NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2 1 Động cơ 4 kỳ 2 1 1 Động cơ 1 xy lanh Động cơ xăng Hành trình nạp (Kỳ nạp) Pít tông từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD), xu páp nạp mở.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2 1 Động cơ 4 kỳ 2 1 1 Động cơ 1 xy lanh Động cơ xăng Hành trình nạp (Kỳ nạp) Pít tông từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD), xu páp nạp mở.

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1 Động cơ 4 kỳ

2.1.1 Động cơ 1 xy lanh

* Động cơ xăng:

- Hành trình nạp (Kỳ nạp): Pít tông từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới

(ĐCD), xu páp nạp mở, do chênh lệch áp suất, Hòa khí bên ngoài đi vào vào xy lanh, khi pít tông đến ĐCD xu páp nạp đóng lại Trục khuỷu quay được 1800

Hình 1 Sơ đồ hành trình nạp

- Hành trình nén (Kỳ nén): Pít tông đi từ ĐCD lên ĐCT: Vì hai xu páp đóng kín nên

hòa khí bị nén lại, khi pít tông lên đến ĐCT thì hòa khí bị nén lại nhiều nhất, kết thúc quá trình nén Trục khuỷu đã quay được 3600

Hình 2 Sơ đồ hành trình nén

- Hành trình cháy - giãn nở, sinh công (Kỳ nổ): Cuối quá trình nén, bugi bật tia lửa

điện đốt cháy hỗn hợp hòa khí, hòa khí cháy, giãn nỡ đẩy pít tông đi từ ĐCT đến ĐCD làm trục khuỷu quay sinh công, khi pít tông đến ĐCD, kết thúc quá trình cháy – giãn nở, sinh công Trục khuỷu đã quay được 5400

Hình 3 Sơ đồ hành trình nổ

- Hành trình thải sản vật cháy (Kỳ thải): Pít tông từ ĐCD lên ĐCT, xu páp thải mở

dần, sản vật cháy bị đẩy ra ngoài nhờ áp suất khí cháy và sức đẩy cưỡng bức của pít tông, khi pít tông đến ĐCT là kết thúc quá trình thải và hoàn thành một chu trình công tác của động cơ xăng 4 kỳ, xu páp thải đóng lại Trục khuỷu quay được góc 7200 tương ứng trục cam quay được một vòng

Hình 4 Sơ đồ hành trình thải

* Động cơ Diesel:

- Hành trình nạp (Kỳ nạp): Pít tông từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới

(ĐCD), xu páp nạp mở, do chênh lệch áp suất, không khí bên ngoài đi vào vào xy lanh, khi pít tông đến ĐCD xu páp nạp đóng lại Trục khuỷu quay được 1800

- Hành trình nén (Kỳ nén): Pít tông đi từ ĐCD lên ĐCT: Vì hai xu páp đóng kín nên

không khí bị nén lại, khi pít tông lên đến ĐCT thì không khí bị nén lại nhiều nhất, kết thúc quá trình nén Trục khuỷu đã quay được 3600

- Hành trình cháy - giãn nở, sinh công (Kỳ nổ): Cuối quá trình nén, nhiên liệu (dầu

Diesel) được phun vào buồng cháy dưới dạng hạt nhỏ li ti như sương mù nhờ có bơm cao

áp và vòi phun Những hạt dầu nhỏ tiếp xúc với không khí nén có nhiệt độ cao và tự bốc cháy sinh ra áp lực đẩy pít tông đi từ ĐCT đến ĐCD làm trục khuỷu quay sinh công, khi pít tông đến ĐCD, kết thúc quá trình cháy – giãn nở, sinh công Trục khuỷu đã quay được

5400

- Hành trình thải sản vật cháy (Kỳ thải): Pít tông từ ĐCD lên ĐCT, xu páp thải mở

dần, sản vật cháy bị đẩy ra ngoài nhờ áp suất khí cháy và sức đẩy cưỡng bức của pít tông, khi pít tông đến ĐCT là kết thúc quá trình thải và hoàn thành một chu trình công tác của động cơ xăng 4 kỳ, xu páp thải đóng lại Trục khuỷu quay được góc 7200 tương ứng trục cam quay được một vòng

