Mục Lục Mục Lục 1 Danh mục hình ảnh 3 Lời nói đầu 5 Phần 1 Tổng quan về hệ thống bôi trơn 6 1 1 Khái niệm hệ thống bôi trơn 6 1 2 Công dụng 7 1 3 Yêu cầu 7 Phần 2 Phân loại và đặc điểm kết cấu của một số bộ phận chính của hệ thống bôi trơn 2 1 Hệ thống bôi trơn cácte ướt 8 2 2 Hệ thống bôi trơn cácte khô 9 2 3 Kết cấu một số bộ phận chính 11 2 3 1 Bơm dầu 11 2 3 2 Lọc dầu 13 Phần 3 Nguyên nhân hình thành ma sát ,cơ chế hoạt động và các thông số tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn 18 3 1 Tác nhâ.
Tổng quan về hệ thống bôi trơn
Khái niệm hệ thống bôi trơn
Khi các chất rắn tiếp xúc, một liên kết dính hình thành giữa hai bề mặt Để giảm ma sát và ngăn ngừa sự hình thành liên kết dính, người ta sử dụng một lớp màng mỏng chất lỏng hoặc khí, quá trình này được gọi là bôi trơn Chất được sử dụng cho mục đích này được gọi là chất bôi trơn.
Có dạng bôi trơn thể rắn và bôi trơn thể lỏng
1 Bôi trơn thể rắn là phương pháp bôi trơn tạo ra lớp bột rắn giữa bề mặt ma sát tiếp xúc với nhau Theo định luật ma sát Cu lông thì có tồn tại loại bột molypden disulfide và than chì
2 Bôi trơn thể lỏng là bôi trơn bằng cách tạo thành một màng chất lỏng có kích thước 10-5 mm hoặc hơn trên bề mặt ma sát và tuân theo định luật ma sát nhớt Newton Định luật ma sát Coulomb( cu lông) có nghĩa là lực ma sát F chỉ tỷ lệ với tải trọng thẳng đứng P không phụ thuộc vào tốc độ trượt và diện tích tiếp xúc
Lực ma sát F = μP Định luật ma sát nhớt Newton là ma sát trong chất bôi trơn
Nó tỷ lệ thuận với vận tốc ma sát u và diện tích ma sát A và tỷ lệ nghịch với chiều dày màng chất lỏng h0
Công dụng
Bôi trơn các bề mặt ma sát, giảm ma sát khi các chi tiết máy vận hành
Làm mát các chi tiết máy khi vận hành
Làm sạch các chi tiết máy
Bao kín các kẽ hở dầu đi qua (bao kín khe hở giữa pittong và xilanh)
Giúp máy móc đỡ bị han gỉ.
Yêu cầu
Đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt ma sát để bôi trơn liên tục
Lọc tạp chất có lẫn trong dầu và tẩy rửa các bề mặt ma sát
Làm mát các bề mặt ma sát và dầu bôi trơn để đảm bảo tính năng lý,hóa
Đảm bảo suất tiêu hao dầu nhờn là nhỏ nhất.
Phân loại và đặc điểm kết cấu của một số bộ phận chính của hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn cácte ướt
Hệ thống bôi trơn cácte ướt, như thể hiện trong hình 2.1, là hệ thống mà toàn bộ dầu bôi trơn được lưu trữ trong cácte của động cơ.
Hình 2.1:Hệ thống bôi trơn cácte ướt
4 Van an toàn bơm dầu
6 Van an toàn lọc dầu
7 Đồng hồ báo áp suất dầu
9 Đường dầu bôi trơn trục khuỷu 10.Đường dầu bôi trơn trục cam 11.Bầu lọc tinh
12.Két làm mát dầu 13.Van khống chế lưu lượng dầu qua két làm mát
14.Đồng hồ báo nhiệt độ dầu 15.Nắp rót dầu
Bơm dầu hoạt động nhờ vào sự dẫn động từ trục cam hoặc trục khuỷu Dầu trong cácte được hút vào bơm qua phao hút dầu, có lưới chắn để lọc sơ bộ các tạp chất lớn Phao này được thiết kế với khớp tùy động, giúp nó luôn nổi trên mặt thoáng để đảm bảo hút dầu ngay cả khi động cơ nghiêng Sau khi bơm, dầu sẽ đạt áp suất cao khoảng 10 kG/cm2 và được chia thành hai nhánh, một trong số đó sẽ dẫn đến két.
12 để làm mát rồi về cácte Nhánh còn lại qua bầu lọc thô 5 đến đường dầu chính
8 Từ đường dầu chính, dầu theo đường nhánh 9 đi bôi trơn trục khuỷu sau đó đến bơi trơn đầu to thanh truyền, chốt piston và theo đường dầu 10 đi bôi trơn trục cam
Một lượng dầu khoảng 15-20% từ đường dầu chính được dẫn đến bầu lọc tinh, nơi các tạp chất nhỏ được giữ lại, giúp dầu được lọc sạch Sau khi ra khỏi lõi tinh với áp suất nhỏ, dầu chảy về cácte 1 Van an toàn 4 có nhiệm vụ trả dầu về phía trước bơm khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao, đảm bảo áp suất dầu trong hệ thống ổn định ở mọi tốc độ Khi bầu lọc thô 5 bị tắc, van an toàn 6 sẽ mở để dầu bôi trơn vẫn được cung cấp đủ cho các bề mặt ma sát Nếu nhiệt độ quá cao (khoảng 80°C) làm giảm độ nhớt, van khống chế lưu lượng 13 sẽ đóng hoàn toàn để dầu được dẫn qua két làm mát trước khi trở về cácte.
Hệ thống bơi trơn cácte ướt có nhược điểm là dầu bôi trơn hoàn toàn nằm trong cácte, dẫn đến việc cácte sâu hơn và làm tăng chiều cao của động cơ Ngoài ra, dầu bôi trơn tiếp xúc với khí cháy, điều này làm giảm tuổi thọ của dầu.
Hệ thống bôi trơn cácte khô
Sơ đồ hệ thống bôi trơn cácte khô khác biệt so với cácte ướt, với hai bơm 2 chuyển dầu từ cácte qua két làm mát 13 ra thùng chứa 3 bên ngoài cácte động cơ Dầu sau đó được bơm vận chuyển để thực hiện chức năng bôi trơn tương tự như trong hệ thống cácte ướt.
Hình 2.2:Hệ thống bôi trơn cácte khô
5 Bơm dầu đi bôi trơn
7 Đồng hồ báo áp suất dầu
9 Đường dầu bôi trơn trục khuỷu 10.Đường dầu bôi trơn trục cam 11.Bầu lọc tinh
12.Đồng hồ báo nhiệt độ dầu (nhiệt kế)
Hệ thống này cải tiến nhược điểm của bơi trơn cácte ướt bằng cách đặt thùng dầu 3 bên ngoài, giúp giảm chiều sâu cácte và chiều cao động cơ, đồng thời nâng cao tuổi thọ dầu bôi trơn Tuy nhiên, hệ thống trở nên phức tạp hơn do cần thêm bơm chuyển và các bộ phận dẫn động.
