De cuong on thi ly thuyen nguyen ly dong co dot trong

+ Cụm van làm kín nước: Cụm van làm kín nước có nhiện vụ ngặn không cho nước thoát qua khe hở giữa trục bơm và vỏ bơm chảy ra ngoài, giữ ổn định lượng nước trong hệ thống và không làm hỏ[r]

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 4

1 Khái niệm về động cơ đốt trong 4

1.1 Các định nghĩa: Động cơ nhiệt, động cơ đốt trong, động cơ đốt ngoài 4

1.2 Ưu khuyết điểm động cơ đốt trong, động cơ đốt ngoài 4

1.3 Phân loại động cơ đốt trong 5

1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong kiểu piston: 7

1.2.1 Các định nghĩa và khái niệm cơ bản về động cơ đốt trong: 7

1.2.2.Nguyên lý làm việc của động cơ diesel và động cơ xăng bốn kỳ không tăng áp 8

c Pha phân phối khí của động cơ 4 kỳ 12

1.2.3 Nguyên lý làm việc của động cơ diesel và động cơ xăng hai kỳ 13

a Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ 13

b Nguyên lý làm việc của động cơ diesel hai kỳ có tăng áp 14

c Đồ thị pha phân phối khí động cơ hai kỳ 16

1.2.4 So sánh động cơ hai kỳ và động cơ bốn kỳ 17

1.2.5 Sự khác biệt giữa động cơ xăng và động cơ diesel 17

1.2.6 So sánh về ưu khuyết điểm động cơ xăng và động cơ diesel 17

1.3 Các thông số đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ 17

1.3.1 Công suất của động cơ 17

1.3.2 Hiệu suất 19

CHƯƠNG 2: NHIÊN LIỆU 21

2.1 Xăng 21

2.1.1 Đặc điểm cấu tạo: 21

2.1.2 Các tính chất cơ bản 21

2.2 Dầu diesel 23

2.2.1 Đặc điểm cấu tạo: 23

2.2.2 Các tính chất cơ bản: 23

2.3 Dầu bôi trơn 25

2.3.1 Đặc điểm cấu tạo: 25

2.3.2 Công dụng và yêu cầu của dầu bôi trơn: 25

a Công dụng 25

b Yêu cầu 25

2.3.3 Chất phụ gia trong dầu bôi trơn: 26

a Đặc tính chung của phụ gia 26

b Các chủng loại phụ gia 26

2.3.4 Các loại dầu bôi trơn: 27

- Dầu bôi trơn động cơ: 27

a Dầu dùng cho động cơ chạy xăng và dầu dùng cho động cơ diesel 27

b Ký hiệu dầu bôi trơn động cơ 27

CHƯƠNG 3: CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 31

3.1 Chu trình lý tưởng của động cơ không tăng áp 31

3.1.1 Chu trình đẳng tích 34

3.1.2 Chu trình đẳng áp 36

3.1.3 Chu trình hỗn hợp 37

3.2 Chu trình thực tế của động cơ đốt trong 39

3.2.1 Quá trình nạp: 39

(1) Tỷ số nén: 40

(2) Áp suất cuối quá trình nạp: 40

(3) Áp suất và nhiệt độ trước xupap nạp: 41

(4) Áp suất khí sót: 41

(5) Nhiệt độ khí sót: 41

(6) Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới: 41

(7) Ảnh hưởng của phụ tải tới hệ số nạp (khi số vòng quay n = const) 41

(8) Ảnh hưởng của số vòng quay tới hệ số nạp của động cơ bốn kỳ: 42

3.2.2 Quá trình nén 42

(1) Số vòng quay trục khuỷu: 42

(2) Phụ tải của động cơ: 42

(3) Tình trạng kỹ thuật: 43

(4) Kích thước xy lanh: 43

(5) Chế độ làm việc của động cơ: 43

3.2.3 Quá trình cháy – giản nở 45

CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 56

4.1 Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng 56

4.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống nhiên liệu xăng 56

4.1.2 Bộ chế hòa khí 56

a Đặc điểm cấu tạo 56

b Nguyên lý làm việc 57

c Đường đặc tính 57

4.1.3 Quá trình hình thành khí hỗn hợp trong động cơ xăng 65

4.2 Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel 66

4.2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống nhiên liệu diesel 66

a Nhiệm vụ: 66

b Yêu cầu: 66

4.2.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc của các bơm cao áp PE, VE 67

a Hệ thống cung cấp nhiên liệu Sử dụng bơm cao áp bosch (PE) 67

b Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm áp phân phối VE 68

4.2.4 Quá trình hình thành khí hỗn hợp trong động cơ diesel 70

b Buồng cháy dự bị 72

b Buồng cháy xoáy lốc 73

CHƯƠNG 5: NHỮNG CHI TIẾT VÀ HỆ THỐNG TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 75

