..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------

TRẦN HÀ THỌ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TỐI ƯU HOÁ HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC


Hà Nội – 2005
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------

TRẦN HÀ THỌ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TỐI ƯU HỐ HỆ THỐNG BƠI TRƠN ĐỘNG CƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. PHẠM VĂN THỂ

Hà Nội - 2005

Trung tâm sau đại học

1

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

Ch-ơng I
Vấn đề ma sát, mài mòn trong động cơ

1.1. Ma sát, mài mòn chung
Qua thực tế nghiên cứu, nguyên nhân cơ bản gây biến xấu tình trạng kĩ
thuật của các chi tiết, các cụm, các tổng thành của động cơ là do hao mòn, do
kim loại bị mỏi, các chi tiết bị biÕn d¹ng g·y vì. G·y vì do sai sãt cđa chế tạo
hoặc sai sót do sử dụng, sửa chữa. Các mối ngép bị lỏng, không đảm bảo khe
hở của cặp chi tiết tiếp xúc, không đảm bảo độ đồng tâm, vuông góc giữa các
trục Tính chất lí hoá của vật liệu bị biến chất, tạo cặn trong hệ thống bôi
trơn, làm mát, tạo muội trong buồng cháy Trong rất nhiều nguyên nhân kể
trên thì nguyên nhân hao mòn các chi tiết là căn bản và quan trọng nhất.
Trong quá trình sử dụng, bề mặt ma sát các chi tiết máy bị thay đổi kèm
theo đặc tính kích th-ớc hình học, cấu trúc, tính chất và trạng thái ứng suất
của các lớp bề mặt cũng thay đổi, chúng có thể bao gồm những thể tích vĩ mô,
vi mô, siêu vi mô, ở mức độ đáng kể. Tính chất của những thay đổi ấy phụ
thuộc vào động học, chuyển động (loại ma sát lăn hay ma sát tr-ợt) điều kiện
tải cơ học, sự có mặt và thành phần của các môi tr-ờng chất rắn, lỏng hoặc khí,
dạng bôi trơn, nồng độ ôxi, vật liệu Những thay đổi ấy có thể có ích (làm
bình th-ờng hoá ma sát ngoài và giảm hao mòn tới mức nhỏ nhất) hoặc dẫn
tới những hiện t-ợng h- hỏng rõ rệt không cho phép. Để khống chế mòn có
hiệu quả phải hiểu đ-ợc bản chất về ma sát, quá trình mòn, quy luật mài mòn
và các yếu tố quyết định mòn. Cần có sự phân định giới hạn chính xác giữa

hao mòn tất nhiên (lí thuyết), hao mòn thực tế và các hiện t-ợng không bình
th-ờng của h- hỏng. Việc nghiên cứu ma sát-mài mòn rất quan trọng và cần
thiết để nắm đ-ợc bản chất và quy luật mài mòn các chi tiết trong điều kiện

Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hµ Néi


Trung tâm sau đại học

2

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

làm việc cụ thể, đặc biệt là các chi tiết trong động cơ nói riêng. Từ đó giúp
chúng ta có các biện pháp khắc phục để nâng cao tuổi bền sử dụng chúng.
1.1.1. Khái niệm và phân loại ma sát
Nh- chúng ta đà biết sự hoạt động của nhiều cơ cấu máy có liên quan
trực tiếp đến sự chuyển động t-ơng đối của các bề mặt tiếp xúc của các chi
tiết máy và tạo nên ma sát trong bề mặt đó. Trong đa số các tr-ờng hợp, ma
sát đều gây nên những chi phí vô ích về năng l-ợng động thời tạo nên hao
mòn chi tiết máy. ĐÃ có rất nhiều giả thiết và cơ sở lí thuyết khác nhau để giải
thích và chỉ ra nguồn gốc của ma sát nh- thuyết cơ học về ma sát. Thuyết này
giải thích nguyên nhân của việc xuất hiện ma sát là do độ nhám của bề mặt
tiếp xúc. Thuyết phân tử về ma sát: thuyết này giải thích hiện t-ợng ma sát
dựa trên lực tác dụng phân tử xuất hiện giữa các bề mặt.
Thuyết cơ học-phân tử về ma sát: thuyết này kết luận ma sát có nguồn
gốc hai mặt và có thể giải thích: sự xuất hiện của ma sát một mặt do xâm thực
t-ơng hỗ của các gờ nhấp nhô riêng bịêt trên bề mặt khác do sự tác dụng của
lực kéo phân tử của hai vật. Khi bề mặt có độ nhấp nhô lớn thì yếu tốc cơ học

đóng vai trò chính, còn khi đà bôi trơn thì nguyên nhân ma sátlà do yếu tố
phân tử.
Thuyết năng l-ợng về ma sát: bản chất của thuyết này có thể đ-ợc tóm
tắt: trong quá trình chuyển động t-ơng đối của hai chi tiết với nhau, trong môi
tr-ờng bị ảnh h-ởng của các phân tử sẽ biến hoá không ngừng, năng l-ợng
chuyển động tịnh tiến của của vật thành năng l-ợng chuyển động dạng sóng
và dao động cuả các phân tử vật chất, từ đó xuất hiện hiện t-ợng nhiệt-điện,
hiện t-ợng nhiệt và các hiện t-ợng khác.
Qua việc giải thích của các thuyết trên, ta nhận thấy ma sát là kết quả
của nhiều dạng t-ơng tác phức tạp khác nhau trong đó diễn ra các quá trình cơ,
lí, hoá, điện Quan hệ của các hiện t-ợng đó rất phức tạp, phụ thuộc vào đặc
tính tải tác dụng, vật liệu chế tạo, môi tr-ờng.
Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội


Trung tâm sau đại học

3

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

Phân loại ma sát:
- Theo sự chuyển động t-ơng đối giữa hai vật thể ta có:
Ma sát tr-ợt (hình 1.1.a)
Ma sát lăn (hình 1.1.b)
Ma sát quay (hình 1.1.c)

a.


b.

c.

Hình I.1. Phân loại ma sát theo chuyển động t-ơng đối giữa hai vật

Ví dụ: cụ thể trong động cơ, thể hiện rõ ma sát tr-ợt giữa các pittông, xéc
măng với bề mặt của xi lanh. Khi động cơ làm việc, ma sát lăn, ma sát quay
thĨ hiƯn râ trơc khủu, trơc cam víi b¹c lãt của ổ đỡ.
- Theo trạng thái bề mặt ma sát của chi tiết và tính chất của vật liệu bôi
trơn ma sát khô (ma sát ngoài) hệ số ma sát f=0,1 loại ma sát này sinh
ra giữa hai bề mặt tiÕp xóc chØ cã mét líp kh«ng khÝ kh«.
VÝ dơ: ma sát giữa các đĩa ma sát của khớp nối cắt nối động lực với bánh đà,
giữa má phanh và tang trống. Trong động cơ th-ờng là giữa thành xi lanh với
xéc măng khí trên cùng.
Ma sát giới hạn (ma sát trong) hệ số ma sát f=0,001 loại ma sát này
phát sinh giữa hai bề mặt chuyển động của chi tiết có tồn tại một lớp dầu bôi
trơn rất mỏng ( 0,1K ). Lớp dầu này tồn tại đ-ợc là do sức hút giữa chúng và
các phân tử kim loại. So với ma sát khô thì ma sát giới hạn vẫn tốt hơn, nh-ng
ma sát giới hạn không có lợi nên không để các chi tiết máy làm việc lâu d-ới dạng
ma sát này.

Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội


Trung tâm sau đại học

4


Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

Ví dụ: ma sát các bộ phận trong động cơ ở chế độ khởi động máy hoặc tốc độ
quay chậm mà phụ tải lớn, cụ thể nh- ma sát giữa thành xi lanh và các xéc
măng khí phía d-ới khi động cơ làm việc.
Ma sát -ớt (ma sát trong) còn gọi là là ma sát thuỷ động học, hệ số ma
sát f=0.0001. Loại ma sát này phát sinh khi hai bề mặt chi tiết tiếp xúc có một
lớp dầu nhờn hơn 5 K , trong tr-ờng hợp này sức cản ma sát lớn hay bé tuỳ
theo tính chất của chính dầu nhờn mà không liên quan gì đến tính chất và đặc
tính của bề mặt tiếp xúc.
Ví dụ: ma sát giữa bạc và các ổ trục khuỷu, trục cam, giữa xi lanh và các xéc
măng dầu.
Ma sát nửa khô: là hình thức ma sát hỗn hợp giữa ma sát giới hạn và ma
sát khô, loại ma sát này xuất hiện ở phần trên của xi lanh và xéc măng hơi ở
hành trình nổ của động cơ.
Ma sát nửa -ớt là hình thức ma sát hỗn hợp giữa ma sát giới hạn và ma
sát -ớt, loại ma sát này xuất hiện giữa các gối đỡ của trục khuỷu khi mới khởi
động máy.
Ma sát

Khô

-ớt

Giới hạn

Nửa khô

Nửa -ớt


Hình I.2. Phân loại ma sát theo chất bôi trơn

Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng §HBK Hµ Néi


Trung tâm sau đại học

5

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

1.1.2. Mài mòn, sự hao mòn, h- hỏng do mài mòn
Quá trình mòn là quá trình phá hoại bề mặt và lớp bề mặt kim loại của
các chi tiết tiếp xúc khi nó chuyển động t-ơng đối do kết quả kèm theo của
lực ma sát kèm theo quá trình lí hoá phức tạp. Cũng cần có sự phân định giới
hạn chính xác giữa hao mòn tất nhiên (lí thuyết), hao mòn thực tế cho phép và
các hiện t-ợng không bình th-ờng của h- hỏng.
Sự hao mòn: là sự thay đổi dần dần các kích th-ớc của chi tiết, xảy ra
khi có ma sát. Hao mòn đ-ợc đánh giá trực tiếp bằng độ thay ®ỉi c¸c kÝch
th-íc hay b»ng c¸c dÊu hiƯu gi¸n tiÕp. Ng-ời ta phân biệt:
- Hao mòn đ-ờng: xác định bằng độ giảm kích th-ớc theo ph-ơng pháp
tuyến bề mặt ma sát.
- Hao mòn khối: theo độ giảm thể tích
- Hao mòn trọng l-ợng
Ngoài sự thay đổi kích th-ớc của các chi tiết còn xảy ra những sự thay
đổi nhất định về cấu trúc và tính chất của các lớp bề mặt của chúng. Trong
giai đoạn làm việc đầu tiên của các cặp lắp ghép, ng-ời ta th-ờng thấy cấu
trúc và tính chất của lớp bề mặt thay đổi nhiều hơn cả. Khi hao mòn đà ổn
định quá trình thay đổi này sẽ nhỏ nhất và tập trung trong những lớp bề mặt vô

cùng mỏng.
Mòn tuyệt đối về kích th-ớc th-ờng dùng đơn vị ( K ), trọng l-ợng dùng
(mmg), tỉ sốgiữa l-ợng hao mòn tuyệt đối với chiều dài của mặt ma sát gọi là
c-ờng độ mòn (hay tốc độ mòn)
Sự h- hỏng do mài mòn: là quá trình thay đổi rõ rêt và không đồng đều về
trạng thái hình học của các bề mặt ma sát cũng nh- về cấu trúc và tính chất của
các lớp bề mặt. Ng-ời ta phân chia sự hao mòn và h- hỏng dựa trên các dấu hiệu
biểu lộ rõ rệt bên ngoài, có các cơ chế của sự phát triển nội tại của chúng là đặc
thù.
Những nguyên tắc là cơ sở để phân loại:
Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng §HBK Hµ Néi


Trung tâm sau đại học

6

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

- Nghiên cứu bản chất của các quá trình phá hoại quan sát thấy khi các
chi tiết máy làm việc.
- Lặp lại các quá trình xảy ra và nghiên cứu trong điều kiện thí nghiệm
- Nghiên cứu sự hao mòn và h- hỏng trong quá trình phát triển của chúng,
trong mối liên hệ với những sự chuyển động tới hạn từ một dàn này sang một
dạng khác phụ thuộc vào tác dụng cơ học bên ngoài, vào các yếu tố môi
tr-ờng và tính chất của vật liệu chế tạo các chi tiết chịu ma sát. Cũng theo
điều kiện ma sát, môi tr-ờng và vật liệu, ng-ời ta sẽ phân tách đ-ợc các quá
trình chủ yếu đ-ợc xác định dứt khoát. Bên cạnh các quá trình chủ yếu (chính),
có những hiện t-ợng kèm theo gây ảnh h-ởng ít hơn đến sự phá hoại bề mặt.

Thực chất mỗi chi tiết làm việc hay mỗi cặp liên kết của hai chi tiết bất kì đều
có một dạng hao mòn hay h- hỏng chính, quyết định giới hạn tuổi thọ và độ
tin cậy sử dụng của chi tiết, cặp liên kết, đồng thời còn có thể có những phá
hoại bề mặt phụ, có ảnh h-ởng ít hơn đến hoạt động của cặp lắp ghép. Về cơ
bản, các dạng hao mòn và h- hỏng chính phụ thuộc vào động học của ma sát
tức là loại ma sát. Các dạng phá hoại khi ma sát:
+ Cho phép (hao mòn) hao mòn cơ hoá bình th-ờng do ô xi hoá, hao
mòn cơ hoá bình th-ờng do bong dần (các lớp màng mỏng có nguồn
gốc khác ô xít). Dạng cơ hoá của mài mòn.
+ Không cho phép (h- hỏng):
+ Tróc loại 1
+ Tróc loại 2
+ Quá trình Fretting (tróc ô xi hoá động)
+ Cắt và x-ớc (dạng cơ học của mài mòn)
+ Mõi khi ma sát lăn
+ Các dạng h- hỏng khác (ăn mòn, xói mòn, bào mòn)
Để phân loại mài mòn có rất nhiều trị số ảnh h-ởng đến trị số mòn và tính
chất hao mòn có thể phân loại mòn nh- sau:
Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội


