- 1 -
LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong từ khi ra đời cho đến nay đã góp phần vào việc giải
phóng sức lao động cho con người, nâng cao năng suất lao động, thúc đẩy khoa học
kỹ thuật phát triển. Cùng với sự phát triển của cuộc cách mạng khoa học- công nghệ
như hiện nay, động cơ đốt trong không ngừng được cải thiện với nhiều tính năng
hiện đại hơn.
Với quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hóa đang ngày càng phát triển mạnh
mẽ nước ta đang phấn đấu trở thành một nước công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Để
đạt được mục tiêu đó đòi hỏi phải có một nguồn nhân lực dồi dào, có trình độ khoa
học kỹ thuật tốt. Vấn đề đào tạo nhân lực, phát triển nhân tài luôn được Đảng và
Nhà Nước ta đặc biệt chú trọng. Xuất phát từ chủ trương đó, các trường dạy học của
cả nước nói chung và trường Đại Học Nha Trang nói riêng rất chú trọng đến công
tác đào tạo, nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo trong nhà trường. Trường Đại
Học Nha Trang đã và đang xây dựng chương trình giáo trình điện tử với mục đích
đáp ứng nhu cầu học tập ngày càng cao của sinh viên. Giúp sinh viên có điều kiện
quan sát những mô hình lý thuyết, từ đó dễ dàng tiếp cận thực tế.
Xuất phát từ lý do đó nên tôi quyết định chọn đề tài :“ Phân tích cơ sở lý
thuyết và mô phỏng đặc điểm, nguyên lý làm việc, quy trình tháo lắp, kiểm tra,
điều chỉnh, sửa chữa hệ thống trao đổi khí, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm
mát động cơ diesel ” làm đồ án tốt nghiệp cho mình, nhằm góp phần nhỏ bé của
mình vào việc xây dựng bài giảng điện tử để phục vụ giảng dạy môn động cơ tại
trường Đại Học Nha Trang. Nội dung của đề tài này bao gồm có 6 chương:
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình tháo lắp, kiểm
tra, điều chỉnh, sửa chữa hệ thống trao đổi khí động cơ diesel.
Chương 3: Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình tháo lắp, kiểm
tra, điều chỉnh, sửa chữa hệ thống bôi trơn động cơ diesel.
Chương 4: Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình tháo lắp, kiểm
tra, điều chỉnh, sửa chữa hệ thống làm mát động cơ diesel.
- 2 -
CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Giới thiệu chung về động cơ
Động cơ đốt trong từ khi ra đời cho đến nay đã góp phần vào việc giải phóng
sức lao động cho con người, nâng cao năng suất lao động, thúc đẩy khoa học kỹ
thuật phát triển. Với cuộc cách mạng khoa học công nghệ như hiện nay, động cơ đốt
trong không ngừng được cải thiện với nhiều tính năng hiện đại hơn góp phần vào sự
phát triển của sản xuất.
Vậy, động cơ là gì và động cơ đốt trong là gì?
Động cơ là loại máy có chức năng biến đổi một dạng năng lượng nào đó
thành cơ năng.
Ta có thể phân loại tổng quát động cơ như hình 1.1
Động cơ nhiệt là loại máy có chức năng biến đổi nhiệt năng thành cơ năng.
……
Động cơ
Đốt trong
Động cơ
Đốt ngoài
Tuabin k hí
ĐTĐT ki ểu
piston
…………
Động cơ
Động cơ
Điện
Động cơ
Gió
Động cơ
Nhiệt
tia lửa thường là nhiên liệu lỏng dễ bay hơi như: xăng, cồn, benzol, khí hóa lỏng…
Trong các loại nhiên liệu kể trên thì nhiên liệu xăng là sử dụng phổ biến nhất từ thời
kỳ đầu phát triển động cơ cho đến nay.
