2.1- THÂN ĐỘNG CƠ

Thân động cơ (hay còn gọi là thân máy) là nơi chứa và lắp đặt các cơ cấu và hệ thống của động cơ. Những bộ phận này có thể được lắp ở bên trong hoặc bên ngoài thân động cơ. Thân động cơ có kết cấu rất phức tạp, nó thường được đúc bằng gang hoặc nhôm hợp kim. Thân động cơ có thể được chia thành 2 phần: phần trên 1 (hình 2.1-a) dùng để chứa các xi lanh nên có tên gọi là blốc xi lanh và phần dưới 2 gọi là các te. Đối với các động cơ có từ 4 xi lanh trở xuống thì các xi lanh thường được bố trí thành dãy dọc (hình 2.1- a và c), đôi khi các động cơ có 5 hoặc 6 xi lanh cũng được bố trí tương tự. Đối với các động cơ có số xi lanh từ 6 trở lên, các xi lanh thường được bố trí thành 2 dãy theo hình chữ V (hình 2.1- b), góc giữa hai dãy xi lanh có thể là 60, 75 hay 90° . Trong thời gian gần đây xu thế sử dụng nhôm hợp kim để đúc các loại thân máy ngày càng phát triển nhờ ưu điểm chủ yếu của vật liệu nhôm là nhẹ và có khả năng điền đầy khuôn đúc tốt. Do vậy, các thân máy bằng nhôm đang dần dần thay thế các thân máy bằng gang, kể cả ở trên các động cơ cỡ lớn.

Các te là nơi lắp trục khuỷu của động cơ và nhiều bộ phận khác. Trục khuỷu có thể được lắp trên các ổ đỡ bằng bi hoặc bằng bạc. Để tiện cho việc tháo lắp các ổ đỡ bằng bạc thường được chế tạo thành 2 nửa: nửa trên đúc liền với thân máy, còn nửa dưới rời (số 15, hình 2.1- b) và được bắt vào nửa trên bằng các bu lông. Ngoài ra trong các te của động cơ còn có thể lắp bơm dầu bôi trơn, trục cam của cơ cấu phối khí, trục dẫn động bộ chia điện của hệ thống đánh lửa, ...

Đối với các động cơ làm mát bằng không khí thì thân máy không có phần blốc xi lanh mà chỉ có phần các te. Các xi lanh cùng với bộ cánh tản nhiệt được chế tạo riêng biệt (số 17, hình 2.1- c) và được lắp lên các te nhờ các bu dông 16.

Phía dưới các te được đậy kín bởi đáy các te, tạo thành hộp kín, có các gioăng, phớt chắn dầu. Đáy các te được dùng làm nơi chứa dầu bôi trơn của động cơ (hình 2.1- d), do vậy phía trong nó có bố trí các tấm ngăn cách để dầu không bị sóng sánh mạnh khi xe chạy qua đường xấu. Ở phía ngoài đáy các te thường có những gân tản nhiệt để làm mát dầu bôi trơn. Lỗ xả dầu thường được bố trí ở vị trí thấp nhất của đáy các te.

Khoang trong của các te được thông với bên ngoài bằng một ống thông đặc biệt có bộ phận lọc để tránh bụi lọt vào trong các te theo không khí. Thông thường ống thông được bố trí ở phía trên của thân động cơ để tránh dầu vung theo nó ra ngoài.

Trong thân máy có các lỗ, các đường dẫn dầu bôi trơn và nước làm mát. Ngoài ra thân máy còn dùng để chứa rất nhiều bộ phận khác của động cơ nên kết cấu của nó thường rất phức tạp.

Xi lanh có thể được chế tạo liền cùng với thân động cơ hoặc chế tạo rời dưới dạng ống và lắp trong các lỗ trên thân động cơ. Xi lanh liền thường được sử dụng trên các động cơ công suất nhỏ, có thân máy đúc bằng gang. Các động cơ diezel thường sử dụng loại xi lanh rời được đúc bằng gang có độ bền cao (số 6, hình 1.1 và hình 2.2). Việc sử dụng các xi lanh rời cho phép sửa chữa, thay thế các xi lanh một cách dễ dàng đồng thời nâng cao thời hạn sử dụng của thân máy. Các động cơ làm mát bằng nước có 2 cách bố trí xi lanh như sau: xi lanh ướt và xi lanh khô (hình 2.2).

