Tầm quan trọng của trục khuỷu, bánh đà, và trục cân bằng trên động cơ ô tô không thể phủ nhận được bởi chúng đóng vai trò quyết định đối với hiệu suất, ổn định và trải nghiệm lái xe. Đây không chỉ là những thành phần cơ bản trong cấu trúc của động cơ, mà còn là những yếu tố quyết định sự thành công của mọi chuyến đi.
1. Trục khuỷu:
Trục khuỷu (Crankshaft) là một thành phần quan trọng trong động cơ ô tô, chịu trách nhiệm chuyển động tuyến tính của piston thành chuyển động xoay. Trục khuỷu được gắn vào dưới động cơ và thường nằm dọc hoặc ngang tùy thuộc vào thiết kế của động cơ.
Trục khuỷu trên động cơ ô tô
Khi piston di chuyển lên và xuống trong xilanh, trục khuỷu quay xoay và chuyển động này được truyền đến trục khuỷu. Các piston thường được kết nối với trục khuỷu thông qua các biela, và khi chúng di chuyển, trục khuỷu chuyển động này thành chuyển động xoay. Quá trình này tạo ra năng lượng cơ học cần thiết để động cơ hoạt động.
Phân loại và cấu trúc
Trục khuỷu ở đây là một phần của động cơ biến đổi chuyển động tịnh tiến của pít tông thành chuyển động quay. Các thành phần của quá trình này là:
• Pít tông với chốt pít tông và các xéc măng
• Thanh truyền
• Trục khuỷu
• Bánh đà
Các pít tông chuyển động tịnh tiến giữa điểm chết dưới (BDC) và điểm chết trên (TDC). Mỗi pít tông được kết nối với trục khuỷu qua một chốt pít tông và thanh truyền. Các thanh truyền vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyển động quay. Chuyển động quay của trục khuỷu được truyền đến các thiết bị phụ trợ như bánh đà, bơm dầu, bơm nước. Ngoài ra trục cân bằng có thể được lắp thêm để làm giảm hoặc loại bỏ dao động động cơ.
Thiết kế của trục khuỷu phụ thuộc vào:
• Số xy lanh
• Bố trí xilanh (thẳng hàng, V hoặc đối đỉnh)
• Thời điểm đánh lửa
• Số lượng cổ bạc trục khuỷu
• Lực cháy
Trục khuỷu được cân bằng động. Các phần đối trọng làm cân bằng khối lượng của các cổ khuỷu bằng cách bù thêm khối lượng đối diện các cổ khuỷu.
Bạc trục khuỷu:
Các bạc này giúp cho trục khuỷu xoay êm ái. Nói chung, bạc đơn thường được sử dụng cho trục khuỷu của động cơ, những bạc này có diện tích tiếp xúc lớn, vì vậy có thể chịu được một lực lớn khi trục khuỷu quay. Động cơ 4 xy lanh hiện đại có 5 bạc trục khuỷu (động cơ kiểu cũ chỉ có 3). Động cơ V có ít bạc trục khuỷu hơn, do trục khuỷu ngắn hơn. Dầu được cung cấp để đảm bảo rằng các vật liệu của bạc và cổ trục khuỷu không tiếp xúc trực tiếp với nhau dưới bất kỳ điều kiện tải động cơ nào. Điều này được thực hiện bởi lỗ dầu bên trong trục khuỷu và bạc trục khuỷu. Độ dày của lớp dầu thay đổi tùy thuộc vào tải động cơ hoặc nhiệt độ. Khi nó quá nhỏ, nó có thể gây bó kẹt động cơ do nhiệt ma sát. Khi nó quá lớn, có thể xảy ra rung động hoặc tiếng ồn động cơ.
2. Bánh đà động cơ ô tô:
Bánh đà động cơ ô tô
Bánh đà
Bánh đà được gắn với trục khuỷu việc để duy trì quay đều và êm dịu hơn. Quá trình cháy cháy chỉ xảy ra một lần trong suốt hai vòng quay trục khuỷu, quán tính của bánh đà này là cần thiết cho kỳ nạp, nén và xả. Nếu không có bánh đà, lực quay của trục khuỷu sẽ giảm xuống ở những kỳ này và động cơ sẽ bị rung tại tốc độ thấp như tốc độ không tải. Ở hộp số thường sử dụng đĩa ly hợp được áp chặt vào mặt của bánh đà để truyền động cho hộp số.
Bánh đà kép
Những bánh đà kép được thiết kế để hấp thụ rung động cơ trước khi chúng được chuyển đến hệ thống truyền động để hạn chế các tiếng kêu do va đập bánh răng. Điều này đạt được bằng cách chia bánh đà truyền thống ra thành hai phần: phần sơ cấp (1), có bu lông gắn vào trục khuỷu, phần thứ cấp (2) được gắn lên ly hợp cùng với một vòng răng khởi động (5). Phần sơ cấp của bánh đà chứa lò xo (3) để triệt tiêu rung động của động cơ và bộ giới hạn mô men xoắn (4) để ngăn mô men xoắn từ động cơ vượt quá sức chịu đựng của động cơ và hộp số. Khi xảy ra đột biến mô men xoắn, bộ giới hạn mô men xoắn cho phép phần sơ cấp của bánh đà di chuyển một cách độc lập so với phần thứ cấp, bảo vệ hệ thống dẫn động và hộp số khỏi những va đập và hư hỏng.
3. Trục cân bằng:
Trục cân bằng động cơ ô tô
Pít tông, thanh truyền và trục khuỷu tạo ra một lực quán tính do sự chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay. Một hoặc hai trục cân bằng được bố trí song song với trục khuỷu để làm giảm hoặc loại bỏ các lực quán tính này. Đồ thị trên thể hiện mối quan hệ của các lực quán tính (ở trục dọc) tại góc xoay khác nhau của các trục khuỷu (ở trục ngang). Khi các lực quán tính của pít tông đầu tiên và thứ tư đạt giá trị cực đại, lực quán tính của pít tông thứ hai và thứ ba thì thấp. Từ mối quan hệ này chúng ta biết rằng các lực quán tính (thấp và cao) được tạo ra 2 lần mỗi vòng quay trục khuỷu. Một trục cân bằng có một hình dạng nửa vòng tròn được sử dụng để làm giảm độ rung động động cơ. Sự cân bằng trục xoay ngược chiều và nhanh hơn hai lần so với các trục khuỷu. Lực quán tính tạo ra từ các trục cân bằng sẽ làm giảm hoặc loại bỏ các rung động.
Tổng cộng, trục khuỷu, bánh đà và trục cân bằng là những phần không thể thiếu của động cơ ô tô, đóng vai trò quyết định đến hiệu suất, ổn định và trải nghiệm lái xe của xe. Sự kết hợp chính xác và hiệu quả của chúng đảm bảo rằng động cơ hoạt động mạnh mẽ và mượt mà.