- 5 -
Bảng 1.1
Tiêu chí Phân loại
Loại nhiên liệu Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng dễ bay hơi như:
xăng, cồn, benzol…
Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng khó bay hơi như:
gas oil, mazout…
Động cơ chạy bằng khí đốt.
Phương pháp đốt
cháy
Động cơ đốt cháy bằng tia lửa
Động cơ diesel
Động cơ semidiesel
Cách thực hiện
CTCT
Động cơ 4 kỳ
Động cơ 2 kỳ
Phương pháp nạp
khí mới
Động cơ không tăng áp
Động cơ tăng áp
Đặc điểm kết cấu Động cơ một hàng xylanh
Động cơ Hình sao, Hình chữ V, W, H…
Động cơ có một hàng xylanh thẳng đứng, ngang,
e
không quá 0,3.
+ Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhẹ vì toàn bộ chu trình của động cơ đốt
trong được thực hiện trong một thiết bị duy nhất.
+ Khởi động, vận hành, chăm sóc dễ dàng.
- Nhược điểm
+ Không phát ra mômen lớn tại tốc độ quay nhỏ nên không khởi động được
khi có tải.
+ Khả năng quá tải kém.
+ Công suất cực đại không cao.
+ Nhiên liệu đắt và cạn dần trong thiên nhiên.
+ Ô nhiễm môi trường vì khí xả và ồn.
Mặc dù vậy, do những ưu điểm kể trên, nên động cơ đốt trong được sử dụng
rộng khắp trên các lĩnh vực công nghiệp, nông lâm ngư nghiệp, giao thông vận tải...
Do đó, trong vài ba thập niên tới, động cơ đốt trong vẫn là loại động cơ
không thể thay thế, do những động cơ khác tuy ưu việt hơn nhưng vì lý do kinh tế
và kỹ thuật nên chưa được chế tạo hàng loạt.
Trong đồ án tốt nghiệp này ta chỉ nghiên cứu động cơ đốt trong, đối tượng
nghiên cứu cụ thể là động cơ diesel.
1.2. Cấu tạo động cơ diesel
Cấu tạo của động cơ bao gồm các bộ chính phận sau:
- 7 -
- Bộ phận cố định
- Cơ cấu dẫn động
- Các hệ thống phục vụ
1.3. Các hệ thống phục vụ động cơ diesel
1.3.1. Nhiệm vụ
Để đảm bảo cung cấp đủ nhiên liệu, dầu nhờn, nước và không khí cho động
cơ diesel chính và phụ, cũng như loại bỏ sản phẩm cháy của thiết bị năng lượng tàu
và điều khiển nó, người ta trang bị các hệ thống phục vụ.
động cơ 4 kỳ, còn ở động cơ 2 kỳ thì piston điều khiển việc đóng mở các cửa quét
và cửa xả, phục vụ cho việc xả sạch hết sản vật cháy trong xylanh từ chu trình trước
ra khỏi xylanh và nạp đầy không khí mới, sạch vào xylanh động cơ nhằm đảm bảo
đốt cháy hết nhiên liệu trong chu trình tiếp theo, lượng không khí nạp vào xylanh
càng nhiều và công suất động cơ sinh ra càng lớn.
2.1.1.2. Yêu cầu
Các xupap phải đóng mở đúng thời điểm quy định. Đối với động cơ 2 kỳ,
piston cũng phải đóng mở cửa nạp, cửa xả đúng thời điểm, các bộ phận truyền động
của hệ thống phải hoạt động chính xác.
Các xupap phải kín khít, không để nó lọt khí để đảm bảo công suất động cơ
và hiệu suất cao. Độ mở của các xupap phải đủ lớn để khí lưu thông dễ dàng.
Việc nạp phải đầy, nghĩa là hệ số nạp phải cao, việc xả phải sạch, nghĩa là hệ
số khí sót phải thấp. Yêu cầu này đạt đến đâu tùy thuộc vào từng loại động cơ 4 kỳ
hay 2 kỳ, phương pháp trao đổi khí, cấu tạo các bộ phận của cơ cấu.