Kết cấu một số bộ phận chính
2.3.1 Bơm dầu Để tạo áp suất cao với lưu lượng nhỏ dầu đi bôi trơn, người ta thường dùng bơm bánh răng, bơm trục vít, bơm phiến gạt, bơm piston…
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Bánh răng chủ động 4 được dẫn động từ trục khủyu hoặc trục cam, giúp chuyển động khi cặp bánh răng quay Dầu bôi trơn từ đường dầu áp suất thấp được chuyển sang đường dầu áp suất cao theo chiều mũi tên Để tránh hiện tượng chèn dầu giữa các răng khi vào khớp, nắp bơm được thiết kế với rãnh giảm áp Van an toàn, bao gồm lò xo và bi cầu, hoạt động khi áp suất trên đường ra vượt quá giới hạn cho phép, mở bi cầu để cho phép dòng dầu chảy ngược về đường dầu áp suất thấp.
9 Tấm đệm điều chỉnh 10.Lò xo
Hình 2.3:Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Loại bơm này thường được sử dụng cho động cơ ô tô du lịch nhờ vào thiết kế gọn nhẹ Nó hoạt động theo nguyên lý lùa dầu, tương tự như bơm bánh răng ăn khớp ngoài.
Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên hình 2.4
3 Đường dẫn dầu vào 4,7 Rãnh dẫn dầu
Rôto 5 được lắp lệch tâm với thân bơm 1, trên đó có rãnh để lắp các phiến trượt 3 Khi rôto quay, lực ly tâm và lực ép của lò xo sẽ tác động lên hệ thống.
Phiến trượt 3 luôn tiếp xúc chặt chẽ với bề mặt của vỏ bơm 1, tạo ra các không gian kín, giúp chuyển dầu từ đường dầu áp suất thấp 2 sang đường dầu áp suất cao 4.
Hình 2.4:Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Bơm phiến trượt có ưu điểm: Đơn giản, nhỏ gọn nhưng có nhược điểm là mài mòn bề mặt tiếp xúc giữa phiến trượt và thân bơm rất nhanh
Theo chất lượng lọc có hai loại: Bầu lọc thô và bầu lọc tinh
Bầu lọc thô được lắp đặt trực tiếp trên đường dầu bôi trơn, cho phép lưu lượng dầu lớn đi qua Thiết bị này có khả năng lọc cặn bẩn với kích thước lớn hơn 0,03 mm, giúp bảo vệ hệ thống bôi trơn hiệu quả.
Bầu lọc tinh có khả năng loại bỏ các tạp chất với kích thước nhỏ đến 0,1 micromet, tuy nhiên, do sức cản lớn, nó cần được lắp đặt theo mạch rẽ và lượng dầu phân nhánh qua bầu lọc không vượt quá 20% tổng lượng dầu của toàn mạch Sau khi qua bầu lọc tinh, dầu thường sẽ trở về cácte.
Theo kết cấu chia ra: Bầu lọc cơ khí, bầu lọc ly tâm, bầu lọc từ tính
Bầu lọc cơ khí a) Bầu lọc thắm (thường dùng cho bầu lọc thô)
Bầu lọc thấm sử dụng rộng rãi cho động cơ đốt trong
Nguyên lý hoạt động của bộ lọc dầu dựa trên việc dầu có áp suất cao được thẩm thấu qua các khe hở nhỏ của phần tử lọc, trong khi các tạp chất có kích thước lớn hơn khe hở sẽ bị giữ lại, đảm bảo chất lượng dầu sạch hơn.
Vì vậy, dầu được lọc sạch Bầu lọc thấm có nhiều dạng kết cấu phần tử lọc khác nhau
Bầu lọc thấm sử dụng lưới lọc bằng đồng thường được áp dụng cho động cơ tàu thủy và động cơ tĩnh tại Cấu trúc của lõi lọc bao gồm các khung lọc được bọc bằng lưới đồng, ép sát trên trục của bầu lọc Lưới đồng dệt dày đặc giúp lọc sạch các tạp chất có kích thước nhỏ hơn 0,2mm.
Hình 2.6:Bầu lọc thấm dùng lưới lọc
6 Lưới của phần tử lọc Bầu lọc thấm dùng tấm kim loại: (hình 2 7) lõi lọc gồm có các phiến kim loại dập 5 (dầy khoãng 0,3 0,35 mm) và 7 sắp xếp xen kẽ nhau tạo thành khe lọc có kích thước bằng chiều dày của phiến cách 7 (0,07 0,08 mm) Các phiến gạt cặn
Các tấm 6 có cùng độ dày với phiến 7 và được gắn cố định trên nắp bầu lọc Trong khi đó, các tấm 5 và 7 được lắp trên trục 8 có tiết diện vuông và có tay vặn, cho phép chúng xoay được Dầu bẩn sẽ theo đường 4 vào bầu lọc, đi qua các khe hở giữa các tấm 5, từ đó giữ lại các cặn bẩn lớn hơn khe hở và tiếp tục theo đường 2 để bôi trơn.
Hình 2.7:Bầu lọc thấm dùng tấm kim loại
Bầu lọc thấm sử dụng lõi lọc bằng giấy, len hoặc dạ, với lõi lọc 3 được tạo thành từ các vòng dạ ép chặt Dầu sau khi thấm qua lõi lọc sẽ đi qua các lỗ trên trục theo đường dầu ra 5 Mặc dù bầu lọc thấm có khả năng lọc tốt và rất sạch, nhưng kết cấu của nó đơn giản và thời gian sử dụng lại ngắn.
Hình 2.8:Bầu lọc thấm dùng làm lọc tinh b) Bầu lọc ly tâm (hình 2.9)
Nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn bắt đầu khi dầu có áp suất cao được dẫn vào rôto của bầu lọc Rôto, được gắn trên vòng bi đỡ, có các lỗ phun cho phép dầu phun ra tạo ra ngẫu lực, giúp rôto quay với tốc độ từ 5.000 đến 6.000 vòng/phút Sau khi quay, dầu sẽ chảy về cácte Dưới tác động của phản lực, rôto được nâng lên và tiếp xúc với vít điều chỉnh, dẫn đến việc dầu cũng quay theo do ma sát Cặn bẩn trong dầu có tỷ trọng cao hơn sẽ bị văng ra xa, giúp dầu gần tâm rôto trở nên sạch hơn Cuối cùng, dầu sạch được dẫn qua ống đến hệ thống bôi trơn.
Tùy theo cách lắp bầu lọc ly tâm người ta phân biệt bầu lọc ly tâm toàn phần và bầu lọc ly tâm bán phần
5 Đường dầu đi bôi trơn
9 Vít điều chỉnh 10.Ống lấy dầu sạch 11.Lỗ phun
Bầu lọc ly tâm toàn phần được lắp nối tiếp trên mạch dầu, cho phép toàn bộ lượng dầu do bơm cung cấp đi qua lọc Trong trường hợp này, bầu lọc ly tâm toàn phần đóng vai trò là bầu lọc thô, đảm bảo hiệu quả lọc tối ưu cho hệ thống.
