Chương 4 động cơ diesel

Động cơ đốt trong: Là loại động cơ nhiệt trong đó việc đốt cháy nhiên liệu, sự toảnhiệt và quá trình chuyển hoá từ nhiệt năng của môi chất công tác hỗn hợp khí đốt doviệc cháy nhiên liệu

Chơng IV

động cơ diesel

4-1 Những định nghĩa và khái niệm cơ bản

I Giới thiệu chung về động cơ đốt trong.

1.Định nghĩa động cơ đốt trong và động cơ diesel tàu thuỷ.

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

Động cơ đốt ngoài: Là loại động cơ nhiệt có quá trình đốt cháy nhiên liệu đợc tiếnhành ở bên ngoài động cơ (Ví dụ: Máy hơi nớc kiểu Piston, tua bin hơi nớc )

Động cơ đốt trong: Là loại động cơ nhiệt trong đó việc đốt cháy nhiên liệu, sự toảnhiệt và quá trình chuyển hoá từ nhiệt năng của môi chất công tác (hỗn hợp khí đốt doviệc cháy nhiên liệu), sang cơ năng đợc tiến hành ngay trong bản thân động cơ (VD:

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

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

mà trong đó nhiên liệu đợc đa vào xilanh cuối quá trình nén, tự bắt lửa trong không khí

có nhiệt độ cao do bị nén trong xilanh Động cơ diesel còn gọi là động cơ tự cháy (trêntàu thuỷ chỉ dùng loại này)

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

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 động và các hệ thống phục vụ

7

654

3

128

9

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), supap (8).

Nguyên lý làm việc nh sau:

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

áp suất và nhiệt độ cao tiến hành quá trình giãn nở, tác dụng lực lên đỉnh piston đẩypiston chuyển động tịnh tiến đi xuống

Nhờ có cơ cấu thanh truyền trục khuỷu, chuyển động tịnh tiến của piston đợc chuyểnthành chuyển động quay của trục khuỷu thông qua thanh truyền chuyển động songphẳng Mặt bích 9 đợc nối với mặt bích của thiết bị tiêu thụ công suất nh chân vịt, mỏyphát điện

Để đảm bảo nạp khí mới kịp thời vào xilanh, cũng nh để thải đúng lúc khí thải ra khỏixilanh động cơ, trên động cơ đợc bố trí hệ thống phân phối khí

Muốn cung cấp nhiên liệu mới vào xilanh, động cơ đợc trang bị hệ thống cung cấpnhiên liệu

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

nở (900 1500oK) bảo đảm cho chu trình công tác của động cơ thu đợc hiệu suất cao.Tuy nhiệt độ cháy cao, nhng quá trình cháy trong động cơ có tính chu kì và các chitiết tiếp xúc với khí cháy luôn đợc làm mát nhờ hệ thống làm mát, các bề mặt chuyển

động tơng đối giữa các chi tiết luôn đợc bôi trơn nhờ hệ thống bôi trơn nên đảm bảo cho

động cơ làm việc ổn định và bền vững, có độ tin cậy cao

3 Ưu nhợc 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 là:

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

 45% trong khi đó hiệu suất của thiết bị động lực tua in hơi chỉ 22  28% của thiết bịmáy hơi nớc không quá 16%, của thiết bị tua bin khí khoảng 30%

- Nếu hai động cơ đốt trong và đốt ngoài cùng công suất thì động cơ đốt trong gọn vànhẹ hơn nhiều (vì không cần các thiết bị phụ khác nh động cơ đốt ngoài, nh nồi hơi,buồng cháy, máy nén, thiết bị ngng hơi ).

