MÁY TÀU THỦY chuong 4 dong co diesl

Động cơ đốt trong: Lμ loại động cơ nhiệt trong đó việc đốt cháy nhiên liệu, sự toả nhiệt vμ quá trình chuyển hoá từ nhiệt năng của môi chất công tác hỗn hợp khí đốt do việc cháy nhiên li

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MÁY TÀU THUỶ CHƯƠNG 4: ĐỘNG CƠ DIESEL

Chương IV

động cơ diesel

4-1 Những định nghĩa vμ khái niệm cơ bản

I Giới thiệu chung về động cơ đốt trong

1 Định nghĩa động cơ đốt trong vμ động cơ diesel tμu thuỷ

Động cơ nhiệt bao gồm động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài

Động cơ đốt ngoμi: Lμ loại động cơ nhiệt có quá trình đốt cháy nhiên liệu được tiến hμnh ở bên ngoμi động cơ (Ví dụ: Máy hơi nước kiểu piston, tua bin hơi nước )

Động cơ đốt trong: Lμ loại động cơ nhiệt trong đó việc đốt cháy nhiên liệu, sự toả nhiệt vμ quá trình chuyển hoá từ nhiệt năng của môi chất công tác (hỗn hợp khí đốt do việc cháy nhiên liệu), sang cơ năng được tiến hμnh ngay trong bản thân động cơ (VD:

động cơ diesel, động cơ cacbua ratơ, động cơ ga )

Động cơ diesel lμ một loại động cơ đốt trong kiểu piston dùng nhiên liệu lỏng dầu,

mμ trong đó nhiên liệu được đưa vμo xilanh cuối quá trình nén, tự bắt lửa trong không khí có nhiệt độ vμ áp suất cao do bị nén trong xilanh Động cơ diesel còn gọi lμ động cơ

tự cháy (trên tμu thuỷ chỉ dùng loại nμy)

2 Những bộ phận chính của động cơ đốt trong kiểu piston:

76543

12

8

9

Hình 4-1: Sơ đồ kết cấu các chi tiết của động cơ Diesel

Động cơ đốt trong kiểu piston có các bộ phận cơ bản bao gồm nhóm các chi tiết tĩnh, nhóm các chi tiết động vμ các hệ thống phục vụ

Các chi tiết tĩnh gồm: Bệ máy (1), thân máy (3), khối xilanh(6), nắp xilanh (7) Các chi tiết động gồm: Piston (5), thanh truyền(4), trục khuỷu (2), xupáp (8)

Nguyên lý lμm việc như sau:

Khi nhiên liệu cháy trong xilanh động cơ (tự cháy do nén đến áp suất vμ nhiệt độ tự bốc cháy của nó, hoặc bị đốt cháy cưỡng bức nhờ nguồn lửa bên ngoμi), sản vật cháy có

áp suất vμ nhiệt độ cao tiến hμnh quá trình giãn nở, tác dụng lực lên đỉnh piston đẩy piston chuyển động tịnh tiến đi xuống

Nhờ có cơ cấu thanh truyền trục khuỷu, chuyển động tịnh tiến của piston được chuyển thμnh chuyển động quay của trục khuỷu thông qua thanh truyền chuyển động song phẳng Mặt bích 9 được nối với mặt bích của thiết bị tiêu thụ công suất như chân vịt, mỏy phát điện

Để đảm bảo nạp khí mới kịp thời vμo xilanh, cũng như để thải đúng lúc khí thải ra khỏi xilanh động cơ, trên động cơ được bố trí hệ thống phân phối khí

Muốn cung cấp nhiên liệu mới vμo xilanh, động cơ được trang bị hệ thống cung cấp nhiên liệu

Sự chênh lệch giữa nhiệt độ cực đại khi cháy vμ nhiệt độ thấp nhất cuối quá trình giãn

nở (900 ữ1500oK) bảo đảm cho chu trình công tác của động cơ thu được hiệu suất cao Tuy nhiệt độ cháy cao, nhưng quá trình cháy trong động cơ có tính chu kì vμ các chi tiết tiếp xúc với khí cháy luôn được lμm mát nhờ hệ thống lμm mát, các bề mặt chuyển

động tương đối giữa các chi tiết luôn được bôi trơn nhờ hệ thống bôi trơn nên đảm bảo cho động cơ lμm việc ổn định vμ bền vững, có độ tin cậy cao

3 Ưu nhược điểm của động cơ đốt trong

a Ư u điểm chủ yếu của động cơ đốt trong so với các loại động cơ nhiệt khác lμ:

- Hiệu suất có ích cao: Đối với động cơ diesel hiện đại hiệu suất có ích có thể đạt 40

