Câu 1 Trình bày nhiệm vụ và nguyên lí hoạt động của hệ thống làm mát( van hằng nhiệt đặt trên đƣờng nƣớc vào) trên xe? Nhiệm vụ Trong khi động cơ hoạt động, nhiệt độ ở trong các xi lanh rất cao, ở kỳ.
Trang 1Câu 1: Trình bày nhiệm vụ và nguyên lí hoạt động của hệ thống làm mát( van hằng nhiệt đặt trên đường nước vào) trên xe?
Nhiệm vụ: Trong khi động cơ hoạt động, nhiệt độ ở trong các xi lanh rất cao, ở kỳ
nổ có thể đạt tới hàng ngàn độ, do vậy động cơ cần phải có hệ thống làm mát để thoát nhiệt kịp thời cho các chi tiết bị nóng quá và giữ cho động cơ luôn làm việc trong khoảng nhiệt ổn định có như vậy thì mới có thể đảm bảo cho nó hoạt động được bình thường với tuổi thọ và độ tin cậy cao
Nguyên lí hoạt động: Phần giới thiệu: Hiện nay có hai phương pháp làm mát động
cơ: làm mát bằng chất lỏng và làm mát bằng không khí Phần lớn các động cơ đốt trong đặt trên ôtô sử phương pháp làm mát bằng nước và chỉ một số rất ít được làm mát bằng không khí Dù là làm mát bằng phương pháp nào thì khu vực cần tập trung làm mát cũng chính là thành xi lanh và nắp máy, vì đây là khu vực tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có nhiệt độ rất cao Làm mát bằng nước thì bao quanh các xi lanh và các nắp máy phải có các khoang chứa nước làm mát (các áo nước) Chất lỏng làm mát thường là nước có pha thêm các chất phụ gia hoặc chất lỏng chuyên dùng Trước đây các động cơ chủ yếu sử dụng nước để làm mát, bởi vậy hệ thống làm mát bằng chất lỏng thường được gọi một cách đơn giản là hệ thống "làm mát bằng nước" Hệ thống làm mát bằng chất lỏng có thể được phân biệt theo phương pháp truyền nhiệt: hệ thống làm mát bằng đối lưu và hệ thống làm mát cưỡng bức Hệ thống làm mát cưỡng bức được sử dụng rộng rãi hơn nhờ có khả năng chuyển tải lượng nhiệt rất lớn và hiệu quả làm mát cao
Khi động cơ hoạt động, chất lỏng được lưu thông nhờ bơm ly tâm Bơm này cùng với quạt gió được dẫn động bằng dây đai từ một pu li trên đầu trục khuỷu Bơm đẩy nước đi vào các khoang làm mát trên thân máy và trong nắp máy, sau đó nước được dẫn ra qua van hằng nhiệt rồi trở lại bơm nước tạo thành một vòng tuần hoàn kín Nhờ
có van hằng nhiệt nước có thể được lưu thông theo một trong hai vòng tuần hoàn lớn hoặc nhỏ tuỳ theo chế độ nhiệt của động cơ
Khi động cơ nguội (mới nổ máy), nhiệt độ nước còn thấp hơn 70° C thì van nhiệt đóng, nước lưu thông theo vòng tuần hoàn nhỏ: từ van hằng nhiệt theo ống nối 4 tới bơm rồi lại đi vào thân máy để làm mát, nghĩa là nước không đi qua két làm mát, do vậy nó nóng lên nhanh chóng Nhờ vậy mà động cơ nhanh chóng đạt được chế độ nhiệt định mức (80- 100° C)
Khi động cơ đã nóng, nhiệt độ nước vượt quá 70° C thì van nhiệt tự động mở ra và lúc này nước làm mát lưu thông theo vòng tuần hoàn lớn, lần lượt đi qua các bộ phận sau: bơm - các khoang làm mát trong thân và nắp máy - van hằng nhiệt - đường ống - két nước - đường ống - bơm Lúc này nước được làm mát tại két nước nhờ có luồng không khí thổi qua két nước Nhiệt độ nước làm mát ở khu vực vừa ra khỏi động cơ được đo bằng một cảm biến nhiệt và báo lên đồng hồ đặt trên bảng tablô của xe
Câu 2: Trình bày công dụng, vẽ sơ đồ khối, trình bày hệ thống bôi trơn ( cacte ướt) trên động cơ ?