Trung tâm sau đại học

7

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

*Mòn cơ giới:
- Mòn do hạt mài, do những hạt bé và cứng nằm giữa hai bề mặt tiếp xúc

gây nên, kết quả tạo ra những vết x-ớc vẹt sâu xuống. Nguồn hạt mài
có thể từ ngoài lọt vào nh- bụi, cát theo không khí hoặc dầu bôi trơn
vào, cũng có thể tồn tại ngay trên bề mặt chi tiết do chất l-ợng gia công
chi tiết. C-ờng độ mòn phụ thuộc vào vật liệu chế tạo, độ cứng, kích
th-ớc hạt mài, tốc độ tr-ợt, áp lực trên bề mặt tiếp xúc.
- Mòn do biến dàn dẻo: do tác dụng của tải trọng lớn lên các bề mặt chi
tiêt làm thay đổi hình dáng và kích th-ớc của chúng, nh-ng trọng l-ợng
của chúng không thay đổi.
- Mòn do phá hoại dòn: do ma sát lớp kim loại bề mặt của chi tiết tiếp
xúc bị trai cứng và dòn đến giới hạn nào đó mà bị bong ra và đó là lớp
kim loại kém dòn hơn. Lớp kim loạị này lại tiếp tục bị trai cứng và dòn
lại bong tróc quá trình cứ tiếp diễn.
- Mòn do mỗi chi tiết chịu ứng suất cao, tác động có chu kì, trên mặt chi
tiết xuất hiện vết nứt. Dạng mòn này th-ờng gặp trên bề mặt bánh răng
truyền lực chính.
* Mòn phân tử cơ giới:
Nó phát sinh do sự bám dính của các phân tử kim loại ở một số chỗ cục
bộ trên bề mặt ma sát của chi tiết, sau đo chỗ bám dính lại bị phá hoại vì
tác dụng cơ giới. ở những nơi có phụ tải lớn, màng đâu bị phá hoại, tốc độ
tr-ợt lớn, nhiệt độ cao, dầu bị bốc hơi, kim loại bị dính vào nhau sau đó lại
bị rời ra, kết quả là một bề mặt sinh ra lồi, một mặt chi tiết kia bị lõm.
Thực chất là di chuyển kim loại từ chi tiết này sang chi tiết kia, quá trình
cứ lặp đi lặp lại. Loại mòn này th-ờng thấy ở các bề mặt chịu phụ tải lớn,
các bề mặt bạc, trục.
* Mòn hoá học-cơ giới

Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội



Trung tâm sau đại học

8

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

Do ăn mòn hoá học và cơ giới tác dụng các chi tiết làm việc trong điều
kiện môi tr-ờng có tồn tại các chất ăn mòn nh- xút, axit, không khí ẩm -ớt.
Khi có tác dụng ma sát cơ giới những lớp hợp chất hoá học này dễ dàng bị
phá hoại đi,sau đó lại sinh ra lớp màng ô xít khác và quá trình ăn mòn hoá
học-cơ giới cứ tiếp diễn. Trong động cơ loại mòn này phổ biến và nghiêm
trọng vì quá trình làm việc của sản phẩm cháy th-ờng có: CO, CO2, SO3,
NO2 dễ dàng hợp với hơi n-ớc tạo thành a xít t-ơng ứng, tạo thành các
chất ăn mòn hoá học.
1.2.

Mài mòn trong động cơ

1.2.1. Quy luật mài mòn của hai chi tiết tiếp xúc
Phần lớn các cặp chi tiết tiếp xúc chịu nhiều hình thức mòn khác nhau
dẫn tới hao mòn bề mặt tiếp xúc, làm cho khe hở giữa cặp chi tiết đó dần dần
rộng ra, nó phụ thuộc vào các nhân tố gia công và sử dụng. Qua thí nghiệm ta
thấy quy luật làm tăng khe hë gi÷a hai chi tiÕt tiÕp xóc cã mèi quan hƯ phơ
thc vµo thêi gian lµm viƯc cđa chóng. Nãi chung trong điều kiện bình

Hao mòn

th-ờng chi tiết mòn theo quy luật mòn nhất định.
àK


Sđ

S1

S2

l0

l1

l2

QuÃng đ-ờng
(Km)
Thời gian sử dụng
(h)

Hình I-2. quy luật hao mòn tự nhiên của cặp chi tiết tiếp xúc

Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội


9

Trung tâm sau đại học

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

Dựa vào đồ thị trên đ-ờng cong biểu thị mài mòn có c-ờng độ ổn định

với 3 giai đoạn: Sd (khe hở ban đầu) là khe hở tiêu chuẩn của mối ghép sau
khi sản xuất, lắp ráp
- Giai đoạn chạy rà Lo đặc tr-ng cho sự mòn chi tiết trong thời kì chạy rà.
Trong thời kì này các vết nhấp nhô trên bề mặt chi tiết đ-ợc triệt tiêu
một cách nhanh chóng, lúc này xảy ra quá trình mòn với c-ờng độ cao
để tạo nên các bề mặt làm việc bình th-ờng với các thông số chuẩn xác.
C-ờng độ mòn trong thời kì này phụ thuộc vào chất l-ợng gia công bề
mặt chi tiết, vật liệu chế tạo chi tiết, độ cứng chi tiết, chất l-ợng vật liệu
và chế độ bôi trơn, chế độ chạy rà
- Giai đoạn làm việc bình th-ờng L1. Đây là thời kì làm việc bình th-ờng
của chi tiết tiếp xúc sau khi chạy rà khe hở tiếp xúc đạt S1, c-ờng độ
mài mòn ổn định, quan hệ giữa l-ợng mòn và thời gian làm việc của chi
tiết gần nh- tuyến tính, tốc độ mòn tg gần nh- không đổi là khu vực
mòn cho phép.
- Giai đoạn mòn phá L2. Khi các chi tiết bị mòn khe hở lắp ghép có giá
trị S2 lớn, cặp chi tiết làm việc không bình th-ờng, chế độ bôi trơn kém,
có tải trọng va đập. Đặc tr-ng cho thời kì này là tăng tốc độ đột ngột
c-ờng độ mòn giữa các bề mặt chi tiết. Khe hở S2 là trị số khe hở giới
hạn của cặp chi tiết, khi này chi tiết không làm việc lâu dài đ-ợc vì dễ
dẫn đến gây vỡ chi tiết.
Từ đồ thị ta thấy thời gian hành trình làm việc (tuổi bền sử dụng) của cặp chi
tiết tiếp xúc vẫn đ-ợc tính theo công thức
L = Lo + L1 = Lo +

S 2 S1
tg

Tg là tốc độ mòn
Để kéo dài tuổi bền sử dụng L bằng nhiều biện pháp nhe giảm c-ờng độ mòn,
giảm khe hở sau khi chạy rà


Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội


Trung tâm sau đại học

10

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

1.2.2. Đặc tính mòn các chi tiết chính của động cơ
Trong quá trình vận hành, mòn tất cả các chi tiết làm việc của động cơ
là quá trình tất nhiên và không thể tránh khỏi. Mối quan tâm chủ yếu là mòn
của các chi tiết, ảnh h-ởng quyết định tới tuổi thọ của động cơ. Tr-ớc hết đó
là trục khuỷu và xi lanh, các chi tiết mà mòn của chúng làm ảnh h-ởng mạnh
đết các chỉ số vận hành của động cơ, còn thay thế chúng là việc làm nặng
nhọc (bạc lót trục khuỷu, blốc xi lanh, pittông và vòng găng). Mòn của các chi
tiết cơ cấu phân phối khí có thể gây hậu quả xấu đáng kể đối với vận hành
động cơ. Mòn của các cơ cấu treo có thể làm động cơ không làm việc đ-ợc
nữa. Các nhà nghiên cứu về hao mòn động cơ cho rằng nhóm chi tiết chính
quyết định tuổi thọ, chất l-ợng làm việc động cơ điezen là trục khuỷu, xi lanh
còn đ-ợc coi là căn cứ chính để quyết định cấp sửa chữa đại tu hay trung tu
động cơ. Để tiến hành sửa chữa đúng thời hạn các chi tiết rời hoặc cụm chi tiết,
cần phải dự báo đ-ợc độ mòn của chúng theo thời gian làm việc của động cơ.
Trong tr-ờng hợp đó khi biết các trị số mòn giới hạn có thể sơ bộ xác định
đ-ợc thời gian làm việc của các chi tiết với bất kì quÃng đ-ờng đà chạy nào.
Để đánh giá sự hao mòn của chi tiết trong động cơ, ng-ời ta dùng các ph-ơng
pháp đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp.
Đo trực tiếp: chi tiết kiểm tra đ-ợc tháo rời khỏi cụm và làm sạch để đo

hoặc cân. Dùng dụng cụ vị trắc (th-ớc cặp, pan me, đồng hồ so). Ph-ơng pháp
này xác định nhanh chóng sự thay đổi hình dạng và kích th-ớc của chi tiết
nh-ng tốn nhiều công sức. Độ chính xác đ-ợc phụ thuộc vào độ chính xác của
dụng cụ, không đo đ-ợc giá trị giữa các kỳ tháo cụm. Để đo l-ợng mòn của
chi tiết nhỏ nh- vòng găng, bạc trục ta dùng ph-ơng pháp cân . Ph-ơng
pháp này nhanh chóng xác định đợc l-ờng mòn nh-ng không xác định đ-ợc
hình dạng mòn ( và độ chính xác chỉ đạt đến 0,01 mg ) . Ph-ơng pháp chuẩn
nhân tạo dùng dao khắc dấu bán nguyệt hay chóp vuông lên mặt chi tiết , sau
một thời gian làm việc chi tiết bị mòn ta đo các thông số chiều dài, chiều sâu
Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội


11

Trung tâm sau đại học

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

của rÃnh còn lại so với các giá trị chiều dài , chiều sâu ban đầu se đánh giá
đ-ợc mòn. Ph-ơng pháp này tuy chính xác nh-ng ít đ-ợc áp dụng vì khi ép
dấu sẽ có gờ của dấu và với các chi tiết biến dạng nhiều không dùng đ-ợc.
Đo gián tiếp: Không cần tháo chi tiết ra khỏi cụm để kiểm tra. Phân tích
hàm l-ợng kim loại trong dầu.Các kim loại trên bề mặt chi tiết bị mòn đ-ợc
dầu bôi trơn tuần hoàn và đ-a về hộp đựng dầu ( cácte dầu ) . Phân tích các
hàm l-ợng kim loại có trong dầu sẽ biết l-ợng mòn của các chi tiết khac nhau
trong động cơ. Tuy nhiên ph-ơng pháp này không biết hình dạng mài mòn của
các chi tiết ( quy luật mòn của các chi tiết ) . Ph-ơng pháp đo phóng xạ .
Ng-ời ta cấy chất động vị phóng xạ vào các chi tiết cần nghiên cứu. Khi phân
tích mạt kim loại chứa trong dầu băng máy đo c-ờng đọ phóng xạ sẽ biết đ-ợc

c-ờng độ mòn của chi tiết . Ph-ơng pháp này không cần tháo các chi tiết , tìm
đ-ợc c-ờng độ mòn , xác định đ-ợc l-ợng hao mòn t-ng chi tiết có độ chính
xác cao. Những năm gần đây ng-ời ta đà đề xuất hàng loạt các biện pháp
thống kê. Sự phụ thuộc độ mòn (àm) của các chi tiết hoặc mối tiếp xúc vào
thời gian vận hành có thể đ-ợc xác định bằng ph-ơng trình : I= ao + a1t+ a2t +

a3 t.
Trong ®ã t lµ thêi gian vËn hµnh

ao , a1 , a2 , a3 là các hệ số thu đ-ợc nhờ các ph-ơng pháp xử lí số
liệu.
Tác giả I.B Tartacovxki đề xuất công thức xác định độ mòn các chi tiết :
I= h( 10*t/A -1)
Trong đó A,h là các hệ số tuỳ thuộc vào các số liệu thử nghiệm có thể có giá
trị d-ơng hoặc âm.
Công thức tổng quát áp dụng cho xi lanh và vòng găng piston có dạng :
I= h( 10t/A1 - 10t/A2- 10(t- /A3)
Trong đó :

Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội


Trung tâm sau đại học

12

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

A1, A2, A3 t-ơng ứng là các hệ số độ bền đối với giai đoạn mài rà , làm

việc bình th-ơng và làm viƯc khi cã khÝ ch¸y chui xng c¸cte.

ζ

–

thêi gian vËn hành khi sự tăng lọt khí xuống cacte là đáng kể .

Xác định độ mòn gối đỡ trục khuỷu , bạc lót đầu trên tay biên chốt piston ,
vòng găng , rÃnh piston .
IPh = Io.PbT
Đối với sự tiếp xúc xi lanh vòng găng piston
IXP = Io + at + ab* t2/2
Trong đó Io :độ mòn trong giai đoạn chạy mài rà
a, b là các hệ số đ-ợc xác định bằng thực nghiệm
Từ các công thức nêu trên , rõ ràng là để sử dụng chúng cần phải biết các hệ
số t-ơng ứng đ-ợc xác định bằng các ph-ơng pháp thống kê sự phụ thuộc thực
tế của độ mòn chi tiết và mối tiếp xúc vào thời gian làm việc của động cơ nh-ng những sự phụ thuộc đó lại đ-ợc xác định bởi kết cấu động cơ các chi
tiết của nó và điều kiện vận hành . Tất cả điều đó gây khó khăn cho việc sử
dụng trong thực tế các ph-ơng pháp dự đoán độ mòn . Nh- đà biết , c-ờng độ
mòn của các chi tiết bị ảnh h-ởng đáng kể bởi mức độ bụi trong không khí và
hiệu quả của bộ lọc , chế độ nhiệt , chế độ tải trọng và chế độ tốc độ làm việc
của động cơ .. vv .. Ví dụ c-ờng độ mòn cặp tiếp xúc giữa xi lanh vòng
găng khí cac nhất bị ảnh h-ởng đáng kể của lớp crom phủ vòng găng và độ
dày của nó . Khi đà mòn hoàn toàn lớp phủ crom , mòn tăng nhanh
1.2.3 Quy luật mài mòn trong điều kiện sử dụng thực tế:
Tuy rằng quy luật mài mòn các chi tiết cơ bản của động cơ đà đ-ợc
nghiên cứu cặn kẽ ở các n-ớc phát triển nh-ng trong điều kiện sử dụng ở n-ớc
ta các yếu tố có ảnh h-ởng đến quy luật mòn nh- địa hình , khí hậu , nguồn
nguyên vật liệu nhiên liệu dầu mỡ , phụ tùng thay thế , trình độ công nhân vận

hành và bảo d-ỡng sửa chữa vv dựa chủ yếu vào quy luật mòn của n-ớc
ngoài không hoàn toàn phù hợp với n-ớc ta mà phải điều chỉnh cho phù hợp
Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hµ Néi


