941 7chuong ii tlbwd 20130111020258

CHƯƠNG II
CÁC CƠ CẤU CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ
2.1 Cơ cấu khuỷu trục- thanh truyền
2.1.1 Nhiệm vụ:
Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền là cơ cấu chính trong động cơ nó có nhiệm
vụ nhận và biến đổi lực khí thể do đốt cháy nhiên liệu thành momen quay của
trục khuỷu, nó bao gồm hai nhóm chi tiết là nhóm chi tiết cố định và nhóm chi
tiết chuyển động. Nhóm chi tiết cố định gồm thân máy nắp xy lanh và các te
dầu. Nhóm chi tiết chuyển động gồm nhóm pít tơng, thanh truyền, trục khuỷu,
bánh đà.
2.1.2 Các chi tiết chính:
a, Thân máy:
Thân máy cùng với nắp xy lanh là nơi lắp đặt và bố trí hầu hết các cụm các
chi tiết của động cơ. Cụ thể trên thân máy bố trí xy lanh, hệ trục khuỷu, và các
bộ phận truyền động để dẫn động các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ
như trục cam, bơm nhiên liệu, bơm nước, bơm dầu, quạt gió…
Thân máy động cơ 7M- GTE được giới thiệu trên hình 2.1

Hình 2.1: Thân máy

7


Thân máy của động cơ loại thân xy lanh - hộp trục khuỷu. Khối thân xy
lanh của động cơ được chế tạo liền với nửa trên hộp trục khuỷu theo hình thức
vỏ thân xy lanh chịu lực.
Thân máy của động cơ được chế tạo bằng gang đúc, có tính dẫn nhiệt tốt.
b, Nắp xy lanh:
Nắp xy lanh đậy kín một đầu xy lanh, cùng với pít tơng và xy lanh tạo
thành buồng cháy, buồng cháy động cơ Toyota 7M- GTE có dạng đỉnh lõm.
Nhiều bộ phận của động cơ được nắp trên nắp xy lanh như bugi, vòi phun,

cụm xu páp… Ngồi ra trên nắp xy lanh cịn bố trí các đường nạp, đường thải,
đường nước làm mát, đường dầu bơi trơn… Do đó kết cấu của nắp xy lanh rất
phức tạp.
Nắp xy lanh động cơ 7M- GTE được giới thiệu trên hình 2.2

Hình 2.2: Nắp xy lanh và đệm nắp máy

Điều kiện làm việc của nắp xy lanh rất khắc nhiệt như nhiệt độ cao, áp
suất khí thể rất lớn và bị ăn mịn hố học bởỉ các chất ăn mòn trong sản phẩm
cháy.
Nắp xy lanh của động cơ Toyota 7M- GTE là một dạng nắp chung một
khối cho 6 xy lanh. Nó được chế tạo bằng hợp kim nhơm, có ưu điểm là nhẹ,
8


tản nhiệt tốt, giảm được khả năng kích nổ. Nắp được nắp với thân máy qua
đệm nắp máy bằng các gu giơng.
c.Nhóm Pít tơng:
Các chi tiết của pít tơng bao gồm: pít tơng, các xéc măng khí, xéc măng
dầu, chốt pít tơng và các chi tiết khác.
Nhóm pít tơng của động cơ Toyota 7M-GTE được giới thiệu trên hình 2.3

Hình 2.3: Nhóm pít tơng
1. Pít tơng; 2. Chốt pít tơng; 3. Vịng hãm; 4. Xéc măng khí;
5. Xéc măng dầu; 6. Thanh truyền; 7. Bạc đầu nhỏ thanh truyền

Pít tơng :
Vai trị: chủ yếu của pít tơng là cùng với các chi tiết khác như xy lanh, nắp
xy lanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực khí thể cho thanh
truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí.

Điều kiện làm việc: Điều kiện làm việc của pít tơng rất khắc nhiệt. Trong
q trình làm việc pít tơng phải chịu tải trọng cơ học lớn có chu kỳ, nhiệt độ
cao.
Pít tơng của động cơ được chế tạo bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt.