Trang 2Công dụng: Khi động cơ làm việc, có rất nhiều chi tiết trong động cơ tiếp xúc và
chuyển động tương đối với nhau Khi đó, nhiệt độ sẽ tạo và ở các bề mặt và lượng nhiệt này sẽ càng lớn đối với những chi tiết trong buồng cháy Hệ thống bôi trơn trên động cơ đốt trong có nhiệm vụ cung cấp một lượng dầu bôi trơn với áp suất và kuuw lượng thích hợp đến các bề mặt của những chi tiết máy có chuyển động tương đối với mục đích:
- Làm giảm ma sát cho các chi tiết chuyển động và giúp các chi tiết ăn khớp đều với nhau
LỌC THÔ
PHAO HÚT DẦU
VAN AN TOÀN VAN AN TOÀN
VAN KHỐNG CHẾ
Trang 3Nguyên lí làm việc: Bơm dầu được dẫn động từ trục cam hoặc trục khuỷu Dầu trong
cacte được hút và bơm qua phao hút dầu Phao có lưới chắn để lọc sơ bộ những tạp chất có kích thước lớn Ngoài ra phao có khớp động nên luôn nổi trên mặt thoáng để hút được dầu, kể cả khi động cơ nghiêng Sau bơm, dầu có áp suất cao ( sấp sỉ
10kg/cm2) chia thành 2 nhánh Một nhánh đến két làm mát để làm mát rồi về cacte Nhánh còn lại qua bầu lọc thô đến đường dầu chính Từ đường dầu chính, dâu theo đường nhánh đi bôi trơn trục khuỷu sau đó đến bôi trơn đầu to thanh truyền, chốt piston và theo đường dầu đi bôi trơn trục cam… Cũng từ đường dầu chính một lượng dầu khoảng 15-20% lưu lượng dầu chính đến bầu lọc tinh Tại đây những phần tử nhỏ được giữ lại nên dầu được lọc rất sạch Sau khi ra khỏi lọc tinh áp suất nhỏ dầu được chảy về cacte
Van an toàn có tác dụng trả dầu về phía trước bơm khi động cơ làm việc ở tốc độ cao Đảm bảo áp suất dầu trong hệ thống không đổi ở mọi tốc độ làm việc của động
cơ
Khi bầu lọc thô bị tắc, van an toàn của bầu lọc thô sẽ mở, dầu bôi trơn vẫn lên được đường ống chính Bảo đảm cung cấp lượng dầu đầy đủ để bôi trơn các bề mặt ma sát Khi nhiệt độ quá cao (khoảng 800C) do độ nhớt giảm, van khống chế lưu lượng sẽ đóng hoàn toàn để dầu qua két làm mát rồi trở về cacte
Hệ thống bôi trơn cacte ướt có điểm hạn chế là do dầu bôi trơn chứa hết trong cacte, nên cacte sâu và làm tăng chiều cao của động cơ Dầu bôi trơn tiếp xúc với khí cháy nên giảm tuổi thọ của dầu
Câu 3: Trình bày công dụng và hệ thống phân phối khí truyền thống trên động
cơ đốt trong, phân tích ƣu nhƣợc điểm của từng loại?