5.1 Những chi tiết cố định trong động cơ đốt trong 75

5.1.1.Thân máy 75

a Nhiệm vụ: 75

b Điều kiện làm việc: 75

c Vật liệu chế tạo: 75

d Phân loại và phạm vi ứng dụng 75

e Cấu tạo: 75

5.1.2.Xi lanh 75

a Nhiệm vụ: 75

b Điều kiện làm việc: 76

c Vật liệu chế tạo: 76

d Cấu tạo: 76

5.1.3.Nắp máy 76

a Nhiệm vụ: 76

b Điều kiện làm việc: 76

c Vật liệu chế tạo: 76

5.2 Nhóm piston-nhóm thanh truyền- trục khuỷu- bánh đà:: 78

5.2.1 Piston: 78

a Nhiệm vụ: 78

b Điều kiện làm việc của piston: 78

c Vật liệu chế tạo: 78

v



v



d.Cấu tạo: 79

5.2.2 Thanh truyền 81

a Nhiệm vụ: 81

b Điều kiện làm việc: 81

c Vật liệu chế tạo: 81

d Cấu tạo: 82

5.2.3 Trục khuỷu 85

a Nhiệm vụ: 85

b Điều kiện làm việc: 85

c Vật liệu chế tạo: 85

d Phân loại: 85

e Cấu tạo: 86

5.2.4 Bánh đà 87

a Nhiệm vụ: 87

b Vật liệu chế tạo: 87

c.Phân loại: 88

d Cấu tạo: 88

5.3 Hệ thống phân phối khí: 88

5.3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại 88

5.3.2 Phương án bố trí súpáp 89

a Cơ cấu phân phối khí dùng xupap đặt: 89

b Cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo: 90

c Cơ cấu phân phối khí nửa đặt nửa treo: 91

5.3.3 Phương án dẫn động súpáp: OHC, OHV, DOHC, SOHC: 91

5.3.4 Trục cam và phương án dẫn động trục cam 91

a Trục cam : 91

b Phương pháp dẫn động trục cam: 93

5.3.5 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo và kết cấu các chi tiết: 94

5.3.5.1 Xúp páp: 94

5.3.5.2 Đế xúp páp 96

5.3.5.3 Ống dẫn hướng 97

5.3.5.4 Lò xo xúp páp 97

5.3.5.5 Cần đẩy, cò mổ 98

5.3.5.6 Con đội 99

d Con đội thủy lực: 101

5.4 Hệ thống bôi trơn: 103

5.4.1 Nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn động cơ 103

5.4.2 Phân loại hệ thống bôi trơn: 103

a Hệ thống bôi trơn bằng muỗng tát dầu nhờn (vung tóe dầu) 103

b Hệ thống bôi trơn cưỡng bức: 103

c Hệ thống bôi trơn carter ướt 104

d Hệ thống bôi trơn carter khô 108

e Bôi trơn cho động cơ 2 kỳ 108

5.4.3 Kết cấu các chi tiết chủ yếu trong HTBT: Bơm dầu, lọc dầu 108

a Bơm dầu bôi trơn 108

5.5 Hệ thống làm mát: 110

5.5.1 Công dụng của hệ thống làm mát 110

5.5.3 Phân loại hệ thống làm mát 110

5.5.4 Kết cấu các chi tiết chủ yếu trong HTLM bằng chất lỏng: 114

5.6 Hệ thống tăng áp: 121

5.6.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc hệ thống tăng áp cơ khí 121

a Sơ đồ hệ thống 121

b Nguyên lý làm việc 121

c Phạm vi ứng dụng 121

a Sơ đồ hệ thống 123

b Nguyên lý làm việc 123

c Phạm vi ứng dụng 123

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1 Khái niệm về động cơ đốt trong

1.1 Các định nghĩa: Động cơ nhiệt, động cơ đốt trong, động cơ đốt ngoài.

- Động cơ nhiệt là một loại thiết bị chuyển hóa năng do đốt cháy nhiên liệu thành nhiệt năng và biến nhiệt năng này thành cơ năng Nói cách khác nhiệt năng được chuyển thành cơ năng trong động cơ nhiệt

- Động cơ đốt trong là một loại thiết bị mà các quá trình đốt cháy nhiên liệu, và chuyển biến nhiệt năng thành cơ năng được thực hiện bên trong động cơ

- Động cơ đốt ngoài là một loại thiết bị mà các quá trình đốt cháy nhiên liệu, và chuyển biến nhiệt năng thành cơ năng được thực hiện bên ngoài động cơ

1.2 Ưu khuyết điểm động cơ đốt trong, động cơ đốt ngoài.

Ưu điểm chính của động cơ đốt trong là:

- Hiệu suất có ích η e cao , động cơ diesel tăng áp tua bin khí hiện đại đạt tới η e =

0,4  0,52, trong khi đó hiệu suất có ích của máy hơi nước ηe = 0,09  0,14, của tua

bin hơi nước ηe = 0,22 0,28 và của tua bin khí ηe không quá 0,3.

- Kích thước nhỏ gọn, khối lượng nhẹ vì toàn bộ chu trình của động cơ đốt trong được thực hiện trong một thiết bị duy nhất (ngược lại thiết bị tua bin khí hoặc hơi cần có nhiều trang bị phụ như: nồi hơi, buồng cháy, máy nén rất nặng và cồng kềnh)

Động cơ pittông hiện đại đạt khối lượng trên 1kW là: 0,25  0,23 (kg/kW) và công suất lít là: 1,2  38 (kW/l)

- Khởi động nhanh Bất kỳ động cơ đốt trong nào trong moị điều kiện chỉ cần từ vài giây đến vài phút là có thể cho máy nổ và chyển đến toàn tải Động cơ diesel lớn nhất, từ khởi động rồi chuyển đến toàn tải chỉ cần 30  40 phút, trong khi đó, trang bị động lực hơi nước (máy hơi và tua bin hơi) muốn khởi động rồi chuyển đến chạy toàn tải phải cần tới từ mấy giờ đến mấy ngày đêm

- Hao ít nước Động cơ đốt trong có thể không dùng nước hoặc tiêu hao rất ít nước, trong khi đó trang bị động lực hơi nước phải tiêu thụ một lượng lớn kể cả trường hợp thu hồi hơi nước ngưng tụ Ưu điểm này của động cơ đốt trong có giá trị đặc biệt trong một số trường hợp (ví dụ : trong vùng sa mạc)