ữ 51% trong khi đó hiệu suất của thiết bị động lực tua bin hơi chỉ 22 ữ 28%, của thiết bị máy hơi nước không quá 16%, của thiết bị tua bin khí khoảng 30%

- Nếu hai động cơ đốt trong vμ đốt ngoμi cùng công suất thì động cơ đốt trong gọn vμ nhẹ hơn nhiều (vì không cần các thiết bị phụ khác như động cơ đốt ngoμi, như nồi hơi, buồng cháy, máy nén, thiết bị ngưng hơi )

- Tính cơ động cao: Khởi động nhanh vμ luôn luôn ở trạng thái sẵn sμng khởi động

Có thể điều chỉnh kịp thời công suất theo phụ tải

- Dễ tự động hoá vμ điều khiển từ xa

- ít gây nguy hiểm khi vận hμnh (ít có khả năng gây hoả hoạn vμ nổ vỡ thiết bị)

- Nhiệt độ xung quanh tương đối thấp tạo điều kiện tốt cho thợ máy lμm việc

- Không tốn nhiên liệu khi dừng động cơ

- Không cần nhiều người vận hμnh bảo dưỡng

b Nhược điểm:

- Khả năng quá tải kém (thường không quá 10% về công suất, 3% về vòng quay trong thời gian một giờ)

- Không ổn định khi lμm việc ở tốc độ thấp

- Rất khó khởi động khi đã có tải

- Công suất lớn nhất của thiết bị không cao lắm (công suất của động cơ đốt trong không vượt quá 40 ữ 45 ngμn mã lực hoặc 30 ữ 37 ngμn KW)

- Yêu cầu nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong tương đối khắt khe vμ đắt tiền

- Cấu tạo của động cơ đốt trong tương đối phức tạp, yêu cầu chính xác cao

- Động cơ lμm việc khá ồn, nhất lμ động cơ cao tốc

- Yêu cầu thợ máy phải có trình độ kỹ thuật cao

II Những khái niệm vμ định nghĩa cơ bản dùng cho động cơ đốt trong

1 Điểm chết của piston

Khi động cơ hoạt động, piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xilanh Vị trí piston đổi chiều chuyển động gọi lμ điểm chết của piston

- Điểm chết trên (viết tắt lμ ĐCT) lμ vị trí đỉnh piston khi piston cách xa đường tâm trục khuỷu nhất

- Điểm chết dưới (viết tắt lμ ĐCD) lμ vị trí đỉnh piston khi piston gần đường tâm trục khuỷu nhất

2 Hμnh trình của piston

Lμ khoảng cách giữa điểm chết trên vμ điểm chết dưới Hμnh trình của Piston S phụ thuộc vμo bán kính của trục khuỷu: S = 2R (bằng đường kính vòng tròn do tâm cổ biên vạch ra khi quay quanh đường tâm trục khuỷu)

(mm3) Trong đó: D Đường kính xilanh (mm)

S Hμnh trình của piston (mm)

Đường kính xilanh D vμ hμnh trình piston S được coi lμ những kích thước chính,

kích thước cơ bản của động cơ (vì qua đó xác định được thể tích lμm việc của xilanh)

4 Thể tích buồng đốt

Thể tích buồng đốt V C (còn gọi lμ thể tích nén) lμ thể tích được tạo ra bởi không gian giữa nắp xilanh , đỉnh piston vμ sơmi xilanh khi piston ở điểm chết trên

5 Thể tích toμn bộ của xilanh

Thể tích toμn bộ V a (còn gọi lμ thể tích nén) lμ thể tích được tạo ra bởi không gian giữa nắp xilanh, đỉnh piston vμ sơmi xilanh khi piston ở điểm chết dưới

s c c

a

V

V V

V V

Tỷ số nén có một ý nghĩa rất quan trọng đối với quá trình lμm việc của động cơ Nó

ảnh hưởng rất nhiều đến những thông số khác của động cơ, đặc biệt lμ vấn đề lợi dụng

có hiệu quả nhiệt lượng do nhiên liệu toả ra trong buồng đốt

7 Quá trình công tác

Quá trình công tác của động cơ lμ hỗn hợp những biến đổi xảy ra đối với môi chất công tác trong xilanh động cơ, cũng như trong hệ thống gắn liền với xilanh như hệ thống nạp vμ hệ thống thải