Các xi lanh được gọi là ướt nếu mặt ngoài của nó tiếp xúc trực tiếp với nước làm mát. Trong trường hợp này xi lanh được định tâm trên các cổ được gia công chính xác ở phía trên và phía dưới của xi lanh và phải có các gioăng làm kín để chặn không cho nước làm mát lọt lên nắp máy và xuống đáy các te.

Xi lanh khô khoang nước làm mát nằm hoàn toàn trong thân máy, nước không tiếp xúc trực tiếp với xi lanh.

Các xi lanh của các động cơ làm mát bằng không khí có nét đặc trưng riêng rất dễ nhận biết, đó là bộ cánh tản nhiệt bao quanh xi lanh. Các xi lanh loại này có thể được chế tạo liền khối (hình a), hay thành các cụm rời: xi lanh 1, nắp xi lanh 2 rồi ghép lại với nhau (hình b). Với các đặc điểm cấu tạo như đã trình bày trên đây, các xi lanh được lắp ghép trực tiếp lên phần các te của thân động cơ mà không cần phải có phần blốc xi lanh.

Xi lanh thường được đúc bằng gang, bề mặt làm việc của xi lanh được gia công với độ chính xác và độ bóng rất cao nên còn hay được gọi là "mặt gương" và được nhiệt luyện để đảm bảo độ cứng cần thiết.

Trong thời gian gần đây, nhờ các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong ngành vật liệu, đã xuất hiện một số dạng xi lanh mới. Đặc biệt là các xi lanh được tạo ngay trong blốc bằng nhôm. Để đảm bảo độ bền của các xi lanh này người ta trộn các hạt silicon vào trong nhôm đúc bề mặt xi lanh. Loại xi lanh này có ưu điểm là đảm bảo độ bền cao mà lại rất nhẹ vì vậy nên được sử dụng trên một số động cơ của xe du lịch hiện đại.

2.3- NẮP MÁY

Nắp máy là phần đậy phía trên xi lanh, nó có cấu tạo tương đối phức tạp bởi vì trong nó có rất nhiều các đường ống dẫn khí, dẫn nước, dẫn dầu và là chỗ chứa nhiều các bộ phận khác của động cơ.

Đối với các động cơ có nhiều xi lanh thì nắp máy thường được đúc thành khối liền chung cho cả dãy xi lanh, nếu động cơ có 2 dãy xi lanh thì có 2 nắp máy. Trong một số trường hợp, nắp máy có thể được chế tạo riêng biệt cho từng xi lanh hoặc cho từng cụm 2 hoặc 3 xi lanh. Riêng đối với động cơ làm mát bằng không khí thì mỗi xi lanh có một nắp riêng của nó.

Nắp máy thường được đúc bằng gang hoặc bằng nhôm, có cấu tạo phức tạp do phải chứa rất nhiều các bộ phận trong nó như: giàn xu páp, các đường nạp, xả cho các xi lanh, các đường dầu, đường nước làm mát, lỗ để lắp vòi phun nhiên liệu, bugi... Đối với một số động cơ điezel có buồng cháy xoáy lốc hay buồng cháy phụ thì các buồng cháy này (hoặc một phần của nó) cũng được bố trí trên nắp máy.

Nắp máy được bắt chặt với thân máy bằng các bu dông cấy hoặc các bu lông. Giữa nắp và thân máy có tấm đệm đặc biệt, gọi là đệm nắp máy, có nhiệm vụ làm kín buồng đốt và các đường nước, đường dầu. Đệm này, ngoài khả năng làm kín còn phải có khả năng chịu nhiệt cao do tiếp xúc trực tiếp với buồng đốt. Đệm nắp máy thường được làm từ a mi ăng có viền mép bằng đồng.

2.4- CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền bao gồm pít tông cùng với các vòng găng, chốt pít tông, thanh truyền và trục khuỷu. Nó có nhiệm vụ tiếp nhận năng lượng của khí cháy và biến nó thành cơ năng làm quay trục khuỷu.

Trên hình 2.5 là cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của một động cơ xăng 8 xi lanh bố trí thành 2 dãy kiểu chữ V.

Pít tông là một trong những chi tiết quan trong nhất của động cơ đốt trong. Nó phải chịu điều kiện làm việc rất nặng nhọc: áp lực rất lớn của khí cháy, nhiệt độ cao của buồng đốt và ma sát liên tục với thành xi lanh.