- Bảo dưỡng đơn giản và thuận tiện hơn hẳn so với trang bị động lực hơi nước Động cơ đốt trong chỉ cần 1 người chăm sóc, bảo dưỡng

Nhược điểm của động cơ đốt trong là:

- Trong xilanh không thể đốt nhiên liệu rắn, và nhiên liệu kém phẩm chất Động

cơ đốt trong chủ yếu dùng nhiên liệu lỏng hoặc khí sạch không chứa các thành phầnkim loại cũng như tạp chất cơ học

- Công suất thiết bị bị giới hạn Về mặt này trang bị hơi nước có nhiều ưu việthơn so với động cơ đốt trong Động cơ diesel không thể vượt công suất 37.000kW; vớicông suất 20.000kW, cấu tạo của động cơ trở nên rất phức tạp hoạt động thiếu linhhoạt, trong khi đó trang bị tua bin hơi nước có thể đạt công suất trên 200.000kW

- Trên thiết bị vận tải đường bộ, không thể nối trực tiếp trục động cơ với trục củamáy công tác do hạn chế về đặc tính của động cơ đốt trong Do đó, trên hệ thốngtruyền động phải có bộ ly hợp và hộp số để thay đổi mômen của trục thụ động trongmột phạm vi rộng

- Động cơ hoạt động khá ồn, nhất là động cơ cao tốc Người ta phải dùng các bộtiêu âm trên đường thải và đường nạp để hạn chế bớt nhược điểm này Nhưng như vậy

sẽ làm ảnh hưởng xấu tới ưu điểm của động cơ như hiệu suất và khối lượng động cơqui về một kW/h

Do những ưu điểm kể trên, nên động cơ đốt trong đã phát triển trên khắp các lĩnhvực công nghiêp, nông lâm ngư nghiệp, giao thông vận tải

Trong lĩnh vực công nghiệp, phát điện, vận tải biển, động cơ đốt trong được sử dụngsong hành với động cơ nhiệt khác Một số lĩnh vực, cho tới nay chưa sử dụng được cácloại động cơ khác, ví dụ trên ôtô, máy kéo, hàng không, tàu ngầm, các trạm phát điện diđộng, động cơ đốt trong vẫn là động lực duy nhất được sử dụng trong các lĩnh vực này.Ngoài ra toàn bộ tàu sông, tàu ven biển, tàu biển dưới 10.000 tấn, các máy xây dựng, cáctrang bị kỹ thuật quân sự đều sử dụng động lực chính là động cơ đốt trong

Chính vì vậy ngành công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong đươc coi là bộ phậntất yếu của ngành cơ khí và nền kinh tế quốc dân của hầu hết các nước

Động cơ đốt trong là một ngành cơ khí phức tạp Bên trong động cơ thực hiệncác quá trình khác nhau: biến đổi hoá học, nhiệt động học, các quá trình cơ khí và điệnkhí, các cơ cấu đảm bảo các quá trình trên đều phức tạp Khi chế tạo cũng vậy, vì hìnhdạng của các chi tiết rất phức tạp, kích thước lớn , đòi hỏi nhiều loại nguyên vật liệukhác nhau, nhiều loại máy công cụ đặc chủng phức tạp để đạt độ chính xác cao Sau cùng, việc bảo dưỡng, sửa chữa động cơ đốt trong cũng đòi hỏi có hiểu biết

về nhiều loại kiến thức phong phú

Vì vậy tất cả các nước đều rất coi trọng đào tạo đội ngũ chuyên gia về động cơđốt trong có số lượng và chất lượng nhất định đáp ứng yêu cầu về thiết kế, chế tạo, sửdụng bảo dưỡng, sửa chữa các loại động cơ đốt trong dùng trong nước mình

1.3 Phân loại động cơ đốt trong.

- Theo phương pháp thực hiện chu trình công tác:

+ Động cơ bốn kỳ - chu trình công tác được thực hiện trong bốn hành trìnhpittông hoặc hai vòng quay trục khuỷu

+ Động cơ hai kỳ - chu trình công tác được thực hiện trong hai hành trình pittônghoặc một vòng quay trục khuỷu

- Theo loại nhiên liệu dùng cho động cơ:

+ Động cơ dùng nhiên liệu lỏng, nhẹ (xăng, benzen, dầu hoả, cồn )

+ Động cơ dùng nhiên liệu lỏng, nặng (nhiên liệu diesel, dầu mazút, gazôin )+ Động cơ dùng nhiên liệu khí (khí lò ga, khí thiên nhiên, khí hoá lỏng, nhiênliệu khí nén)

+ Động cơ dùng nhiên liệu khí cộng với nhiên liệu lỏng (phần chính là nhiên liệukhí, phần mồi là nhiên liệu lỏng)

+ Động cơ đa nhiên liệu (dùng các nhiên liệu lỏng từ nhẹ đến nặng)

- Theo phương pháp nạp của chu trình công tác:

+ Động cơ không tăng áp

+ Động cơ tăng áp

- Theo phương pháp hình thành hoà khí:

+ Động cơ hình thành hoà khí bên ngoài

+ Động cơ hình thành hòa khí bên trong

- Theo phương pháp đốt cháy hoà khí:

+ Động cơ nhiên liệu tự cháy (động cơ diesel)

+ Động cơ đốt cháy cưỡng bức

- Theo loại chu trình công tác:

+ Động cơ cấp nhiệt đẳng tích (V ≈ const )

+ Động cơ cấp nhiệt đẳng áp (p ≈ const)

+ Động cơ cấp nhiệt hỗn hợp, trong đó một phần nhiệt cấp trong điều kiện đẳngtích (V ≈ const) phần còn lại cấp trong điều kiện đẳng áp (p ≈ const)

- Theo đặc điểm cấu tạo động cơ:

+ Theo đặc điểm cơ cấu thanh truyền

+ Theo số xylanh

+ Theo cách đặt xylanh

- Theo khả năng thay đổi chiều quay của trục khuỷu

+ Động cơ chỉ quay phải – trục khuỷu động cơ quay theo chiều kim đồng hồ nếunhìn từ bánh đà tới mũi tàu (động cơ tàu thuyền) hoặc nhìn từ đầu tự do (các động cơkhác)

+ Động cơ quay trái – trục khuỷu động cơ quay ngược với chiều kể trên

+ Động cơ quay được hai chiều – chiều quay của trục khuỷu động cơ có thể thayđổi nhờ cơ cấu đảo chiều (chỉ dùng cho động cơ chính tàu thủy)

- Theo chiều lực khí thể tác dụng trên pittông:

- Theo tốc độ trung bình của pittông ( Cm=S.

- Theo công dụng của động cơ:

+ Động cơ tĩnh tại

+ Động cơ tàu thủy

+ Động cơ đầu xe lửa

+ Động cơ ôtô máy kéo

+ Động cơ máy bay

+ Động cơ dùng trong máy nông nghiệp, máy xây dựng, máy làm đường, cácmáy móc của trang thiết bị quân sự

1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong kiểu piston:

1.2.1 Các định nghĩa và khái niệm cơ bản về động cơ đốt trong:

- Quá trình công tác: Tập hợp tất cả những diễn biến của môi chất công tác xảy ra

trong xy lanh động cơ

- Chu trình công tác: Là các quá trình liên tiếp nhau để biến đổi nhiệt năng thành cơ

năng

- Kỳ: Là một phần của chu trình công tác ứng với píttông chuyển động từ điểm chết

này đến điểm chết kia

- Điểm chết: Là các vị trí trong xylanh mà tại đó pittông thay đổi hướng chuyển động.

- Hành trình piston: Khoảng cách khi pittông chạy từ vị trí giới hạn này sang vị trí

giới hạn kia được gọi là hành trình pittông S

S = 2R (R – bán kính quay của trục khuỷu)

- Thể tích công tác (V h ): Là thể tích giới hạn bởi thành xy lanh và các vị trí ĐCT,

ĐCD của piston (là thể tích phần không gian được giải thoát khi piston dịch chuyển từĐCT tới ĐCD):

V h=πDD2

4 .S ( cm3, l ) Trong đó: D – đường kính xylanh (mm)

S – hành trình pittông (mm)

- Thể tích buồng cháy (V C ): Là thể tích phần không gian giới hạn bởi thành xi lanh,

nắp máy và đỉnh piston khi nó ở ĐCT

- Tỷ số nén: Tỉ số nén ε - là tỉ số giữa thể tích toàn phần Va và thể tích buồng cháy Vc:

- Hệ số nạp: Hệ số nạp là tỉ số giữa lượng khí nạp mới có trong xylanh ở đầu quá trình

nén thực tế (M1) chia cho lượng khí nạp mới có thể nạp đầy vào thể tích công tác củaxylanh (Mh); Hệ số nạp được ký hiệu là η v

η v=M1

M h

- Hệ số dư lượng không khí:

Hệ số dư lượng không khí () được định nghĩa là tỷ số giữa lượng không khí thực tế đivào buồng cháy (L) và lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn mộtđơn vị số lượng nhiên liệu (Lo)

Lo

1.2.2.Nguyên lý làm việc của động cơ diesel và động cơ xăng bốn kỳ không tăng áp.

a Nguyên lý làm vi c c a đ ng c xăng b n k ệc của động cơ xăng bốn kỳ ủa động cơ xăng bốn kỳ ộng cơ xăng bốn kỳ ơ xăng bốn kỳ ốn kỳ ỳ

 Sơ đồ nguyên lý - cấu tạo:

Hình:1.1.Sơ đồ các quá trình làm việc động cơ xăng 4 kỳ

- Khi pittông xuống đến điểm chết dưới là chấm dứt kỳ hút

Thực tế để nạp đầy hòa khí xupáp nạp mở sớm hơn khi pittông ở điểm chết trên

và đóng muộn sau khi pittông ở điểm chết dưới Trên đồ thị công, kỳ nạp được thểhiện qua đường r-a

Kỳ hai – nén:

- Pittông đi từ ĐCD lên ĐCT

- Cả hai xupáp đều đóng

- Khí hỗn hợp trong xylanh bị nén

- Cuối kỳ nén áp suất và nhiệt của khí hỗn hợp tăng cao ( p  7 15 at ; t  350

0 c ÷ 4500c), giúp cho xăng tiếp tục bay hơi và hòa trộn với không khí, tạo điều kiệncho việc đốt cháy nhiên liệu sau này được tốt hơn

- Kỳ nén kết thúc khi piston lên đến điểm chết trên

Thực tế do xupáp nạp đóng muộn và góc đánh lửa sớm, do đó kỳ nén sẽ nhỏ hơn

180o so với góc quay của trục khuỷu Trên đồ thị công kỳ hai được thể hiện qua đườnga-c

Hình 1.2 Đồ thị công động cơ 4 kỳ

Kỳ ba – cháy và giãn nở:

- Khi pittông từ ĐCT xuống ĐCD, hai xupáp vẫn đóng

- Khi bugi đánh lửa, khí hỗn hợp nén bị đốt cháy giãn nở làm áp suất tăng cao(p 35  40 at ) đẩy piston đi xuống làm quay trục khuỷu Nhiệt độ buồng đốt tăngcao (t  2200  2500 0 C)