Trong động cơ sự biến đổi từ hoá năng của nhiên liệu sang công cơ học được thực hiện nhờ môi chất công tác (dưới dạng khí), môi chất nμy luôn luôn biến đổi về chất cũng như về lượng như thay đổi về nhiệt độ, về áp suất, về trọng lượng, về thμnh phần hoá học Quá trình công tác gồm nhiều bộ phận riêng rẽ kế tiếp nhau theo một trật tự nhất định vμ được lặp đi lặp lại có tính chu kỳ

8 Chu trình công tác

Chu trình công tác của động cơ lμ tổng cộng tất cả những phần của các quá trình biến

đổi xảy ra trong xilanh động cơ lμm thay đổi trạng thái của môi chất công tác, tính từ lúc môi chất được bắt đầu nạp vμo cho tới lúc ra khỏi xilanh Chu trình công tác lặp đi lặp lại trong suốt thời gian động cơ hoạt động, nó có tính chất chu kì

9 Kỳ

Kỳ lμ một phần của chu trình công tác xẩy ra trong thời gian một hμnh trình của piston Được đánh dấu bằng 2 vị trí ĐCT vμ ĐCD của piston (nếu động cơ chỉ có một xilanh) Số kỳ lμ số hμnh trình cần thiết của piston đề hoμn thμnh một chu trình công tác

Ví dụ: Nếu động cơ phải cần bốn hμnh trình của piston để hoμn thμnh một chu trình công tác thì gọi lμ động cơ 4 kỳ, nếu chỉ cần hai hμnh trình của piston thì gọi lμ động cơ

2 kỳ

4-2 Chu trình lý tưởng động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong lμm việc dựa trên quá trình biến đổi nhiệt thμnh công Đối với

động cơ diesel: Nhiên liệu được phun vμo xilanh cùng với không khí tạo thμnh hỗn hợp

tự bốc cháy ở cuối quá trình nén, áp suất cao của khí cháy lμm piston chuyển động sinh công Quá trình giãn nở trong xilanh động cơ lμ quá trình biến đổi nhiệt thμnh công

1 Chu trình cấp nhiệt đẳng tích (động cơ xăng)

- ac: Quá trình nén đoạn nhiệt

- cz: Quá trình cấp nhiệt đẳng tích

- zb: Quá trình giãn nở đoạn nhiệt

- ba: Quá trình nhả nhiệt đẳng tích

-Q1: Nhiệt lượng cấp đẳng tích

-Q2: Nhiệt lượng nhả ra môi trường

Hình 4-2 Chu trình cấp nhiệt đẳng tích

Sự cung cấp nhiệt Q1 ở V = const tương đương với quá trình cháy nhanh của xăng khi

bật tia lửa điện trong buồng đốt động cơ

2 Chu trình cấp nhiệt đẳng áp

zc

0

-ac: Quá trình nén đoạn nhiệt

-cz: Quá trình cấp nhiệt đẳng áp

-zb: Quá trình giãn nở đoạn nhiệt

-ba: Quá trình nhả nhiệt đẳng tích

-Q1/: Nhiệt lượng cấp đẳng áp

-Q2: Nhiệt lượng nhả ra môi trường

Hình 4-3 Chu trình cấp nhiệt đẳng áp

Quá trình cháy xảy ra từ khi piston rời khỏi điểm chết trên, áp suất trong xilanh hầu như không thay đổi trong quá trình của cháy nhiên liệu

3 Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

Trong động cơ diesel hiện đại một phần nhiên liệu cháy khi thể tích không đổi vμ một phần nhiên liệu cháy khi áp suất không đổi ở đầu quá trình giãn nở

- ac: Quá trình nén đoạn nhiệt

zc

- cz': Quá trình cấp nhiệt đẳng tích

- z’z: Quá trình cấp nhiệt đẳng áp

- zb: Quá trình giãn nở đoạn nhiệt

- ba: Quá trình nhả nhiệt đẳng tích

- Q1: Nhiệt lượng cấp đẳng tích

- Q1/: Nhiệt lượng cấp đẳng áp

- Q2: Nhiệt lượng nhả ra môi trường

Hình 4-4 Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

4-3 Phân loại động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong có thể phân theo các đặc trưng cơ bản sau đây:

1 Theo cách thực hiện chu trình công tác

* Động cơ 4 kỳ: Lμ động cơ trong đó chu trình công tác được hoμn thμnh trong 4 thời

gian hμnh trình của piston, hoặc lμ hai vòng quay của trục khuỷu

* Động cơ 2 kỳ: Lμ động cơ trong đó chu trình công tác được hoμn thμnh trong hai

thời gian hμnh trình của piston, hoặc lμ một vòng quay trục khuỷu

2 Theo nhiên liệu dùng cho động cơ:

* Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng loại nhẹ (xăng, cồn, benzen, dầu hoả ) vμ chạy bằng nhiên liệu lỏng loại nặng (dầu mazút, dầu diesel)

* Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí nén, khí thể lỏng, khí lò ga)

* Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí lỏng (trong đó nhiên liệu chính lμ khí, nhiên liệu lμm mồi lμ lỏng) - Động cơ gazo diesel

* Động cơ chạy bằng nhiều loại nhiên liệu: tức lμ động cơ có thể chạy bằng nhiều loại nhiên liệu lỏng khác nhau từ nhẹ đến nặng

3 Theo phương pháp hình thμnh khí hỗn hợp

* Động cơ hình thμnh khí hỗn hợp bên ngoμi: Lμ loại động cơ mμ hỗn hợp cháy của

nó (gồm hơi của nhiên liệu lỏng nhẹ với không khí, hoặc khí ga với không khí) được hình thμnh bên ngoμi xilanh động cơ Ví dụ: Động cơ xăng vμ động cơ ga đốt cháy bằng tia lửa điện, động cơ phun xăng ở thời kỳ nạp

* Động cơ hình thμnh khí hỗn hợp bên trong: Lμ động cơ trong đó không khí vμ nhiên liệu được đưa riêng vμo xilanh, còn khí hỗn hợp công tác (hỗn hợp giữa không khí mới

vμ nhiên liệu vμ một ít sản phẩm cháy của chu trình trước còn sót lại) được hình thμnh ở bên trong xi lanh động cơ do phun nhiên liệu dưới dạng sương mù vμo trong xilanh ở áp suất cao

Bao gồm: Động cơ diesel, động cơ phun nhiên liệu trực tiếp vμo xilanh, động cơ có cầu giữ nhiệt

Động cơ diesel lại được chia ra mấy loại sau đây:

- Động cơ có một buồng cháy (hay lμ động cơ buồng cháy thống nhất) lμ loại động cơ trong đó thể tích buồng cháy lμ một thể thống nhất, vμ quá trình tạo thμnh khí hỗn hợp, cũng như quá trình cháy của nhiên liệu đều được tiến hμnh trong đó

- Động cơ có buồng cháy dự bị: Thể tích buồng cháy được chia lμm hai phần gồm buồng cháy chính vμ buồng cháy dự bị Quá trình hình thμnh khí hỗn hợp ở buồng cháy

chính lμ nhờ có sự chênh lệch áp suất giữa buồng cháy chính vμ buồng cháy dự bị do có một bộ phận nhiên liệu được cháy trước trong buồng cháy dự bị

- Động cơ có buồng cháy xoáy lốc: Thể tích buồng cháy cũng được chia lμm hai phần gồm buồng cháy chính vμ buồng cháy xoáy lốc Quá trình hình thμnh khí hỗn hợp trong

động cơ lμ do tạo ra được những dòng không khí xoáy trong buồng xoáy lốc, nơi phun nhiên liệu vμo Đồng thời quá trình hình thμnh khí hỗn hợp vμ quá trình cháy của nhiên liệu về cơ bản xẩy ra ở ngay trong buồng cháy xoáy lốc đó

Trong thực tế hiện nay chỉ áp dụng diesel lμm động cơ tμu thuỷ

* Động cơ đốt cháy hỗn hợp: (động cơ gazo diesel) trong đó nhiên liệu lỏng tự cháy lμm mồi để đốt cháy cưỡng bức hỗn hợp khí (khí ga + không khí)

5 Theo dạng của chu trình công tác

* Động cơ lμm việc theo chu trình đẳng tích: Trong đó quá trình cháy của nhiên liệu tiến hμnh ở thể tích không đổi Các động cơ nμy có tỷ số nén thấp ( ε = 6ữ12) vμ dùng phương pháp đốt chát cưỡng bức (động cơ xăng vμ động cơ ga)

* Động cơ lμm việc theo chu trình đẳng áp: trong đó nhiên liệu cháy ở áp suất không

đổi Loại động cơ nμy có tỷ số nén cao (ε =12ữ14) dùng phương pháp phun nhiên liệu bằng không khí nén vμo trong xilanh động cơ vμ tự bốc cháy (động cơ diesel phun nhiên liệu bằng không khí nén, loại nμy hiện nay không dùng nữa)

* Động cơ lμm việc theo chu trình hỗn hợp: Trong đó nhiên liệu có một bộ phận cháy

đẳng tích, một bộ phận cháy đẳng áp.Loại động cơ nμy có tỷ số nén rất cao (12-19) dùng phương pháp phun nhiên liệu lỏng trực tiếp vμo xilanh động cơ vμ tự bốc cháy (Động cơ diesel)

