BÀI GIẢNG ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY

Kết cấu tổ hợp tua bin khí máy nén dùng cho tăng áp động cơ diesel tàu thuỷ (hình 6.9) có thể chia thành các phần: thân tua bin (bao gồm thân phía tua bin, thân phía máy nén và thân gi[r]

ThS.LÊ VĂN VANG TS.TRƯƠNG THANH DŨNG KS.HÒANG VĂN SĨ

BÀI GIẢNG ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THUỶ

ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH - 2008

PHẦN 1

KẾT CẤU ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THUỶ

CHƯƠNG 1

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

1.1 Lịch sử ra đời và phát triển

Năm 1680 nhà bác học Huyghenxo đề nghị chế tạo một cổ máy làm việc nhờ

đốt cháy một lượng thuốc nổ trong xy lanh động cơ Nhưng phải đến năm 1860 kiểu

động cơ đốt trong đầu tiên mới được kỹ sư pháp Lenuar đưa ra Nhưng do hiệu suất

của loại động cơ này không vượt quá 3% nên nó không được ứng dụng trong thực tế

sản xuất

Vào năm 1879, động cơ đốt trong đầu tiên có khả năng làm việc đã được chế

tạo theo đề án của kỹ sư cơ khí I.S Kotosovik (người Nga) Động cơ này được thiết

kế cho mục đích vận tải và chạy bằng xăng, đốt cháy bằng tia lửa điện có công suất

60 KW

Vào đầu năm 90 của thế kỷ XIX xuất hiện kiểu động cơ có buồng cháy phụ

Loại động cơ này chạy bằng nhiên liệu nặng (như dầu thô) Việc đốt cháy nhiên liệu

nặng trong động cơ là do nhiên liệu tiếp xúc với bề mặt kim loại được đốt nóng của

buồng cháy phụ nằm trên nắp xy lanh

Bước phát triển quan trọng của động cơ kiểu piston được đánh dấu bằng sự

kiện kỹ sư người Đức Rudofl Diesel phát minh ra kiểu động cơ mới vào năm 1892

và được chế tạo vào năm 1897 Động cơ kiểu này làm việc theo nguyên tắc nguyên

liệu tự bốc cháy ở cuối hành trình nén trong xy lanh động cơ và sau này được gọi là

động cơ diesel

Vào năm 1899, nhà máy của hãng Lutvik Nobem tại Petecbua đã sản xuất động

cơ Diesel 15 KW có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật hơn hẳn các loại động cơ đương

thời

Năm 1903, người ta đưa vào sử dụng chiếc tàu thủy đầu tiên của nước Nga

chạy bằng động cơ Diesel mang tên “VADAL”, với ba động cơ, công suất mỗi

động cơ là 88KW Vào năm 1911 người ta bắt đầu chế tạo hàng loạt các tàu chạy

bằng động cơ Diesel công suất 450KW

Người đặt nền tảng cho lý thuyết quá trình công tác của động cơ đốt trong là

một giáo sư trường cao đẳng kỹ thuật Matxcova, ông V.I Grineviski Vào năm 1907

ông dã xuất bản cuốn tài liệu mang tên: “Tính toán nhiệt quá trình công tác của động

cơ đốt trong”

Tại hội nghị các nhà chế tạo động cơ tổ chức tại Petecbua vào năm 1910, ông

R.Diesel đã công nhận vai trò đi đầu của nước Nga trong việc sản xuất động cơ đốt

trong tàu thủy Sau đó các động cơ đốt trong với hiệu suất cao đã đẩy lùi các loại

động cơ hơi nước đang được sử dụng rộng rãi trong thời kỳ đó

Hiện nay, động cơ Diesel được sử dụng rộng rãi vì trong cùng một điều kiện

như nhau, động cơ diesel tiêu tốn nhiên liệu ít hơn cho một đơn vị công suất

(g/ml.h) Ngoài ra động cơ diesel còn có kích thước và trọng lượng tương đối nhỏ

hơn, có tuổi thọ và có độ bền cao hơn

Động cơ Diesel càng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng hải do các ưu

điểm của chúng, bao gồm:

- Khả năng tăng công suất cao

- Khả năng giảm suất tiêu thụ nhiên liệu

- Phù hợp với dải vòng quay của chân vịt

- Có thể dùng được nhiên liệu chất lượng thấp

- Độ tin cậy và tuổi thọ cao

- Dễ dàng khai thác và bảo dưỡng sửa chữa

Từ 1990 các động cơ hai kỳ quét thẳng, thấp tốc, hành trình dài hoặc siêu dài

có tăng áp bằng tuabin khí xả được dùng cho hệ động lực tàu thủy trở nên phổ biến

hơn nhờ khả năng phát công suất lớn, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng NOx trong

khí xả

1.2 Khái niệm và định nghĩa

Động cơ diesel là thiết bị biến đổi năng lượng nhiệt kiểu piston trong đó nhiệt

năng do nhiên liệu bốc cháy sẽ được biến đổi thành công do chuyển động qua lại

của piston và được truyền ra ngoài dưới dạng chuyển động quay của trục khuỷu

thanh truyền

Hình 1.1 Động cơ Diesel - biến đổi nhiệt năng (do nhiên liệu cháy) thành cơ năng

Chu trình công tác là tập hợp những quá trình biến đổi trong xy lanh động cơ

kèm theo đó là sự biến đổi của môi chất Tính chu kỳ của chu trình công tác được

đặc trưng bằng hành trình của piston để thực hiện chu trình đó Hiện nay động cơ

đốt trong được chia ra làm hai loại: động cơ 4 kỳ và động cơ 2 kỳ

Động cơ 4 kỳ: là động cơ thực hiện một chu trình công tác cần bốn hành trình

của piston tương ứng với hai vòng quay của trục khuỷu (Hình 1.2)

Động cơ 2 kỳ: là động cơ thực hiện một chu trình công tác cần hai hành trình

của piston tương ứng với một vòng quay của trục khuỷu

Kỳ là một phần của chu trình được đánh dấu bằng hai vị trí: điểm chết trên và

điểm chết dưới của piston Trong đó, điểm chết là vị trí của piston trong xy

lanh mà tại đó piston đổi chiều chuyển động

Hình 1.2 Động cơ diesel bốn kỳ

Điểm chết trên (ĐCT): là vị trí của piston trong xy lanh mà tại đó khoảng

cách từ đỉnh piston đến đường tâm trục khuỷu là lớn nhất

Điểm chết dưới (ĐCT): là vị trí của piston trong xy lanh mà tại đó khoảng

cách từ đỉnh piston đến đường tâm trục khuỷu là bé nhất

Hành trình của piston là khoảng cách giữa hai điểm chết

Thể tích không gian nén hay còn gọi là buồng đốt Vc là thể tích bé nhất của

xylanh trong một chu trình (Đôi khi gọi là buồng cháy)