- Tính cơ động cao: Khởi động nhanh và luôn luôn ở trạng thái sẵn sàng khởi động

Có thể điều chỉnh kịp thời công suất theo phụ tải

- Dễ tự động hoá và điều khiển từ xa

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

- Nhiệt độ xung quanh tơng đối thấp tạo điều kiện tốt cho thợ máy làm việc

- Không tốn nhiên liệu khi dừng động cơ

- Không cần nhiều ngời vận hành bảo dỡng

b.Nhợc điểm:

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

- Không ổn định khi làm 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 trongkhông vợt quá 40  45 ngàn mã lực hoặc 30  37 ngàn KW)

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

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

- Động cơ làm việc khá ồn, nhất là động cơ cao tốc

- Yêu cầu ngời khai thác phải có trình độ kỹ thuật cao

II Những khái niệm và 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 trípiston dừng lại để đổi chiều chuyển động gọi là điểm chết của piston

- Điểm chết trên (viết tắt là ĐCT) là vị trí đỉnh piston khi piston cách xa đờng tâmtrục khuỷu nhất

- Điểm chết dới (viết tắt là ĐCD) là vị trí đỉnh piston khi piston gần đờng tâm trụckhuỷu nhất

2 Hành trình của piston

Là khoảng cách giữa điểm chết trên và điểm chết dới Hành trình của Piston S phụthuộc vào bán kính của trục khuỷu: S = 2R (bằng đờng kính vòng tròn do tâm cổ biênvạch ra khi quay quanh đờng tâm trục khuỷu).

S Hành trình của piston (mm)

Đờng kính xilanh D và hành trình piston S đợc coi là những kích thớc chính, kích

thớc cơ bản của động cơ (vì qua đó xác định đợc thể tích làm việc của xilanh)

4.Thể tích buồng đốt

Thể tích buồng đốt V C (còn gọi là thể tích nén) là thể tích đợc tạo ra bởi không giangiữa nắp xilanh và đỉnh piston và sơmi xilanh khi piston ở điểm chết trên

5 Thể tích toàn bộ của xilanh

Thể tích toàn bộ V a (còn gọi là thể tích nén) là thể tích đợc tạo ra bởi không gian giữanắp xilanh và đỉnh piston và sơmi xilanh khi piston ở điểm chết dới

s c c

a

V

V V

V V

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

ảnh hởng rất nhiều đến những thông số khác của động cơ, đặc biệt là vấn đề lợi dụng cóhiệu quả nhiệt lợng do nhiên liệu toả ra trong buồng đốt

7.Quá trình công tác

Quá trình công tác của động cơ là hỗn hợp những biến đổi xảy ra đối với môi chấtcông tác trong xilanh động cơ cũng nh trong hệ thống gắn liền với xilanh nh hệ thốngnạp và hệ thống thải

Trong động cơ sự biến đổi từ hoá năng của nhiên liệu sang công cơ học đợc thực hiện

nhờ môi chất công tác (dới dạng khí), môi chất này luôn luôn biến đổi về chất cũng nh

về lợng nh thay đổi về nhiệt độ, về áp suất, về trọng lợng, về thành phần hoá học.Quá

trình công tác gồm nhiều bộ phận riêng rẽ kế tiếp nhau theo một trật tự nhất định và đ ợc

lặp đi lặp lại có tính chu kỳ

8 Chu trình công tác.

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

đổi xảy ra trong xilanh động cơ làm thay đổi trạng thái của môi chất công tác, tính từ lúc

môi chất đợc bắt đầu nạp vào 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 là một phần của chu trình công tác xẩy ra trong thời gian một hành trình của

piston Đợc đánh dấu bằng 2 vị trí ĐCT và ĐCD của piston (nếu động cơ chỉ có một

piston trong xilanh).Số kỳ là số hành trình cần thiết của piston đề hoàn thành một chu

trình công tác

Ví dụ: Nếu động cơ phải cần bốn hành trình của piston để hoàn thành một chu trình

công tác thì gọi là động cơ 4 kỳ, nếu chỉ cần hai hành trình của piston thì gọi là động cơ

2 kỳ

4-2 Chu trình lý tởng động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong làm việc dựa trên quá trình biến đổi nhiệt thành công Đối với

động cơ diesel: Nhiên liệu đợc phun vào xilanh cùng với không khí tạo thành hỗn hợp tự

bốc cháy ở cuối quá trình nén, áp suất cao của khí cháy làm piston chuyển động sinh

công Quá trình giãn nở trong xilanh động cơ là quá trình biến đổi nhiệt thành công