7 Theo tốc độ của động cơ

Tốc độ của động cơ được xác định theo tốc độ trung bình của piston:

)/(

30

s m n

- Động cơ có vòng quay rất cao: n ≥1500 (v/ph)

8 Theo khả năng thay đổi chiều quay trục khuỷu

Quy ước nhìn từ phía bánh đμ, đối với động cơ lai chân vịt tμu thuỷ nhìn từ phía đầu

tự do

* Động cơ chỉ quay một chiều nhất định

- Động cơ quay phải: Trục khuỷu quay cùng chiều kim đồng hồ

- Động cơ quay trái: Trục khuỷu quay ngược chiều kim đồng hồ

* Động cơ có thể đảo chiều quay: Trục khuỷu của động cơ có thể thay đổi được chiều quay nhờ cơ cấu thay đổi chiều đặc biệt

9 Dựa theo phương thức tác dụng lên đỉnh piston

* Động cơ tác dụng đơn: Trong đó chu trình công tác chỉ thực hiện ở không gian phía trên của đỉnh piston

* Động cơ tác dụng kép: Trong đó chu trình công tác được thực hiện ở cả không gian phía trên vμ không gian phía dưới của piston

10 Theo cấu tạo của động cơ

a) Theo số xilanh:

* Động cơ 1 xilanh

* Động cơ có nhiều xilanh

b) Theo cách phân bố xilanh

* Động cơ trong đó xilanh được bố trí thẳng đứng (đại đa số động cơ)

* Động cơ trong đó xilanh được bố trí nằm ngang (ít gặp)

* Động cơ phân bố xilanh theo một hμng dọc (một dãy) tức lμ loại động cơ mμ các trục tâm của xilanh song song với nhau vμ cùng nằm trong một mặt phẳng

* Động cơ phân bố xilanh theo hai hμng dọc song song hoặc theo một góc nμo đó (Động cơ hình chữ V)

* Động cơ phân bố xilanh theo nhiều hμng với những góc độ khác nhau: Động cơ hình chữ X, H, hình sao

* Động cơ có piston nối đỉnh: Động cơ có một dãy với 2 trục khuỷu (trên vμ dưới) nối với nhau bằng một hệ truyền lực bánh răng Động cơ hai dãy, động cơ hình chữ V, hoặc các động cơ với các xilanh phân bố theo hình tam giác có 3 trục khuỷu, theo tứ giác có 4 trục khuỷu, theo lục giác có 6 trục khuỷu

c) Theo hệ truyền động (phương pháp nối thanh truyền với piston)

* Động cơ piston liên kết trực tiếp với thanh truyền qua chốt piston Trong trường hợp nμy phần trên của piston giữ vai trò dẫn hướng

* Động cơ trong đó piston liên kết với thanh truyền thông qua cán piston Khi đó vai trò dẫn hướng lμ guốc trượt đặt song song với trục piston (đại bộ phận các động cơ thấp tốc với công suất xilanh trên 450 mã lực)

4-4 Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel 4 kỳ

I Sơ đồ vμ nguyên lý hoạt động theo chu trình lý thuyết

Động cơ diesel 4 kỳ lμ loại động cơ diesel hoμn thμnh một chu trình công tác phải dùng 4 hμnh trình piston tương ứng với hai vòng quay tức 720o góc quay trục khuỷu Chu trình công tác của động cơ diesel 4 kỳ gồm 4 quá trình: nạp, nén, nổ (cháy giãn nở) sinh công, xả

2) Quá trình nén khớ

Các xupáp hút vμ xupáp xả đều đóng kín Piston đi từ ĐCD lên ĐCT Không khí trong xilanh bị nén lại rất nhanh do thể tích của xilanh giảm dần (khi piston đi từ ĐCD lên

ĐCT thì thể tích trong xilanh chỉ bằng 1/15 - 1/22 thể tích ban đầu) nên áp suất vμ nhiệt

độ khí nén tăng lên rất cao Cuối quá trình nén, áp suất khí nén có thể lên tới 40 – 50kG/cm2 kèm theo việc tăng nhiệt độ không khí lên tới 500-7000C, cao hơn nhiều so với nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu Quá trình nén không khí được biểu thị trên đồ thức

bằng đường ac

Về mặt lý thuyết thì khi piston lên đến ĐCT, nhiên liệu sẽ được phun vμo buồng đốt dưới dạng sương mù kết thúc quá trình nén khí

Việc nạp không khí vμo xilanh biểu diễn trên đồ thức chỉ thị bằng đường ba Hμnh

trình nμy của piston gọi lμ thì hút

Nạp nén nổ xả

Hình 4-5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ 4 kỳ

3) Quá trình cháy giãn nở sinh công (kỳ nổ)

