khi tàu dừng :
Khi đó không có cột áp động do nước biển và thân tàu chuyển động tương
đối so với nhau tạo ra .Vì vậy, ở trường hợp này phải đóng van thông đáy đầu vào
lại và sự tuần hoàn của nước biển theo chiều ngược lại so với trường hợp tàu đang
hành trình : Nước biển được bơm nước biển hút qua van thông đáy dùng để xả ,sau