Hình 2.9:Bầu lọc ly tâm
Bầu lọc ly tâm bán phần hoạt động mà không cần đường dầu bôi trơn, mà thay vào đó, dầu bôi trơn cho hệ thống được cung cấp từ bầu lọc riêng Khoảng 10-15% lưu lượng dầu do bơm cung cấp sẽ đi qua bầu lọc ly tâm bán phần để được lọc sạch trước khi trở về cácte.
Bầu lọc ly tâm bán phần đóng vai trò lọc tinh Ưu điểm:
- Do không dùng lõi lọc nên khi bảo dưỡng không phải thay các phần tử lọc
- Khả năng lọc tốt hơn nhiều so với lọc thấm dùng lõi lọc
Nguyên nhân hình thành ma sát ,cơ chế hoạt động và các thông số tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn
Tác nhân gây ma sát
Công nghệ động cơ sử dụng các thành phần máy móc đa dạng, được kết nối với nhau cả về hình thức lẫn chức năng, nhằm tạo ra sự tương tác và ảnh hưởng lẫn nhau trong quá trình hoạt động.
Động học: Tạo, truyền và ngăn chặn sự chuyển động
Động học: Truyền lực ở bề mặt biên
Truyền động và biến đổi năng lượng cơ học
Quá trình vận chuyển: Vận chuyển chất lỏng và dịch chuyển thể khí
Nghiên cứu quá trình ma sát đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng kỹ thuật Theo DIN 50323, ma sát là khoa học và công nghệ liên quan đến các bề mặt tương tác trong chuyển động tương đối, bao gồm diện tích ma sát, mài mòn, và bôi trơn Bôi trơn không chỉ cải thiện và đảm bảo chức năng mà còn tạo điều kiện làm việc thuận lợi, kéo dài tuổi thọ cho các bộ phận và hệ thống truyền lực của động cơ.
Trong một vùng có sự tương tác, hệ thống ma sát có thể được đơn giản hóa thành một cấu trúc cơ bản, bao gồm các phần tử như bề mặt cơ bản, bề mặt ở giữa, bề mặt trung gian chất (hạt, chất lỏng, khí) và môi trường xung quanh Ứng suất sinh học phát sinh từ quá trình di chuyển, lực hiệu dụng (lực bình thường), tốc độ, nhiệt độ và thời gian của tải.
1 tribos (tiếng Hy Lạp) cọ xát và –logy (tiếng Hy Lạp), một hậu tố của danh từ giống cái với ý nghĩa của việc nghiên cứu, kiến thức, khoa học
Ma sát là một hiện tượng phức tạp, khó có thể tính toán một cách chính xác Nó vừa cản trở chuyển động, vừa tạo điều kiện cho chuyển động xảy ra Nếu không có ma sát, các vật thể sẽ không thể duy trì trạng thái đứng yên.
Ma sát là sự tương tác giữa các vùng vật liệu của các vùng có sự tiếp xúc lẫn nhau
Ma sát là lực ngăn cản chuyển động tương đối giữa các bề mặt tiếp xúc Có hai loại ma sát: ma sát bên ngoài, nơi các khu vực tiếp xúc thuộc về các vật thể khác nhau, và ma sát nội, nơi chúng thuộc về cùng một vật (DIN 50 323, Phần 3).
Ma sát phụ thuộc vào trạng thái chuyển động của vật, bao gồm ma sát tĩnh (ma sát dính) và ma sát động (ma sát chuyển động), cũng như loại chuyển động tương đối giữa các vật ma sát.
Ma sát trượt: Trượt, tịnh tiến trên mặt tiếp xúc, chuyển động tương đối của các bộ phận trượt
Ma sát lăn: Lăn, quay quanh một trục tức thời trên bề mặt tiếp xúc
Kết hợp ma sát trượt và lăn: Lăn với tỷ lệ trượt vi mô hoặc vĩ mô
Ma sát cũng phụ thuộc vào tình trạng của các vùng chất liên quan:
Ma sát chất lỏng hoặc nhớt
Hình 3.1:Hệ thống nghiên cứu ma sát
Ma sát tĩnh xảy ra khi một vật bị ép lên vật khác dưới tác dụng của lực, tạo ra lực kết dính giữa chúng Đây là yếu tố quan trọng trong việc truyền công suất giữa các bộ phận của động cơ được kết nối bằng bu lông, bộ phận giữ hoặc khớp nén, như cacte, đầu xi lanh, trục khuỷu và mặt bích dẫn động Hệ số giới hạn của ma sát tĩnh phụ thuộc vào loại vật liệu, tình trạng bề mặt và điều kiện môi trường như bôi trơn, do đó nó được coi là thuộc tính của hệ thống chứ không phải thuộc tính riêng của vật chất.
Trong ma sát trượt, đặc biệt là ma sát chất lỏng, có vai trò quan trọng trong công nghệ động cơ, vì nó liên quan đến quá trình bôi trơn Các điều kiện ma sát đối với các bộ phận máy được mô tả qua đường cong Stribeck, được đặt theo tên Richard Stribeck (1861–1950).
Ma sát khô với tiếp xúc kim loại trực tiếp giữa mối nối trượt
Ma sát biên khi các mối nối trượt được bao phủ bởi các dấu vết của chất bôi trơn
Ma sát hỗn hợp là sự kết hợp giữa ma sát khô và ma sát ướt, xảy ra khi màng chất bôi trơn giữa các mối nối trượt bị gián đoạn một phần.
Trong động cơ, ma sát gây ra tổn thất năng lượng cơ học, chuyển hóa thành nhiệt động lực học kém hiệu quả Việc giảm độ nhớt và khả năng chịu tải của chất bôi trơn là cần thiết để duy trì độ bền của các chi tiết Nếu không được kiểm soát, ma sát có thể dẫn đến hỏng hóc nghiêm trọng, chẳng hạn như vòng bi bị nóng hoặc phá hủy.
Ma sát khô là kết quả của một số cơ chế:
Kết dính và cắt: Hình thành và phá hủy mối nối kết dính trong các bề mặt tiếp xúc
Biến dạng dẻo: Biến dạng do chuyển động tiếp tuyến tương đối
Các bộ phận trượt có độ cứng khác nhau, với đỉnh thô của bộ phận cứng ấn vào bề mặt của bộ phận mềm Ngoài ra, các hạt cứng giữa các bộ phận trượt cũng bị ép vào bề mặt của một hoặc cả hai bộ phận.
Biến dạng: Độ trễ đàn hồi và giảm xóc
Năng lượng ma sát trong động cơ được chuyển hóa thành nhiệt, dẫn đến việc tiêu tán năng lượng và tổn thất thủy lực, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động Hiệu suất cơ học của động cơ thường dao động từ 75% đến 90% ở mức công suất định mức, nhưng sẽ giảm mạnh khi ở chế độ tải thấp.