Các xupáp vẫn đóng kín Piston ở điểm chết trên, nhiên liệu phun vμo buồng đốt gặp khí nén có nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy Quá trình cháy khoảng 40% nhiên liệu gần như

lμ quá trình đẳng tích vμ được biểu diễn bằng đường cz' Số 60% nhiên liệu còn lại cháy

ở trong điều kiện gần như lμ đẳng áp (đường z'z) Nhiệt độ vμ áp suất trong buồng cháy tăng lên mãnh liệt (áp suất có thể lên tới 60 - 120 kG/cm2, nhiệt độ lên tới 1500 -

2000oC) khớ chỏy giãn nở rất mạnh đẩy piston đi xuống thông qua cơ cấu biên lμm quay trục khuỷu Quá trình cháy vμ giãn nở kết thúc được biểu thị bằng đường (z'ze) điểm e ứng với lúc piston ở ĐCD

z c

biểu diễn bằng đường eb trên đồ thức

Các chu trình hoạt động tiếp diễn liên tục khiến cho động cơ hoạt động liên tục

5) Các nhận xét về chu trình lý thuyết:

Trong 4 hμnh trình của piston chỉ có một hμnh trình sinh công, các quá trình còn lại

điều tiêu tốn công vμ lμm nhiệm vụ phục vụ cho quá trình sinh công Sự quay trục động cơ trong thời gian của ba hμnh trình còn lại xảy ra nhờ dự trữ năng lượng mμ bánh đμ đã tích luỹ được trong thời gian hμnh trình công tác của piston hoặc nhờ công của các xilanh khác

d1r

ee’

Để khởi động động cơ, đầu tiên cần nhờ năng lượng bên ngoμi quay nó (bằng không khí nén hay lμ bằng động cơ điện), vμ chỉ sau khi nén không khí trong xilanh vμ cung cấp nhiên liệu có thể nhận được sự bốc cháy, sau đó động cơ mới bắt đầu tự hoạt động Mỗi quá trình (hút, nén, nổ, xả) đều được thực hiện trong một hμnh trình của piston tương ứng bằng 180o góc quay của trục khuỷu Các xupáp đều bắt đầu mở hoặc đóng kín

đúng khi piston ở vị trí điểm chết do đó chưa tận dụng được tính lưu động của chất khí Kết quả lμ nạp không đầy vμ thải không sạch khí, ảnh hưởng tới quá trình cháy của nhiên liệu nên hiệu suất động cơ giảm

Nếu nhiên liệu được phun vμo buồng đốt đúng lúc piston ở ĐCT thì sẽ không tốt vì: Thực tế sau khi tự phun vμo buồng đốt, nhiên liệu không lập tức bốc cháy ngay mμ cần phải có một thời gian để chuẩn bị cháy (gồm thời gian để nhiên liệu hoμ trộn với khí nén trong buồng đốt, thời gian nhiên liệu bốc hơi vμ hấp thụ nhiệt trong buồng đốt để nâng nhiệt độ của nó lên tới nhiệt độ tự bốc cháy) Gọi lμ thời gian trì hoãn sự cháy τi

Như vậy nếu nhiên liệu phun đúng khi piston ở ĐCT thì khi nhiên liệu chuẩn bị xong

để bắt đầu cháy piston đã đi xuống một đoạn khá xa (lμm thể tích trong xilanh tăng lên,

áp suất vμ nhiệt độ hỗn hợp giảm) ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng cháy nhiên liệu Do vậy công sinh ra của quá trình giãn nở sẽ giảm lμm công suất động cơ giảm

Mặt khác để phun hết một lượng nhiên liệu vμo buồng đốt cần phải có một thời gian nhất định, như vậy số nhiên liệu phun vμo sau sẽ cháy không tốt, hoặc chưa kịp cháy đã

bị thải ra ngoμi Vì thế hiệu suất động cơ giảm

II Sự điều chỉnh cho động cơ diesel 4 kỳ lμm việc theo chu trình thực tế:

Qua phân tích nhược điểm của chu trình lý thuyết vμ qua khảo sát thực tế cho thấy: Thời điểm đóng mở các xupáp vμ thời điểm phun nhiên liệu có ảnh hưởng rất lớn đến công suất của động cơ Vì vậy cần phải xác định các thời điểm đó như thế nμo để đảm bảo có công suất vμ hiệu suất động cơ được lớn nhất