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

Hình 4-2 Chu trình cấp nhiệt đẳng tích

z

c

ba

P

V

Q1

Q2

- 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 lợng cấp đẳng tích

-Q2:Nhiệt lợng nhả ra môi trờng

0

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

bật tia lửa điện trong buồng đốt động cơ

2 Chu trình cấp nhiệt đẳng áp

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

nh không thay đổi trong quá trình 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 và một

phần nhiên liệu cháy khi áp suất không đổi ở đầu quá trình giãn nở

Hình 4-4 Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

zc

ba

Q2

-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 lợng cấp đẳng áp

-Q2:Nhiệt lợng nhả ra môi trờng

- ac: Quá trình nén đoạn nhiệt

- cz': Quá trình cấp nhiệt đẳng áp

- z’z: Quá trình cấp nhiệt đẳng tích

- zb: Quá trình giãn nở đoạn nhiệt

- ba: Quá trình nhả nhiệt đẳng tích.

-Q1:Nhiệt lợng cấp đẳng tích

-Q1/:Nhiệt lợng cấp đẳng áp

-Q2:Nhiệt lợng nhả ra môi trờng

4-3 Phân loại động cơ đốt trong

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

1.Theo cách thực hiện chu trình công tác.

* Động cơ 4 kỳ: Là động cơ trong đó chu trình công tác đợc hoàn thành trong 4 thời

gian hành trình của piston, hoặc là hai vòng quay của trục khuỷu

* Động cơ 2 kỳ: Là động cơ trong đó chu trình công tác đợc hoàn thành trong hai thời

gian hành trình của piston, hoặc là 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 ) và chạybằng 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 là khí, nhiên liệulàm mồi là lỏng) - Động cơ gazo diesel

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

3 Theo phơng pháp hình thành khí hỗn hợp

* Động cơ hình thành khí hỗn hợp bên ngoài: Là loại động cơ mà hỗn hợp cháy của

nó (gồm hơi của nhiên liệu lỏng nhẹ với không khí, hoặc khí ga với không khí) đợc hìnhthành bên ngoài xilanh động cơ Ví dụ: Động cơ xăng và động cơ ga đốt cháy bằng tialửa điện, động cơ phun xăng ở thời kỳ nạp

* Động cơ hình thành khí hỗn hợp bên trong: Là động cơ trong đó không khí và nhiênliệu đợc đa riêng vào xilanh, còn khí hỗn hợp công tác (hỗn hợp giữa không khí mới vànhiên liệu và một ít sản phẩm cháy của chu trình trớc còn sót lại) đợc hình thành ở bêntrong xi lah động cơ do phun nhiên liệu dới dạng sơng mù vào trong xilanh ở áp suấtcao

Bao gồm: Động cơ diesel, động cơ phun nhiên liệu trực tiếp vào xilanh, động cơ cócầu giữ nhiệt

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

- Động cơ có một buồng cháy (hay là động cơ buồng cháy thống nhất) là loại động cơtrong đó thể tích buồng cháy là một thể thống nhất và quá trình tạo thành khí hỗn hợp,cũng nh quá trình cháy của nhiên liệu đều đợc tiến hành trong đó

- Động cơ có buồng cháy dự bị: Thể tích buồng cháy đợc chia làm hai phần gồmbuồng cháy chính và buồng cháy dự bị.Quá trình hình thành khí hỗn hợp ở buồng cháychính là nhờ có sự chênh lệch áp suất giữa buồng cháy chính và buồng cháy dự bị do cómột bộ phận nhiên liệu đợc cháy trớc trong buồng cháy dự bị.