Sự hao mòn là quá trình mất mát vật chất từ bề mặt của một vật thể rắn, xảy ra do tác động cơ học từ các chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí khi chúng tiếp xúc và chuyển động tương đối với vật thể đó.
Bôi trơn elastohydrodynamic xảy ra khi áp suất cao giữa các mối nối trượt làm tăng độ nhớt của dầu trong màng bôi trơn Điều này giải thích tại sao, mặc dù có những điều kiện không thuận lợi, màng bôi trơn vẫn đạt được độ dày tối thiểu cần thiết, như trong các tiếp điểm cặp bánh răng hoặc cam/cam người theo dõi.
Bôi trơn thủy động: Ma sát chất lỏng hoàn toàn tách các mối nối trượt khỏi nhau bằng một màng chất bôi trơn
Hình 3.2:Các cơ chế mòn
Tổn thất do ma sát ảnh hưởng đến hiệu suất cơ học, được xác định bằng thương số giữa công suất hiệu dụng Pe và công suất được chỉ định Pi Hiệu suất cơ học này bao gồm tất cả các tổn thất từ piston đến mặt bích trục khuỷu, đồng thời cũng xem xét các yếu tố khác liên quan.
Hệ thống bôi trơn
Bôi trơn là lớp phủ hoặc làm ướt các đối tác trượt với chất bôi trơn; đây có thể là
"chất lỏng, khí, hơi, tức là chất lỏng, chất dẻo và chất rắn ở dạng bột " Chức năng của bôi trơn là:
Giảm ma sát và mài mòn
Các bộ phận trượt bên trong hộp được bịt kín hoàn toàn nhờ lớp màng bôi trơn, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu và ngăn chặn bụi bẩn xâm nhập.
Giảm xóc do va đập và rung động
Làm mát: Tản nhiệt do ma sát
Làm sạch: Xả các loại hạt
Chất bôi trơn đóng vai trò quan trọng trong việc truyền lực thành phần qua màng bôi trơn, đặc biệt là trong vòng bi, nơi mà độ dày của màng này chỉ vài phần nghìn milimet Khả năng này bắt nguồn từ độ nhớt của chất bôi trơn, tức là khả năng chống lại sự thay đổi hình dạng khi các hạt cọ xát với nhau Khi các hạt này tương tác, ứng suất tiếp tuyến được tạo ra ở bề mặt tiếp xúc, phụ thuộc vào tốc độ cắt vuông góc theo hướng dòng chảy và đặc tính vật liệu của chất lỏng, cũng như độ nhớt động học của nó Độ nhớt động học này lại phụ thuộc vào chất bôi trơn, nhiệt độ và áp suất của nó, cũng như tỷ lệ cắt.
Tỷ lệ trượt và lực trượt có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất máy móc, khi ứng suất trượt thực hiện công việc ma sát và chuyển hóa động năng thành nhiệt năng, gây lãng phí năng lượng Chất lỏng ma sát không chỉ tiêu tốn năng lượng cơ học mà còn làm nóng chất bôi trơn, dẫn đến giảm cường độ chịu tải của màng bôi trơn Do đó, việc quản lý ma sát là cần thiết để tránh mài mòn và hư hỏng các bề mặt trượt Mặc dù ma sát có thể gây ra những tác động tiêu cực, nhưng nó cũng là yếu tố quan trọng để chất lỏng có thể truyền lực trong hệ thống.
3.2.2 Các thành phần và chức năng
Hệ thống bôi trơn bao gồm các thành phần như đường ống vận chuyển, máy bơm, bộ lọc, bộ truyền nhiệt và các phần tử điều khiển, được sắp xếp một cách hợp lý Các yếu tố quan trọng trong hệ thống này bao gồm bình chứa dầu, máy bơm dầu, bộ trao đổi nhiệt, bộ lọc dầu, van điều khiển, cổ nạp và các thiết bị giám sát mức dầu cùng với áp suất dầu.
Sự khác biệt được thực hiện cho những điều sau:
Để đảm bảo rằng dầu mát luôn sạch sẽ và được cung cấp cho người tiêu dùng, việc đo lường cẩn thận là rất quan trọng để giữ mức tiêu thụ dầu ở mức thấp Phương pháp bôi trơn bằng dầu tươi đặc biệt được áp dụng cho động cơ hai kỳ có hệ thống phun nhiên liệu.
Hỗn hợp bôi trơn là phương pháp chủ yếu được áp dụng cho động cơ hai kỳ nhỏ, trong đó dầu bôi trơn được pha vào xăng với tỷ lệ cụ thể (1:50 hoặc 1:100) khi tiếp nhiên liệu Dầu sẽ đi vào xi lanh cùng với nhiên liệu trong quá trình nạp, đồng thời vào buồng trục quay và bôi trơn các ổ trục cũng như thành xi lanh Tuy nhiên, dầu bôi trơn cũng theo không khí cặn đi vào ống xả, dẫn đến tăng lượng dầu tiêu thụ và giảm chất lượng khí thải.
Bôi trơn nạp nhiên liệu cưỡng bức là phương pháp thường được áp dụng cho động cơ bốn kỳ và động cơ diesel hai kỳ Trong quy trình này, một máy bơm sẽ cung cấp dầu từ bồn chứa qua hệ thống đường ống đến vị trí cần bôi trơn, sau đó dầu sẽ chảy ngược không áp lực về lại bồn chứa.
Bôi trơn bình hứng dầu khô là quá trình quan trọng giúp duy trì không gian lắp đặt và đảm bảo hoạt động hiệu quả trong các điều kiện đặc biệt như xe địa hình và xe thể thao Hệ thống này sử dụng máy bơm để hút dầu vào bể chứa riêng, sau đó bơm dầu áp suất trở lại hệ thống sau khi được làm mát và lọc Thông thường, giai đoạn hút và giai đoạn áp suất của máy bơm được thiết kế đồng bộ để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Mạch dầu bôi trơn động cơ 4, 5, 6 được thiết kế với màn nạp bơm dầu ở vị trí thấp nhất trong ngăn chứa dầu, đảm bảo cung cấp dầu ngay cả khi xe nghiêng Máy bơm thể tích, có thể được truyền động qua bánh răng, xích, đai răng hoặc gắn trực tiếp trên trục khuỷu, sẽ ép dầu động cơ qua bộ lọc và vào đường dầu chính thông qua bộ trao đổi nhiệt, tùy thuộc vào thiết kế hệ thống bôi trơn Van giảm áp ở phía áp suất cho phép dầu lưu thông khi áp suất vượt quá mức cài đặt, trong khi các lỗ khoan điều khiển giúp cân bằng áp suất và ngăn chặn dao động Dầu thải có thể chảy tự do hoặc được đưa trở lại phía nạp của máy bơm để giảm thiểu hiện tượng làm giàu không khí.
Dầu từ bơm đi qua bộ lọc để bảo vệ hệ thống khỏi tình trạng quá tải do áp suất cao, đặc biệt trong quá trình khởi động nguội Máy bơm được trang bị van rẽ nhánh, cùng với van một chiều ngăn không cho dầu chảy ngược lại khi động cơ dừng.