Trung tâm sau đại học

13

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

với đặc thù ở Việt Nam. Do đó quy luật mòn của các chi tiết máy đ-ợc đặc
biệt chú y nghiên cứu .
Đặc tính biến đổi đại l-ợng mòn và c-ờng độ mòn các chi tiết phần lớn
các máy móc , trong đó có động cơ phụ thuộc vào ma sát có quy luật chung.
Có thể chia rõ ràng thành 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1 chạy rà ; Giai đoạn 2 Làm việc ; Giai đoạn 3 Mòn khốc
liệt
Giai đoạn thứ nhất là giai đoạn chạy rà các cặp ma sát gồm sự thay đổi
dạng hình học tế vi ban đầu chi tiết đà có sẵn khi gia công . Do sự tiếp xúc của
các phần lồi của 1 bề mặt với các phần lồi của bề mặt kia sảy ra sự ép của
chúng và phá huỷ một phần , tức là trong giai đoạn này là mòn cơ - phần tử
mà mà với các điều kiện không thuận lợi có thể xảy ra x-ớc . Khi đó c-ờng độ
mòn của các chi tiết sẽ lớn hơn rất nhiều lần c-ờng độ mong của các bề mặt
làm việc . Qua phân tích các thành phần hạt mài trong dầu bôi trơn trong quá
trình chạy rà . Trong 20- 30 phút làm việc đầu tiên mật độ của các thành phần
tăng mạnh . Đối với một số thành phần ( Sắt , phốt pho ) mật độ tăng c-ờng
lên đến 10-20 lần . Khi động cơ tiếp tục làm việc mật độ giảm dần xuống làm
giảm c-ờng độ mòn các chi tiết sau 25 đến 30 giờ chạy rà , nồng độ thành

phần trong dầu bôi trơn ổn định lại , chính là trị số kết thúc giai đoạn chạy rà .
Dù cho giai đoạn chạy rà là ngắn , nh-ng có y nghĩa quan trọng vì khi động cơ
làm việc tiếp xúc sẽ không gây h- hỏng các bề mặt ma sát . Trong giai đoạn
chạy mài rà thì độ nhấp nhô bề mặt là đại l-ợng quyết định không phụ thuộc
vào độ nhấp nhô ban đầu. Vì vậy , độ nhấp nhô ban đàu cũng gần độ nhấp nhô
tối -u thì bề mặt ma sát cũng đ-ợc chuẩn bị tốt để tiếp nhận tải trọng, thời
gian cần thiết cho mài rà càng nhỏ .
Giai đoạn thứ hai là các chi tiết làm việc trong giai đoạn vận
hành .Th-ờng cho rằng, trong giai đoạn này độ mòn tỉ lệ thuận với giờ máy
nổ . Tức là tốc độ mòn không đổi nh-ng giả thiết đó chỉ chấp nhận đ-ơc với
Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hµ Néi


Trung tâm sau đại học

14

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

xấp xỉ ban đầu chỉ là sơ bộ . C-ờng độ mòn thực tế phụ thuộc vào các điều
kiện vận hành trong từng giai đoạn riêng có thể khác với đại l-ợng trung bình
một số lần .
Giai đoạn thứ ba , độ mòn của các chi tiết đạt tới trị số giới hạn . Khi
chế độ làm việc bình th-ờng của động cơ bị phá huỷ, còn c-ờng độ mòn bị
tăng đột biến việc tiếo tục vận hành động cơ trở nên không có lợi vì các chỉ số
kinh tế kỹ thuật giảm xuống và có thể xuất hiện h- hỏng nặng . Không phải
lúc nào chuyển từ giai đoạn thứ hai sang giai đoạn thứ ba cũng thể hiện một
cách rõ ràng . Đôi khi quá trình đó kéo dài do tính chống mòn khác nhau của
các mối tiếp xúc chủ yếu; khi đó có thể có các tr-ờng hợp các thông số động cơ

bị giảm đi đáng kể do nhũng trục trặc của cơ cấu phối khí hoặc thiết bị nhiên
liệu , mặc dù độ mòn của các mối tiếp xúc chính ch-a đạt đến trị số giới hạn và
động cơ ch-a cần phải đại tu .
1.2.4 Hao mòn nhóm xilanh, pittông, trục khuỷu
1. Hao mòn xilanh
Trong toàn bộ hành trình của pittông ta thấy các vị trí trên thành xi lanh
làm việc d-ới điều kiện ma sát không giống nhau. Đặc điểm này dẫn đến hao
mòn xi lanh không giống nhau. Tất cả các nhà nghiên cứu đều khẳng định
rằng xi lanh chịu ma sát mòn do bột mài từ không khí và trong dầu nhờn. Các
nàh khoa học đà khẳng định rằng trong một số tr-ờng hợp xilanh động cơ
mòn răng 2 đến 3 lần trong điều kiện bụi lớn hơn 0,12g/m 3. Phân tích thành
phần hoá học hạt mài trong dầu kuregan thấy rằng số lớn là hạt mạt kim loại,
còn thạch anh và chì chiếm tỷ lệ rất nhỏ. Kích th-ớc hạt mà trong dầu biến
dạng trong một giới hạn rộng phụ thuộc vào tình trạng kỹ thuật, chất l-ợng
công tác bảo d-ỡng, chế độ tải và tốc độ của động cơ. Chỉ bằng cách lọc tốt
dầu bôi trơn để hạn chế bột mài vung lên thành xilanh, ng-ời ta đà giảm đ-ợc
hao mòn tới 1,5 đến 2 lần. Velichkin cho rằng khi tăng nhiệt độ thành xilanh
quá giới hạn nhất định sẽ chuyển từ mòn điện hoá sang mòn hoá học. Nhờ
Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội


Trung tâm sau đại học

15

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

nắm đ-ợc cơ chế mòn điện hoá ở xilanh ng-ời ta chế tạo ống lót xilanh có tính
chống ăn mòn cơ hoá, cải tiến hệ thống làm mát để hạn chế hiện t-ợng hơi

n-ớc ng-ng tụ trên thành xilanh và tăng độ bền xilanh lên từ 2 đến 3 lần.
Khrutsov cho rằng xilanh chịu 3 dạng mòn: bột mài, điện hoá và dính. Trong
điều kiện bình th-ờng bao mòn do dính không đáng kể, chỉ khi rà không tốt
hoặc do quá tải mới xảy ra hiện t-ợng này. Một số tác giả còn cho rằng xilanh
chịu hao mòn do mài, do ảnh h-ởng biến dạng khi lắp ráp, ảnh h-ởng của biến
dạng nhiệt, của tải thay đổi. Xilanh bị mòn hình côn theo h-ớng trục, phần
trên mòn nhiều hơn (hình 1-4) biểu thị mòn hình côn của xilanh có chiều dài
khoảng 180mm từ ĐCT đến ĐCD .