2.1.2. Phân loại
Động cơ không tăng áp
- Động cơ diesel 4 kỳ
+ Xupap treo
+ Xupap đặt
- Động cơ diesel 2 kỳ
+ Quét vòng
- 9 -
+ Quét thẳng
Động cơ tăng áp
- Tăng áp cơ khí
- Tăng áp nhờ năng lượng khí thải
- Tăng áp hỗn hợp
2.2. Đặc điểm, nguyên lý làm việc, quy trình tháo lắp, kiểm tra, điều chỉnh, sửa
chữa hệ thống trao đổi khí động cơ diesel
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý các hệ thống phân phối khí
Thông thường, khe hở nhiệt của xupap xả nằm trong khoảng (0,3 1,5) mm,
còn xupap nạp nằm trong khoảng (0,1 0,2) mm.
Số xupap trên nắp xylanh, tỷ số kết cấu của xupap được bố trí và chọn sao
cho phù hợp. Động cơ diesel 4 kỳ bố trí từ 2 đến 4 xupap trên nắp xylanh. Góc côn
của đĩa xupap thường chọn = (30 45).
- Ưu nhược điểm của loại cơ cấu này: Có nhiều chi tiết hơn và được bố trí ở
thân máy và nắp xylanh nên làm tăng chiều cao động cơ. Lực quán tính của các chi
tiết tác dụng lên bề mặt cam và con đội lớn hơn. Nắp máy của động cơ phức tạp hơn
nên khó khăn khi chế tạo. Tuy nhiên, do xupap bố trí trong phần không gian của
xylanh dạng treo nên buồng cháy rất gọn. Đây là điều kiện tiên quyết có tỷ số nén
cao. Mặt khác, dòng khí lưu động ít bị ngoặt nên tổn thất nhỏ, tạo điều kiện thải
sạch và nạp đầy hơn.
- 11 -
b. Xupap treo có trục cam đặt trên nắp xylanh
Sơ đồ hệ thống trao đổi khí xupap treo có trục cam đặt trên nắp xylanh được
thể hiện trên hình 2. 2.
- Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ làm việc, trục cam 3 quay thì quả cam trên trục cam quay sẽ
truyền chuyển động tịnh tiến trực tiếp cho xupap 1, khi đó trục cam trực tiếp điều
khiển quá trình làm việc của các xupap, không cần thông qua con đội, đũa đẩy, đòn
gánh …
- Ưu nhược điểm của cơ cấu này: Hệ thống phân phối khí này tuy hệ trục và
2 cặp bánh răng côn có phức tạp, chế tạo khó, nhưng cơ cấu làm việc dịu êm hơn.
Bởi vì không có chi tiết máy chuyển động tịnh tiến qua lại có điểm dừng.
Loại này có xupap rỗng, ghép. Bulông 5 giúp ta điều chỉnh chiều dài xupap,
sẽ cho phép điều chỉnh khe hở nhiệt (giữa mặt tựa của cam và đuôi xupap). Tuy
- 13 -
Hệ thống phân phối khí này hoạt động thông qua con đội 2 trực tiếp truyền
chuyển động cho xupap 4. Khi thay đổi chiều cao tuyệt đối của con đội sẽ điều
chỉnh được khe hở nhiệt.
- Ưu nhược điểm của cơ cấu này: Hệ thống thay đổi khí có xupap đặt làm
tăng diện tích buồng đốt nhưng ít chi tiết và làm việc an toàn hơn hệ thống thay đổi
khí có xupap treo. Vì giả sử móng hãm xupap có tuột ra, xupap cũng không rơi vào
trong buồng đốt, không gây hư hỏng cho nhóm xylanh-piston.