Hình 1.3 Động cơ diesel hai kỳ

Thể tích công tác của xylanh Vs là thể tích do mặt đỉnh piston vẽ ra khi chuyển

động giữa hai điểm chết, được tính bằng hiệu số giữa thể tích lớn nhất của xylanh và

thể tích buồng đốt

Vs = Vmax – Vc

Đối với những loại động cơ mà xylanh chỉ có một piston thì thể tích công tác

của xylanh có thể tính theo công thức:

Trong đó: D là đường kính xylanh (mm)

C s

V V

V V V

ε

Tỷ số nén có ý nghĩa rất quan trọng đối với quá trình làm việc của động

cơ Nó ảnh hưởng rất nhiều đến các thông số khác của động cơ, đặc biệt là

vấn đề để lợi dụng có hiệu quả nhiệt lượng do nhiên liệu cháy tỏa ra trong

buồng đốt

1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel bốn kỳ

Hình 1.4 hiển thị sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ diesel bốn kỳ Trong

quá trình làm việc của động cơ, trục khuỷu (4) quay theo chiều mũi tên (chiều kim

đồng hồ, xem hình vẽ) Piston (2) chuyển động tịnh tiến trong xylanh, thanh truyền

(3) biến chuyển động lên xuống của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu

Để tiện cho việc nghiên cứu ta hãy bắt đầu khi piston ở vào vị trí điểm chết trên

(ĐCT), lúc đó thể tích của xy lanh là bé nhất tức bằng Vc Góc quay φ của trục

khuỷu cũng được tính bắt đầu từ vị trí đó Đối với động cơ diesel bốn kỳ, trong mọi

chu trình công tác góc quay φ thay đổi từ 00 ÷ 7200 (tương ứng với hai vòng quay

trục khuỷu) Chu trình công tác của động cơ bốn kỳ được thực hiện như sau:

a Kỳ nạp (Quá trình hút)

Trong kỳ nạp (quá trình hút), piston (2) chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD đồng

thời xupáp hút (5) (xupáp nạp) mở trong khi xupáp xả (1) đóng Không khí sạch

được nạp vào trong xylanh của động cơ từ thể tích do piston vẽ ra

Hình 1.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel bốn kỳ

b Kỳ nén

Trong kỳ nén, piston (2) chuyển động từ ĐCD lên ĐCT, đồng thời các xupáp

nạp và xả đã đóng kín Piston thực hiện quá trình nén làm tăng áp suất và do đó làm

tăng nhiệt độ của không khí đã nạp vào trước đó

c Kỳ cháy dãn nở sinh công

Vào những thời điểm cuối của kỳ nén, khi piston (2) chuyển động đến gần

hoặc qua ĐCT, nhiên liệu được phun vào dưới dạng các hạt bụi nhỏ Các hạt

nhiên liệu được phun vào môi trường có khí ôxy O2 và nhiệt độ cao, bắt đầu bay

hơi, hòa trộn với oxy và cháy Quá trình cháy nhiên liệu xảy ra rất nhanh có tính

chất như một vụ nổ mà người ta gọi là cháy nổ Năng lượng nhiệt do cháy nhiên

liệu tạo ra trong buồng đốt khi cháy có nhiệt độ và áp suất cao Sự giãn nở sinh

công của khối khí cháy đẩy piston đi xuống

Hình 1.5 Đồ thị công chỉ thị (P-V) của động cơ diesel 4 kỳ

d Kỳ thải (Xả)

Kỳ xả bắt đầu khi piston từ ĐCD lên ĐCT đồng thời xupáp xả đang mở

trong khi xupáp hút đang đóng Do xupáp xả mở, khí cháy sẽ tự do thải ra ngoài

giai đoạn đầu và bị piston cưỡng bức đẩy ra ngoài vào giai đoạn cuối Khí cháy

được thải ra ngoài để chuẩn bị cho kỳ nạp của chu trình kế tiếp sẵn sàng thực

1.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel hai kỳ

Hình 1.5 biểu thị sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ diesel hai kỳ Trong

quá trình làm việc của động cơ, trục khuỷu quay theo chiều mũi tên (chiều kim đồng

hồ, xem hình vẽ) Piston cũng chuyển động tịnh tiến trong xy lanh, thanh truyền

biến chuyển động lên xuống của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu

Hãy bắt đầu chu trình làm việc của động cơ diesel hai kỳ bằng quá trình nén

(hình 1.5d) Quá trình nén bắt đầu khi piston đã đóng các cửa hút và cửa xả (hình

1.5d) Chuyển động của piston từ ĐCD lên ĐCT thực hiện quá trình nén Khi piston

chuyển động đến khu vực xung quanh ĐCT (trước hoặc sau), nhiên liệu được phun

vào buồng đốt dưới dạng các hạt bụi nhỏ Nhờ nhiệt độ cao của không khí có chứa

oxy cuối quá trình nén, nhiên liệu đựoc phun vào sẽ thực hiện quá trình cháy nổ làm

tăng áp suất và nhiệt độ

Khí cháy có nhiệt độ và áp suất cao sẽ thực hiện quá trình giãn nở sinh công,

đẩy piston từ ĐCT xuống ĐCD Vào cuối quá trình giản nở, khi piston chuyển động

xuống sẽ mở cửa xả (exhaust port, hình 1.5b) và thực hiện quá trình xả tự do nhờ áp

suất khí cháy trong xylanh đang còn cao hơn bên ngoài

Sự chuyển động tiếp theo của piston làm mở cửa nạp (scavenge port), và do

không khí sạch túc trực sẵn với áp suất khí cháy cao hơn khí cháy còn lại trong

xylanh, sẽ đi vào vừa thực hiện quá trình nạp, vừa thực hiện quá trình quét khí cháy

trong xylanh ra ngoài (hình 1.5c)

Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel hai kỳ

Toàn bộ một chu trình công tác của động cơ diesel hai kỳ thực hiện trong phạm

vi 3600 góc quay trục khuỷu (tương ứng vói một vòng quay trục khuỷu) Piston đi

lên (ĐCD lên ĐCT) thực hiện kỳ nén, đi xuống (ĐCT xuống ĐCD) thực hiện kỳ

cháy giãn nở sinh công Vào đầu các kỳ nén và cuối kỳ giãn nở, có các quá trình

thải khí cháy, nạp không khí và quét khí cháy mà người ta thường gọi là quá trình

trao đổi khí

Sự khác nhau cơ bản tính chất hai loại động cơ (bốn kỳ và hai kỳ) là hình thức

sinh công và trao đổi khí Trong đó động cơ hai kỳ sinh công sau một vòng quay còn