- Động cơ có buồng cháy xoáy lốc: Thể tích buồng cháy cũng đợc chia làm hai phầngồm buồng cháy chính và buồng cháy xoáy lốc.Quá trình hình thành khí hỗn hợp trong

động cơ là do tạo ra đợc những dòng không khí xoáy trong buồng xoáy lốc, nơi phunnhiên liệu vào Đồng thời quá trình hình thành khí hỗn hợp và quá trình cháy của nhiênliệu về cơ bản xẩy ra ở ngay trong buồng cháy xoáy lốc đó

Trong thực tế hiện nay chỉ áp dụng diesel làm động cơ tàu thuỷ

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

5 Theo dạng của chu trình công tác

* Động cơ làm việc theo chu trình đẳng tích: Trong đó quá trình cháy của nhiên liệutiến hành ở thể tích không đổi Các động cơ này có tỷ số nén thấp (  = 612) và dùngphơng pháp đốt chát cỡng bức (động cơ xăng và động cơ ga)

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

đổi Loại động cơ này có tỷ số nén cao (=1214) dùng phơng pháp phun nhiên liệubằng không khí nén vào trong xilanh động cơ và tự bốc cháy (động cơ diesel phun nhiênliệu bằng không khí nén, loại này hiện nay không dùng nữa)

* Động cơ làm 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 này có tỷ số nén rất cao (12-19) dùngphơng pháp phun nhiên liệu lỏng trực tiếp vào xilanh động cơ và tự bốc cháy (Động cơdiesel)

6 Dựa vào phơng pháp nạp

* Động cơ không tăng áp: Động cơ trong đó việc nạp không khí hoặc hỗn hợp cháy

vào xilanh do sự chênh lệch áp suất trong xilanh và môi trờng bên ngoài

* Động cơ tăng áp: Động cơ trong đó việc nạp không khí hoặc hỗn hợp cháy vào

xilanh tiến hành ở áp suất cao hơn áp suất khí trời bên ngoàI, do đợc nén trớc bởi một

máy nén , do đó có thể nâng cao đợc công suất động cơ nhờ việc tăng lợng khí nạp mới

vào xilanh

7 Theo tốc độ của động cơ

Tốc độ của động cơ đợc 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 ớc nhìn từ phía bánh đà đối với động cơ lai chân vịt tàu 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 ngợc chiều kim đồng hồ

* Động cơ có thể đảo chiều quay: Trục khuỷu của động cơ có thể thay đổi đợc chiều

quay nhờ cơ cấu thay đổi chiều đặc biệt

9 Dựa theo phơng 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 đợc thực hiện ở cả không gian

phía trên và không gian phía dới của piston

ckh

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 đợc bố trí thẳng đứng ( đại đa số động cơ)

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

* Động cơ phân bố xilanh theo một hàng dọc (Một dãy) tức là loại động cơ mà cáctrục tâm của xilanh song song với nhau và cùng nằm trong một mặt phẳng

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

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

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

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

* Động cơ piston liên kết trực tiếp với thanh truyền qua chốt piston Trong trờng hợpnày phần trên của piston giữ vai trò dẫn hớng

* Động cơ trong đó piston liên kết với thanh truyền thông qua cán piston Khi đó vaitrò dẫn hớng là guốc trợt đặt song song với trục piston (đại bộ phận các động cơ thấp tốcvới công suất xilanh trên 450 mã lực

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

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

Động cơ diesel 4 kỳ là loại động cơ diesel hoàn thành một chu trình công tác phảidùng 4 hành trình piston tơng 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 giãnnở) sinh công, xả

ĐCT thì thể tích trong xilanh chỉ bằng 1/15 - 1/22 thể tích ban đầu) nên áp suất và 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 đợc biểu thị trên đồ thức bằng đờng

ac.