2.1.2 Động cơ nhiều xy lanh

4.1 Động cơ 4 kỳ, 4 xy lanh:

- Ở động cơ 4 xy lanh, góc lệch công tác φ = 1800 τ/i = 1800.4/4 = 1800 Ví dụ: Thứ

tự nổ của động cơ 1-3-4-2

Hình 5 Cơ cấu trục khuỷu động cơ 4 xy lanh thẳng hàng

Hình 8.2 Thứ tự nổ động cơ 4 xy lanh thẳng hàng

4.2 Động cơ 4 kỳ, 6 xy lanh thẳng hàng:

Động cơ 4 kỳ, 6 xy lanh thẳng hàng có góc lệch công tác φ = 1800.τ/i = 1800.4/6 =

1200 Ví dụ: Thứ tự nổ cảu động cơ 1- 5 - 3 - 6 - 2- 4

Hình 6 Cơ cấu trục khuỷu động cơ 6 xilanh thẳng hàng

Hình 8.4 Thứ tự nổ động cơ 6 xilanh thẳng hàng

4.3 Động cơ 4 kỳ, 6 xy lanh bố trí dạng chữ V:

Người ta bố trí động cơ hình chữ V với mục đích là rút ngắn chiều dài động cơ, tăng

độ ổn định cho động cơ

Động cơ V6 có góc lệch giữa hai đường tâm xy lanh là 900 Động cơ sử dụng thanh truyền đồng dạng, trên một chốt khuỷu bố trí hai thanh truyền Góc lệch công tác 90º + 150º, Ví dụ : Thứ tự nổ của động cơ:

Hình 7 Cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền động cơ V6

Hàng bên trái : máy 1, máy 3, máy 5, Hàng bên phải : máy 2, máy 4, máy 6

Hình 8 Thứ tự nổ động cơ V6

4.4 Động cơ 4 kỳ, 8 xy lanh:

Góc lệch công tác φ = 1800.τ/i = 1800.4/8 = 900, Ví dụ: Thứ tự nổ của động cơ 1 – 3 – 4 – 2 – 5 – 7 – 8 – 6

Hình 9 Cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền động cơ 8 xy lanh

Hình 10 Thứ tự nổ động cơ 8 xy lanh

2.2 Động cơ xăng 2 kỳ

2.2.1.Cấu tạo:

Hình 11 Cấu tạo động cơ 2 kỳ

Động cơ xăng hai kỳ về mặt cấu tạo tương tự như động cơ xăng bốn kỳ, nhưng

không dùng cơ cấu xu páp để thực hiện quá trình trao đổi hòa khí Trên xy lanh có gia công

các cửa nạp, cửa xả và cửa quét

Cửa xả bố trí gần điểm chết trên, cửa quét thấp hơn cửa xả và đối diện với cửa xả

Dưới cửa xả là cửa nạp được liên hệ với bộ chế hoà khí và thông với các te Các te động

cơ hoàn toàn kín và đóng vai trò như một buồng nén phụ

2.2.2 Nguyên lý làm việc:

Mỗi chu trình làm việc của động cơ xăng hai kỳ (bao gồm quá trình nạp, nén, nổ và

xả) là một lần sinh công (nổ), pít tông dịch chuyển lên xuống hai lần và trục khuỷu phải

quay một vòng (từ 00 đến 3600) Mỗi lần pít tông lên hoặc xuống gọi là một hành trình hay

một kỳ

Hình 12 Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ

a Hành trình thứ nhất:

Trong hành trình này, khi trục khuỷu quay, pít tông sẽ dịch chuyển từ điểm chết dưới (ĐCD) lên điểm chết trên (ĐCT) Khi pít tông ở ĐCD, cửa quét và cửa xả đều được mở ra (mở hoàn toàn) Do đó, hoà khí gồm xăng và không khí có sẵn trong các te bị nén, qua cửa quét vào xy lanh và quét khí xả qua cửa xả ra ngoài

Pít tông dần dần đi lên, đầu trên pít tông che kín cửa quét (kết thúc nạp hoà khí mới vào xy lanh), sau đó che kín cửa xả (kết thúc quá trình xả khí cháy) và bắt đầu quá trình nén Hoà khí trong xy lanh bị nén làm cho áp suất và nhiệt độ của nó tăng lên, khi pít tông gần đến ĐCT thì bu gi phóng tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp hòa khí