Hình 3.4:Van bypass và van nonreturn cho bộ lọc dầu(Volkswagen)
Chức năng chính của bộ lọc dầu là bảo vệ các bộ phận trượt khỏi các hạt bụi bẩn trong dầu
Hình 3.5:Toàn dòng và đầy đủ /bỏ qua lọc dòng chảy
Để đảm bảo dòng dầu đầy đủ và hiệu quả, bộ lọc cần được lắp đặt ở tuyến trên của người tiêu dùng, cho phép dòng dầu toàn bộ đi qua bộ lọc Để giảm tải cho bộ lọc dầu và hạn chế cặn bẩn, một phần dầu sẽ được tách ra khỏi dòng chảy chính và đưa qua bộ lọc rẽ nhánh, như máy ly tâm dầu hoặc bộ lọc tinh khiết.
Bộ lọc mạch rẽ không thể thay thế cho việc thay dầu, vì chúng không loại bỏ được các chất phụ gia đã qua sử dụng, cũng như không lọc được nhiên liệu, nước và axit ra khỏi chất bôi trơn Khi dầu động cơ phải chịu tải nhiệt cao, cần có hệ thống làm mát riêng bằng nước/dầu hoặc bộ trao đổi nhiệt không khí/dầu Bộ trao đổi nhiệt dầu thường được lắp đặt ở vị trí sau bộ lọc để giảm tổn thất áp suất, giúp dầu vẫn giữ được độ ấm và độ nhớt thấp Tuy nhiên, để bảo vệ tối ưu cho động cơ, bộ lọc nên được đặt ở vị trí sau bộ trao đổi nhiệt, ngay trước bầu đựng dầu.
Hình 3.6:Mạch dầu bôi trơn (sơ đồ) của ô tô SI động cơ (Volkswagen)
Dầu được dẫn từ bộ lọc hoặc bộ trao đổi nhiệt qua kênh dẫn dầu chính đến các thiết bị sử dụng Động cơ nhận dầu từ kênh này thông qua các lỗ khoan ở vách trung gian cácte và vỏ ổ trục chính Dầu tiếp tục đi qua các lỗ trên trục khuỷu đến ổ trục của thanh truyền, và tùy thuộc vào thiết kế, có thể qua lỗ trên thanh kết nối đến ổ trượt pít-tông Để cung cấp dầu cho các cổ trục chính, cần khắc phục lực ly tâm, trong khi vòi phun đảm bảo cung cấp đủ dầu Các van thanh dẫn cũng được bôi trơn bằng dầu phun, với lượng dầu được kiểm soát bởi trục van con dấu Xu hướng hiện nay là tích hợp các đường dầu và đường dẫn dầu ngắn hơn nhằm giảm tổn thất áp suất và tổn thất thủy lực.
Đối với động cơ V12 SI ngắt xi lanh của Mercedes-Benz, việc làm mát piston là rất quan trọng, đặc biệt đối với động cơ có công suất riêng cao Dầu bôi trơn được chuyển hướng từ dòng chảy chính và phun vào mặt dưới của piston hoặc các rãnh làm mát để đảm bảo hiệu suất làm mát Van điều chỉnh áp suất giữ cho dầu được cung cấp từ lỗ khoan trong ngõng trục đến piston thắng con cam hoặc vòng bi của chốt bánh răng, được hỗ trợ bởi lực ly tâm hoặc chuyển động dao động của thanh nối Thông thường, một ổ trục chính chỉ cần cung cấp dầu cho một piston thắng con cam.
Trong động cơ hiệu suất cao, mạch dầu được chia thành hai dòng: một dòng cung cấp dầu áp suất cao cho trục cam và một dòng khác cung cấp dầu cho vòng bi trục cam và tappets Dầu cũng được cung cấp cho các bộ phận như vòng bi căng đai và các phụ kiện động cơ như ống xả turbo tăng áp và bơm phun nhiên liệu thông qua các dòng dẫn dầu Các thành phần không kết nối với hệ thống dầu được bôi trơn gián tiếp qua vòi phun dầu trong cacte, trong khi bề mặt tiếp xúc của trục cò mổ và hai bên sườn của bánh răng cũng được cung cấp dầu Trong điều kiện quan trọng, nhiệt tách biệt từ piston được hút ra không cần thiết khi động cơ hoạt động, giúp dầu vẫn giữ được nhiệt độ lạnh.
Thông số
Công suất hiệu dụng Pe tại trục ra của động cơ đốt trong luôn thấp hơn công suất biểu thị Pi của pít-tông Sự chênh lệch này được gọi là tổn thất do ma sát Pr.
Tổn thất ma sát trong động cơ bao gồm tổn thất từ các bộ phận như trục khuỷu, thanh nối, và piston cùng với vòng piston, cũng như bộ truyền van và các bộ truyền động phụ Công suất bên trong của động cơ chịu ảnh hưởng từ tổn thất do chu kỳ nạp, làm giảm công suất truyền động của các bộ trợ lực, và điều này được định nghĩa khác nhau trong các tiêu chuẩn Tổn thất ma sát không chỉ làm giảm công suất ở trục đầu ra mà còn ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ.
Áp suất ma sát trung bình (Pmr) là một chỉ số quan trọng giúp so sánh hiệu suất của các động cơ khác nhau với các khối lượng quét khác nhau, tương tự như áp suất trung bình hiệu quả và được chỉ định.
Ma sát của một động cơ hoàn chỉnh bao gồm tổn thất ma sát hoặc công suất truyền động của các bộ phận riêng lẻ:
(a) Ổ trục chính trục khuỷu với các vòng đệm trục hướng tâm
(b) Kết nối các ổ trục thanh truyền và nhóm piston (piston, vòng piston và chốt piston)
(c) Bất kỳ hệ thống cân bằng khối lượng nào
• Bộ truyền động van và bánh răng điều phối
• Các máy phụ trợ, chẳng hạn như:
(a) Bơm dầu, có thể có ổ bơm dầu
(g) Máy nén điều hòa không khí
Các trạng thái ma sát
Sự bôi trơn tại các điểm ma sát khác nhau trong động cơ ảnh hưởng đến các trạng thái ma sát khác nhau Điều này rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ bền của động cơ.
• Ma sát chất rắn (cu lông ma sát) Ma sát giữa các chất rắn không có lớp trung gian chất lỏng
• Ma sát biên Ma sát giữa chất rắn với lớp bôi trơn rắn được bôi mà không có lớp trung gian chất lỏng
Ma sát hỗn hợp là hiện tượng xảy ra khi ma sát chất lỏng và ma sát rắn đồng thời, trong đó lớp chất bôi trơn không hoàn toàn ngăn cách hai bề mặt ma sát, dẫn đến sự tiếp xúc nhất định giữa chúng.
