Cân bằng động cơ đốt trong là gì

Cân bằng động cơ đốt trong là gì?
(News.oto-hui.com) – Động cơ đốt trong biến đổi hóa năng từ nhiên liệu thành
nhiệt năng trong kỳ cháy giãn nở và từ đó chuyển hóa thành cơ năng làm động
lực cho ơ tơ. Vì các chi tiết chuyển động liên tục trong quá trình hoạt động của
xe, vấn đề cân bằng động cơ là vấn đề quan trọng để giúp máy không bị rung
lắc hay gây tiếng ồn.

1. Vì sao động cơ bị mất cân bằng?
Trong quá trình vận hành, trong động cơ luôn tồn tại các lực và moment luôn thay đổi
về chiều và độ lớn. Các thành phần lực và moment này tác động lên bệ máy và thân
máy, khiến cho động cơ rung động, gây ồn và làm mất cân bằng động cơ. Ngồi ra
cịn các ảnh hưởng đến từ thiết kế, cấu tạo, cách sắp xếp xi lanh, số lượng xi lanh,
thứ tự công tác và các hệ thống điều khiển động cơ cũng đều có tác động lớn đến sự
cân bằng. Sau đây là một số nguyên nhân chính cho sự mất cân bằng này:
•
•
•

•

Lực tác dụng lên các cơ cấu bên trong động cơ liên tục thay đổi
theo góc quay trục khuỷu (phương, chiều và độ lớn);
Các momen lật, momen quay, momen quán tính sinh ra trong quá
trình hoạt động của động cơ;
Các hệ thống điều khiển động cơ gặp lỗi (như hệ thống cung cấp
nhiên liệu, hệ thống đánh lửa, áp suất nén bị thiếu…) sẽ dẫn đến
hiện tượng bỏ máy;
Các bộ phận trên động cơ bị sai lệch về kích thước, khối lượng
(thay thế các bộ phận không đồng bộ khiến khối lượng các chi tiết,
cụm chi tiết khác nhau).

2. Phân loại mất cân bằng động cơ:
Người ta chia mất cân bằng động cơ làm 2 loại mất cân bằng: Mất cân bằng sơ cấp
và mất cân bằng thứ cấp.

a. Mất cân bằng sơ cấp:
Sự mất cân bằng sơ cấp tạo ra rung động ở tần số quay cơ bản của trục khuỷu.
Cân bằng sơ cấp là hoạt động cân bằng các lực xuất hiện trong mỗi vòng quay của
trục khuỷu. Các lực này sinh ra từ các khối lượng chuyển động tịnh tiến (chủ yếu là
các piston chuyển động lên xuống). Cân bằng sơ cấp sử dụng đối trọng trên trục
khuỷu để triệt tiêu thành phần lực theo phương thẳng đứng trên mỗi piston. Điều này
giúp cân bằng các lực quán tính để động cơ không bị rung khi hoạt động.


Mất cân bằng động cơ do sự chuyển động của piston

b. Cân bằng thứ cấp:
Mất cân bằng thứ cấp tạo ra rung động với tần số gấp đôi tần số quay của trục khuỷu.
Cân bằng thứ cấp là những hoạt động bổ sung cho:
•
•
•

Động năng tịnh tiến của piston khơng được đối trọng chuyển hóa
hết thành chuyển động quay.
Chuyển động khơng theo hình sin của các piston.
Các chuyển động ngang so với trục cân bằng.

Động cơ một hoặc nhiều xi lanh đều phải được cân bằng ở rất nhiều khía cạnh. Tùy
thuộc vào số lượng, cách sắp xếp xi lanh và thứ tự công tác của chúng mà động cơ
sẽ có những ưu, nhược điểm riêng trong q trình tính tốn để đạt được sự cân bằng.

Trong một vịng quay trục khuỷu, tốc độ của piston ở phía trên và dưới đường tâm
của trục khuỷu là khác nhau. Do đó, gia tốc qua điểm chết trên lớn hơn đáng kể so với
qua điểm chết dưới. Hơn nữa, lực quán tính của hai piston chuyển động lệch pha
nhau 180 độ sẽ khơng bị triệt tiêu hồn tồn, từ đó tồn tại một hợp lực hướng lên.

3. Các phương pháp giảm thiểu mất cân bằng
động cơ:
Trên thực tế, không thể khiến động cơ đốt trong hồn tồn khơng bị mất cân bằng. Vì
vậy, chúng ta sẽ phải thiết kế tính tốn sao cho giảm thiểu tối đa sự mất cân bằng
động cơ.


Cách đầu tiên để cân bằng động cơ là đảm bảo momen xoắn giữa các xi lanh là
giống nhau. Điều này giúp cân bằng được các lực sinh ra trong quá trình các piston
chuyển động.

Cách thứ hai là dùng trục cân bằng Lanchester – trục cân bằng được trang bị đối
trọng và quay với tốc độ gấp đôi tốc độ trục khuỷu. Sự rung động của trục cân
bằng được sử dụng để khử rung trục khuỷu, bằng cách tạo ra rung động theo chiều
ngược lại. Tuy nhiên, phương pháp này cũng sẽ làm cho cấu tạo của động cơ thêm
phức tạp.


Trục cân bằng trong động cơ (Balancer shaft)
Cách thứ ba là thay đổi cấu hình động cơ, những động cơ I6, V12, hay động cơ boxer
của Porches và Subaru là những mẫu động cơ giảm thiểu rất tốt sự mất cân bằng
động cơ. Lý do là những loại động cơ này đối xứng khá hoàn hảo, tự triệt tiêu các
nguyên nhân gây mất cân bằng.
Tìm hiểu thêm: So sánh sự khác biệt giữa động cơ thẳng hàng và động cơ boxer

Động cơ Boxer triêt tiêu các lực ngang
Cách thứ tư là khi có một chi tiết hỏng, nên thay cả cụm chi tiết đi cùng, ví dụ như
thay piston, thanh truyền, xéc măng,.. của một xi lanh thì nên thay đồng bộ của tất cả
các xi lanh. Lý do vì cá bộ phận mới có kích thước, hình dáng khác một chút so với
các bộ phận đã qua sử dụng, khi lắp vào sẽ gây mất cân bằng giữa các xi lanh.