Về mặt lý thuyết thì khi piston lên đến ĐCT, nhiên liệu sẽ đợc phun vào buồng đốt

d-ới dạng sơng mù kết thúc quá trình nén khí

Việc nạp không khí vào xilanh biểu diễn trên đồ thức chỉ thị bằng đờng ba Hành

trình này của piston gọi là thì hút

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

nạp nén nổ xả

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

Các xupáp vẫn đóng kín Piston ở điểm chết trên, nhiên liệu phun vào buồng đốt gặpkhí nén có nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy Quá trình cháy khoảng 40% nhiên liệu gần nh làquá trình đẳng tích và đợc biểu diễn bằng đờng cz' Số 60% nhiên liệu còn lại cháy ởtrong điều kiện gần nh là đẳng áp (đờng z'z) Nhiệt độ và áp suất trong buồng cháy tănglên 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 làm quay trụckhuỷu Quá trình cháy và giãn nở kết thúc đợc biểu thị bằng đờng (z'ze) điểm e ứng vớilúc piston ở ĐCD

Hình 4-6 Đồ thị chỉ thị lý thuyết của động cơ diesel 4 kỳ

4) Quá trình thải khí (kỳ xả)

Xupáp xả mở, xupáp hút đóng, piston đi từ ĐCD lên ĐCT, khi piston ở ĐCD xupápxả bắt đầu mở, khí thải trong xilanh tự xả ra ngoài, sau đó piston đi lên tiếp tục đẩy khíthải ra Khi piston lên đến điểm chết trên thì xupáp thoát đóng lại, xupáp hút lại mở ra,không khí lại đợc nạp vào xilanh để bắt đầu một chu trình mới Quá trình thải khí đợc

biểu diễn bằng đờng 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 hành trình của piston chỉ có một hành trình sinh công, các quá trình còn lại

điều tiêu tốn công và làm nhiệm vụ phục vụ cho quá trình sinh công Sự quay trục độngcơ trong thời gian của ba hành trình còn lại xảy ra nhờ dự trữ năng lợng mà bánh đà đãtích luỹ đợc trong thời gian hành trình công tác của piston hoặc nhờ công của các xilanhkhác

zc

V

s V max

d

2

P 0

c’

Để khởi động động cơ, đầu tiên cần nhờ năng lợng bên ngoài quay nó (bằng khôngkhí nén hay là bằng động cơ điện), và chỉ sau khi nén không khí trong xilanh và cungcấp nhiên liệu có thể nhận đợc sự bốc cháy, sau đó động cơ mới bắt đầu tự hoạt động.Mỗi quá trình (hút, nén, nổ, xả) đều đợc thực hiện trong một hành trình của piston t-

ơng 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 cha tận dụng đợc tính lu động của chất khí Kếtquả là nạp không đầy và thải không sạch khí, ảnh hởng tới quá trình cháy nhiên liệu nênhiệu suất động cơ giảm

Nếu nhiên liệu đợc phun vào buồng đốt đúng lúc piston ở ĐCT thì sẽ không tốt vì:Thực tế sau khi tự phun vào buồng đốt, nhiên liệu không lập tức bốc cháy ngay mà cầnphải có một thời gian để chuẩn bị cháy (gồm thời gian để nhiên liệu hoà trộn với khí néntrong buồng đốt, thời gian nhiên liệu bốc hơi và hấp thụ nhiệt trong buồng đốt để nângnhiệt độ của nó lên tới nhiệt độ tự bốc cháy) Gọi là thời gian trì hoãn sự cháy i

Nh 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 (làm thể tích trong xilanh tăng lên,

áp suất và nhiệt độ hỗn hợp giảm) ảnh hởng trực tiếp tới chất lợng cháy nhiên liệu Dovậy công sinh ra của quá trình giãn nở sẽ giảm làm công suất động cơ giảm

Mặt khác để phun hết một lợng nhiên liệu vào buồng đốt cần phải có một thời giannhất định, nh vậy số nhiên liệu phun vào sau sẽ cháy không tốt, hoặc cha kịp cháy đã bịthải ra ngoài Vì thế hiệu suất động cơ giảm

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

Qua phân tích nhợc điểm của chu trình lý thuyết và qua khảo sát thực tế cho thấy:Thời điểm đóng mở các xupáp và thời điểm phun nhiên liệu có ảnh hởng rất lớn đếncông suất của động cơ Vì vậy cần phải xác định các thời điểm đó nh thế nào để đảmbảo có công suất và hiệu suất động cơ đợc lớn nhất