Khi pít tông đi lên để nén hoà khí, dưới pít tông cửa nạp mở, trong các te áp suất giảm, do đó hoà khí từ bộ chế hoà khí qua ống nạp và cửa nạp được hút vào các te để chuẩn

bị cho việc nạp hòa khí vào xy lanh ở hành trình sau

b Hành trình thứ hai:

Trong kỳ này do hoà khí đã được đốt cháy ở cuối kỳ nén nên khi pít tông đến ĐCT thì hoà khí càng cháy nhanh hơn, làm cho áp suất khí cháy tăng lên tác dụng lên đỉnh pít tông và đẩy pít tông từ ĐCT xuống ĐCD qua thanh truyền làm quay trục khuỷu sinh công

Khi pít tông dịch chuyển gần tới ĐCD cửa xả mở (bắt đầu quá trình xả khí cháy), sau

đó cửa quét cũng được mở (bắt đầu quá trình nạp hòa khí mới vào xy lanh) và cửa nạp dần dần được đóng lại Do đó, khí cháy được xả ra ngoài, đồng thời hoà khí dưới các te bị nén

có áp suất lớn hơn áp suất khí cháy còn lại trong xy lanh sẽ theo cửa quét vào xy lanh phía trên đỉnh pít tông góp phần làm sạch khí cháy trong xy lanh và tạo điều kiện cho chu trình làm việc sau Khi pít tông tới ĐCD thì cửa xả và cửa quét mở hoàn toàn

Sau kỳ sinh công và thay hòa khí, nếu trục khuỷu vẫn tiếp quay thì quá trình làm việc của động cơ xăng hai kỳ này tiếp tục lặp lại như trên

2.3 Pha phân phối khí của động cơ:

2.3.1 Pha phân phối khí động cơ 4 kỳ:

Hình 13 Sơ đồ pha phân phối khí của động cơ 4 kỳ

* Hành trình nạp (Kỳ nạp):

Trong hành trình này, khi pít tông lên gần tới ĐCT cuối kỳ xả của chu trình trước,

xu páp nạp mở để khi pít tông vừa tới ĐCT, tức là lúc bắt đầu nạp, thì xu páp nạp đã mở tương đối lớn làm cho tiết diện lưu thông trên đường ống nạp tăng, bảo đảm hoà khí hoặc không khí vào xy lanh nhiều hơn, Góc quay của trục khuỷu tương ứng với thời điểm xu páp nạp mở cho tới khi pít tông tới ĐCT gọi là góc mở sớm của xu páp nạp (ỏ1) Đồng thời

xu páp nạp cũng được đóng muộn hơn một chút sau khi pít tông đã qua ĐCD để lợi dụng

độ chân không còn lại trong xy lanh và quán tính của dòng khí, làm tăng thêm lượng hoà khí hoặc không khí vào xy lanh Góc quay của trục khuỷu tương ứng với thời điểm pít tông tại ĐCD cho tới khi xu páp nạp đóng gọi là góc đóng muộn của xu páp nạp (α)

Kỳ nạp thực tế trục khuỷu quay một góc là: φ1 + 1800 + φ2

* Hành trình nén (Kỳ nén):

Quá trình nén thực tế chỉ bắt đầu khi xu páp nạp đã đóng hoàn toàn, tức là hoà khí hoặc không khí trong xy lanh đã cách ly với môi trường bên ngoài

Cuối hành trình nén, bu gi của hệ thống đánh lửa phóng tia lửa điện để đốt cháy hoà khí hoặc vòi phun của hệ thống nhiên liệu sẽ phun nhiên liệu và xy lanh và tự cháy Góc quay của trục khuỷu tương ứng với thời điểm bu gi đánh lửa hay vòi phun phun nhiên liệu đến khi pít tông lên tới ĐCT được gọi là góc đánh lửa sớm hoặc góc phun nhiên liệu sớm của động cơ (ó)

Kỳ nén thực tế, trục khuỷu quay một góc: 1800 - φ2 – φs

* Hành trình cháy, giản nở và sinh công (Kỳ nổ):