Pít tông đảm nhận các nhiệm vụ sau: tạo hình dạng cần thiết cho buồng đốt, đảm bảo độ kín cho khoang công tác của xi lanh, biến áp lực của khí cháy thành lực đẩy lên thanh truyền để quay trục khuỷu và sinh công hữu ích.

Trên hình 2.6 là cấu tạo của bộ pít tông - thanh truyền của động cơ diezel. Pít tông gồm những phần chính như sau: đỉnh pít tông 4, phần làm kín 3 và phần dẫn hướng 2.

Trên phần làm kín có các rãnh để lắp các vòng găng (còn gọi là séc măng) khí 6 và các vòng găng dầu 7. Trong rãnh lắp vòng găng dầu phải có các lỗ để thoát dầu vào phía bên trong pít tông. Trên thân pít tông còn có các lỗ để lắp ắc pít tông 12.

Đỉnh pít tông là nơi tạo thành hình dạng kết cấu của buồng đốt, do vậy nó phải có cấu tạo thích hợp với kiểu buồng đốt. Điều này đặc biệt quan trọng đối với trường hợp động cơ diezel không có buồng đốt phụ (nhiên liệu được phun trực tiếp vào trong buồng đốt). Một số dạng đỉnh pít tông được mô tả trên hình 2.6- b.

Hiện nay các loại động cơ đốt trong sử dụng pít tông đúc bằng gang hoặc nhôm. Pít tông gang có độ bền cao, chịu mài mòn tốt, có độ giãn nở nhiệt nhỏ nhưng lại có khối lượng lớn. Còn pít tông nhôm có ưu điểm là nhẹ, dẫn nhiệt tốt nhưng có độ bền và khả năng chịu mài mòn kém hơn và có hệ số giãn nở cao hơn.

Vòng găng, hay còn gọi là séc măng, được chế tạo bằng gang có độ đàn hồi cao, có dạng vòng tròn không khép kín, với đoạn hở gọi là miệng séc măng. Mỗi quả pít tông thường có 2 loại séc măng: séc măng dầu và séc măng khí.

Séc măng khí (hay séc măng hơi) được lắp ở phần làm kín của pít tông, nó có nhiệm vụ làm kín khoang làm việc của xi lanh, không cho khí lọt xuống các te và dẫn nhiệt từ pít tông sang thành xi lanh. Séc măng khí thường có tiết diện hình chữ nhật. Miệng séc măng được cắt thẳng, hoặc xiên dưới một góc 30, 45 hay 60° , hoặc có dạng bậc thang (hình 2.7). Khi lắp séc măng lên pít tông, cần lưu ý không được để trùng miệng các séc măng mà phải bố trí sao cho miệng các séc măng nằm lệch nhau khoảng 90 ¸ 120° . Cũng cần phải tránh để miệng của séc măng không tỳ vào mặt chịu lực của xi lanh.

Séc măng dầu có nhiệm vụ ngăn không cho dầu bôi trơn đi lên buồng đốt. Trong quá trình làm việc, do vung toé hoặc phun cưỡng bức, dầu bôi trơn động cơ bám lên thành xi lanh, nó làm giảm ma sát giữa các chi tiết làm việc (xi lanh, pít tông, vòng găng) đồng thời làm mát cho các chi tiết này. Tuy nhiên, cần tránh không để cho dầu lọt lên buồng đốt làm ảnh hưởng đến quá trình cháy. Đó chính là nhiệm vụ của các séc măng dầu: gạt dầu bám trên thành xi lanh và đưa qua các lỗ trên thân pít tông (số 10, hình 2.6) chảy về đáy các te. Séc măng dầu thường có cấu tạo phức tạp hơn séc măng khí, nó phải có gờ để gạt dầu, có rãnh dẫn dầu và có lỗ để thoát dầu về các te. Séc măng dầu thường có 2 dạng: dạng rời gồm nhiều chi tiết ghép lại với nhau và dạng một chi tiết liền (hình 2.7). Séc măng dầu được lắp ngay dưới séc măng khí và ở phần váy pít tông. Một quả pít tông thường có 2 ¸ 4 séc măng khí và 1 ¸ 2 séc măng dầu.

Chốt (ắc) pít tông (số 12 trên hình 2.6) có dạng hình trụ rỗng, chế tạo bằng thép. Bề mặt ngoài của chốt được gia công chính xác và tôi thấm để có độ bền và khả năng chịu mài mòn cao.