9


Pít tơng có dạng đỉnh lõm, do đó có thể tạo xốy lốc nhẹ tạo thuận lợi cho
q trình hình thành khí hỗn hợp và cháy. Trên phần đầu pít tơng có xẻ 3 rãnh
để lắp các xéc măng khí và xéc măng dầu. Khe hở giữa phần đầu pít tông và
thành xy lanh nằm trong khoảng 0,04 0,06 mm.
Thân pít tơng có dạng hình cơn tiết diện ngang hình ơvan và có hai bệ để
đỡ chốt pít tơng. Thân pít tơng có nhiệm vụ dẫn hướng cho pít tơng chuyển
động trong xy lanh.
Để đảm bảo cho pít tơng chuyển động dễ dàng trong xy lanh, khe hở giữa
phần thân pít tơng và thành xy lanh ở chế độ khi nước làm mát 80

900C nằm

trong khoảng 0,04 0,06 mm.
 Xéc măng:
Xéc măng của động cơ Toyota 7M- GTE được giới thiệu trên hình 2.4
Trên piston có 2 loại xéc măng là xéc măng khí và xéc măng dầu.

Hình 2.4: Xéc măng
1.Xéc măng dầu; 2.Xéc măng khí

Xéc măng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy của động cơ và dẫn nhiệt
từ đỉnh pít tơng ra thành xy lanh và tới nước làm mát. Mỗi pít tơng được lắp 2

xéc măng khí vào hai rãnh trên cùng của đầu pít tơng. Để xéc măng rà khít với
thành xy lanh nó được mạ một lớp thiếc. Xéc măng khí phía trên được mạ
crơm để giảm mài mịn. Khi lắp khe hở miệng của xéc măng nằm trong

10


khoảng 0,3 0,5 mm để giảm hiện tượng lọt khí xuống các te khi lắp đặt miệng
xéc măng phải lệch nhau 1800. Vật liệu chế tạo xéc măng khí là thép hợp kim
cứng.
Xéc măng dầu được làm từ thép chống gỉ. Xéc măng dầu có nhiệm vụ san
đều lớp dầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu bôi trơn thừa từ thành xy lanh về
các te. Xéc măng dầu có các lỗ dầu và được lắp vào rãnh dưới cùng của pít
tơng. Trong rãnh có lỗ nhỏ ăn thơng với khoang trống phía trong pít tơng. Khi
lắp khe hở miệng xéc măng nằm trong khoảng 0,1 0,5 mm.
 Chốt pít tơng:
Chốt pít tơng là chi tiết nối pít tơng và đầu nhỏ thanh truyền. Tuy có kết
cấu đơn giản nhưng chốt pít tơng có vai trị rất quan trọng để đảm bảo điều
kiện làm việc bình thường của động cơ. Trong q trình làm việc của mình
chốt pít tơng chịu lắc, va đập tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bơi trơn khó
khăn.
Chốt pít tơng của động cơ Toyota 7M-GTE được giới thiệu trên hình 2.5

Hình 2.5: Chốt pít tơng
1.Vịng hãm; 2.Chốt pít tơng

11


Chốt pít tơng được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần hợp kim

như: crơm, măng gan, thành phần các bon thấp… được xử lý tăng cứng và
mài bóng.
Chốt pít tơng có dạng hình trụ rỗng. Các mối ghép giữa chốt pít tơng với
pít tơng và thanh truyền theo hệ trục để đảm bảo lắp ghép dễ dàng. Chốt pít
tơng được lắp tự do ở cả hai mối ghép. Khi lắp ráp mối ghép giữa chốt và bạc
đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, còn mối ghép với bệ chốt là mối ghép
trung gian, có độ dơi. Phương pháp lắp này làm cho chốt mòn đều hơn và chịu
mỏi tốt hơn nhưng khó bơi trơn mối ghép phải có kết cấu hạn chế di chuyển
dọc trục của chốt.
d. Thanh truyền:
Thanh truyền là chi tiết nối giữa pít tơng và trục khuỷu. Trong q trình
làm việc thanh truyền chịu lực khí thể, lực qn tính của nhóm pít tơng và lực
qn tính của bản thân thanh truyền. Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va
đập.
Trong quá trình làm việc của động cơ, thanh truyền thực hiện 2 chuyển
động phức tạp: Chuyển động tịnh tiến dọc theo thân xy lanh và chuyển động
lắc tương đố so với trục của chốt pít tơng. Thanh truyền được chế tạo bằng
thép hợp kim, trong thân thanh truyền có khoan rãnh dẫn dầu bôi trơn nên bề
mặt bạc đầu nhỏ và chốt pít tơng.
Trên thanh truyền và có đánh dấu ở nửa trên đầu to thanh truyền và nửa
dưới đầu to thanh truyền, cùng với dấu ở pít tơng khi lắp các dấu này phải
cùng phía và quay về phía đầu động cơ.
Trên hình 2.6 giới thiệu dấu định vị trên nhóm pít tơng- thanh truyền.