Trong hành trình này, do hoà khí (động cơ xăng) hoặc nhiên liệu (động cơ diesel)

đã được đốt cháy ở cuối quá trình nén, nên khi pít tông vừa tới ĐCT, thì tốc độ cháy của hoà khí hoặc nhiên liệu càng nhanh, làm cho áp suất của khí cháy tăng lên rất lớn Quá

trình cháy sẽ kết thúc và quá trình giãn nở của khí cháy cũng bắt đầu, pít tông bị đẩy đi

xuống và sinh công

Trước khi kết thúc hành trình nổ hay sinh công, xu páp xả đã được mở sớm một chút trước khi pít tông tới ĐCD, góc quay của trục khuỷu tương ứng với thời điểm xu páp

xả mở cho đến khi pít tông xuống đến ĐCD gọi là góc mở sớm của xu páp xả (α3)

Kỳ nổ thực tế trục khuỷu quay một góc là: 1800 + φs - φ3

* Hành trình thải (Kỳ thải):

Do xu páp xả mở sớm trước khi pít tông tới ĐCD nên áp suất trong xy lanh giảm nhanh, do đó giảm được công tiêu hao để đẩy khí cháy ra khỏi xy lanh và lượng khí cháy trong xy lanh được đẩy sạch ra, nhờ đó tăng được lượng hoà khí hoặc không khí vào xy lanh Đồng thời để xả sạch khí cháy ra khỏi xy lanh, xu páp xả cũng được đóng muộn hơn một ít sau khi pít tông đã đi qua ĐCT Góc quay của trục khuỷu ứng với thời điểm pít tông tại ĐCT cho đến khi xu páp xả đóng gọi là góc đóng muộn của xu páp xả (α4 )

Kỳ xả thực tế, trục khuỷu quay tương ứng với góc 1800 + φ3 + φ4

Trên đồ thị biểu thị thời kỳ trùng điệp của xu páp nạp và xu páp xả, tức là thời kỳ cả hai xu páp này cùng mở, góc ứng với góc (φ1+ φ4) gọi là góc trùng điệp của xu páp nạp và

xu páp xả

2.3.1 Pha phân phối khí của động cơ 2 kỳ:

Hình 14 Pha phân phối khí của động cơ 2 kỳ

- Hành trình thứ nhất gồm các quá trình: Quét và nạp khí, lọt khí, nén và cháy

- Hành trình thứ hai gồm các quá trình: Cháy - giản nở, thải tự do, quét khí và nạp khí mới

2.4.So sánh động cơ xăng 4 kỳ và động cơ diesel 4 kỳ:

- Công suất của động cơ diesel lớn hơn động cơ xăng

- Nhiên liệu dùng trong động cơ diesel rẻ tiền hơn

- Kích thước và trọng lượng của động cơ diesel lớn hơn động cơ xăng vì lực khí cháy trong động cơ diesel lớn

- Động cơ diesel dùng nhiên liệu khó cháy và phương pháp tạo hoà khí giữa nhiên liệu dạng sương mù với không khí không tốt nên khó khởi động hơn động cơ xăng

- Khi làm việc, tiếng ồn của động cơ diesel lớn hơn động cơ xăng

2.5 So sánh động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ

- Động cơ hai kỳ có số lần sinh công gấp hai lần động cơ 4 kỳ và công suất lớn hơn khoảng 50% - 70% so với động cơ bốn kỳ

- Động cơ hai kỳ chạy đều hơn động cơ bốn kỳ, vì mỗi vòng quay của trục khuỷu có một hành trình sinh công Do đó động cơ hai kỳ có thể dùng bánh đà lắp ở trục khuỷu có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn so với động cơ bốn kỳ

- Động cơ 2 kỳ có xu páp cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng hơn động cơ bốn kỳ hoặc có thể không cần dùng xu páp

- Hiệu suất của động cơ hai kỳ nhỏ hơn động cơ bốn kỳ, do có sự tổn thất nhiên liệu trong quá trình làm việc

- Nhiệt độ của động cơ trong quá trình làm việc của động cơ hai kỳ cao hơn động

cơ bốn kỳ, do số lần sinh công nhiều hơn, làm cho động cơ bị nóng