- Kỳ cháy – giản nở kết thúc khi pittông đến ĐCD

- Thực tế kỳ cháy - giãn nở kể từ khi bugi đánh lửa trước khi pittông ở điểm chếttrên và đến khí xupáp thải mở sớm trước khi pttông đến ĐCD Trên đồ thị công kỳ bađược thể hiện qua đường c-z-b

- Kỳ xả kết thúc khi piston lên đến điểm chết trên

Thực tế để thải được sạch hơn xupáp thải được mở sớm hơn trước khi pittôngđến ĐCD và đóng muộn hơn khi pittông đã lên tới điểm chết trên Trên đồ thị công, kỳ

xả được thể hiện qua đường b-r

b Nguyên lý làm vi c c a đ ng c diesel b n k ệc của động cơ xăng bốn kỳ ủa động cơ xăng bốn kỳ ộng cơ xăng bốn kỳ ơ xăng bốn kỳ ốn kỳ ỳ

Sơ đồ nguyên lý - cấu tạo

Động cơ Diezen 4 kỳ có cấu tạo giống như động cơ xăng 4 kỳ, chỉ khác động cơDiezen 4 kỳ không có bộ chế hoà khí và bugi nhưng lại có bơm cao áp và vòi phunnhiên liệu

Hình 1.3 Sơ đồ các quá trình làm việc động cơ diesel 4 kỳ

 Nguyên lý làm việc:

Động cơ Diesel có chu trình làm việc tương tự như động cơ xăng 4 kỳ Chu trìnhgồm 4 kỳ, làm việc theo thứ tự: hút, nén, nổ, xả Tuy nhiên ở động cơ diesel hìnhthành hòa khí bên trong buồng đốt, nên môi chất nạp là không khí Hòa khí tự bốccháy khi vòi phun phun nhiên liệu vào ở cuối kỳ nén, do đó áp suất và nhiệt độ ở các

Pitông đi từ ĐCD lên ĐCT, cả hai xupáp đều đóng không khí sạch được nén có

áp suất và nhiệt độ tăng cao ( p  30  40 at ; t 0  550  750 0C )

Kỳ ba – cháy và giãn nở (nổ, sinh công)

Gần cuối kỳ nén cả hai xupáp đều đóng, lúc này nhiên liệu được phun vào buồngđốt với áp suất cao ( p  150  250 at ), tơi, sương hoà trộn với không khí tạo thànhkhí hỗn hợp và tự bốc cháy, làm áp suất và nhiệt độ buồng đốt tăng cao (p  650 

750 at; t0  2000  2200 0C ), đẩy piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, làm quay trụckhuỷu

c Pha phân phối khí của động cơ 4 kỳ

Để tăng công suất động cơ khí hỗn hợp hoặc không khí cần phải được nạp đầy xilanh và khí thải cần được xả hết ra ngoài càng thải sạch sản vật cháy ra khỏi xilanh thìnạp càng nhiều môi chất mới và nhờ đó càng thu được nhiều công trong mỗi chu trình

Để thải sạch sản vật cháy ra khỏi xylanh, xupáp xả mở sớm so với ĐCD vàkhông đóng tại vị trí ĐCT mà chậm hơn một chút (khi khuỷu trục đã quay quá ĐCTvào khoảng 5 – 30 góc quay trục khuỷu, nghĩa là khi đã bắt đầu kỳ một)

Để giảm cản cho quá trình nạp, có nghĩa đảm bảo cho đường thông qua xupápnạp đã được mở rộng dần trong khi pittông đi xuống trong kỳ một, xupáp nạp cũngđược mở sớm một chút (trước khi pittông đến ĐCT khoảng (10 – 40)0 góc quay trụckhuỷu) và đóng muộn sau khi pittông rời ĐCD Như vậy vào cuối kỳ bốn và đầu kỳmột cả xupáp nạp và xả đều mở Giai đoạn cùng mở của các xupáp nạp và xả được gọi

là thời kỳ cùng mở (trùng điệp) của các xupáp Thời kỳ này có tác dụng tốt với sự thảisạch khí xả và nạp đầy môi chất mới vào xilanh nhờ tác dụng hút của dòng khí xả trênđường ống thải

Tập hợp các góc mở sớm, đóng muộn của xupáp và góc đánh lửa sớm hay gócphun sớm gọi là pha phối khí

Giai đoạn từ lúc mở đến lúc đóng các xupáp (tính bằng góc quay trục khuỷu)được gọi là pha phân phối khí

Hình 1.4 giới thiệu pha phân phối khí của động cơ bốn kỳ, trong đó : O – là tâmquay của trục khuỷu Các tia xuất phát từ tâm quay, đánh đấu vị trí của khuỷu trục,

Ví dụ :

01 – vị trí mở xupáp nạp;

02 – vị trí đóng xupáp nạp;

03* Vị trí bật tia lửa điện hoặc

phun nhiên liệu;

phun sớm nhiên liệu;

2-3 – thời gian quá trình nén; Hình 1.4 Sơ đồ pha phối khí động cơ 4 kỳ

4 – vị trí cuối quá trình cháy;

5 – góc mở sớm xupáp xả;

3-4-5 – thời gian quá trình cháy, giãn nở;

6 – góc đóng muộn xupáp xả;

5 - 6 – thời gian quá trình thải;

1 + 6 – thời kỳ trùng điệp của các xupáp nạp và xả

Trên hình 1.5a giới thiệu đồ thị công khai triển p- của động cơ bốn kỳ Hình 1.5b giớithiệu đồ thị khai triển của pha phân phối khí động cơ bốn kỳ

Hình 1.5 Đồ thị công khai triển P -  (a) và đồ thị pha phối khí khai triển (b)