Hình I. 4. Đặc điểm mòn h-ớng trục xi lanh và mòn theo đ-ờng kính

Trên hình vẽ ta thấy trị số mòn lớn nhất của xilanh cách ĐCT khoảng 8
đến 10% hành trình của pittông còn trên đó là khu vực gần nh- không có hao
mòn. Nguyên nhân gây mòn hình côn là do áp lực của vòng găng đè lên thành
xilanh ở các vị trí không giống nhau. Trong đó vòng găng thứ nhất chiếm 76%,
thứ hai là 20%, thứ ba chỉ còn 7%. Nhiệt độ của các vị trí trên mặt xilanh khác
nhau. Ví dụ đối với động cơ làm mát bằng n-ớc nhệit độ ở ĐCT khoảng 180

Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội


16

Trung tâm sau đại học

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

đến 250oC còn ở ĐCD khoảng 100oC. Khi nhiệt độ cao ảnh h-ởng đến nhiệt
độ nhớt và tính nhờn của dầu bôi trơn, việc tạo thành màng dầu bôi trơn lên

phía trên rất khó; ngoài ra nó có thể đốt cháy màng dầu phía trên nên làm cho
xilanh ở phía trên mòn nhiều hơn.
Do tính ăn mòn của sản phẩm cháy kết hợp với hơi n-ớc tạo thành của
axit ăn mòn trực tiếp trên thành xilanh. Xilanh còn bị ăn mòn theo hình ôvan
theo chiều đ-ờng kính. Do tác dụng xối dội của luồng hơi hỗn hợp cháy ở phía
đối diện với supáp nạp làm loÃng dầu bôi trơn hoặc rửa sạch dầu bôi trơn,
đồng thời hạ thấp nhiệt độ của thành xilanh và do ăn mòn hoá học nên gay
mòn nhiều. Do điều kiện làm mát của xilanh không đều, phía nào có nhiệt độ
thấp nhiên liệu khó hoá hơi đọng thành giọt làm loÃng dầu hơn phần đó bị
mòn nhiều nhất. Trong cùng một động cơ, đặc điểm hao mòn của xilanh căn
bản giống nhau nh-ng trị số tuyệt đối về hao mòn của chúng không giống
nhau. Những xilanh đầu và cuối vì lạnh hơn nên mòn nhiều hơn. Tuy vậy
ngoài những nguyên nhân trên còn có những nguyên nhân ngẫu nhiên gây nên
hao mòn xilanh. Ví dụ trong hỗn hợp cháy có nhiều cặn bẩn, hạt mài thì mòn
do hạt mài có tác động chính trong quá trình mòn và nơi mòn nhiều nhất sẽ là
nơi có tốc độ di tr-ợt lớn nhất của pittông.
Biện pháp chống hao mòn xilanh. Lắp thêm một đoạn ống lót phụ có độ chống
mòn cao là hợp kim crôm, niken ở phía trên. Làm nh- vậy có thể tăng tuổi thọ
của xilanh lên 1,5 lần. Hạ thấp tỷ số S/D (S: hành trình pittông; D đ-ờng kính
xilanh) mục đích làm giảm tốc độ tr-ợt trung bình của pittông. Xu h-ớng
chung để cải tiến động cơ là giảm tỷ số S/D ở các động cơ hiện đại có S/D < 1.
2. Hao mòn của vòng găng :
Vòng găng và xi lanh phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt . Trong
mỗi tuần hoàn làm việc tốc độ di trựơt từ ĐCT của piston trên thành xi lanh
bằng 0 đến cực đại bằng (20-30) mm/s rồi đến ĐCD lại bằng 0 .
Đ-ờng 1 hình 1-5
Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hµ Néi



Trung tâm sau đại học

17

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

hình I.5 quan hệ giữa tốc độ piston-áp lực vòng găng , nhiệt độ

áp lực vòng găng trên thành xi lanh thay đổi theo hành trình làm việc
( đ-ờng 2 trên hình 1-5 )
Nhiệt độ làm việc cao và phạm vi thay đổi nhiệt độ lớn. Do quá trình
cháy của hỗn hợp ( đ-ờng 3 trên hình 1-5 ) .
Làm việc trong môi tr-ờng có những chất có tính ăn mòn lớn . Màng dầu bôi
trơn luôn bị hỗn hợp cháy làm loÃng vào trong dầu, hỗn hợp cháy có lần hạt
mài, khi mới khởi động bôi trơn kém, các mối quan hệ trên và điều kiện làm
việc là những nhân tố ảnh h-ởng , tác dụng đồng thời đến hao mòn của vòng
găng. Tuổi bền của vòng găng đ-ợc đánh giá việc duy trì lực bung và khe hở
miệng. Vòng găng th-ờng bị hao mòn về kích th-ớc và hình dáng . Hao mòn
theo chiều đ-ờng kính ( chiều dày ), hao mòn theo chiều cao; giảm lực bung ,
tăng khe hở miệng . Trong đó mòn theo chiều đ-ờng kính là quyết định nhất .
Theo thứ tự vòng găng số 1 mòn nhiều nhất, vòng găng dầu cũng có độ mòn
t-ơng tự vì lí do :
Vòng găng số 1 làm việc ở điều kiện nhiệt độ cao, bôi trơn kém, chịu áp lực
khí cháy lớn tới 76% toàn bộ nên mòn nhiều.

Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng §HBK Hµ Néi


Trung tâm sau đại học


18

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

Vòng găng đầu có rÃnh dầu nên tiết diện tiếp xúc bé áp lực trên đơn bị diện
tích lớn, đồng thời nó chịu trực tiếp tác dụng của hạt mài trong dầu bôi
trơn... nên mòn nhiều.
Biện pháp nâng cao độ bền sử dụng cho vòng găng.
Mạ co giÃn xốp cho vòng găng thứ nhất và vòng găng dầu (sẽ chống ăn
mòn tốt đồng thời tích trữ dầu bôi trơn trên bề mặt vòng găng) Dùng loại
vòng găng không đăng áp, giảm chiều cao, tăng chiều dày. Sử dụng vòng găng
tổng hợp bằng thép để nâng cao lực bung. (không sử dụng cho vòng găng số
một vì nhiệt độ cao)
3. Hao mòn của piston
Trong quá trình làm việc của động cơ, piston chịu tải trọng cơ học và tải
trọng nhiệt rất lớn ảnh h-ởng xấu đến độ bền, tuổi thọ piston. Trong quá trình
làm việc bề mặt thân piston làm việc ở trạng thái ma sát nửa khô do thiếu dầu
bôi trơn. Hơn nữa piston bị biến dạng trong quá trình làm việc nên ma sát
càng lớn. Ngoài ra piston luôn tiếp xúc với khí cháy nên bị ăn mòn hoá học
bởi các thành phần axit sinh ra trong quá trình cháy.
4.Hao mòn trục khuỷu bạc lót
Gối đỡ trục khuỷu làm việc trong chế độ bôi trơn thuỷ động, mà bề mặt
bạc lót tách khỏi bề mặt cổ trục khuỷu bằng lớp dầu bôi trơn. Trong điều kiện
đó, độ mòn của các bề mặt tiếp xúc phải là tối thiểu. Nh-ng trong vận hành ở
chế độ khởi động nguội hoặc khởi động cơ sau một thời gian dài không làm
việc mà lại không đủ dầu bôi trơn, thì sẽ xuất hiện ma sát khô hoặc ma sát nửa
khô làm mòn đáng kể gối đỡ. Một số nhà khoa học nh- Day ton khẳng định
ngay trong điều kiện ma sát -ớt đ-ợc hoàn thiện đảm bảo, trục không tiếp xúc
với bạc mà vẫn xảy ra hao mòn do tác động của hạt trong dòng chảy, do hiện