Cơ cấu phân phối khí xupap đặt chỉ được dùng trong một số động cơ xăng và
phương tiện vận tải.
d. Lắp ráp
Khi lắp ráp hệ thống trao đổi khí kiểu xupap treo cần lưu ý những vấn đề
sau:
- Vị trí ăn khớp giữa bánh răng trung gian với bánh răng trục khuỷu và trục
phân phối khí phải đúng. Truyền động xích, đai và các dạng khác cũng vậy.
- Khe hở nhiệt phải đảm bảo. Khi để khe hở nhỏ quá sẽ hở buồng đốt hoặc
gây nguy hiểm cho piston.
Khe hở nhiệt được điều chỉnh khi động cơ nguội, lúc xupap đóng hoàn toàn.
Vào cuối thời kỳ nén, khi piston ở điểm chết trên, các xupap nạp và xả đóng kín,
tiến hành điều chỉnh vào lúc này là đúng.
Trên bánh đà của động cơ lúc nào cũng có dấu để xác định thời điểm này của
xylanh số 1 theo thứ tự sinh công của máy, dễ dàng xác định các thời điểm tương tự
của các xylanh còn lại.
2
2
.
.
Động cơ diesel 2 kỳ
Piston tiếp tục đi xuống, và khi đỉnh của nó đi qua mép của cửa quét, khí nạp
mới đã được nén tới áp suất lớn hơn áp suất khí quyển tràn vào xylanh qua cửa quét,
đẩy phần khí cháy còn lại ra khỏi xylanh động cơ, đồng thời nạp đầy không gian
công tác của xylanh. Khi piston gần điểm chết dưới, một phần không khí thổi từ cửa
quét sang cửa xả, vì thế chất lượng làm sạch xylanh kém.
Sơ đồ thay đổi khí kiểu này có nhược điểm là: từ lúc đóng cửa quét đến lúc
đóng cửa xả thì một phần không khí bị rò lọt ra ngoài. Do làm sạch xylanh không
Hình 2.4. Sơ đồ trao đổi khí quét vòng ngang
- 15 -
hoàn thiện và tổn thất khí nạp, nên ở hệ thống thay đổi khí quét vòng ngang, lượng
khí sót tăng lên.
+ Sơ đồ trao đổi khí quét vòng về một phía
Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 2.5
Ở sơ đồ này, các cửa quét a và cửa xả b được bố trí về một phía, đường ống
xả, bình chứa khí quét bố trí về một bên, làm giảm chiều rộng động cơ. Các cửa xả
được bố cao hơn các cửa quét. Khi piston dịch chuyển xuống phía dưới, các cửa xả
được mở ra, lúc này diễn ra quá trình xả tự do. Piston tiếp tục dịch chuyển và mở
cửa quét. Lúc này diễn ra các quá trình quét và xả cưỡng bức cho đến khi đóng cửa
quét. Độ nghiêng xuống của các cửa quét và độ lõm của đỉnh piston tạo nên hướng
chuyển động của dòng khí về phía đỉnh, sau đó quét dọc lên nắp xylanh và quay trở
lại về cửa xả. Như vậy không khí nạp qua các cửa quét chuyển động vòng theo
xylanh. Phần lớn thời gian của thời kỳ này, không khí nạp vào xylanh đẩy sản vật
cháy ra ngoài. Gần cuối thời kỳ diễn ra sự hòa trộn không khí với khí xả và tổn thất
qua cửa xả. Trong các động cơ có sơ đồ thay đổi khí quét vòng về một phía, chất
Hình 2.5. Sơ đồ trao đổi khí quét về 1 phía của động cơ MAN
a. cửa quét; b. cửa xả
- 16 -
Việc phân bố các cửa kiểu tiếp tuyến ( hình cắt A-A ) đảm bảo xoáy dòng
khí nạp vào xylanh và chuyển động hình vít từ cửa quét đến cửa xả 1. Vận động
xoáy kiểu tiếp tuyến của không khí được giữ nguyên cho đến cuối hành trình nén sẽ
tạo điều kiện hòa trộn tốt hỗn hợp.