1, 3, 6 - vị trí ĐCT; 2, 5 - vị trí ĐCD

1.2.3 Nguyên lý làm việc của động cơ diesel và động cơ xăng hai kỳ.

a Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ

Sơ đồ cấu tạo động cơ xăng 2 kỳ

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo động cơ xăng 2 kỳ

Nguyên lý làm việc

Kỳ thứ nhất

Tương ứng với hành trình pittông từ ĐCT xuống ĐCD Hòa khí được nén ởbuồng cháy sẽ bốc cháy khi bugi phóng tia lửa điện, tạo lực đẩy đẩy pittông đi xuốngqua trung gian thanh truyền làm quay trục khuỷu đưa công suất ra ngoài Khi pittông

đi xuống, pittông đóng cửa hút hòa khí không vào hộp trục khuỷu nữa, hòa khí tronghộp trục khuỷu bị nén Khi đỉnh pittông mở cửa xả, khí cháy sẽ thoát ra ngoài nhờ sựchênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài xylanh Tiếp theo pittông mở cửa quét,hòa khí bên dưới hộp trục khuỷu sẽ được đưa vào trong xylanh Lượng khí nạp mớinày sẽ tiếp tục đẩy khí cháy tiếp tục thoát ra ngoài

Như vậy trong kỳ này đã xãy ra các quá trình: cháy, giãn nở, thải tự do, quét khí

Kỳ thứ hai

Pittông đi từ ĐCD lên ĐCT Ban đầu quá trình nạp khí mới vào xylanh và thảikhí cháy tiếp tục Khi đỉnh pittông đóng cửa quét, quá trình quét khí kết thúc Từ đócho đến khi pittông đóng cửa xả, một lượng khí nạp mới bị lọt ra ngoài cửa xả Quátrình nén thực sự bắt đầu khi đỉnh pittông đóng kín cửa xả Pittông tiếp tục đi lên, cuốihành trình này bugi phóng tia lửa điện để bắt đầu quá trình cháy mới Đồng thờipittông đi lên tạo giảm áp trong khoang hộp trục khuỷu Khi pittông mở cửa hút, hòakhí mới được hút vào khoang hộp trục khuỷu

Như vậy hành trình này xảy ra các quá trình: quét khí tiếp tục, lọt khí, nén và bắtđầu cháy Khi pittông đi xuống thì chu trình mới lại bắt đầu

b Nguyên lý làm việc của động cơ diesel hai kỳ có tăng áp

Sơ đồ cấu tạo – hoạt động

a) Đồ thị công kỳ một

b)Đồ thị công kỳ hai

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo, hoạt động của động cơ diesel hai kỳ và đồ thị công

Hình 1.7 giới thiệu sơ đồ hoạt động của động cơ diesel hai kỳ quét thẳng qua xupáp

xả Phần cấu tạo đặc biệt của động cơ có:

1 Cửa quét 8, đặt ở phần dưới của xilanh, chiều cao của cửa quét chiếm 10 –15% hành trình pittông Việc mở hoặc đóng các cửa quét được thực hiện nhờ pittôngkhi chuyển dịch trong xilanh

2  Xupáp xả 4, đặt trên nắp xilanh, do trục cam của cơ cấu phối khí dẫn động, sốvòng quay của trục cam đảm bảo cho xupáp xả được mở một lần trong mỗi vòng quaytrục khuỷu

3 Bơm khí quét 2, nén không khí có áp suất vào không gian 7, sau đó vào xilanhquét sạch khí xả ra ống thải và nạp đầy môi chất mới vào xilanh

xả ra đường thải và thay thế khí xả nạp đầy xylanh Quá trình đó được gọi là quá trìnhthay đổi môi chất (đoạn na trên đồ thị công)

Như vậy trong thời gian của kỳ một trong xylanh thực hiện quá trình cháy củanhiên liệu và nhả nhiệt, giãn nở của môi chất, xả khí thải, quét và nạp đầy môi chất mới

Kỳ hai:

Tương ứng với hành trình pittông từ ĐCD lên ĐCT (hình 1.7.b).Đầu kỳ hai, tiếptục quá trình quét và nạp đầy môi chất mới vào xilanh (đường ak trên đồ thị công).Thời điểm đóng kín cửa quét và đóng xupáp xả quyết định thời điểm kết thúc quátrình thay đổi môi chất (điểm k trên đồ thị công) Cửa quét có thể đóng đồng thời hoặcmuộn hơn so với xupáp xả áp suất môi chất trong xylanh động cơ cuối thời kỳ thayđổi môi chất thường lớn hơn áp suất khí trời và phụ thuộc vào áp suất khí quét pk Từlúc kết thúc quá trình thải và đóng kín cửa quét sẽ bắt đầu quá trình nén Trước khipittông tới ĐCT (trước ĐCT khoảng 10 – 300 góc quay trục khuỷu) nhiên liệu đượcphun qua vòi phun 5 vào xilanh động cơ

Như vậy trong thời gian của kỳ hai, trong xylanh thực hiện các quá trình sau: kếtthúc các quá trình thải, quét và nạp đầy môi chất mới vào xilanh ở đầu hành trình, sau

Hình 1.8 Pha phân phối khí của động cơ hai kỳ

1.2.4 So sánh động cơ hai kỳ và động cơ bốn kỳ.

So sánh động cơ hai kỳ với động cơ bốn kỳ thấy rằng:

Ưu điểm

- Với cùng kích thước xylanh và số vòng quay n của động cơ, công suất của động

cơ hai kỳ về mặt lý thuyết có thể gấp hai lần động cơ bốn kỳ Trên thực tế chỉ đạtkhoảng 1,5 – 1,7 lần do tổn thất cho quá trình thay đổi môi chất