Công dụng: Cơ cấu phân phối khí trên động cơ đốt trong có công dụng thực hiện
quá trình thay đổi môi chất: thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xylanh và nạp đầy môi chất mới ( không khí hoặc hòa khí) và xylanh giúp cho động cơ làm việc liên tục
Hệ thống phân phối khi truyền thống:
Bố trí supap đặt: Cơ cấu phân phối khí supap đặt thường dùng trên động cơ xăng có
tỷ số nén thấp và số vòng quay không lớn lắm
Bố trí supap treo: Cơ cấu phân phối khí supap treo dùng rất phổ biến trên động cơ
diesel và đa số các động cơ xăng hiện nay Do kết cấu của loại này làm cho buồng cháy nhỏ gọn, giúp động cơ có thể tăng tỷ số nén
động cơ
- Kết cấu của nắp xylanh đơn giản và dẫn động xupap cũng dễ dàng
- Buồng cháy rất gọn
- Diện tích bề mặt truyền nhiệt nhỏ nên làm giảm tổn thất nhiên liệu
- Đối với động cơ xăng, khi dùng cơ cấu này có
Trang 4thể tăng tỷ số nén thêm từ 0,5-2 so với bố trí supap đặt
- Đường nạp và đường thải thông thoáng, làm cho sức cản khí động cơ nhỏ và tăng được hệ số nạp 5-7%
Nhược điểm - Buồng cháy không gọn
- Diện tích truyền nhiệt lớn nên tính kinh tế của động cơ kém( tiêu hao nhiên liệu, giảm hệ số nạp,…)
Câu 4: Phân tích đặc điểm kết cấu của pistong? Phân tích và giải thích chốt
- Kết cấu đơn giản
Dễ chế tạo Phổ biến nhất
- Độ cứng vững cao
- Khối lượng có thể giảm do không bố trí đường gân dưới đỉnh
- Ít kết muội than
- Dùng trong động
cơ xăng có buồng cháy chỏm cầu dùng supap treo Động cơ xăng 2 thì cỡ nhỏ
- Diện tích chịu nhiệt lơn hơn đỉnh bằng
- Phần lõm có thể là toàn đỉnh hoặc một phần
- Tạo ra xoáy lố trong quá trình nén và cháy
- Dùng trong động cơ xăng( buồng cháy chõm cầu) và động cơ diesel (buồng cháy dự
bị xoáy lốc) Động cơ diesel 4 kỳ hoặc 2 kỳ
có buồng cháy thống nhất
Trang 5và xylanh
Chiều dài thân pistong Vị trí của lỗ bệ
chốt pistong
Hình dạng của thân piston
Phải nhỏ để dẫn hướng tốt
- Pistong dài: giảm lực ngang
N, tăng ma sat, tăng khối lượng gây tổn thất nhiều
- Pistong nhỏ quá: áp suất nén trên xylanh lớn, tác dụng dẫn hướng kém
- Đối với động cơ 2 kỳ, thân pistong phải đủ dài để bảo hoạt động của 2 cửa
- Thường đặt ở vị trí cao hơn trọng tâm phần thân:
+ Để hạn chế chuyển động quay quanh chốt do ma sát khi làm việc
+ Để áp suất phân
bố lên thân đều hơn
- Thường lấy Hch = (0,6-0,74) Ht
- Tiết diện nagng hình oval, vát 2 phía đầu bệ chốt:
+ Khi pistong
bị biến dạng không bị bó kẹt trong xylanh + Giảm bớt khối lượng
Pistong ở trạng thái nguội sẽ không có dạng hình tròn hoặc hình trụ mà đỉnh pistong
hình oval và thân pistong hình côn với đầu trên nhỏ(nơi tiếp xúc với khí cháy), đầu
để làm tăng diện tích tiếp xúc
- Dùng rãnh chắn nhiệt trên hoặc bố trí sécmăng khí thứ nhất gần khu vực nước làm mát
- Dùng xécmăng để bao kín:
+ Thông thường áp suất khí thể càng cao, tốc độ động cơ thấp, đường kính xylanh lớn thì phải chọn nhiều xécmăng
Để tăng độ cứng vững, độ bền cho đỉnh
và bệ chốt pistong
Trang 6dưới lớn Mục đích của cả 2 điều trên đều là do sự giản nở không đều của pistong khi làm việc Để khi đang làm việc, pistong bị biến dạng do lực khí thể Pz , lực ngang N
và nhiệt tác dụng thì pistong không bị bó kẹt trong xylanh, đảm bảo sự hoạt động của động cơ Pistong được giãn nở thì sẽ có hình dạng mặt tròn, thân trụ như chúng ta vẫn hình dung
Phân tích và giải thích chốt pistong lệch tâm : (không rõ)
Thiết kế chốt pisong lệch tâm nhằm giảm lực ngang N và giảm va đập ở kỳ nổ, cũng như giảm tiếng gõ động cơ
Tâm chốt pít tông lệch khỏi đường tâm xylanh (Là phương án đơn giản hơn, do vẫn giữ đường tâm xy lanh thẳng góc với đường tâm trục khuỷu và cùng nằm trong một mặt phẳng như trong cơ cấu KT- TT giao tâm)
Muốn giảm lực tác dụng ngang N nên độ lệch tâm phải lệch về phía chiều quay của trục khuỷu Nghĩa là, chiều quay của trục khuỷu phải (theo chiều kim đồng hồ) thì
độ lệch ắc cũng nằm phía bên phải
Câu 5: Vẽ đồ thị (P-V, T-s) và thiết lập công thức tính kinh tế (hiệu suất nhiệt) và tính hiệu quả (áp suất trung bình) của chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp đối với động cơ không tăng áp?