Sản vật cháy từ xylanh xả qua các xupap bố trí ở nắp xylanh. Đối với các
động cơ khác nhau, số xupap thay đổi từ 1 đến 4. Các xupap được đẫn động bằng
trục phối khí thông qua cơ cấu cam hoặc dẫn động thủy lực. Khi piston dịch chuyển
xuống điểm chết dưới, các xupap xả được mở ra trước, từ thời điểm này đến thời
điểm mở cửa quét diễn ra xả tự do. Trong thời kỳ mở cửa, diễn ra đồng thời quét
xylanh và xả cưỡng bức. Các xupap xả được đóng muộn hơn các cửa quét, nhưng
tổn thất khí nạp không đáng kể, do đó có thể coi kết thúc quá trình trao đổi khí và
bắt đầu quá trình nén tương ứng với thời điểm đóng các cửa quét.
Việc sử dụng xupap xả cho phép lựa chọn pha phối khí có lợi nhất khi chế
tạo động cơ. Để giảm tổn thất khí nạp, một số động cơ dùng pha đóng mở các xupap
không đối xứng so với điểm chết dưới: góc mở sớm lớn hơn góc đóng muộn (so với
điểm chết dưới). Trong đó các động cơ thấp tốc hiện đại, nhờ tính kinh tế của chúng
và hiệu quả cao của hệ thống tăng áp mà không thể dùng các pha phối khí đối xứng
làm giảm ứng suất nhiệt xupap xả và không cần đảo chiều cơ cấu dẫn động các
xupap xả.
+ Sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua cửa thải
Sơ đồ hệ thống được dùng trong các loại động cơ piston đối đỉnh được thể
hiện trên hình 2.7. Sơ đồ trao đổi khí kiểu này có cửa xả 1 và cửa quét 2 được bố trí
ở 2 phía của xylanh. Một piston đóng mở cửa xả, một piston đóng mở cửa quét.
Để đảm bảo mở sớm các cửa xả và xả khí tự do thì cơ cấu trục khuỷu-thanh
truyền-piston đóng mở cửa xả được đặt sớm hơn (6 12) góc quay trục khuỷu so
với cửa quét, theo chiều quay của trục khuỷu. Nhờ vậy lúc bắt đầu trao đổi khí, các
cửa xả mở sớm hơn các cửa quét, đảm bảo xả tự do.
- 18 -
suất tăng áp p
k
(1,5 1,6) kG/cm
2
, thường được sử dụng độc lập ở những động cơ
công suất nhỏ, mức độ tăng áp thấp, hoặc kết hợp với phương pháp tăng áp dùng
TBK-MN trong các động cơ cỡ lớn.
2. Tăng áp nhờ năng lượng khí thải
Nguồn năng lượng để nén không khí được lấy từ khí thải. Nhóm này lại được
chia làm 2 loại:
+ Tăng áp tuabin khí: Máy nén khí được dẫn động từ tuabin khí, hoạt động nhờ
năng lượng khí thải động cơ. Không khí từ ngoài trời qua máy nén được nén tới áp
suất p
k
> p
o
rồi vào xylanh động cơ.
Do tăng áp tuabin khí được dẫn động nhờ năng lượng khí thải, không phải
tiêu thụ công suất động cơ như tăng áp cơ khí, nên có thể làm tăng tính kinh tế của
động cơ, nói chung có thể giảm suất tiêu hao nhiên liệu khoảng (3 10).
Hình 2.8. Tăng áp dẫn động cơ khí
1. máy nén; 2. bộ truyền động; 3. ống khuếch tán
- 20 -
Ở động cơ tăng áp cao, người ta thường trang bị làm mát trung gian nhằm
giảm nhiệt độ, qua đó nâng cao mật độ không khí tăng áp đi vào động cơ.