Ma sát chất lỏng, hay còn gọi là ma sát thuỷ động, xảy ra khi một chất lỏng hoặc khí nằm giữa hai lớp ma sát, ngăn cách hoàn toàn chúng Trong động cơ đốt trong, chuyển động của các bề mặt ma sát tạo ra tác dụng hỗ trợ thuỷ động từ chất trung gian.
Sự xuất hiện của các trạng thái ma sát khác nhau trong ổ trục trơn thủy động được minh họa qua ví dụ về động cơ khi đi qua dải vòng tua Đường cong Stribeck cho thấy mối quan hệ giữa hệ số ma sát λ và tốc độ trục n hoặc vận tốc trượt v ở nhiệt độ và độ nhớt không đổi.
Ma sát tổng thể bao gồm ma sát rắn (ma sát biên) và ma sát chất lỏng Khi dừng lại, ma sát tĩnh xuất hiện Ở tốc độ động cơ thấp, ma sát rắn và ma sát biên là chủ yếu, sau đó chuyển sang trạng thái ma sát hỗn hợp, trong đó ma sát giảm khi tốc độ động cơ tăng nhờ vào sự hình thành màng hỗ trợ thủy động lực Điểm ly khai trong mô hình này là lúc màng thủy động lực học tách biệt hoàn toàn độ nhám bề mặt của hai bề mặt ma sát Tốc độ động cơ đạt được trạng thái này được gọi là tốc độ chuyển tiếp, tại đó ma sát là nhỏ nhất Khi tốc độ động cơ vượt quá tốc độ chuyển tiếp, ma sát chất lỏng bắt đầu xuất hiện, dẫn đến sự gia tăng ma sát do tốc độ cắt tăng lên.
Tăng tải trọng lên cặp ma sát hoặc giảm độ nhớt của chất lỏng sẽ làm tăng tốc độ chuyển tiếp và mở rộng phạm vi ma sát hỗn hợp.
Các trạng thái hoạt động trên nhánh bên trái của đường cong Stribeck không ổn định, vì sự thay đổi nhỏ như tăng số vòng quay động cơ hoặc giảm tải có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể hệ số ma sát, tự động khuếch đại lỗi Do đó, điểm hoạt động của cặp ma sát trong điều kiện hoạt động liên tục cần phải đủ xa điểm ly khai trên nhánh bên phải của đường cong Stribeck.
Phương pháp đo độ ma sát
Để tính toán chính xác tổn thất ma sát, cần thực hiện nhiều công việc khác nhau Mặc dù có nhiều phương pháp xác định độ ma sát, nhưng phần lớn đều cho kết quả không chính xác Dưới đây là những phương pháp thường được sử dụng để tính toán ma sát.
Phương pháp tóm tắt được thực hiện bằng cách tắt động cơ sau khi đạt được trạng thái ổn định, sau đó đo sự thay đổi tốc độ theo thời gian Mômen ma sát hoặc áp suất ma sát trung bình được tính toán dựa trên mômen quán tính của các khối lượng chuyển động.
Phương pháp ngắt nhiên liệu trên động cơ nhiều xi lanh giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách ngắt cung cấp nhiên liệu cho một trong các xi lanh Xi lanh này sau đó sẽ bị kéo theo bởi các xi lanh hoạt động khác, dẫn đến sự giảm thiểu tổn thất ma sát Để đánh giá hiệu quả của phương pháp này, có thể so sánh công suất hiệu dụng của động cơ trước và sau khi ngắt nhiên liệu.
Đường Willans thể hiện mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ trên trục Y dựa vào áp suất hiệu dụng trung bình (Pme) tại các tốc độ khác nhau Các giao điểm với trục Pme âm được xác định thông qua phép ngoại suy tuyến tính, cho phép xác định áp suất ma sát trung bình tại các tốc độ tương ứng Để vận hành, động cơ được thử nghiệm trên giàn bằng động cơ bên ngoài, với công suất cần thiết để dẫn động động cơ được coi là tổn thất ma sát Phương pháp này cho phép đo động cơ ở nhiệt độ vận hành và thực hiện đo ngay sau khi ngắt nguồn cung cấp nhiên liệu hoặc điều chỉnh thông qua bộ điều nhiệt bên ngoài.
Phương pháp dải là một kỹ thuật đặc biệt dùng để đo tổn thất ma sát trong các thành phần động cơ như động cơ chính, bộ truyền động van và các bộ truyền động phụ Ký hiệu của phương pháp này xuất phát từ quy trình tháo rời động cơ từng bước trên giàn thử nghiệm Tổn thất ma sát của từng thành phần được xác định thông qua sự chênh lệch giữa các giá trị đo có và không có thành phần đó Tổng ma sát của động cơ được tính bằng cách cộng dồn các giá trị của từng bộ phận riêng lẻ.
Phương pháp chỉ thị là một kỹ thuật hiệu quả để xác định ma sát của động cơ trong quá trình lái xe Bằng cách tích hợp áp suất xi lanh đo được trong một chu kỳ làm việc, chúng ta có thể tính toán công việc được chỉ định Wi, hay còn gọi là thể tích quét, từ đó xác định áp suất trung bình pmi Khi áp suất hiệu dụng trung bình pme, tính từ mômen đo được tại trục truyền động, được trừ đi, chúng ta sẽ nhận được áp suất ma sát trung bình pmr.
Phương pháp đo ma sát đặc biệt rất đa dạng, không chỉ giới hạn ở các phương pháp đã được mô tả trước đó Một trong những công cụ hữu ích là mặt bích đo mô-men xoắn, cho phép thực hiện các phép đo chính xác trên các bộ phận được dẫn động bằng trục Đối với nhóm piston, có nhiều phương tiện khác nhau có thể được sử dụng để đo lực ma sát, giúp đánh giá hiệu suất hoạt động của chúng.
Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác và khả năng tái lập của các phương pháp đo là việc tuân thủ nghiêm ngặt các điều kiện biên Cụ thể, nhiệt độ của dầu bôi trơn và nước làm mát trong động cơ cần được duy trì trong khoảng ± 1 K Để đạt được điều này, việc sử dụng bộ điều nhiệt bên ngoài có độ chính xác cao là cần thiết.
Ba khả năng đầu tiên trong việc xác định pmr có thể không chính xác đáng kể do nguyên tắc của phương pháp, vì vậy chúng chỉ phù hợp để xác định các xu hướng.
Phương pháp truyền động cơ gặp khó khăn trong việc xác định mômen quán tính của động cơ, vì nó không chỉ bao gồm ma sát cơ học và công suất từ các bộ truyền động phụ, mà còn cả tổn thất chu kỳ nạp Nếu không có dấu hiệu bổ sung, sẽ khó phân biệt giữa ma sát và tổn thất chu kỳ Hơn nữa, do tổn thất chu kỳ nạp rất nhạy cảm với sự thay đổi điều kiện xung quanh và sự khác biệt nhỏ trong hệ thống nạp và xả, phương pháp này bị hạn chế trong khả năng so sánh giữa các động cơ khác nhau.