động cơ bốn kỳ sinh công sau hai vòng quay trục khuỷu Như vậy, nếu hai loại động

cơ có cùng số vòng quay và kích thước cơ bản thì động cơ hai kỳ về lý thuyết có

công suất lớn gấp hai lần động cơ bốn kỳ Thực tế, một phần hành trình phải sử

dụng cho các quá trình trao đổi khí, động cơ hai kỳ chỉ sinh công suất lớn hơn động

cơ bốn kỳ có 1.8 lần Ngoài ra, để thực hiện được quá trình trao đổi khí (nạp và quét

khi) động cơ hai kỳ đòi hỏi không khí nạp phải được nén sơ bộ trước để có áp suất

cao hơn so với không khí môi trường

Hình 1.7 Đồ thị công chỉ thị của động cơ diesel hai kỳ

1.5 Đồ thị tròn các quá trình trao đổi khí

Các quá trình trao đổi khí của động cơ Diesel đóng vai trò rất quan trọng nhằm

đảm bảo hoạt động của động cơ với các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao Chất lượng của

quá trình trao đổi khí được đánh giá bằng chất lượng các quá trình thải, quét khí và

nạp Các quá trình thải, quét khí và nạp (các quá trình trao đổi khí) diễn ra nối tiếp

nhau và ảnh hưởng lẫn nhau Khi một quá trình này không đảm bảo chất lượng , quá

z

c

b a

P

V

z’

e k

trình khác cũng không thể duy trì được chất lượng mong muốn Một yếu tố rất quan

trọng liên quan đến quá trình trao đổi khí tính quán tính của dòng khí ( khí xả và

không khí) lưu động trong động cơ Diesel Nhằm mục đích lợi dụng quán tính của

dòng khí lưu động, thời điểm đóng mở các cơ cấu thải và nạp của động cơ Diesel

phải được tính toán tối ưu và không trùng với các điểm chết (ĐCT và ĐCD)

1.5.1 Đồ thị tròn các quá trình trao đổi khí của động cơ bốn kỳ

Hình 1.6 miêu tả đồ thị tròn các quá trình trao đổi khí của động cơ diesel

bốn kỳ Trên đồ thị cho thấy, thời điểm đóng xupáp nạp để thực hiện quá trình

nén không phải ở ĐCD mà muộn hơn (còn gọi là góc đóng muộn) nhằm muc

đích lợi dụng quán tính của dòng khí nạp đang đi vào Cuối quá trình giãn nở,

xupáp xả được mở sớm hơn thời điểm ĐCD nhằm mục đích phân bố năng lượng

dành cho các thiết bị tận dụng (tuabin tăng áp và tăng cường quá trình xả tự do

Cuối quá trình xả cưỡng bức, xupáp xả không đóng ở thời điểm ĐCT mà muộn

hơn (góc đóng muộn) nhằm lợi dụng quán tính dòng khí cháy ra khỏi buồng đốt

Cũng nhằm mục đích đó, đồng thời để quét sạch buồng đốt, xupap nạp mở sớm

hơn (trước ĐCT) và trước khi xupap xả đóng Giai đoạn cả hai xupap (nạp, xả)

cùng mở gọi là giai đoạn trùng pha

Hình 1.8 Đồ thị tròn trao đổi khí động cơ diesel bốn kỳ

1.5.2 Đồ thị tròn các quá trình trao đổi khí động cơ diesel hai kỳ

Hình 1.9 miêu tả đồ thị tròn các quá trình trao đổi khí động cơ diesel hai kỳ

Trên đồ thị, thời điểm mở cửa xả sớm hơn ĐCD cũng với mục đích phân bố lại năng

lượng khí xả và tạo thuận lợi cho quá trình xả tự do Thời điểm mở cửa nạp sớm

hơn cửa xả, sớm hơn ĐCD, cũng được tính toán để khi cửa nạp mở quá trình quét

khí diễn ra hiệu quả nhất

Hình 1.9 Đồ thị tròn trao đổi khí động cơ diesel hai kỳ

1.5.3 Đồ thị tròn các quá trình trao đổi khí của động cơ diesel tăng ap

Đối với các động cơ tăng áp, do lượng không khí cần nạp vào và khí xả phải

thải ra lớn hơn so với động cơ không tăng áp Ngoài ra, với các động cơ tăng áp có

sử dụng tuabin khí xả, vấn đề phân bố năng lượng khí xả để đảm bảo công xuất cần

thiết của tuabin lai máy nén gió cũng được tính đến Vì vậy, động cơ tăng áp được

thiết kế với góc đóng mở xupáp khác với động cơ không tăng áp Hình 1.10 so sánh

đồ thị tròn các quá trình trao đổi khí động cơ diesel không tăng áp (a) và có tăng áp

(b) Các động cơ tăng áp có góc mở sớm xupáp xả, đóng muộn xupáp xả, mở sớm

xupáp nạp và giai đoạn trùng pha lớn hơn động cơ không tăng áp

Hình 1.10 Đồ thị tròn trao đổi khí động cơ diesel bốn kỳ

1.6 Phân loại động cơ diesel tàu thủy

Động cơ diesel dùng trên tàu thủy bao gồm rất nhiều chủng loại với các mục

đích sử dụng khác nhau Chúng có thể được phân loại theo các đặc điểm như sau:

1.6.1 Theo nguyên lý làm việc

- Động cơ bốn kỳ

- Động cơ hai kỳ

1.6.2 Theo nhiên liệu được sử dụng

- Động cơ dùng nhiên liệu nhẹ (DO)

- Động cơ dùng nhiên liệu hòa trộn (MDO)

- Động cơ dùng nhiên liệu nặng (HFO)

1.6.3 Theo kiểu buồng đốt

- Động cơ có buồng cháy thống nhất

- Động cơ có buồng đốt trong đỉnh piston

- Động cơ có buồng cháy xoáy lốc

- Động cơ có buồng dự cháy

1.6.4 Theo quá trình công tác

- Động cơ có quá trình cháy đẳng tích

- Động cơ có quá trình cháy đẳng áp

- Động cơ có quá trình cháy hỗn hợp

1.6.5 Theo phương pháp nạp không khí

- Động cơ có tăng áp

- Động cơ không tăng áp

1.6.6 Theo số lượng xylanh

- Động cơ piston đối đỉnh (hình 1.11)

Hình 1.11 Động cơ piston đối đỉnh

1.6.8 Theo chiều quay trục khuỷu

- Động cơ có thể đảo chiều

- Động cơ không thể đảo chiều

1.6.9 Theo tác động của piston

- Động cơ tác dụng đơn

- Động cơ tác dụng kép

1.6.10 Theo tốc độ quay trục khuỷu (vòng/phút)

- Động cơ thấp tốc: n < 200 (vòng/phút)

- Động cơ trung tốc: 200 < n <1000 (vòng/phút)

- Động cơ cao tốc: n > 1000 (vòng/phút)

1.6.11 Theo kết cấu đầu to biên

- Động cơ có patanh bàn trượt

- Động cơ không có patanh bàn trượt

1.6.12 Theo tỷ lệ kích thước S/D

Thông thường, tỷ số S/D của các động cơ dược phân loại như sau:

- Động cơ hành trình ngắn, S/D = 1.0 ÷ 1.5

- Động cơ hành trình dài (long stroke), S/D = 2.5 ÷ 3.0

- Động cơ hành trình siêu dài (super-long stroke), S/D > 3.0

CHƯƠNG 2

CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

2.1 Phân loại các bộ phận kết cấu của động cơ diesel

Kết cấu động cơ diesel có thể phân loại thành các nhóm chi tiết cơ bản như

sau:

- Các bộ phận tĩnh

- Các bộ phận động

- Các cơ cấu truyền động

- Các thiết bị đo và chỉ báo

- Các cơ cấu an toàn và điều khiển

Hình 2.1 Kết cấu các bộ phận cơ bản của động cơ diesel tàu thuỷ

4 Thanh truyền

2.2 Các kết cấu phần tĩnh

Các kết cấu phần tĩnh cơ bản của động cơ diesel (hình 2.2), có thể bao gồm:

- Bệ máy (bedplate)

- Thân máy (framework)

- Khối xylanh (cylinder block)

- Sơ mi xylanh (cylinder liners)

- Nắp xylanh (cylinder covers)

Hình 2.2 Kết cấu các bộ phận tĩnh của động cơ diesel tàu thuỷ

Bệ máy là nền tảng của một động cơ Bệ máy (hình 2.2) là cơ cấu dùng để liên

kết các bộ phận của đông cơ thành một khối, đỡ các khối lượng của động cơ, nhận

lực truyền từ các cơ cấu truyền động, tạo thành hộp gom dầu tuần hoàn bôi trơn

trong động cơ Bệ máy của động cơ vừa và lớn còn là chỗ đặt bệ trục Mỗi một bệ

trục đều có dạng yên ngựa, bao gồm hai nửa hình trụ liên kết với nhau (bằng bulông

êcu hoặc bằng cơ cấu chống)

Hình 2.2 Bệ máy

Thân máy dạng hình hộp, nối block xylanh (khối xylanh) với bệ máy và tạo

thành khoang cácte kín dầu Thân máy chịu lực nén do khối lượng của toàn bộ khối

xylanh và lực do khí cháy cũng như lực ngang do chuyển động quay của trục khuỷu

Thân máy của động cỡ lớn thường được kết cấu từ các vách ngang chữ A (hình 2.3)

Hình 2.3 Thân máy có vách ngăn kiểu chữ A

Với động cơ cao tốc, thân máy thường được chế tạo dạng khối nhỏ, bằng thép

đúc liền Ngược lại, thân máy của động cơ thấp tốc thường được chế tạo ở dạng các

phần rời

Khối xylanh có nhiệm vụ định vị các sơmi xylanh với nắp xylanh Khối xylanh

của động cơ hai kỳ khác với động cơ bốn kỳ ở chỗ động cơ hai kỳ cần phải có

khoang quét khí (khí nạp) và khoang khí xả

Nắp xylanh, cùng với sơmi xylanh tạo thành buồng đốt Khi làm việc, nắp

xylanh (hình 2.4) tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có nhiệt độ và áp suất cao, có thể bị

cháy hoặc nứt vỡ Bên trong, nắp xylanh được chế tạo với các khoang và lối đi của

nước làm mát

Hình 2.4 Nắp xi lanh

2.3 Các bộ phận chuyển động

Các bộ phận chuyển động chính của động cơ diesel bao gồm:

- Piston và các phụ kiện của nó

- Thanh truyền và con trượt

- Trục khuỷu

Piston là cơ cấu quan trọng nhất của động cơ quyết định trực tiếp đến công suất

cực đại của động cơ Đỉnh piston được chế từ vật liệu chịu nhiệt độ cao và áp suất

cao

Với piston có cán, chuyển động của piston và cán của nó chỉ là chuyển động

thẳng đứng và không có lực ngang Loại piston này, thân nó không cần quá dài để

làm mặt tựa chịu lực ngang Đương nhiên loại này cần con trượt với chức năng mặt

tựa chịu lực sinh ra từ chuyển động qua lại của thanh truyền và chuyển động quay

của trục khuỷu Bàn trượt nhằm mục đích đỡ và dẫn hướng con trượt được đỡ bởi

thân máy

Thanh truyền là cơ cấu biến chyển động tịnh tiến của piston hoặc con trượt

thành chuyển động quay của trục khuỷu

Trục khuỷu là cơ cấu quay của động cơ diesel, đó là cơ cấu nhận công suất chỉ

thị từ xylanh động cơ để truyền ra ngoài trục khuỷu chịu mômen uốn và xoắn thay

đổi theo chu kỳ trong quá trình làm việc của động cơ Thông thường trục khuỷu

thường được chế tạo bằng thép rèn, với động cơ cao tốc thường dùng thép crôm

niken Các khuỷu trục của động cơ nhiều xylanh được sắp xếp hợp lý nhằm mục

2.3 Các cơ cấu truyền động

Chức năng chính của cơ cấu truyền động là điều khiển các quá trình trao đổi

khí và phun nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ Với động cơ khởi động bằng

không khí nén, cơ cấu truyền động còn điều khiển quá trình phân phối gió khởi

động cho động cơ

Cơ cấu truyền động có thể dùng bánh răng hoặc xích để dẫn động trục

cam từ trục khuỷu Tỷ số truyền giữa trục khuỷu và trục cam là 1:1 đối với

động cơ hai kỳ và 2:1 đối với động cơ bốn kỳ

2.5 Các thiết bị đo và chỉ báo

Không chỉ với động cơ diesel, tất cả các máy móc thiết bị cần phải được đo đạc

các thông số trong quá trình hoạt động Các thông số như nhiệt độ, áp suất… rất cần

được đo và chỉ báo (hiển thị) Các thông số đo được không chỉ dùng để kiểm tra và

đánh giá chất lượng làm việc mà còn cần thiết cho vấn đề áp dụng tự động điều

khiển

2.5.1 Thiết bị đo áp suất

Thiết bị đo áp suất thường dùng cho động cơ diesel tàu thủy là đồng hồ áp

suất, với trị số chỉ báo là áp suất tương đối

a Manometer

Một chiếc ống kiểu chữ U dùng làm manometer thể hiện trên hình 2.6a Một

đầu của ống chữ U nối với nguồn đo áp suất, đầu kia mở thông với môi trường

không khí

Hình 2.6 Thiết bị đo áp suất

Chất lỏng bên trong ống có thể là nước hoặc thủy ngân và nó sẽ chỉ báo mực

chất lỏng như hình vẽ Độ chênh áp suất so với môi trường sẽ được thể hiện bằng độ