- Động cơ 2 kỳ làm việc, êm dịu, đều đặn hơn động cơ 4 kỳ nên bánh đà có kíchthước nhỏ gọn hơn động cơ 4 kỳ Động cơ 2 kỳ có kết cấu nhỏ gọn, đơn giản, dễ chếtạo, sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa hơn

Nhược điểm

- Nhược điểm chính của động cơ hai kỳ là thời gian thay đổi môi chất rất ngắn,quá trình quét và thải lại xảy ra đồng thời nên chất lượng quét sạch sản vật cháy từxilanh và nạp đầy môi chất mới vào xilanh không hoàn hảo bằng động cơ bốn kỳ

- Tính kinh tế kém hơn động cơ 4 kỳ, đặc biệt là động cơ xăng, do hỗn hợp cháy

bị thất thoát nhiều theo khí thải ra ngoài

1.2.5 Sự khác biệt giữa động cơ xăng và động cơ diesel.

1.2.6 So sánh về ưu khuyết điểm động cơ xăng và động cơ diesel.

1.3 Các thông số đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ

1.3.1 Công suất của động cơ

Công do khí hiện ra trong xylanh đối với một chu trình được xác định bằng đồthị công gọi là công chi thị của chu trình

Căn cứ vào định nghĩa về khái niệm pi, công chỉ thị của chu trình bằng:

(2-7)Trong đó Vh [m3]; pi [N/m2]

Nếu như pi trong hai công thức này tính theo công thức (2-6), thì L là công chỉthị của chu trình trong đó không tính đến công của hành trình nén Nếu pi tính theocông thức (2-3) thì công L là công chỉ thị của chu trình trong đó có tính đến công củahành trình nén

Công suất chỉ thị của động cơ – đó là công suất ứng với công chỉ thị của chutrình Số chu trình trong một giây của một xylanh bằng:

; chu trình/s (2-8)Trong đó: n – số vòng quay trong một giây của trục khủyu;

- số kỳ trong một chu trình (số hành trình piston trong một chu trình)Công chỉ thị trong một giây (công suất):

; Nm/s (2-9)Trong đó: i – số xy lanh của động cơ

 Công suất chỉ thị bằng:

h

i V p



; W (2-10)Nếu trong công thức (2-10), pi biểu thị bằng MN/m2, thể tích công tác xylanh

Vh bằng lít (l) và n – bằng vg/ph thì ta sẽ được công suất động cơ tính theo kilô-óat(kW)

; kW (2-11)

 Công suất có ích

Công suất có ích là công suất đo được tại đầu ra trục khủyu, ở đó công của động

cơ được truyền đến những nơi cần năng lượng (máy công tác hoặc hộp số) Công suất

có ích của động cơ nhỏ hơn công suất chỉ thị một trị số bằng công của tất cả các lựccản tác dụng trong các cơ cấu của động cơ, gồm:

 Công tiêu hao cho ma sát

 Dẫn động các cơ cấu phụ (bơm nước, bơm dầu, bơm nhiên liệu…)

 Dẫn động các cơ cấu phân phối khí

Hiệu suất cơ giới của động cơ đốt trong thường nằm trong khoảng

Tích số giữa áp suất chỉ thị trung bình với hiệu suất cơ giới gọi là ápsuất có ích trung bình của động cơ

; N/m2 hoặc MN/m2; (2-14)

Qua công thức (2-15), ta thấy mối quan hệ giữa Ne và pe giống như quan hệ giữa

Ni với pi Từ đó ta có thể rút ra một định nghĩa có tính chất khái quát đối với khái niệm

về pe: áp suất có ích trung bình là công có ích của một chu trình ứng với một đơn vị thểtích công tác của động cơ và được biểu thị bằng N/m2 hoặc kG/cm2

Về mặt sức bền, độ tin cậy khi làm việc và tuổi thọ của mỗi một động cơ thườngđược tính ở một số vòng quay qui định Số vòng quay qui định n (vòng/phút)đượcchọn căn cứ vào điều kiện làm việc của động cơ trong khi sử dụng và chú ý tới tínhkinh tế của vấn đề

Động cơ có thể làm việc với số vòng quay khác với số vòng quay quy định, nếunhư điều đó đã được quy định bởi hệ thống điều chỉnh

i h i

n iV p

i 

m i

N  

i

e m N

p  

30

i nV p N

i m

Ở số vòng quay quy định, động cơ có thể phát ra công suất từ Ne = 0 (không tải)đến công suất quy định Neqđ – công suất mà nhà máy chế tạo cam đoan, trong đó cótính đến các điều kiện sử dụng của động cơ Cùng một loại động cơ có thể có côngsuất quy định khác nhau, điều đó phụ thuộc vào điều kiện làm việc Thí dụ, nếu động

cơ được sử dụng vào công việc có tính liên tục trong thời gian tương đối dài với côngsuất hầu như không đổi thì nhà máy sẽ quy định Neqđ thấp hơn công suất quy định đãđược ấn định khi động cơ làm việc ở điều kiện không liên tục hoặc với công suất biếnđổi An định như vậy là có tính mức độ sấy nóng và hao mòn của động cơ khi làm việcliên tục ở công suất quy định

Có thể tăng công suất động cơlớn hơn công suất quy định trong thời gian ngắn,nhưng sự tăng đó càng nhiều thì thời gian cho phép động cơ làm việc ở công suất đócàng bị rút ngắn Do đó, người ta phân chia công suất thành : công suất giờ, công suấtnữa giờ và công suất tức thời Công suất cực đại có khi trùng với công suất quy định,

và có khi cao hơn công suất quy định

Tỷ số giữa công suất của động cơ so với công suất quy định, chọn là 100% gọi là phụ tải tương đối của động cơ biểu thị theo phần trăm Vượt quá phụ tải tương đối trên 100% gọi là động cơ quá tải Thông thường quá tải không cho phép trên 10%, thậm chí có trường hợp hoàn toàn không cho phép quá tải