Phương pháp dải cho phép thiết lập các điều kiện biên chính xác thông qua hệ thống bên ngoài, giúp đạt được độ tái lập và khả năng so sánh kết quả tốt Đặc trưng của phương pháp này là động cơ luôn được truyền động qua trục đầu ra, mang lại lợi thế so với các phương pháp đo khác, vì các điều kiện biên gần gũi với điều kiện thực tế của động cơ Tuy nhiên, phương pháp dải có hạn chế trong việc xác định tổn thất ma sát của các bộ phận cụ thể, do cấu hình chức năng của động cơ phải khả thi với và không có chuyển động đồng thời Điều này dẫn đến việc các giá trị ma sát đo được cho một thành phần bao gồm cả ma sát từ ổ đĩa, mà cần được loại bỏ khi các thành phần được tách rời Ví dụ, ma sát trong bộ truyền động van cũng bao gồm ma sát từ đai hoặc chuỗi thời gian, và tổn thất điện năng có thể phân bổ đến thành phần liên quan, ảnh hưởng đến mức độ tổn thất công suất.
Phương pháp chỉ dẫn yêu cầu đo lường cao hơn phức tạp để đạt được kết quả đáng tin cậy Với nhiều xi lanh động cơ, các xi lanh riêng lẻ có thể có sự khác biệt lớn về áp suất trung bình, do đó, việc đo áp suất trên tất cả các xi lanh cùng một lúc là cần thiết Tuy nhiên, điều này gây ra sự phức tạp đáng kể trong thực tế Hơn nữa, ngay cả những lỗi nhỏ trong việc định vị TDC và sai lệch trong phép đo áp suất từ cảm biến cũng có thể dẫn đến sự khác biệt lớn trong giá trị pmi và làm sai lệch giá trị pme Do đó, độ chính xác của chỉ báo và phép đo mô-men xoắn là rất quan trọng, vì kết quả của phép trừ (áp suất ma sát trung bình) có thể làm tăng phần trăm lỗi lên gấp mười lần so với các thông số ban đầu.
Ngay cả những sai lệch nhỏ trong việc xác định vị trí TDC của piston cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến việc tính toán áp suất trung bình, bao gồm cả áp suất ma sát Nghiên cứu đã chỉ ra rằng một sai số chỉ 0,1 ° ở vị trí TDC của trục khuỷu có thể làm thay đổi áp suất ma sát trung bình tính toán lên đến hơn 10%, tùy thuộc vào tải động cơ.
Việc so sánh trực tiếp các phép đo khác nhau là không khả thi do ảnh hưởng của các điều kiện biên đến kết quả đo Ví dụ, trong nghiên cứu về động cơ diesel, sự phun nhiên liệu được minh họa rõ ràng trong Hình 3.15 Để đảm bảo tính chính xác, nhiệt độ chất lỏng được duy trì ổn định trong toàn bộ loạt thử nghiệm với dầu.
Nhiệt độ trong phòng trưng bày chính và đầu ra nước làm mát đạt 90°C, cho thấy một mối tương quan tốt trên toàn bộ dải tốc độ động cơ Kết quả này được xác định thông qua các phép đo và phép đo vận động, trong đó phí tổn thất chu kỳ được chỉ ra và khấu trừ Những giá trị ma sát khác nhau được phát hiện ở động cơ là do các ảnh hưởng khác nhau.
• Nhiệt độ màng dầu nhờn trong động cơ là cao hơn mặc dù cùng nhiệt độ trong dầu chính bộ sưu tập
• Quá trình đốt cháy dẫn đến nhiệt độ cao hơn ở nhóm pít-tông và ống xi-lanh
• Lực piston phần bên thay đổi do áp suất khí
• Điều kiện tải của bơm phun thay đổi
Ảnh hưởng của ma sát đối với nhiên liệu tiêu dùng
Hiệu suất cơ học ηm của động cơ đốt trong được xác định là tỷ lệ giữa áp suất hiệu dụng trung bình pme và áp suất được chỉ định pmi.
Ở động cơ thấp tải, hiệu suất cơ học giảm do áp suất hiệu quả và áp suất trung bình thấp Hình 3.19 cho thấy sự lan truyền của ma sát ở động cơ SI và động cơ diesel hiện đại Tại tốc độ 2000 vòng/phút, động cơ SI có áp suất từ 0,53–1,1 bar, trong khi động cơ diesel có áp suất từ 1,02–1,4 bar, với tổn thất ma sát có thể lên tới 10% công suất tối đa Khi hoạt động ở chế độ bán tải, hiệu suất cơ học tiếp tục giảm, dẫn đến mức tiêu thụ nhiên liệu gia tăng do ảnh hưởng của ma sát Việc giảm ma sát không chỉ tiềm năng tiết kiệm nhiên liệu mà còn là mục tiêu phát triển quan trọng, vì khoảng cách giữa động cơ tiêu thụ nhiên liệu cao và động cơ có ma sát thấp không chỉ làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu mà còn giảm công suất cực đại.
Hình 3.19:Sự lan truyền của ma sát trong chế độ động cơ (động cơ ô tô)
Sự phát triển của ma sát trong động cơ SI bốn xi-lanh đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, với hình 3.19 minh họa áp suất ma sát trung bình pmr tại 2000 vòng/phút Một điểm đáng chú ý là sự phân tán lớn của các giá trị, mặc dù xu hướng chính được thể hiện rõ qua hồi quy Trong những năm gần đây, ma sát của động cơ SI đã được cải thiện đáng kể, giảm khoảng 20% trong vòng một thập kỷ qua Tuy nhiên, việc ngoại suy từ hồi quy có thể dẫn đến những dự đoán không thực tế về sự giảm ma sát trong tương lai.
Hình 3.20:Sự phát triển của ma sát trong SI bốn xi lanh động cơ (1.61–2.21 khối lượng quét)
Giảm tiêu thụ nhiên liệu phụ thuộc vào áp suất ma sát trung bình của động cơ ở nhiệt độ vận hành và tốc độ 2000 vòng/phút, như thể hiện trong Hình 3.20 Đối với động cơ không ma sát, mức tiêu thụ nhiên liệu có thể giảm khoảng 21% cho động cơ SI và khoảng 26% cho các loại động cơ khác.
Hình 3.21:Ảnh hưởng của việc giảm ma sát đến mức tiêu thụ nhiên liệu (ma sát ở n = 2000 vòng / phút)
Các biện pháp thông thường hiện nay như tối ưu hóa thành phần, cải tiến bộ truyền động van con lăn, sửa đổi máy bơm và quản lý nhiệt chỉ có thể khai thác khoảng 30% tiềm năng của hệ thống.
Trạng thái ma sát bên trong động cơ đốt cháy đã được chế tạo
Khi đánh giá tổn thất ma sát trong động cơ, việc xem xét không chỉ tổng giá trị mà còn sự phân hủy ma sát giữa các thành phần là rất quan trọng Một trong những phương pháp phổ biến để thực hiện điều này là "phương pháp làm trờn", được mô tả chi tiết trong bài viết dưới đây.