Nếu động cơ hoạt động theo chu trình lí thuyết sẽ không thoả mãn yêu cầu trên, thậm chí có thể động cơ không hoạt động được Vì vậy phải điều chỉnh lại cách phân phối khí

vμ thời điểm phun nhiên liệu Các quá trình hoạt động thực tế của động cơ theo góc quay trục khuỷu có thể trình bμy trên giản đồ tròn dạng xoắn ốc

Đồng thời xupáp nạp cũng đóng muộn hơn so với điểm chết dưới một góc góc ϕ2 (ứng

đoạn ad2)

Thường ϕ2 = 18 - 450 gọi lμ góc đóng muộn xupáp nạp Lμm như vậy lμ để lợi dụng một cách có hiệu quả sự chênh lệch áp suất vμ quán tính của không khí lưu động trong ống nạp, để tăng thêm lượng khí nạp vμo xilanh

Như vậy quá trình nạp thực tế của động cơ không phải bằng 180o mμ bằng 180o + ϕ1+

ϕ2góc quay trục khuỷu Tức thời gian thực tế của quá trình nạp lớn hơn thời gian của hμnh trình nạp

2) Ở quá trình thải khí: Xupáp xả đã được mở sớm hơn trước khi piston đến điểm chết

dưới một góc ϕ3 = 35 ữ 45o gọi lμ góc mở sớm xupáp xả (ứng với đoạn e'e) Mở sớm xupáp xả để giảm áp suất trong xilanh ở giai đoạn thải khí do đó giảm được công tiêu hao piston đẩy khí thải ra ngoμi, mặt khác nhờ đó lượng khí sót trong xilanh cũng giảm

do đó tăng lượng khí nạp mới cho xilanh

Đồng thời để thải sạch hơn sản phẩm cháy, xupáp xả được đóng muộn hơn so với

điểm chết trên một góc ϕ4 = 18 ữ 25o gọi lμ góc đóng muộn xupáp xả (ứng với đoạn br

trên đồ thức) Như vậy quá trình thải của động cơ kéo dμi 180o + ϕ3 + ϕ4

ϕ

Do ở cuối quá trình thải xupáp xả đóng muộn vμ xupáp hút mở sớm nên có một thời gian cả hai xupáp đều mở trên đồ thức chỉ thị công (đồ thị công) đoạn d1r gọi lμ thời kì trùng điệp: góc ϕ1 + ϕ4 gọi lμ góc trùng điệp của các xupáp

3) Thời điểm phun nhiên liệu:

Ở cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vμo buồng đốt nhờ vòi phun lắp trên nắp xilanh sớm hơn trước khi piston lên tới điểm chết trên Mục đích phun sớm nhiên liệu lμ

để nhiên liệu có thời gian chuẩn bị cháy, khi nhiên liệu đủ điều kiện cháy lμ lúc piston bắt đầu đi xuống

Góc phun sớm phải tính toán sao cho quá trình cháy xẩy ra mãnh liệt nhất khi piston

ở vị trí tương ứng 5 ữ 10o góc quay trục khuỷu sau ĐCT, khi đó khí cháy sẽ thực hiện một công lớn nhất

Trị số góc phun sớm: ∝ = 10 ữ 30o trước ĐCT theo góc quay trục khuỷu (ứng với

đoạn c'c) vμ phụ thuộc tốc độ quay của động cơ

4-5 Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel 2 kỳ

Động cơ diesel 2 kỳ lμ loại động cơ diesel hoμn thμnh một chu trình công tác trong hai hμnh trình của piston - tương ứng với một vòng quay hoặc 360o góc quay của trục khuỷu

I Sơ đồ cấu tạo vμ nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ quét vòng

12

34

5

6

78

bk: Quá trình thay khí

zc

- Việc đóng mở các cửa khí do piston đảm nhiệm, piston thường lμm có đỉnh lồi

- Có lắp một bơm hút đặc biệt (bơm quét khí) để nạp không khí vμo buồng chứa dưới

áp suất 1,15 - 1,25 bar khi lμm việc không tăng áp hay lμ dưới áp suất 1,4 - 1,8 bar khi lμm việc có tăng áp

Khi lμm việc không tăng áp dùng bơm piston hay bơm rôto lμm bơm quét khí (trích công suất từ động cơ để lai bơm quét khí) Khi lμm việc có tăng áp dùng tổ hợp tua bin máy nén

Chu trình công tác được thực hiện trong 2 hμnh trình piston:

1 Hμnh trình thứ nhất:

Piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên

- Cho rằng tại thời điểm đầu piston nằm ở điểm chết dưới, lúc đú các cửa nạp vμ thải

đều mở Lúc nμy khí nạp được bơm quét khí thổi vμo xilanh (với áp suất 1,15 ữ1,2 bar)