Hiện nay, thường gặp 3 cách lắp chốt pít tông như sau: lắp cố định, lắp "bơi" và lắp "nửa bơi"

Cách lắp "bơi" đảm bảo một khe hở nhỏ giữa ắc và các lỗ trên pít tông, nhờ đó mà khi làm việc ắc có thể lựa (xoay) trong các lỗ trên pít tông, phần còn lại của chốt được lắp trong bạc của đầu nhỏ thanh truyền. Sau khi lắp vào pít tông, ắc được cố định ở 2 đầu bằng các vòng chặn (số 8 trên hình 2.6) hoặc được bịt bằng nút nhôm. Cần lưu ý rằng, ắc chỉ được "bơi" ở chế độ nhiệt bình thường, còn khi pít tông nguội thì ắc phải nằm tương đối chặt trong các lỗ của nó.

Trong cách lắp "nửa bơi", đầu nhỏ thanh truyền được cố định với ắc pít tông bằng cách ép chặt hoặc bắt chặt bằng bu lông (hình 2.8). Như vậy, để cơ cấu có thể hoạt động được thì giữa ắc và các lỗ trên pít tông phải là mối ghép lỏng.

Thanh truyền (số 14 trên hình 2.6, hình 2.9) có nhiệm vụ truyền lực từ pít tông cho trục khuỷu và nối liên động giữa pít tông với trục khuỷu. Thanh truyền được chế tạo bằng thép dập, có cấu tạo dạng thanh, tiết diện chữ I với 2 đầu: đầu nhỏ và đầu to. Đầu nhỏ thanh truyền có lỗ để lắp với ắc pít tông. Nếu ắc lắp kiểu cố định hoặc kiểu "bơi" thì trong đầu nhỏ thanh truyền có bạc đỡ bằng đồng (số 6 hình 2.9). Trên đỉnh thanh truyền có lỗ nhỏ hình phễu, có nhiệm vụ hứng dầu nhờn bị vung lên đáy pít tông và rơi xuống để dẫn vào bôi trơn cho ắc pít tông. Trong các trường hợp khác, ắc pít tông được bôi trơn bằng dầu dẫn từ cổ trục khuỷu đi qua lỗ khoan trong thân của thanh truyền.

Đầu to của thanh truyền có lắp bạc nối với cổ trục khuỷu (thường gọi là bạc biên). Để có thể tháo lắp được, đầu to thanh truyền được chế tạo thành 2 nửa, nửa trên liền với thanh, còn nửa dưới rời, được bắt với nửa trên bằng 2 bu lông. Đầu của bu lông thường có cấu tạo chống xoay, còn êcu thì phải được hãm chống tự nới lỏng (bằng êcu, long đen hãm hay chốt chẻ). Kích thước của đầu to thanh truyền phải đảm bảo sao cho khi tháo có thể rút được cả cụm pít tông- thanh truyền qua xi lanh ra ngoài. Bình thường, mặt phân cách của đầu to thanh truyền vuông góc với trục thanh truyền, nhưng đôi khi, thanh truyền được chế tạo có mặt tiếp xúc vát

Trên các loại động cơ hiện nay, kết cấu của thanh truyền có thể có nhiều dạng khác nhau, tùy theo quan điểm thiết kế và tuỳ theo kết cấu của động cơ. Đặc biệt, nếu động cơ có các xi lanh bố trí kiểu chữ V thì cấu tạo của đầu to của thanh truyền phải đảm bảo để có thể lắp được cả 2 thanh truyền của 2 xi lanh nằm đối diện nhau, như ví dụ mô tả trên hình 2.9. Trong một số trường hợp, người ta vẫn sử dụng các tay biên bình thường như ở động cơ có xi lanh bố trí theo dãy, khi đó, trên một cổ biên của trục khuỷu sẽ có 2 tay biên cạnh nhau.

Trục khuỷu của động cơ có cấu tạo như mô tả trên hình 2.10. Trục thường được chế tạo liền bằng công nghệ dập, bao gồm các cổ trục chính 2 và các cổ biên 3 nối với nhau bởi các má khuỷu 4.