chênh mực chất lỏng như hình vẽ Thiết bị này thường được dùng để đo các giá trị

áp suất nhỏ Trong hệ thống với hai mức áp suất có thể dùng thiết bị này để đo độ

chênh áp suất

b Barometer

Barometer kiểu thủy ngân, có kết cấu một ống thẳng giống manometer Đó là

một ống mao dẫn thủy tinh có một đầu được làm kín, đổ đầy thủy ngân rồi lộn

ngược lại và cắm vào một bầu thủy ngân nhỏ ở dưới (hình 2.6b) Có một cột chân

không phía trên cột thủy ngân (trong ống mao dẫn), chịu tác động của áp suất khí

quyển vào bầu thủy ngân Chỉ số trên thang đo là áp suất tuyệt đối của khí quyển

Thiết bị đo khí áp hộp dùng kết cấu hình hộp có màng đàn hồi để kiểm tra sự

thay đổi áp suất khí quyển (hình 2.6c) Tâm màng đàn hồi tụt xuống nếu khí áp tăng

và dịch lên (do lò xo tác động phụ) nếu khí áp giảm Các thanh nối làm chuyển dịch

kim chỉ của thiết bị

c Đồng hồ áp suất kiểu ống Bourdon

Đồng hồ áp suất kiểu ống bourdon (hay lò xo ống), được sử dụng rộng rãi làm

thiết bị đo áp suất tương đối trong kỹ thuật (hình 2.6d) Đó là một ống có tiết diện

hình elip uốn cong hình chữ C với một đầu hàn kín Đầu hàn kín là đầu tự do liên

kết với các thanh nối để làm dịch chuyển kim chỉ Đầu kia của ống được nối thông

với khu vự áp suất cần đo Do tác dụng của áp suất, ống chữ C sẽ giãn ra hoặc co

vào thông qua van kim chỉ, chỉ báo được giá trị áp suất

2.5.2 Thiết bị đo nhiệt độ

Nhiệt độ thường được đo với giá trị trên thang độ C (0C: Độ Cenlsius)

a Nhiệt kế kiểu chất lỏng trong ống thủy tinh

Có rất nhiều chất lỏng được sử dụng trong loại nhiệt kế này, tùy thuộc vào

khoảng nhiệt độ: thủy ngân từ -350 đến +3500C, rượu cồn từ -800C đến +700C Sự

tăng nhiệt độ làm dãn nở chất lỏng trong ống thủy tinh làm mực chất lỏng tăng lên

Mực chất lỏng được lấy làm chỉ báo trên thang chia bên ngoài ống thủy tinh và chỉ

báo nhiệt độ Trong ống thủy tinh của nhiệt kế đo nhiệt độ cao, khoảng không gian

phía trên cột thủy ngân được nạp khí nitơ chịu áp suất

b Nhiệt kế kiểu chất lỏng trong ống kim loại

Dùng kết cấu gồm một bầu nhỏ nối với ống bourdon kim loại (giống áp kế)

đổ đầy chất lỏng có ưu điểm về độ tin cậy vả khoảng đo nhiệt độ rộng hơn Sử

dụng kết cấu kiểu này với chất lỏng là thủy ngân cho khoảng đo nhiệt độ từ -390C

đến 6500C

c Nhiệt kế lưỡng kim kiểu ren

Hình 2.7 Thiết bị đo nhiệt độ kiểu lưỡng kim

Một dải lưỡng kim đặt xoắn kiểu ren (hình 2.7) được chế tạo từ hai kim loại

khác nhau gắn liền nhau Khi nhiệt độ thay đổi, dải lưỡng kim giãn nở và do độ giãn

nở của mỗi kim loại khác nhau sẽ gây ra hiện tượng xoắn lại của dải kim loại Một

đầu dải kim loại được cố định, đầu kia gắn với trục xoay có gắn kim chỉ thị cho

phép chỉ báo giá trị nhiệt độ đã chia sẵn trên nhiệt kế Khoảng nhiệt độ dùng cho

loại nhiệt kế kiểu này là từ -300C đến +5500C

d Cặp nhiệt điện (Điện ngẫu)

Hình 2.8 Cặp nhiệt điện

Cặp nhiệt điện (điện ngẫu) là kiểu điện nhiệt kế khi hai kim loại khác nhau nối

với nhau thành một mạch kín được đặt trong trường nhiệt độ khác nhau, tại chỗ nối

sẽ phát sinh một dòng diện mà nó được sử dụng để đo nhiệt độ (hình 2.8) Khoảng

nhiệt độ dùng nhiệt kế kiểu này để đo là từ -2000C đến +14000C

2.5.3 Thiết bị đo mực chất lỏng

a Phao

Quả phao nổi trên mực chất lỏng, được dẫn trong ống sẽ truyền tín hiệu đến cơ

cấu chỉ báo cho biết mực chất lỏng tăng hay giảm Cơ cấu truyền động có thể dùng

dây hoặc xích Công tắc kiểu quả phao cũng hay được dùng cho các đèn, còi báo

động mực chất lỏng hoặc dùng cho hệ thống tự động khởi động hoặc dừng các bơm

chất lỏng

b Kính hoặc ống thủy

Có rất nhiều loại kính nhìn hoặc ống thủy dùng để hiển thị mực chất lỏng trong các

két chứa

c Đồng hồ kiểu khí (Pneumatic gauge)

Hình 2.9 Thiết bị đo mực chất lỏng kiểu khí

Đây là thiết bị đo mực chất lỏng trong két dùng manometer thủy ngân nối

với nửa hình cầu kim loại đặt trong két cần đo (hình 2.9) Nửa hình cầu kim loại

đặt gần đáy trong két cần đo và được nối bằng một ống nhỏ với manometer thủy

ngân Cấp khí nén vào hệ thống, dùng van chuyển có thể đo được mực chất lỏng của

nhiều két chỉ bằng một manometer thủy ngân Khi khí xả khỏi hệ thống, việc đo

mực chất lỏng không được thực hiện

2.5.4 Thiết bị đo lưu lượng

Đo dòng lưu động có thể là đo lượng chất lỏng lưu động trong một đơn vị thời

gian hoặc đo tốc độ lưu động sau đó nhân với diện tích lưu động để có lưu lượng

Một cặp bánh răng hoặc cách ăn khớp trong với thể tích đẩy sau mổi vòng quay

cho phép xác định thể tích chất lỏng lưu động qua thiết bị sau mỗi vòng quay

hoặc một số vòng quay (hình 2.10a)