Phạm vi ứng dụng: dùng rộng rãi trên vùng cao nguyên nhằm hồi phục công
suất động cơ. Mặt khác tăng áp tuabin khí thải còn tạo điều kiện giảm ồn, giảm
Một vài động cơ cỡ lớn có cam rời được lắp trên trục bằng then và được kẹp
chặt bằng đai ốc.
Các dạng cam gồm có cam lồi, cam tiếp tuyến và cam lõm. Phổ biến là cam
lồi gồm các cung tròn như cam hai cung và cam ba cung (hình 2.11 a,b) Hình 2.10
1. đầu trục cam; 2. cổ trục; 3. cam nạp và cam thảiHình 2.11
a,b. cam lồi; c. cam tiếp tuyến; d. cam lõm
- 22 -
Để tránh bị kẹt, độ dịch dọc của trục thường được giới hạn bằng một vai tựa
tì vào thân máy. Tại đây có đệm điều chỉnh.
Để thuận tiện cho việc lắp ráp, người ta bố trí đường kính các cổ cam nhỏ
dần về phía đuôi trục. Tuy nhiên sẽ phức tạp cho việc chế tạo và thay thế phụ tùng
khi sửa chữa.
Trục cam của động cơ tự đổi chiều quay có 2 hệ thống cam: “cam tiến” và
“cam lùi”, các hệ thống cam này được bố trí lệch nhau một góc đổi chiều (hình
2.12b).
Để đổi chiều quay cho động cơ, trục cam phải có khả năng dịch dọc hoặc
quay tương đối so với trục khuỷu khi cần.
Ở các động cơ loại nhẹ, người ta thường làm trục cam rỗng.
Biên dạng cam là mặt dẫn mở trên cam để tránh sự chậm trễ trong cơ cấu
truyền động xupap. Nó gồm có phần đỉnh để mở xupap và phần lưng để đóng
xupap.
dùng.
- Các cổ trục cam mòn côn, mòn méo, còn nằm trong kích thước sử dụng thì
sửa chữa bằng cách mài trên máy mài chuyên dùng, xong tiếp tục sử dụng.
- Các cổ trục cam mòn côn, mòn méo, hết kích thước sử dụng được sửa chữa
bằng phương pháp mạ hoặc phun đắp kim loại sau đó gia công lại theo kích thước
tiêu chuẩn. - 24 -
2. Con đội
a. Nhiệm vụ: Con đội xupap là bộ phận tựa trên mấu cam, nó hoạt động
trong một ống dẫn hướng thẳng đứng, mặt tiếp xúc cam thường được tôi cứng để
đảm bảo lâu mòn. Con đội có nhiệm vụ truyền chuyển động tịnh tiến cho đũa đẩy.
b. Cấu tạo, phân loại: Theo kết cấu con đội dùng trong cơ cấu trao đổi khí
được chia làm các loại sau:
+ Con đội phẳng
Trong cơ cấu phối khí xupap đặt, con đội dẫn động xupap, do đó con đội
phải có vít để điều chỉnh khe hở nhiệt ở tâm con đội (hình 2.13a). Bề mặt nấm tiếp
xúc với cam thường có đường kính lớn phụ thuộc vào kích thước của cam. Để con
đội có trọng lượng nhỏ, thân con đội được chế tạo với đường kính nhỏ hơn đường
kính với bề mặt tiếp xúc với cam. Do đó, con đội có hình nấm (hình 2.13a). Nhưng
do thân con đội có đường kính nhỏ nên áp suất tiếp xúc lớn làm tăng khả năng mài
mòn. Chính vì kết cấu nấm như vậy nên khi lắp ráp vào lỗ con đội trên thân máy
phải lắp từ dưới lên trước khi lắp trục cam. Khi tháo thay thế hoặc sửa chữa con đội
phải tháo trục cam.
Trong cơ cấu xupap treo, con đội tì lên đũa đẩy nên có thể làm rỗng con đội
để giảm trọng lượng mà vẫn giữ đường kính thân con đội bằng đường kính bề mặt
Copyright: Tài liệu đại học ©