Với: - Lt : J/ chu trình- Công môi chất tạo ra trong một chu trình
- Nhiệt do nguồn nóng cấp cho môi chất trong một chu trình:
Q1 = Q1v+ Q1p = cv.(T5 – T2) + cp.(T3 – T5) = cv. T1.εk-1.[ (λ-1) + k.λ(ρ-1)]
- Nhiệt do môi chất nhả cho nguồn lạnh trong một chu trình:
Q2 = cv.(T4 – T1) = cv T1.(λρk
-1)
Trang 7Tính hiệu quả thể hiện qua áp suất trung bình:
[ (λ-1) + k.λ(ρ-1)] (N/m2
)
Câu 6: Vẽ đồ thị (P-V, T-s) và thiết lập công thức tính kinh tế (hiệu suất nhiệt) và tính hiệu quả (áp suất trung bình) của chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp đối với động cơ không tăng áp?
Với: - Lt : J/ chu trình- Công môi chất tạo ra trong một chu trình
- Nhiệt do nguồn nóng cấp cho môi chất trong một chu trình: Q1= cp.(T3 – T2)
- Nhiệt do môi chất nhả cho nguồn lạnh trong một chu trình: Q2= cv.(T4 – T1)
Tính hiệu quả thể hiện qua áp suất trung bình:
( ) (N/m2)
Câu 7: Vẽ đồ thị (P-V, T-s) và thiết lập công thức tính kinh tế (hiệu suất nhiệt) và tính hiệu quả (áp suất trung bình) của chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích đối với động cơ không tăng áp?
Đồ thị:
Trang 8Tính kinh tế thể hiện qua hiệu suất nhiệt:
Trang 9+ Do đường cấp nhiệt đẳng tích dốc hơn đường cấp nhiệt đẳng áp nên để đạt được
Pt giống nhau, thì điểm c cuối quá trình nén của chu trình đẳng tích phải nằm thấp hơn điểm c’(điểm cuối quá trình nén của chu trình đẳng áp) Để đảm bảo Q1 như nhau thì điểm z phải nằm trên đường P = Pz = Const và nằm bên phải điểm z’
Q1p = Smc’z’n’ và Q1v = Smczn
+ Nhiệt lượng môi chất nhả cho nguồn lạnh tương ứng với các diện tích:
Q2p= Smob’n’ và Q2v= Smobn
+ Suy ra Q2p < Q2v và theo (1) thì ηtp > ηtv có nghĩa là hiệu suất nhiệt ηtp của
chu trình đẳng áp lớn hơn hiệu suất nhiệt ηtv của chu trình đẳng tích, còn hiệu suất
ηth của chu trình hỗn hợp nằm ở giữa 2 hiệu suất trên (ηtp > ηth > ηtv )
Câu 9: Vẽ sơ đồ và trình bày diễn biến của quá trình nạp trên động cơ 4 kỳ
không tăng áp của chu trình thực tế?
a Đồ thị:
Trang 10Câu 10: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nạp, thải?