Trước khi tiến hành đo phần làm trơn thực tế, động cơ cần được hoàn thiện với cả phần nạp và xả, tạo thành động cơ hoàn chỉnh Mômen truyền động được đo không chỉ phản ánh ma sát cơ học của động cơ mà còn bao gồm tổn thất chu kỳ Trong quá trình đo, áp suất dầu ở đầu ra của bơm, trong phòng trưng bày động cơ, và tại đầu xi lanh được ghi lại cùng với lưu lượng thể tích dầu qua động cơ cho từng điểm làm việc Hệ thống làm mát cần duy trì áp suất không đổi tại đầu vào của bơm chất làm mát Việc ghi lại các điều kiện biên này là cần thiết để thiết lập chính xác các điều kiện biên cho động cơ hoàn chỉnh trong các bước làm trơn tiếp theo.
Sau khi ghi lại các điều kiện biên của động cơ hoàn chỉnh, chương trình đo ma sát các thành phần riêng lẻ được thực hiện Đầu tiên, tháo đầu xi lanh để xác định ma sát động cơ, thay thế bằng tấm có lỗ hình trụ để giữ điều kiện căng thẳng Tiếp theo, tháo các piston và thanh nối để đo ma sát ổ trục khuỷu, sử dụng nguồn cung cấp dầu thủy lực bên ngoài Sau đó, đo tổn thất ma sát của trục khuỷu với bộ truyền động van và bơm dầu, cũng như với bơm nước làm mát, máy phát điện, bơm trợ lực lái và máy nén điều hòa không khí, tất cả đều sử dụng áp suất dầu được điều chỉnh từ nguồn cung cấp bên ngoài.
Tổn thất ma sát trong động cơ được xác định từ sự khác biệt giữa các phép đo của pít-tông, ổ trục thanh kết nối, bộ truyền van và bơm dầu Tổng hợp các giá trị này cho từng thành phần riêng lẻ sẽ cho ra giá trị ma sát toàn bộ động cơ, được gọi là "tháo động cơ hoàn chỉnh" Giá trị này phản ánh tổn thất ma sát cơ học thuần túy của động cơ, không bao gồm tổn thất do chu kỳ nạp.
Chương trình đo lường cho phép xác định xung đột cá nhân hoặc sự cố ma sát giữa các bộ phận như piston và van Việc kiểm soát phép đo cho tất cả các thành phần không hoàn toàn cần thiết nếu chỉ tập trung vào các tổng thể riêng lẻ.
Kết quả từ phép đo độ trơn của động cơ xe hơi hiện đại được trình bày trong Hình 3.22 Hình 3.33 thể hiện phần trăm phân tích các yếu tố ma sát Thông số tham chiếu tổng ma sát được định nghĩa rõ ràng trong tài liệu.
Hình 3.22:Sự cố ma sát của một động cơ xe hơi hiện đại SI
Hình 3.23:Phân tích phần trăm ma sát trong ô tô hiện đại SI động cơ
Hình 3.24:Ma sát trong động cơ ô tô như một hàm của khối lượng quét
Các phụ trợ thiết yếu cho động cơ bao gồm bơm dầu và bơm làm mát dưới tải, máy phát điện không tải, cùng với các thành phần hỗ trợ sự thoải mái như nguồn điện cho bơm lái và máy nén điều hòa không khí.
Có thể tính toán mức chênh lệch theo thành phần cụ thể từ kết quả đo cho các thành phần riêng lẻ Bằng cách so sánh kết quả đo cho từng thành phần với mức chênh lệch tương ứng, ta cũng có thể xác định tiềm năng giảm tổn thất ma sát Từ đó, khai thác có chọn lọc những tiềm năng này thông qua công việc tối ưu hóa sẽ giúp đạt được hiệu quả cao hơn.
Áp suất ma sát trung bình của lột bỏ động cơ hoàn chỉnh được hiển thị trong Hình 3.24, tương ứng với khối lượng quét tại tốc độ động cơ 2000 vòng/phút và nhiệt độ dầu/nước làm mát là 90/90 °C.
Chênh lệch số liệu cho thấy rằng khối lượng quét 1,5:1 không ảnh hưởng đến áp suất ma sát của động cơ, vì nhu cầu điện năng khác nhau tùy thuộc vào kích thước xe Hơn nữa, giới hạn khối lượng quét của động cơ ô tô nhỏ thường ở mức khoảng 1,5:1 Các động cơ trong cùng một họ thường có thiết kế tương tự, tuy nhiên, các động cơ nhỏ hơn có thể gặp bất lợi về ma sát.
3.7.2 Công suất Đơn vị công suất của động cơ đốt trong bao gồm của trục khuỷu bao gồm các vòng đệm trục hướng tâm và của nhóm pít-tông và các thanh nối Sử dụng dải phương pháp, động cơ có thể được chia nhỏ hơn nữa thành ma sát của trục khuỷu và ma sát của nhóm piston và các thanh truyền
Ma sát trục khuỷu được xác định dựa trên trọng lượng và các vòng làm kín trục hướng tâm Khi áp dụng áp suất ma sát trung bình của trục khuỷu theo tốc độ động cơ và ngoại suy về lý thuyết ở tốc độ 0 vòng/phút, nhánh Y cho thấy phần ma sát của Vòng đệm trục xuyên tâm tương đối độc lập với tốc độ động cơ Giá trị này tương quan với các giá trị đo được từ việc tách con dấu trục xuyên tâm vòng đai thông qua việc tháo rời.
Mômen ma sát của ổ trục chính được xác định theo đường kính, như thể hiện trong Hình 3.25, với tốc độ động cơ 2000 vòng/phút Giá trị ma sát này có thể được tính toán cho trục khuỷu, minh họa cho việc đo lường trên nhiều động cơ khác nhau và hồi quy dòng cho các khái niệm động cơ đa dạng.
Hình 3.25:Ma sát trên mỗi trục khuỷu ổ trục chính trên ổ trục chính đường kính
Sự lan truyền của các giá trị đo được quanh các đường hồi quy cho thấy rằng nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ma sát trong và ngoài đường kính ổ trục chính Các yếu tố này bao gồm hình dạng vòng bi, khe hở của vòng bi, biến dạng hoặc sai lệch căn chỉnh của vòng bi, cũng như sự khác biệt về ma sát của vòng đệm trục hướng tâm.
Nhóm pít tông và giá thanh truyền
Ma sát của nhóm piston, bao gồm thanh truyền và vòng bi, có thể xác định bằng cách trừ giá trị ma sát của trục khuỷu từ giá trị ma sát tổng thể của động cơ Việc xác định ma sát cho các ổ trục thanh kết nối có thể thực hiện thông qua phương pháp dẫn hướng piston khí tĩnh, mặc dù công việc này đòi hỏi nhiều nỗ lực Trong khi có thể tách biệt các vòng piston hoặc phá vỡ piston, cần lưu ý rằng việc loại bỏ các vòng piston sẽ ảnh hưởng đáng kể đến điều kiện bôi trơn của piston và các vòng khác.