Một bộ quay như tuabin thủy cũng cho phép đếm được chất lỏng lưu động

qua như hình 2.10b

b Thiết bị đo tốc độ lưu động

b1.Kiểu ống ventuari

Bố trí như hình 2.11a, ống venturi có tiết diện thu hẹp từ lối vào và mở rộng ở

lối ra Khi chất lỏng lưu động qua thiết bị sẽ có thay đổi tốc độ ở khu vực họng

ống và do đó gây chênh lệch áp suất suất được đo bởi manometer Độ chênh áp

suất phụ thuộc vào tốc độ lưu động và được lấy để xác định tốc độ lưu động

b2.Tấm tiết lưu

Tấm tiết lưu đặt vuông góc với lối lưu thông của dòng chất lỏng, có lỗ tiết

lưu và được bố trí một manometer đo chênh lệch áp suất trước và sau tiết lưu

(hình 2.11b) Độ chênh áp suất được lấy làm cơ sở cho việc tính toán tốc độ lưu

động của đòng chất lỏng

a, Kiểu ống Venturi b, Kiểu tấm tiết lưu

Hình 2.11 Đo lưư lượng kiểu (a) ống Venturi và (b) tấm tiết lưu

2.5.5 Tốc độ kế

Tùy theo nguyên tắc hoạt động, có thể có tốc độ kế kiểu cơ khí hoặc điện

a Tốc độ kế cơ khí

Có hai quả văng được gắn trên các thanh kim loại mềm Các thanh kim loại hai

đầu được gắn chặt với các cổ góp di động dọc trục (trượt) được Một lò xo hồi

được đặt giữa hai cổ góp (hình 2.12a) Trục quay cần đo tốc độ thông qua cơ cấu

truyền động sẽ lai dẫn trục quay của quả văng và phụ thuộc vào tốc độ quay, quả

văng sẽ văng ra Cổ góp trượt được thông qua các thanh truyền làm quay kim chỉ

báo, chỉ tốc độ quay của trục quay cần đo tốc độ

a, Tốc độ kế cơ khí b, Tốc độ kế kiểu máy phát

Hình 2.12 Tốc độ kế

b Tốc độ kế điện tử

Có dạng một máy phát điện bao gồm một cốc nhôm quay trong một

stator có nam châm điện (hình 2.12b) Stator có hai cuộn dây khác nhau, đặt

vuông góc với nhau Một dòng điện xoay chiều cung cấp cho một cuộn dây,

hiệu điện thế do cuộn dây kia tạo ra được lấy làm cơ sở cho việc xác định

tốc độ quay cần đo

Thiết bị cảm ứng tốc độ quay kiểu xung điện cảm ứng có thể đọc trực tiếp tốc

độ quay (hình 2.13a) Mỗi một răng trên bánh quay , khi quay qua đầu cảm (pick

up), được ghi lại dưới dạng một xung điện và đưa đến đồng hồ chỉ báo

Đồng hồ tốc độ kiểu điện dung biểu thị trên hình 2.13b Một chiếc cánh quay

qua một biến trở tạo ra một xung điện và sau khi biến đổi, tín hiệu được đưa về

đồng hồ chỉ thị

Hình 2.13 Tốc độ kế kiểu điện tử

2.5.6 Thiết bị đo độ nhớt

Việc đo độ nhớt nhằm mục đích điều chỉnh độ nhớt của nhiên liệu là vô cùng

quan trọng và cần thiết Tăng nhiệt độ của nhiên liệu sẽ làm giảm độ nhớt của nó và

ngược lại

Bộ cảm ứng độ nhớt biểu thị trên hình 2.14 Một chiếc bơm bánh răng nhỏ cấp

một lượng chất lỏng cố định qua một ống mao dẫn Chất lỏng lưu động qua ống mao

dẫn có độ chênh áp suất trước và sau, tùy thuộc vào độ nhớt của chất lỏng Một

đồng hồ đo độ chênh áp suất để tính toán độ nhớt chất lỏng

Hình 2.14 Viacosity sensor: (a) diagramatic; (b) actual

2.6 Thiết bị điều khiển và thiết bị an toàn

2.6.1 Bộ điều tốc

Thiết bị điều khiển chủ yếu trong bất kỳ một động cơ diesel là bộ điều tốc Bộ

điều tốc có chức năng duy trì tốc độ quay của động cơ ổn định khi tải (công suất)

thay đổi Nhằm thực hiện điều đó, bộ điều tốc điều chỉnh một cách tự động

nhiên liệu cung cấp cho động cơ phù hợp với tải động cơ Có các loại bộ điều

tốc kiểu cơ khí, thủy lực và điện tử

Bộ điều tốc cơ khí dùng quả văng để cảm ứng vòng quay động cơ Hai quả

văng gắn trên một cái đĩa quay, được truyền động từ trục động cơ (hình 2.15) Tác

dụng của lực ly tâm đẩy các quả văng ra làm cấn đứng dưới các quả văng bị nâng

lên, nén lò xo tốc độ lại cho đến khi tạo được cân bằng Chuyển động của cần đứng

thông qua hệ thanh truyền cơ học hoặc khuyếch đại thủy lực làm thay đổi nhiên liệu

cấp cho động cơ

Hình 2.15 Bộ điều tốc

2.6.2 Van an toàn xylanh

Van an toàn xylanh được thiết kế để giảm thiết kế để giảm áp suất cháy trong

xylanh động cơ khi nó vượt quá từ 10% đến 20% áp suất cháy định mức (hình 2.16)

Van an toàn được giữ ở vị trí đóng bởi lò xo và nó sẽ bị đẩy lên khi lực khí cháy

vượt quá lực tác động của lò xo Van an toàn xylanh được thiết kế để nó tự đóng kín

sau mỗi lần mở

Trong quá trình khai thác, do tác động của nhiều yếu tố van an toàn sẽ có nhiều

sai lệch về trị số mở áp suất và nó phải được định kỳ bảo dưỡng và hiệu chỉnh

Hình 2.16 Van an toàn xi lanh

2.6.3 Cảm biến hơi dầu cácte

Hơi dầu cácte hình thành do sự bay hơi của dầu bôi trơn dưới nhiệt độ cao Sự

hình thành hơi dầu cácte có thể đạt đến mức nguy hiểm và có thể gây nổ Đầu cảm biến

hơi dầu cácte dùng tế bào quang điện để đo liên tục sự tăng rất nhỏ nồng độ hơi dầu

hình thành trong cácte Một motor điện lai quạt hút lấy mẫu hơi dầu từ cácte thổi qua

ống đo Mẫu hơi dầu được lấy lần lượt từ các khoang các nhau của cácte thông qua một

van phân phối cũng do motor điện quay Mẫu hơi dầu được đo và so sánh với mẫu

không khí sạch hoặc so sánh mẫu hơi dầu của các khoang cácte với nhau Trị số

đo thực tế sau khi so sánh được đưa đến bộ báo động hoặc hiển thị cho người

khai thác

2.6.4 Van an toàn cácte

Van an toàn cácte được trang bị nhằm bảo vệ cácte khi máy xảy ra cháy nổ hơi

dầu trong cácte Van an toàn cácte được bố trí trên các nắp cácte của động cơ

Hình 2.17 Van an toàn cacte

Van an toàn cácte (hình 2.17) được thiết kế kiểu van một chiều, tự đóng kín

bằng lò xo và tự mở do tác động của áp xuất trong cácte khi giá trị của áp suất vượt

quá giới hạn đặt trước Hình 2.17 miêu tả kết cấu của van an toàn cácte Trong đó,

bên trong của van có bố trí lưới ngăn không cho ngọn lửa tràn ra ngoài, còn bên

ngoài được bố trí cửa thoát làm lệch hướng dòng hơi dầu để bảo vệ người khai thác