12


Hình 2.6: vạch dấu định vị trên nhóm pít tơng- thanh truyền

Bạc đầu nhỏ thanh truyền bằng đồng thanh có dạnh hình trục rỗng, trên

bạc có lỗ dẫn dầu tương ứng với lỗ trên dầu nhỏ thanh truyền.
Bạc đầu to là loại thanh mỏng và lắp lẫn được. Bạc lót gồm hai nửa được
dập ghép từ thép mềm và được phủ một lớp chịu mịn là hợp kim nhơm có
hàm lượng thiếc cao, chiều dày của bạc lót sau khi phủ là 1,6mm, chiều rộng
là 25mm, bạc có gờ khớp với rãnh ở nửa trên và nắp dưới của đầu to để chống
xoay.
Để đảm bảo cân bằng cơ cấu khủy trục– thanh truyền, khối lượng của
thanh truyền lựa chọn khi lắp khơng chênh lệch q 6- 8 gam.
e.Trục khuỷu:
Vai trị của trục khuỷu: trục khuỷu nhận lực tác dụng từ pít tơng tạo
mơmen quay kéo các máy cơng tác và nhận năng lượng của bánh đà; sau đó
truyền cho thanh truyền và pít tơng thực hiện q trình nén cũng như trao đổi
khí trong xy lanh.
Điều kiện làm việc của trục khuỷu hết sức khắc nhiệt nó phải chịu lực
T, Z do lực khí thể và lực quán tính của nhóm pít tơng- thanh truyền gây
ra.Ngồi ra trục khuỷu cịn chịu lực quán tính ly tâm của các khối lượng quay

13


lệch tâm của bản thân trục khuỷu và thanh truyền. Những lực này gây uốn
xoắn dao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu trên các ổ đỡ.
Trục khuỷu của động cơ Toyota 7M- GTE được giới thiệu trên hình 2.7

Hình2.7: Cấu tạo trục khuỷu

Trục khuỷu của động cơ được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành
phần mănggan, vômphram… Phôi trục khuỷu chế tạo bằng phương pháp rèn
khn hoặc rèn tự do. Sau đó phơi được ủ và thường hố trước khi gia cơng
cơ. Tiếp theo gia công cơ trục khuỷu được nhiệt luyện và xử lý bề mặt rồi gia

cơng chính xác các bề mặt làm việc, cổ trục chính và cổ khuỷu.
Trên trục khuỷu gồm có đầu trục, các cổ khuỷu, má khuỷu, đối trọng và
đi trục. Trục khuỷu gồm có 6 chốt khuỷu và 4 cổ trục. Trục khuỷu của động
cơ toyota 7M-GTE có 8 đối trọng đúc liền.
Trên đầu trục có then để lắp puly dẫn động quạt gió, bơm nước cho hệ
thống làm mát, có bánh răng trục khuỷu để dẫn động trục cam, bơm dầu.
Cổ trục khuỷu được gia công và xử lý bề mặt đạt độ cứng và độ bóng cao.
Các cổ trục đều có chung một đường kính. Cổ khuỷu được làm rỗng để làm
rãnh dần dầu bôi trơn đến các cổ và chốt khác của trục khuỷu.

14


Chốt khuỷu cũng được gia công và xử lý bề mặt để đạt độ cứng và độ
bóng cao. Đường kính chốt nhỏ hơn đường kính cổ. Chốt khuỷu cũng được
làm rỗng để giảm trọng lượng và chứa dầu bôi trơn.
Các đối trọng được làm liền với má. Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp
bánh đà và được làm rỗng để lắp vòng bi đỡ trục sơ cấp của hộp số.
f. Bánh đà:
Bánh đà của động cơ có kết cấu dạng đĩa như hình 2.8

Hình 2.8: Bánh đà

Bánh đà giữ cho độ chuyển động không đồng đều của trục khuỷu động
nằm trong giới hạn cho phép và dự trữ động năng cho quá trình nén và thải, là
nơi lắp các chi tiết của cơ cấu khởi động như vành răng khởi động và là nơi
đánh dấu tương ứng với điểm chết và khắc vạch chia độ góc quay trục khuỷu.
Bánh đà được chế tạo từ gang xám và được cân bằng động cùng với trục
khuỷu.