1 Tỷ số nén ε:
Ảnh hưởng của tỷ số nén ε tới hệ số nạp ηv được thể hiện ở công thức:
Qua tỷ lệ
, theo quan hệ tỷ lệ thuận
- Khi tăng ε sẽ làm giảm
và qua đó làm giảm ηv (trường hợp có quét buồng cháy) Chỉ đúng với trường hợp γt = 0
- Khi tăng ε sẽ làm cho ηv có xu hướng tăng (trường hợp không có quét buồng cháy) Bởi vì khi giảm ε sẽ làm tăng thể tích Vc vì vậy lượng khí sót sẽ gia tăng qua đó tăng γr và làm tăng tích số (γr , Tr) làm ηv có xu hướng giảm
- Ngoài ra, khi tăng ε sẽ làm sản vật cháy được giãn nở triệt để khiến nhiệt độ
thành xylanh thấp hơn, kết quả sẽ làm giảm chút ý giá trị ∆T dẫn đến có lợi cho
hệ số nạp ηv.
2 Áp suất cuối quá trình nạp P a :
Áp suất cuối quá trình nạp Pa gây ảnh hưởng trực tiếp tới ηv Muốn tăng Pa để tăng hệ số nạp cần giảm tổn thất ∆Pk nhờ giảm
và giảm cản cho đường ống nạp(bằng cách bố trí hợp lí các xupap, đường ống nạp lớn, ít xảy ra tổn thất cục bộ,…) Trong động cơ 4 kỳ ηv tỉ lệ thuận với ( ε ) Vì vậy, trong điều kiện bị hạn chế về vị trí đặt xupap cần ưu tiên mở rộng tiết diện lưu thông của xupap nạp, mắc dù phải thu nhỏ tiết diện lưu thông của xupap xả Trong
trường hợp ấy đều tăng nhưng chỉ tăng 1 lần còn tăng ε lần
Trang 11Và vậy khi tăng ( ε ) , dẫn đến ηv tăng
3 Nhiệt độ và áp suất trước xupap nạp T k , P k :
- Nhiệt độ buồng cháy cao nên khi tăng Tk sẽ làm giảmchênh lệch nhiệt độ giữa thành xylanh và môi chất, qua đó làm giảm ∆T nên tăng ηv
- Nếu tăng Pk tức là làm cho khí sót bị nén bởi Pk , đồng thời do môi chất mới vào nhiều nên được sấy nóng ít hơn (∆T2 < ∆T1 ), kết quả là khi tăng Pk thì ηv
sẽ tăng
4 Áp suất khí sót Pr:
- Nếu Tr không đổi, khi tăng Pr sẽ làm tăng lượng khí sót gây giảm hành trình hút
và giảm lượng môi chất mới của chu trình và giảm hệ số nạp ηv
- Trong trường hợp tăng Pr, do giảm bớt tiết diện lưu thông của xupap xả để tăng cho supap nạp, cugnx làm tăng Pa do vậy ηv tăng
- Nếu tăng Pr do lắp bìnhtiêu âm hoặc một thiết bị cản nào đó trên đường thải và không quét buồng cháy sẽ làm giảm hệ số nạp ηv Mức ảnh hưởng của Pr tới ηvcòn phụ thuộc vào tỷ số nén ε Nếu tỷ số ε lớn, ảnh hưởng của Pr tới ηv sẽ ít hơn
5 Nhiệt độ khí sót T a :
Ta có thể thấy rằng tích số λt.γr .Trsẽ gây ảnh hưởng tới hệ số nạp ηv Nếu tăng Tr khi α không đổi thì λt = Const, γr giảm và làm tăng Ta thì trong điều kiện này không gây ảnh hưởng đến ηv Bởi vì khi trộn lẫn môi chất mới với khí sót sẽ làm giảm mạnh thể tích khí sót( do nhiệt độ khí sót sẽ giảm nhiều khi trộng với môi chất mới), nhường thêm thể tích cho môi chất mới đi vào Phần tăng thể tích của môi chất mới bù trừ phần giảm của nó do tăng nhiêt độ Ta gây nên
6 Nhiệt độ sáy nóng đối với môi chất mới ∆T:
Ta thấy khi ∆T tăng thì sẽ làm giảm hệ số nạp ηv Để hạn chế người ta bố trí đường nạp ở khu vực có nhiệt độ thấp cách ly với hệ thống đường thải và nước nóng( động cơ diesel) hoặc sấy nóng xăng trên đường nạp để xăng dễ bay hơi, sau đó hòa trộn với không khí để hình thành hòa khí đi vào động cơ bằng cách cuốn đường nạp bằng đường xả hoặc đường nước nóng(động cơ xăng)