đang làm việc phía ngoài

2.6.5 Máy via

Máy via dùng động cơ điện lai thông qua hộp bánh răng ăn khớp với răng trên

bánh đà để quay trục khuỷu của động cơ với tốc độ rất chậm Máy via dùng để via

động cơ đến những vị trí cần thiết cho việc tháo, sửa chữa, kiểm tra và chỉnh định

Trước khi khởi động, máy via cũng được khởi động nhằm vào việc kiểm tra sự

quay trở tự do của các cơ cấu chuyển động trong động cơ cũng như nguy cơ có nước

trong buồng đốt

Khi máy via hoạt động các van an toàn của động cơ phải được mở trước khi

khởi động động cơ

CHƯƠNG 3

ĐỘNG CƠ DIESEL CỠ LỚN THẤP TỐC

3.1 Giới thiệu chung

Động cơ diesel cỡ lớn thấp tốc thường sử dụng dưới tàu thủy làm máy

chính, lai trực tiếp thiết bị đẩy tàu là chân vịt Chúng thường là loại động cơ

hai kỳ tăng áp, có patanh bàn trượt, hành trình dài, vòng quay trục khuỷu

thấp nhưng tốc độ chuyển động của piston rất cao và được thiết kế để sử

dụng nhiên liệu có chất lượng thấp

Hình 3.1 Động cơ S50MC hãng MAN BW

Hiện nay , các động cơ thấp tốc cỡ lớn được chế tạo chủ yếu bởi các hãng sau

: MAN BW, WARTSILA (SULZER) , MITSUBISHI…

3.2 Các chi tiết tĩnh

Các chi tiết tĩnh chính (hình 3.1) của động cơ lớn, thấp tốc bao gồm: bệ

máy, khung máy, bệ đỡ chính, khối xylanh, sơmi xylanh, nắp xylanh

Hình 3.2 Các chi tiết tĩnh chính động cơ thấp tốc cỡ lớn

3.2.1 Bệ máy

Bệ máy (hình 3.2) là nền móng cho động cơ và còn là cácte chứa dầu nhờn bôi

trơn

Bệ máy liên kết chặt thân động cơ với các chi tiết tĩnh và chịu lực của các chi

tiết chuyển động Bệ máy phải có độ bền, độ cứng vững thích hợp để chịu được lực

uốn theo chiều dọc Bệ máy của động cơ lớn thấp tốc được chế tạo từ các tấm thép

hàn, do đó có thể giảm được trọng lượng và tăng độ cứng cho bệ máy

Kết cấu của bệ máy bao gồm các dầm dọc và tấm ngang Các dầm ngang chứa ổ

đỡ chính trục khuỷu, có tác dụng tăng độ cứng vững theo chiều ngang cho bệ máy

Các dầm ngang chia bệ máy thành các khoang tương ứng với số xylanh

Bạc lót này có thể là loại bạc dày hoặc mỏng kim loại để chế tạo bạc lót là hợp

kim babít Trước đây người ta thường sử dụng loại bạc dày, nhưng thời gian gần đây

người ta chuyển sang sử dụng bạc mỏng có độ bền mỏi cao

Hình 3.4 cũng mô tả ổ đõ chính điển hình bởi các căn đệm giữa hai nữa bạc

lót Dầu nhờn bôi trơn thường được cấp vào bạc lót qua lỗ phía trên của nắp ổ

đỡ Phía trong bạc lót có rãnh dẫn dầu bôi trơn để đảm bảo dầu nhờn phân bố

đều xung quanh bạc lót Bạc lót được đặt trong ổ đỡ chính và được cố định nắp

ổ đỡ bằng các gu-dông và êcu hoặc kích chống

3.2.3 Khung máy

Khung máy đặt trên bệ máy, nó được cấu tạo bởi các khung hình hộp có các

tấm dọc và các vách ngang “hình chữ A” (hình 3.5) Khung máy phải có nắp có thể

mở để kiểm tra bên trong cácte Nó còn phải có ống thông hơi, các thiết bị an toàn

như: van an toàn, thiết bị kiểm tra hơi dầu trong cácte khi động cơ làm việc Trên

khung máy có lắp bulông liên kết khung máy với bệ máy, hoặc bệ máy với khung

và khối sơmi xylanh

Hình 3.5 Khung máy

3.2.4 Khối xylanh

Khối xylanh của động cơ thấp tốc là các khối độc lập Chúng bao gồm từ ba

đến mười hai khối giống nhau và liên kết với nhau bằng các bulông Cấu tạo khối

xylanh của động cơ hai kỳ phức tạp hơn so với động cơ bốn kỳ vì chúng có các

cửa quét và cửa xả (đối với động cơ quét vòng) Giữa khối xylanh và sơmi xilanh

có không gian cho nước làm mát tuần hoàn (hình 3.6)

Hình 3.6 Thân xi lanh

3.2.5 Sơmi xylanh

Sơmi xylanh của động cơ hai kỳ công suất lớn, thấp tốc chế tạo bằng phương

pháp đúc và có cấu tạo không gian làm mát như hình 3.7

Hình 3.7 Sơ mi xi lanh

Sơmi xylanh phải có khẳ năng chịu được hai ứng suất: ứng suất cơ do áp suất

cháy và ứng suất nhiệt do sự chênh lệch nhiệt độ giữa vách trong và vách ngoài

sơmi xylanh Bề mặt phía tiếp xúc với nước làm mát của sơmi xylanh sẽ là nơi

xuất hiện các vết nứt đầu tiên Các vết nứt này ngày càng sâu và xuyên qua thành

sơmi xylanh; sau đó tiếp tục kéo dài xung quanh chu vi sơmi xylanh

Sơmi xylanh của các động cơ có đường kính lớn, hoặc có patanh bàn trượt

được bôi trơn bằng cách dùng các bơm dầu nhờn kiểu piston cụm, cấp dầu nhờn bôi

trơn cho sơmi xylanh qua các lỗ trên sơmi xylanh Các lỗ dầu này được khoan ở

phía trên của sơmi xylanh để hạn chế sự mài mòn sơmi xylanh Trên các lỗ dầu

nhờn này người ta bố trí các van một chiều để ngăn ngừa việc dầu nhờn chảy ngược

lại do tác dụng của áp lực khí cháy Các miệng lỗ phía trong sơmi xylanh được nối

với nhau bằng rãnh lượn sóng, hoặc thẳng để phân phối dầu nhờn đều xung quanh

chu vi sơmi xylanh (hình 3.7) Dầu bôi trơn cấp vào khi xécmăng đầu tiên đi qua các

lỗ dầu ở hành trình đi lên của piston

3.2.6 Nắp xylanh

Hình 3.9 Nắp xi lanh động cơ hai kỳ quýet thẳng

Nắp xylanh cùng với đỉnh piston, thành sơmi xylanh tạo thành không gian

buồng đốt Nó rất dễ bị cháy và nứt do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có áp suất