15


2.2 cơ cấu phối khí
2.2.1 Nhiệm vụ - yêu cầu:
Cơ cấu phối khí bao gồm tất cả các cụm, các chi tiết và các kết cấu với
chức năng đảm bảo q trình trao đổi khí giữa xy lanh động cơ với mơi trường
bên ngồi trong các q trình nạp khí vào xy lanh và thải các sản phẩm cháy
từ xy lanh ra mơi trường bên ngồi.
Cơ cấu phối khí của động cơ Toyota 7M-GTE được giới thiệu trên hình 2.9

Hình 2.9: Cơ cấu phối khí
1.Phớt chắn dầu đầu trục cam; 2 .Nắp Trục cam; 3. Trục cam; 4. Bạc tì vấu cam
5. Chụp đi xu páp; 6. Móng hãm; 7. Đĩa lò xo; 8. Lò xo xu páp; 9. Phớt chắn dầu bơi
trơn; 10. Đế lị xo; 11. Ống dẫn hướng; 12. Đế đặt xu páp; 13.Xu páp; 12.Móng hãm;
16.Phớt chăn dầu.

16


u cầu đối với cơ cấu phối khí đó là: Nạp đầy và thải sạch ở mọi chế độ
làm việc của động cơ; Tiếng ồn thấp, khả năng bao kín tốt; Độ bền và độ tin
cậy làm việc cao; Dễ dàng lắp ráp thay thế chi tiết và sửa chữa bảo dưỡng điều
chỉnh.
Cơ cấu phối khí dùng trên động cơ Toyota 7M- GTE là cơ cấu phối khí
dùng xu páp treo, sử dụng trục cam kép DOHC (Double overhead camshafts)
giúp cho việc mở được hồn tồn và đóng dứt khốt xu páp. Vì vậy làm tăng
khả năng nạp đầy và thải sạch cho động cơ, đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu
đối với 1 cơ cấu phối khí.
2.2.2 Các chi tiết chính:

a, Trục cam:
Trục cam dùng để dẫn động xu páp đóng mở theo quy luật nhất định phù
hợp với thứ tự làm việc của động cơ.
Điều kiện làm việc: Về mặt tải trọng trục cam không phải chịu điều kiện
làm việc nặng nhọc. Các bề mặt làm việc của cam tiếp xúc thường ở dạng
trượt nên dạng hỏng chủ yếu là mài mòn.
Trục cam được chế từ thép hợp kim, các bề mặt làm việc của cam và các
cổ trục được thấm than và tôi cứng với độ thấm cứng tôi khoảng 0,7
đạt độ cứng 52

2 mm

65 HRC. Trong động cơ Toyota 7M-GTE có hai trục cam

được lắp ở trên nắp xy lanh, các vấu cam được làm liền với trục. Trên mỗi trục
có 12 cam có dạng cam lồi.
Trục cam được dẫn động từ trục khuỷu, thông qua truyền động đai răng các
bánh răng đai đẫn động cần phải ăn khớp với puly ở vị trí xác định đã được
đánh dấu để đảm bảo pha phối khí và thứ tự làm việc của động cơ.
Cổ trục và cam được bôi trơn bằng dầu bôi trơn được dẫn từ ống dầu bên
trong trục cam qua cửa dầu.
17


b, Xu páp:
Xu páp là chi tiết trực tiếp đóng mở các cửa nạp và thải để thực hiện quá
trình nạp thải và bao kín buồng cháy theo yêu cầu làm việc của từng xy lanh,
trên động cơ sử dụng 2 xu páp nạp và 2 xu páp thải cho 1 xy lanh.
Xu páp là chi tiết làm việc trong điều kiện nặng nề nhất của cơ cấu phối
khí. Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy nên các xu páp chịu áp lực rất lớn và

nhiệt độ cao nhất là đối với xu páp thải. Khi xu páp đóng mở nấm xu páp va
đập với đế nên nấm dễ bị biến dạng cong vênh và mòn rỗ bề mặt nấm. Do vận
tốc lưu động của môi chất qua xu páp rất lớn. Đối với xu páp thải vận tốc này
có thể đạt 400 600 m/s gây ăn mịn cơ học bề mặt nấm và đế.
Xu páp thải của động cơ được chế tạo bằng thép hợp kim chịu nhiệt có các
thành phần như: silic, crơm, mănggan. Đối với xu páp nạp cũng sử dụng thép
hợp kim crôm, mănggan. Tuy nhiên khả năng chịu nhiệt không cao như đối
với xu páp thải.
Theo kết cấu xu páp được chia làm 3 phần: nấm, thân và đuôi
Xuppa động cơ Toyota 7M-GTE được gới thiệu trên hình 2.10