7 Ảnh hưởng của thành phần hòa khí α và tải tới ηv:
- Ở động cơ diesel: giảm hệ số dư không khí α, nghĩa lòa làm tăng lượng nhiên lieeujcho chu trình gct để tăng tải cho động cơ, do đó sẽ làm tăng nhiệt độ thành xylanh, dẫn đến tăng nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới ∆T, dẫn đến kết quả làm giảm ηv
- Ở động cơ xăng: Nhiên liệu trong hòa khí bay hơi, sẽ hút nhiệt của môi chất trên đường vào trong xylanh làm cho nhiệt độ của hòa khí giảm một lượng
∆Tb.h , mặt khác hơi nhiên liệu trong hòa khí cũng làm giảm phần áp suất không
Trang 12khí Nếu ảnh hưởng của của yếu tố thứ nhất vượt qua yếu tố thứ hai sẽ làm tăng
ηv , tuy nhiên không đáng kể Teong trường hợp hòa khí nhận nhiệt độ thành xylanh sẽ gây ảnh hưởng chính làm cho ηv tăng theo α
8 Ảnh hưởng của số vòng quay n tới ηv:
Tốc độ n gây ảnh hưởng lơn nhất tới ηv, khi tăng n sẽ làm tăng tốc độ môi chất
đi qua xupap nạp cũng như xupap xả, làm giảm Pa và làm tăng Pr , mặ khác cũng làm giảm ∆T(do giảm thời gian tiếp xúc), kết quả làm giảm ηv Đây là nguyên nhân chính hạn chế công suất cực đại của động cơ cao tốc
Câu 11: Trình bày diễn biến và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nén trên động cơ 4 kỳ không tăng áp?
1 Tốc độ động cơ:
Khi tăng số vòng quay sẽ làm tắng số chu trình trong 1 giây, qua đó làm tăng trạng thía nhiệt của các chi tiết trong xylanh, giảm thời gian rò khí và thời gian tiếp xúc giữa môi chất mới và thành xylanh Kết quả của những thay đổi trên sẽ làm cho môi chất mới tản nhiệt ít hơn, khiến chỉ số nén đa biến trung bình n1 (phản ánh mức độ trao đổi giữa môi chất và thành
xylanh) sẽ tiến sát tới chỉ số nén đoạn nhiệt k1 Như vậy tăng tốc độ động cơ
sẽ àm tăng n1
Nếu tăng tốc độ động cơ n, áp suất phía sau bướn ga càng giảm nhanh, điều kiện ấy khiến nhiên liệu bay hơi nhanh, làm n1 tăng nhanh
2 Phụ tải của động cơ:
Khi tăng tải sẽ làm tăng trạng thái nhiệt và nhiệt độ trung bình của thành xylanh, qua đó làm tăng nhiệt lượng cung cấp cho môi chất ở đầu quá trình nén, kết quả làm tăng n1 Ảnh hưởng trên của tải tới n1 của động cơ xăng rất nhỏ, nhưng thể hiện khác nhau ở động cơ xăng: khi chạy tốc độ lớn tải gây ảnh hưởng ít tới n1 ; ở tốc độ thấp, tải gây ảnh hưởng lớn tới n1 do việc bay hơi của xăng
3 Tình trạng kỹ thuật:
Nếu pistong- xylanh mòn nhiều sẽ làm tăng lọt khí, gây mất nhiệt và làm giảm n1 Trường hợp có muội than bám trên đỉnh pistong, mặt nắp xylanh hoặc có lớp cặn bám trên mặt tiếp xúc với môi chất làm mát của xylanh sẽ ngăn tản nhiệt của môi chất và làm tăng n1
Nếu tăng tỷ số nén ε sẽ làm tăng Pc và Tc , do đó sẽ làm tăng phần tản nhiệt cho xylanh và làm giảm n1
Tất cả cấc biện pháp nhằm giảm nhiệt độ trung bình của xylanh như: tăng tốc độ tuần hoàn của nước làm mát, làm mát đỉnh pistong, đều làm giảm n1
4 Kích thước xylanh( đường kính D của xylanh và hành trình S của pistong):