Đối với động cơ có xi lanh bố trí thành dãy, số cổ biên đúng bằng số xi lanh, còn động cơ chữ V có số cổ biên nhỏ hơn 2 lần số xi lanh. Các động cơ điezel thường có số cổ trục chính nhiều hơn số cổ biên 1 cổ. Sở dĩ phải có nhiều gối đỡ như vậy là để đảm bảo độ cứng vững cho trục. Bên trong các má khuỷu và các cổ trục có khoan các lỗ để dẫn dầu tới bôi trơn cho các ổ chính và ổ biên. Trong cổ biên thường có lỗ khoan dọc trục với kích thước đủ lớn để gom cặn trong dầu bôi trơn theo nguyên tẵc lọc ly tâm (còn gọi là hốc lắng cặn). Bình thường, các lỗ này được bịt kín bằng nút có ren. Má của trục khuỷu thường đảm nhận luôn vai trò của bộ phận cân bằng trục (đối trọng). Trên một số động cơ có lắp các đối trọng rời có thể tháo lắp, thay đổi để điều chỉnh được lực cân bằng.

Phần đầu trục khuỷu thường là nơi lắp bánh răng dẫn động cơ cấu phối khí, bơm dầu, puli dẫn động bơm nước, quạt gió, máy phát điện, ... Phần cuối của trục khuỷu là nơi để lắp bánh đà, phía trong đuôi trục thường có lỗ để lắp ổ bi đỡ đầu trục ly hợp.

Phần lớn các trục khuỷu được chế tạo bằng thép các bon hay thép hợp kim, rèn hoặc dập thành một khối liền. Trục cũng có thể được đúc bằng gang hay thép có độ bền cao. Các cổ trục được tôi cao tần, sau đó gia công chính xác và mài bóng.

Các ổ đỡ trục và ổ biên của trục khuỷu thông thường là các ổ trượt hay còn gọi là bạc. Mỗi bạc bao gồm 2 nửa hình trụ (số 7 và 8 trên hình 2.9, 2.11- a) được chế tạo từ thép lá, mặt trong có phủ lớp vật liệu chống ma sát. Vật liệu chống ma sát thường là hợp kim nhôm, đồng - chì hay ba bít. Các bạc đỡ trục được lắp một nửa lên trên các gối đỡ trục nằm ở thân máy bên trong cacte, nửa còn lại lắp lên các ốp dưới. Đối với bạc biên cũng tương tự như vậy, một nửa bạc được lắp lên phần tay biên, nửa còn lại lắp lên ốp dưới. Để cho các bạc này không bị quay trong khi làm việc cũng như không bị dịch dọc, trên phần xương của bạc có tạo các vấu mà khi lắp, nó ăn vào rãnh trên tay biên, trên các ốp hay trên gối đỡ trục. Trong các bạc cổ chính có tạo rãnh để dẫn dầu qua lỗ trên trục đi sang bôi trơn cho cổ biên.

Trên một số động cơ, người ta sử dụng ổ bi thay cho bạc (hình 2.10): để đỡ trục thường, dùng ổ bi đũa, còn ở đầu to thanh truyền thì sử dụng ổ bi kim. Đặc biệt, đối với động cơ xăng 2 kỳ hay được sử dụng làm động cơ khởi động trên các xe máy thi công thì trục khuỷu thường được tạo từ những chi tiết rời lắp ráp lại với nhau, ổ đỡ ở 2 đầu trục là các ổ bi, còn đầu dưới thanh truyền được lắp ổ bi đũa. Ta có thể gặp dạng kết cấu tương tự như vậy trên các loại động cơ mô tô. Trong một số trường hợp, người ta tráng trực tiếp lớp vật liệu chịu ma sát lên lỗ ở đầu to thanh truyền.

Bánh đà (xem hình 2.11) có hình dạng của một đĩa đặc đúc bằng gang, được lắp ở đuôi của trục khuỷu. Nó có nhiệm vụ giữ cho trục quay ổn định, nhất là đối với những động cơ có ít xi lanh. Ở phía ngoài của bánh đà có lắp vành răng để khởi động động cơ. Trên bề mặt ngoài của bánh đà có khoan lỗ hay đánh dấu đặc biệt để làm chuẩn khi cần đặt pít tông số 1 vào điểm chết trên. Ngoài ra, có thể có các dấu khác như thời điểm phun nhiên liệu, vị trí điều chỉnh xu páp của cơ cấu phối khí. Thông thường, bánh đà cũng là nơi để lắp ly hợp.