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

và thời điểm phun nhiên liệu Các quá trình hoạt động thực tế của động cơ theo góc quaytrục khuỷu có thể trình bày trên giản đồ tròn dạng xoắn ốc

Đồng thời xupáp nạp cũng đóng muộn hơn so với điểm chết dới một góc góc 2 (ứng

đoạn ad2)

Thờng 2 = 18 - 450 gọi là góc đóng muộn xupáp nạp Làm nh vậy là để lợi dụng mộtcách có hiệu quả sự chênh lệch áp suất và quán tính của không khí lu động trong ốngnạp, để tăng thêm lợng khí nạp vào xilanh

Nh vậy quá trình nạp thực tế của động cơ không phải bằng 180o mà bằng 180o + 1+

2góc quay trục khuỷu Tức thời gian thực tế của quá trình nạp lớn hơn thời gian củahành trình nạp

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

d-ới một góc 3 = 35 ữ 45o gọi là góc mở sớm xupáp xả (ứng với đoạn e'e) Mở sớm xupápxả để giảm áp suất trong xilanh ở giai đoạn thải khí do đó giảm đợc công tiêu hao piston

đẩy khí thải ra ngoài, mặt khác nhờ đó lợng khí sót trong xilanh cũng giảm do đó tăng ợng khí nạp mới cho xilanh

l-Đồng thời để thải sạch hơn sản phẩm cháy, xupáp xả đợc đóng muộn hơn so với điểmchết trên góc 4 = 18 ữ 25o gọi là góc đóng muộn xupáp xả (ứng với đoạn br trên đồ

thức) Nh vậy quá trình thải của động cơ kéo dài 180o + 3 + 4

Do ở cuối quá trình thải xupáp xả đóng muộn và xupáp hút mở sớm nên có một thờigian cả hai xupáp đều mở trên đồ thức chỉ thị công (đồ thị công) đoạn d1r gọi là thời kìtrùng điệp: góc 1 + 4 gọi là góc trùng điệp của các xupáp

3) Thời điểm phun nhiên liệu:

Ở cuối quá trình nén, nhiên liệu đợc phun vào buồng đốt nhờ vòi phun lắp trên nắpxilanh sớm hơn trớc khi piston lên tới điểm chết trên Mục đích phun sớm nhiên liệu là

để nhiên liệu có thời gian chuẩn bị cháy, khi nhiên liệu đủ điều kiện cháy là lúc pistonbắt đầu đi xuống

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

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

Trị số góc phun sớm:  = 10 ữ 30o trớc ĐCT theo góc quay trục khuỷu (ứng với đoạnc'c) và 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 là loại động cơ diesel hoàn thành một chu trình công tác tronghai hành trình của piston - tơng ứng với một vòng quay hoặc 360o góc quay của trụckhuỷu

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

Hình 4-8 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ quét vòng

12

34

56

78

- Việc đóng mở các cửa khí do piston đảm nhiệm piston thờng làm có đỉnh lồi.

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

áp suất 1,15 - 1,25 bar khi làm việc không tăng áp hay là dới áp suất 1,4 - 1,8 bar khilàm việc có tăng áp

Khi làm việc không tăng áp dùng bơm piston hay bơm rôto làm bơm quét khí (tríchcông suất từ động cơ để lai bơm quét khí) Khi làm việc có tăng áp dùng tổ hợp TB-MNChu trình công tác đợc thực hiện trong 2 hành trình piston:

1.Hành trình thứ nhất:

Piston đi từ điểm chết dới lên điểm chết trên

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

đều mở Lúc này khí nạp đợc bơm quét khí thổi vào xilanh (với áp suất 1,15 ữ1,2bar)