t-ợng biến dạng lớp vi bề mặt d-ới áp suất cục bộ, do chênh lệch điện thế giữa

Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hµ Néi


Trung tâm sau đại học

19

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

trục và bạc, do cả hiện t-ợng hao mòn xâm thực.... Tuy vậy các nhà nghiên
cứu đều cho rằng trục khuỷu bị hao mòn chủ yếu khi điều kiện ma sát -ớt bị
phá hoại, lúc khởi động động cơ, khi tải thay đổi bất th-ờng, khi dầu không đủ
độ nhớt, đủ số l-ợng và áp suất quy định, khi khe hở bạc trục quá mức cho
phép hoặc khi sai lệch hình dáng trục và bạc quá lớn gây ra quá tải cục bộ.
Các cổ trục có đặc điểm mòn không đều, mòn hình côn theo chiều dọc trục,
mòn hình ôvan theo chiều h-ớng kính, khoảng giữa trục mòn nhiều hơn cổ
trục chính vì nó trực tiếp chịu lực khí thể rất lớn, điều kiện bôi trơn kém hơn,
tốc độ tr-ợt lại cao hơn. Thông th-ờng sự chênh lệch này khoảng (10
20%) mòn ôvan là do một chu kỳ tuần hoàn hầu nh- cổ trục chỉ tiếp xúc một
phía. Mòn hình côn do ®Ỉc ®iĨm kÕt cÊu thanh trun lƯch vỊ mét phÝa nên áp
suất phân bố trên cổ trục chỉ tiếp xúc một phía. Mòn hình côn do đặc điểm
kết cấu thanh truyền lệch về một phiá nên áp suất phân bố trên trục không đều
nhau ở phía có áp suất lớn gây mòn nhiều. Do vị trí của đ-ờng dẫn dầu bôi
trơn từ cổ trục khuỷu lên cổ trốt khuỷu có chứa hạt mài văng ra theo lực li
tâm phun theo lỗ phun sẽ có một phía dầu sạch, một phía dầu bẩn nên có mòn
nhiều hơn.
Để nâng cao tuổi bền cđa trơc khủu trong kÕt cÊu hiƯn nay cã gia công

thêm các lỗ lọc dầu li tâm để giữ lại hạt mạt.
1.2.5. ảnh h-ởng của hao mòn đến hoạt động của động cơ.
Trong tất cả các nghiên cứu tr-ớc đây, các nhà khoa học đều cho rằng
hao mòn là nguyên nhân chính làm giảm độ tin cậy, chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật
của động cơ. Trên cơ sở nghiên cứu về hao mòn và ảnh h-ởng của nó đà đề ra
cac chỉ tiêu khác nhau để làm căn cứ đánh giá trạng thái giới hạn của động cơ.
Vôlôskin đ-a ra 5 tiêu chuẩn xác định trạng thái giới hạn

Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Néi


Trung tâm sau đại học

20

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

- Tính năng phục vụ: Vì hao mòn, tính năng máy thay đổi, không đảm
bảo công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, tiêu hao dầu mỡ, điều kiện an
toàn cho ng-ời vận hành.v.v...
- Tốc độ hao mòn: Vì mòn quá giới hạn nào đó tốc độ mòn sẽ tăng cao
quá mức cho phép cho chính chi tiết và cả chi tiết liên quan tới nó.
- Độ bền chắc: Vì mòn, kích th-ớc giảm, tăng biến dạng, tăng dao động...
dễ đ-a đến phá hủy chi tiết....
- Giá thành sửa chữa: Sử dụng giới hạn máy th-ờng xuyên hỏng và hỏng
nặng làm tổng chi phí sửa chữa quá lớn.
- Thời hạn phục vụ: Hao mòn làm độ tin cậy thấp, thời gian phục vụ ngắn,
thời hạn này đ-ợc gọi là thời hạn phục vụ tối -u.
1.2.6. ảnh h-ởng của hao mòn nhóm xylanh, trục khuỷu:

Với mỗi chi tiết động cơ có một khoảng thời hạn phục vụ tối -u để đảm
bảo tính kinh tế, kỹ thuật của động cơ, thời hạn này phụ thuộc vào các tiêu
chuẩn tuỳ thuộc vào từng cặp chi tiết. Chẳng hạn nhóm chi tiết xilanh- piston,
tiêu chuẩn kinh tế nh- tiêu hao dầu nhờn, nhiên liệu là yếu tố chủ yếu quyết
định thời hạn phục vụ, không những thế nhóm chi tiết này còn bị giới hạn bởi
tiêu chuẩn kỹ thuật nh-: Khả năng dễ khởi động, hiện t-ợng lọt khí xuống các
te... cũng t-ơng tự nh- vậy nhóm trục khuỷu bị hạn chế bởi tiêu chuẩn độ bền
chắc, an toàn khi sử dụng, khả năng xảy ra sự cố do cháy bó... không những
thế nhóm này còn bị hạn chế cả bởi tiêu chuẩn kinh tế nh- tiêu hao dầu nhờn
quá lớn do dầu vung lên thành xy lanh quá nhiều, xéc măng không gạt kịp trả
về các te động cơ.
Trong vài chục năm gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của ngành kỹ thuật
về chuẩn đoán động cơ đà thúc đẩy việc nghiên cứu toàn diện và chi tiết ảnh
h-ởng của hao mòn đến hoạt động của động cơ. Việc phát hiện chính xác và
Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội


Trung tâm sau đại học

21

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

kịp thời hao mòn của nhóm chi tiết đà làm giảm đáng kể chi phí sửa chữa và
bảo d-ỡng động cơ. Tuy nhiên do tính chất phức tạp của các quá trình thủy
khí động lực....