Hình 2.10: Kết cấu các phần của xu páp và lắp ghép xu páp với đế
1.Đuôi xu páp; 2.Thân xu páp; 3.Nấm xu páp

18


Nấm xu páp có chức năng là đóng kín vì vậy phần quan trọng nhất của nấm
là bề mặt làm việc của nấm với góc vát 45 0. Cả xu páp thải và nạp của động cơ
đều có kết cấu dạng nấm bằng. Ưu điểm của nấm bằng là đơn giản dễ chế tạo
và có diện tích chịu nhiệt nhỏ. Độ cứng vững của tán nấm khá cao nên có thể
giảm bán kính góc lượn từ phần tán nấm tới phần thân để giảm khối lượng.
Thân xu páp có tiết diện ngang là hình trịn. Thân xu páp có nhiệm vụ dấn
hướng và tản nhiệt cho nấm xu páp. Phần nối tiếp giữa nấm và thân được làm
nhỏ lại để dễ gia công và tránh bị kẹt xu páp trong ống dẫn hướng vì phần
dưới của thân có nhiệt độ cao hơn phần trên.
Phần đi xu páp có chỗ thắt để ăn khớp với các gờ của móng hãm. Có lắp
chụp và bạc tì để nhận truyền động từ trục cam qua các vấu cam.
Để tránh hiện tượng giãn nở làm kênh xu páp nên có khe hở nhiệt. Khe hở
nhiệt được xác định bằng căn lá có độ dày bằng khe hở quy định đặt vào đuôi

xu páp khi điều chỉnh. Phương pháp điều chỉnh khe hở nhiệt đối với động cơ
Toyota 7M- GTE là thay đổi chiều dày của bạc tì ở phía trên chụp đi xu páp
cho phép thay thế bạc mà không cần phải tháo trục cam, khi điều chỉnh khe hở
nhiệt xu páp phải đảm bảo đóng kín. Khi khe hở nhiệt q lớn, các xu páp mở
khơng hồn tồn, do đó làm giảm chất lượng quá trình nạp và thải, gây ra va
đập, ngược lại khi khe hở nhiệt quá nhỏ, các xu páp đóng khơng hồn tồn do
đó dẫn đến lọt khí, tạo muội trên mặt đế xu páp, khe hở nhiệt cần phải đảm
bảo từ 0,25 – 0,3 mm đối với xu páp thải, 0,15 - 0,2 mm đối với xu páp nạp.
Đế xu páp là một chi tiết mặt côn để đảm bảo đóng kín xu páp. u cầu đối
với đế xu páp là phải có tuổi thọ cao, khả năng tạo ra sự kín khít tốt với mặt
cơn tán nấm xu páp để tránh lọt khí cũng như phải dẫn nhiệt tốt để giảm được

19


nhiệt độ phần tán nấm. Đế xu páp của động cơ được chế tạo rời bằng thép hợp
kim rồi nắp vào nắp máy.

c, Ống dẫn hướng xu páp:
Để thuận lợi cho việc gia công, đại tu, sửa chữa và kéo dài tuổi thọ lắp xy
lanh giữa thân xu páp và nắp xy lanh có một chi tiết trung gian là ống dẫn
hướng. Ống dẫn hướng lắp lỏng với thân xu páp và có chức năng dẫn hướng
cho xu páp chuyển động tịnh tiến qua lại khi đóng mở. Ống được ép căng vào
lỗ gia công trong nắp xy lanh. Ống được chế tạo bằng gang hợp kim hoặc
gang dẻo nhiệt luyện. Ống có kết cấu hình trụ rỗng có vát mặt đầu để dễ lắp
ráp.
d, Lò xo xu páp:
Xu páp tì chặt lên đế đóng kín đường thơng là nhờ lực đẩy của lị xo. Trên
mỗi xu páp có lắp một lò xo. Lò xo xu páp được chế tạo bằng thép lị xo (thép
crom sillic) sau đó được ram cứng. Giúp cho lò xo xu páp đảm bảo ngay cả ở

tốc độ động cơ cao. Lò xo xu páp có kết cấu hình trụ, hai đầu mài phẳng để
lắp ráp với đĩa xu páp.

20