Do có áp suất lớn hơn áp suất khí thải trong xilanh nên khí nạp sẽ lùa khí thải qua cửathải ra ngoài Giai đoạn này gọi là giai đoạn quét khí hoặc là giai đoạn thay khí vì nóvừa thải khí cũ vừa nạp khí mới

z

c

ba

P

V

z’

ek

V

s

bk: Quá trình thay khí ka: Quá trình xả khí sót ac: Quá trình nén cz’: Quá trình cháy đẳng tích z’z: Quá trình cháy đẳng áp ze: Quá trình dãn nở

ek: Quá trình xả tự do

0

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

đoạn thì đóng kín cửa nạp trớc (đờng bk trên đồ thức chỉ thị)

- Khi cửa nạp đã đóng, khí nạp đã ngừng không vào xilanh nữa, nhng vì cửa thải vẫncòn mở nên khí thải vẫn tiếp tục qua cửa thải ra ngoài Giai đoạn này còn gọi là giai

đoạn xả khí sót Trong giai đoạn này có một phần khí nạp cũng bị lọt qua cửa thải rangoài nên còn gọi là giai đoạn lọt khí Khi piston đi lên đóng kín cả các cửa thải thì kếtthúc giai đoạn lọt khí (đờng ka trên đồ thức chỉ thị)

-Piston tiếp tục đi lên điểm chết trên, giai đoạn này làm nhiệm vụ nén khí, quá trìnhxảy ra tơng tự nh trong động cơ 4 kỳ (đờng ac trên đồ thức chỉ thị) Áp suất và nhiệt độkhí nén tăng lên rất nhanh Khi piston đến gần điểm chết trên thì nhiên liệu đợc phunvào xilanh dới dạng sơng mù qua vòi phun

2.Hành trình thứ hai:

- Nhiên liệu phun vào xilanh gặp khí nén có nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy Một phầnnhiên liệu cháy ở thể tích không đổi theo đờng (cz'), phần cón lại cháy theo áp suấtkhông đổi (theo đờng z'z) tiếp đó diễn ra quá trình giãn nở sản phẩm cháy (đờng ze) Sảnphẩm cháy giãn nở rất mạnh đẩy piston đi xuống làm quay trục khuỷu thực hiện giai

đoạn sinh công

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

điểm e) Khí thải trong xilanh sẽ tự do xả ra ngoài làm áp suất trong xilanh giảm xuốnggần bằng áp suất bên ngoài Giai đoạn này gọi là giai đoạn xả tự do (giai đoạn xả tự dorất cần thiết, phải tính toán sao cho đủ thời gian để hạ áp suất trong xilanh xuống thấphơn áp suất khí nạp trớc khi piston bắt đầu mở các cửa nạp) Giai đoạn này biểu thị bằng

đờng ek

- Piston đi xuống một đoạn nữa thì mở các cửa nạp (ứng với điểm k) khí nạp lại đợcthổi vào xilanh lùa khí thải ra thực hiện đẩy cỡng bức khí thải và thay khí mới chuẩn bịcho quá trình sau

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

- Mỗi hành trình của piston không làm riêng một nhiệm vụ nh ở động cơ bốn kỳ màlàm nhiều nhiệm vụ

Hành trình 1: Làm các nhiệm vụ xả, nạp, nén

Hành trình 2: làm các nhiệm vụ sinh công, xả, nạp

Trong hành trình 1, giai đoạn xả khí sót (lọt khí) là không có lợi vì nó làm tổn thấtmột phần khí nạp Giai đoạn này càng nhỏ càng tốt nhng lại phụ thuộc vào giai đoạn xả

tự do của hành trình 2

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

II.Sơ đồ cấu tạo và 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 đợc điều khiển bằng một cơ

cấu phân phối trích từ trục khuỷu Các cửa nạp đợc bố trí xung quanh trên thành xilanh,hớng vát lên trên để tạo hớng đi của dòng khí thẳng từ ĐCD lên ĐCT Việc đóng mở cáccửa nạp do piston đảm nhiệm Có bơm quét khí tơng tự kiểu quét vòng

Hình 4-10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 2 kỳ quét thẳng



1 : Toàn bộ góc mở của cửa nạp

2 : Toàn bộ góc mở của cửa xả

 : Góc phun sớm nhiên liệu

12

34

56

7

8

10

9