Do vậy các kết quả tính toán mới chỉ mang tính chất đ-ợc


tính và định h-ớng cho nghiên cứu b»ng thùc nghiƯm. Thùc tÕ cho tíi nay viƯc
nghiªn cøu ảnh h-ởng của hao mòn đến hoạt động của động cơ vẫn dùng biện
pháp thực nghiệm là chủ yếu. Tùy thuộc vào điều kiện sử dụng với một số
trang bị động lực cỡ lớn nh- trên sông, biển độ mòn cho phép xi lanh và trục
khuỷu trong điều kiện sử dụng còn bị giới hạn bởi hiện t-ợng có thể gây quá
nhiệt các bề mặt làm việc, tạo nên việc phát sinh ra tích tụ hơi dầu bôi trơn
trong các te quá mức cho phép đà gây đến hiện t-ợng mổ các te gây cháy.
1.3. Dầu nhờn dùng trong động cơ và các chất phụ gia trong dầu
1.3.1. Dầu nhờn dùng trong động cơ đốt trong.
Dầu nhờn dùng trong động cơ là nhóm dầu quan trọng nhất trong các
loại dầu bôi trơn. Tính trung bình chúng chiếm khoảng 40% tổng các loại dầu
bôi trơn sản xuất trên Thế giới, ở n-ớc ta hiện nay dầu động cơ chiếm khoảng
70% l-ợng dầu bôi trơn. Tại các n-ớc phát triển khác tình hình cũng t-ơng tự.
Dầu nhờn làm việc trong động cơ có đặc điểm chung. Do kỹ thuật phát triển
nên điều kiện làm việc của dầu bôi trơn ngày càng đa dạng và do vậy những
chức năng mà chúng phải đảm nhiệm cũng tăng lên. Những chức năng chính
của dầu bôi trơn gồm:
- Giảm lực ma sát
- Giảm hao mòn
- Làm mát chi tiết máy
- Bảo vệ chi tiết khỏi bị han gỉ
- Bảo đảm tính kín khít của bộ phận ma sát
- Liên tục làm sạch chi tiết.
Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội


Trung tâm sau đại học

22


Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

Ngoài ra dầu còn phải thỏa mÃn một số yêu cầu khác:
Bảo toàn khả năng làm việc trong một khoảng nhiệt độ, áp suất và tốc
độ tr-ợt rộng. Dễ điền đầy các hõm và mấp mô tế vi trên bề mặt. Tạo sức tr-ợt
lớn theo ph-ơng vuông góc với bề mặt ma sát và nhỏ nhất theo ph-ơng tiếp
tuyến. Không gây nổ và cháy, không gây ảnh h-ởng có hại đến vật liệu chi tiết
(kể cả đối với vật liệu phi kim loại). Đảm bảo bôi trơn với l-ợng dầu ít nhất,
không tạo các cặn nguy hiểm và có hại, ổn định d-ới tác dụng của bức xạ và
môi tr-ờng xâm thực hoá học. Không tạo bọt và tạo nhũ. Tất nhiên không một
loại dầu nào trong thiên nhiên có thể thoả mÃn đ-ợc tất cả các yêu cầu trên.
Do vậy trong từng tr-ờng hợp, tùy theo điều kiện cụ thể cần chọn loại dầu bôi
trơn thích hợp. Ngày nay xu h-ớng c-ờng hoá chế độ làm việc trong các động
cơ đà làm tăng nhiệt độ tại các bề mặt làm việc, dẫn đến quá trình ôxy hoá
tạo nhựa dính và cặn diễn ra mạnh mẽ. Chất l-ợng dầu nhờn sử dụng trong
các động cơ giảm dần do các yếu tố: Nhiệt độ làm việc của các cụm chi tiết,
nhiên liệu sử dụng, điều kiện môi tr-ờng động cơ làm việc. Nhiệt độ làm việc
trong buồng đốt của động cơ có thể tiến tới 2000 oc hoặc lớn hơn, đồng thời có
nồng độ ôxy đậm đặc, dầu nhờn bị ôxy hoá mạnh tạo thành các muội than.
Nhóm xi lanh piston vòng găng nhiệt độ làm việc từ 150 300oc ở điều
kiện nhiệt độ nh- vậy dầu dễ bị ôxy hoá tạo sơn phủ bám chặt trên thành
xilanh, piston , vòng găng gây bó kẹt, cháy vòng găng, piston. ở các tổ chức
nơi chứa dầu nhiệt độ khoảng 70 80oc ở nhiệt độ này các quá trình biến chất
dầu nhờn xảy ra chậm hơn, kết quả là dầu nhờn bị ôxy hoá tạo ra các a xit,
nhựa, cặn kết tủa ...làm cho chất l-ợng dầu nhờn bị giảm dần.
Trong khi động cơ làm việc, hỗn hợp cháy không hết, lọt xuống đáy
dầu làm loÃng dầu nhờn, các khí cháy lọt xuống đáy dầu làm cho dầu nhanh
bị đen, đồng thời trong khÝ ch¸y cã khÝ SO2, SO3, NO2,NO3 lät xuèng đáy dầu
tác dụng với n-ớc lẫn trong dầu tạo nên các axit mạnh gây ăn mòn các chi tiết

máy.
Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Néi


Trung tâm sau đại học

23

Tr-ờng ĐHBK Hà Nội

Ngoài những đặc điểm chung, dầu bôi trơn cho động cơ xăng và động
cơ điêzen có những đặc điểm riêng.
Động cơ xăng: Phụ tải ở các bề mặt làm việc không lớn, hàm l-ợng l-u
huỳnh trong nhiên liệu thấp do đó dầu nhờn ít bị biến chất. Mặt khác do động
cơ khởi động nguội, nhiệt độ làm việc th-ờng thấp hơn quy định dẫn đến một
l-ợng n-ớc đáng kể tạo nên sẽ ng-ng tụ lại lọt xuống đáy dầu làm l-ợng n-ớc
trong dầu tăng, tăng quá trình ôxy hoá dầu, tạo nên lớp cặn bùn mềm và rất
nhớt không thể truội khỏi bề mặt bám dính nh-ng có thể dễ dàng lau sạch.
Động cơ điêzen: Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao,
phụ tải lớn, điều kiện cho cháy nổ gần nh- lý t-ởng. Do đó hiện t-ợng ng-ng
tụ hơi n-ớc và lẫn nhiên liệu không phải vấn đề nghiêm trọng. Điều quan tâm
nhất đối với động cơ điêzen là hàm l-ợng l-u huỳnh trong nhiên liệu cao. Khí
cháy tạo ra SO2, SO3 khi tiÕp xóc víi n-íc (mét l-ỵng nhỏ) tạo ra axit mạnh,
gây ăn mòn các chi tiết máyvà là tác nhân xúc tác làm tăng tốc độ biến chất
của dầu nhờn. Mặt khác nhiệt độ buồng đốt cao khả năng tạo muội, sơn dính
cao hơn động cơ xăng làm cho dầu nhờn nhanh bị đen và biến chất vì vậy thời
hạn thay dầu ngắn hơn động cơ xăng.
Xuất phát từ đặc điểm nêu trên, để đảm bảo cho động cơ làm việc tốt với độ
tin cậy và hiệu quả cao dầu nhờn dùng cho động cơ phải thỏa mÃn các yêu cầu

sau:
Phải có độ nhớt thích hợp, độ nhớt dầu bôi trơn động cơ là một tính chất
quan trọng và cơ bản, nó là một yếu tố tạo thành màng dầu bôi trơn ở điều
kiện bôi trơn thủy động cũng nh- bôi trơn thủy động đàn hồi. Ngoài ra độ
nhớt xác định điều kiện của động cơ có thể khởi động dễ dàng ở điều kiện
lạnh, chịu đ-ợc sự sinh nhiệt trong các ổ đỡ, xi lanh, độ nhớt đánh giá khả
năng làm kín của dầu, mức độ tiêu hao và thất thoát độ nhớt là một trong
những chỉ tiêu quan trọng trong việc theo dõi và đánh giá chất l-ợng của dầu
Học viên: Trần Hà Thọ - Cao Học 2005
Bộ môn: Động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ờng ĐHBK Hà Nội