và nhiệt độ cao Do điều kiện làm việc, nắp xylanh cần phải làm mát thích hợp

Việc thiết kế nắp xylanh phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: kích thước sơmi

xylanh, các xupáp, vòi phun và hình dáng của buồng đốt Nắp xylanh của động cơ

hai kỳ, tác dụng đơn, quét thẳng qua xupáp có cấu tạo tương tự như nắp xylanh

của động cơ bốn kỳ (hình 3.9) Nắp xylanh của động cơ hai kỳ quét vòng chỉ có

các lỗ để lắp vòi phun, van khởi động và có cấu tạo đơn giản hơn

Nắp xylanh được làm mát bằng nước, đường nước vào làm mát ở phía ngoài

nắp xylanh, đường nước làm mát ra được lắp ở vị trí cao nhất để tránh tạo thành các

túi hơi trong khoảng thời gian làm mát Các túi hơi có thể là nguyên nhân tạo thành

các vùng quá nhiệt và dẫn đến hiện tượng rạn nứt

3.3 Các chi tiết chuyển động

3.3.1 Nhóm piston và xéc măng

a Piston

Piston là một chi tiết quan trọng, quyết định khả năng sinh công của động cơ

đốt trong Có hai loại piston : piston của động cơ không có patanh bàn trượt và

piston của động cơ có bàn trượt Piston của động cơ có patanh bàn trượt hiện đại

được làm mát bằng dầu nhờn Dầu nhờn vào làm mát piston bằng ống lồng, sau đó

đi ra bằng đường ống trong cán piston Đỉnh piston được chế tạo bằng vật liệu có

khả năng chịu được áp suất và nhiệt độ cao Đỉnh piston điển hình được chế từ

thép chịu nhiệt như: hợp kim crôm, môlíp đen, niken Loại piston này chịu

được ứng suất kéo, hạn chế được rạn nứt Để tăng khả năng chịu mài mòn, va

đập, rãnh xécmăng thường được phủ một lớp crôm hoặc được hoá cứng

Piston của các động cơ hai kỳ quét vòng có patanh bàn trượt có phần dẫn

hướng dài để ngăn không cho cửa quét và của xả thnôg nhau khi piston ở ĐCT

Phần dẫn hướng thường được chế tạo bằng gang vì phải tải nhiệt và cơ trên phần

dẫn hướng nhỏ hơn phần đỉnh piston Trên phần dẫn hướng có thể lắp các đai bằng

đồng thau để hạn chế mài mòn sơmi xylanh Piston của các động cơ hai kỳ quét

thẳng có patanh bàn trượt, hành trình dài thì không có phần dẫn hướng vì patanh bàn

trượt giữ vai trò dẫn hướng Đối với các động cơ không có patanh bàn trượt, piston

có phần dẫn hướng dài hơn Vật liệu chế tạo piston phụ thuộc vào kích thước, loại

nhiên liệu sử dụng và tốc độ động cơ

Hình 3.10 Piston động cơ hai kỳ quýet thẳng

Đỉnh piston tiếp xúc trực tiếp với khí cháy, nhưng cần phải duy trì nhiệt độ của

nó dưới 5000C để đảm bảo độ bền của piston Đỉnh piston phải có độ dày cần thiết

để có khả năng chịu được lực của khí cháy Quá trình truyền nhiệt từ đỉnh piston cho

sơmi xyanh phải diễn ra đều xung quanh piston.Vị trí nào truyền nhiệt kém sẽ làm

cho piston bị quá nhiệt, là nguyên nhân làm cho piston bị biến dạng dẫn đến quá

trình mài mòn sơmi xylanh Trong trường hợp đặc biệt, đây cũng có thể là nguyên

nhân làm kẹt piston

Giữa piston và sơmi xylanh phải luôn tồn tại khe hở cho sự giãn nở vì nhiệt

Hầu hết piston có đường kính đỉnh piston nhỏ hơn phần dẫn hướng vì đỉnh piston có

nhiệt độ cao hơn phần dẫn hướng Giá trị khe hở này phụ thuộc vào công suất

và vật liệu chế tạo piston Nó nằm trong khoảng 0,01% đường kính piston đối với

piston thép rèn, 0,1% đối với piston chế tạo bằng hợp kim nhôm

Hình 3.11 Piston động cơ hai kỳ Sulzer RTA84T

Nếu piston được làm mát bằng nước thì cần phải làm kín khoang nước làm mát

để tránh rò lọt nước xuống cácte Với piston làm mát bằng dầu nhờn thì vị trí đường

dầu vào thường cao hơn vị trí đường dầu ra do đó không gian làm mát thường không

đầy dầu Khi động cơ hoạt động sẽ làm cho lượng dầu trong khoang làm mát lắc

mạnh và toàn bộ bề mặt làm mát sẽ tiếp xúc với một lớp dầu và hiệu quả làm mát

tăng lên (hình 3.12)

Hình 3.12 Làm mát Piston động cơ hai kỳ quýet thẳng

2 Xéc măng

Xéc măng có nhiệm vụ :

- Làm kín buồng đốt ngăn không cho rò lọt khí cháy và khí nén

- Gạt dầu bôi trơn cho sơmi xylanh

- Dẫn nhiệt từ piston đến sơmi xylanh

a Kết Cấu Xéc Măng:

Có hai loại xéc măng: xéc măng khí và xéc măng dầu (hình 3.13)

Xéc măng nằm trong rãnh trên piston, vị trí của xéc măng trên cùng không

được quá cao để đảm bảo nhiệt độ của xéc măng không quá cao, tránh làm cháy dầu

nhờn và làm kẹt xéc măng Xéc măng phải có khả năng chuyển động tự do trong

rãnh, do đó giữa xéc măng và rãnh xéc măng phải có khe hở cần thiết theo chiều dày

của xéc măng

Hình 3.13 Xéc măng khí và xéc măng dầu

b Kiểm tra, lắp ráp xéc măng

- Khe hở của xéc măng có ba loại:

- Khe hở giữa hai đầu của xéc măng khi xéc măng nằm trong sơmi xylanh

gọi là khe hở miệng Trước khi lắp xéc măng vào piston phải đưa xéc măng vào

sơmi xylanh sao cho mặt phẳng của xéc măng vuông góc với đường tâm sơmi

xylanh, vị trí đặt xéc măng trong sơmi xylanh phải có độ mài mòn ít nhất Dùng

thước lá đo khoảng cách giữa hai đầu của xéc măng Các nhà máy chế tạo động cơ

đã chỉ rõ giá trị khe hở nhỏ nhất và lớn nhất Nếu khe hở nhỏ hơn giá trị nhỏ nhất

thì hai đầu của xéc măng có thể chống vào nhau do sự giãn nở vì nhiệt của xéc măng

khi động cơ làm việc Đó là nguyên nhân làm cho xéc măng bó chặt sơmi xylanh,

làm tăng ma sát giữa piston và somi xylanh; trong một số trường hợp có thể làm kẹt