Do có áp suất lớn hơn áp suất khí thải trong xilanh nên khí nạp sẽ đẩy khí thải qua cửa thải ra ngoμi Giai đoạn nμy gọi lμ giai đoạn quét khí hoặc lμ giai đoạn thay khí vì nó vừa thải khí cũ vừa nạp khí mới

- Piston đi từ ĐCD lên, các cửa nạp vμ thải dần dần đều đóng lại Piston đi lên một

đoạn thì đóng kín cửa nạp trước (đường bk trên đồ thức chỉ thị)

- Khi cửa nạp đã đóng, khí nạp đã ngừng không vμo xilanh nữa, nhưng vì cửa thải vẫn còn mở nên khí thải vẫn tiếp tục qua cửa thải ra ngoμi Giai đoạn nμy còn gọi lμ giai

đoạn xả khí sót Trong giai đoạn nμy có một phần khí nạp cũng bị lọt qua cửa thải ra ngoμi nên còn gọi lμ giai đoạn lọt khí Khi piston đi lên đóng kín cả các cửa thải thì kết thúc giai đoạn lọt khí (đường ka trên đồ thức chỉ thị)

- Piston tiếp tục đi lên điểm chết trên, giai đoạn nμy lμm nhiệm vụ nén khí, quá trình xảy ra tương tự như trong động cơ 4 kỳ (đường ac trên đồ thức chỉ thị) Áp suất vμ nhiệt

độ khí nén tăng lên rất nhanh Khi piston đến gần điểm chết trên thì nhiên liệu được phun vμo xilanh dưới dạng sương mù qua vòi phun

2 Hμnh trình thứ hai:

- Nhiên liệu phun vμo xilanh gặp khí nén có nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy Một phần nhiên liệu cháy ở thể tích không đổi theo đường (cz'), phần còn lại cháy theo áp suất không đổi (theo đường z'z) tiếp đó diễn ra quá trình giãn nở sản phẩm cháy (đường ze) Sản phẩm cháy giãn nở rất mạnh đẩy piston đi xuống lμm quay trục khuỷu thực hiện giai

đoạn sinh công

- Khi piston đi xuống được một đoạn thì mở cửa thải trước bằng mép của chúng (tại

điểm e) Khí thải trong xilanh sẽ tự do xả ra ngoμi lμm áp suất trong xilanh giảm xuống gần bằng áp suất bên ngoμi Giai đoạn nμy gọi lμ giai đoạn xả tự do (giai đoạn xả tự do rất cần thiết, phải tính toán sao cho đủ thời gian để hạ áp suất trong xilanh xuống thấp hơn áp suất khí nạp trước khi piston bắt đầu mở các cửa nạp) Giai đoạn nμy biểu thị bằng đường ek

- Piston đi xuống một đoạn nữa thì mở các cửa nạp (ứng với điểm k) khí nạp lại được thổi vμo xilanh lùa khí thải ra thực hiện đẩy cưỡng bức khí thải vμ thay khí mới chuẩn bị cho quá trình sau

3 Nhận xét : -Trong hai hμnh trình của piston có một hμnh trình sinh công

- Mỗi hμnh trình của piston không lμm riêng một nhiệm vụ như ở động cơ bốn kỳ mμ lμm nhiều nhiệm vụ

Hμnh trình 1: Lμm các nhiệm vụ xả, nạp, nén

Hμnh trình 2: lμm các nhiệm vụ sinh công, xả, nạp

Trong hμnh trình 1, giai đoạn xả khí sót (lọt khí) lμ không có lợi vì nó lμm tổn thất một phần khí nạp Giai đoạn nμy cμng nhỏ cμng tốt nhưng lại phụ thuộc vμo giai đoạn xả

tự do của hμnh trình 2

ϕ1 : Toμn bộ góc mở của cửa nạp

ϕ2 : Toμn bộ góc mở của cửa xả

α : Góc phun sớm nhiên liệu

Hình 4-9 Đồ thị phân phối khí động cơ Diesel 2 kỳ quét vòng

II Sơ đồ cấu tạo vμ nguyên lý hoạt động của động cơ diesel 2 kỳ quét thẳng

1 Đặc điểm cấu tạo: Có xupáp xả, bố trí trên nắp xilanh được điều khiển bằng một

cơ cấu phân phối trích từ trục khuỷu Các cửa nạp được bố trí xung quanh trên thμnh xilanh, hướng vát lên trên để tạo hướng đi của dòng khí thẳng từ ĐCD lên ĐCT Việc

đóng mở các cửa nạp do piston đảm nhiệm Có bơm quét khí tương tự kiểu quét vòng

1

2

34

56