Số lượng nhiệt do nhiên liệu phát ra bằng :

Trong đó: Gnl : lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1 s (kg/s hoặc m3/s)

QH : nhiệt trị thấp của nhiên liệu tương ứng (J/kg hoặc J/m3)

Hiệu suất có ích của động cơ, căn cứ theo định nghĩa bằng :

Trong thực tế thí nghiệm động cơ, lượng tiêu hao nhiên liệu (Gnl) thường đo bằng

kg trong 1 giờ và công suất theo kW Do đó, suất tiêu hao nhiên liệu thường xác địnhtheo gam (g)

H nl

e e

Q G

G

g 

H e e Q g

1





, g/kW.h (2-21)còn hiệu suất có ích cũng vì vậy mà thay đổi theo, cụ thể là:

(2-22)trong đó QH – tính theo MJ/kg và ge tính theo g/kW.h

Hiêu suất chỉ thị của động cơ cũng được xác định tương tự, nó là tỷ số giữacông chỉ thị của động cơ so với số nhiệt lượng do nhiên liệu phát ra;

hoặc

(2-24)trong đó

, kg (hoặc m3)/Ws (2-25)

là suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

Từ công thức (2-19) và (2-24) ta được:

,Nếu xét cả công thức (2-13), ta sẽ được:

Đưa công thức (2-26) vào công thức (2-24), đồng thời tham khảo công thức (2-20),

ta sẽ được:

hoặc Hiêu suất chỉ thị của các loại động cơ thường nằm trong phạm vi:

3

10

e

nl e N

3

10 6 , 3





H nl

i i

Q G

N





H i i Q g

G

g 

nl i i e

g  

m e i

e e

N

N g

m

e i





 

m i

 

5 , 0 22 ,



i



CHƯƠNG 2: NHIÊN LIỆU

2.1 Xăng

2.1.1 Đặc điểm cấu tạo:

Động cơ của ôtô, xe máy chủ yếu có hai loại: loại chạy bằng xăng (động cơ xăng)

và loại chạy bằng dầu diesel (động cơ diesel) Cả hai loại này đều được sử dụng phổbiến ở nước ta Thành phần chính của nhiên liệu dùng trong động cơ đốt trong cónguồn gốc từ dầu mỏ

Xăng có thể lỏng như nước, không có màu sắc, thành phần chủ yếu được chếbiến từ dầu mỏ Xăng có màu xanh nhạt, hay vàng là do có pha phẩm màu để dễ phânbiệt các lọai xăng Trọng lượng riêng của xăng từ 0,70 ÷ 0,78 gam/cm3, thường lấy0,72 hay 0,73 để tính cho dễ, tức là nếu 1 lít xăng đem cân thì nặng 700 ÷ 775 gam.Trong xăng chứa khoảng 85% hàm lượng cacbon và khoảng 14% hàm lượng hydrôtheo trọng lượng, ngoài ra còn có ôxy, nitơ, lưu huỳnh với hàm lượng rất ít

Nhiệt lượng của các loại xăng xấp xỉ bằng nhau từ 10,400 đến 10,600 kcal/kg,tức là đốt cháy một kg xăng ta sẽ được một nhiệt năng bằng 10,400 ÷ 10,600 kcal

2.1.2 Các tính chất cơ bản

- Tính bay hơi:

Tính bay hơi của xăng rất cần thiết cho động cơ hoạt động Xăng sau khi đượcphun ra từ vòi phun sẽ tạo thành những hạt nhỏ như bụi sương trộn đều với không khítạo thành hỗn hợp nhiên liệu ở dạng hơi rồi phân phối vào các xylanh của động cơ, gặptia lửa điện từ các điện cực của bugi đánh lửa phóng ra thì bốc cháy Nhiệt độ bay hơicủa xăng từ 35-400C đến 180 – 2200C

Xăng bay hơi tốt có ưu điểm là:

- Khởi động động cơ dễ dàng

- Hỗn hợp nhiên liệu cháy nhanh, cháy hết, công suất động cơ lớn

- Thời gian hâm nóng động cơ sẽ ngắn

- Sau khi cháy xăng không chảy qua khe hở vòng xéc-măng xuống cácte chứadầu làm lỏng dầu bôi trơn, tăng độ mài mòn của các chi tiết của động cơ

Xăng bay hơi kém thì:

- Khởi động động cơ khó khăn, nhất là khi trời lạnh hoặc lúc sáng sớm

- Xăng cháy không hết, gây lãng phí cả xăng, công suất động cơ giảm, dầu bôitrơn động cơ bị loãng các chi tiết động cơ nhanh mòn

- Xăng không cháy hết, một phần đọng lại buồng đốt khi bị nóng quá phân hủy

thành muội than bám vào đỉnh pittông, buồng cháy nên động cơ sẽ nóng hơn bìnhthường, sức bền của các chi tiết động cơ giảm

- Gây ô nhiễm môi trường

Căn cứ vào tính bay hơi của xăng, ta thấy vấn đề giữ cho nhiệt độ của động cơ ởmức quy định (từ 750C ÷ 900C) có ảnh hưởng rất lớn tới mức tiêu thụ xăng Động cơquá nguội hoặc quá nóng đều dẫn đến hiện tượng tiêu hao xăng quá mức

- Nhiệt độ bén lửa:

Nhiệt độ bén lửa là nhiệt độ thấp nhất mà khí hỗn hợp bén lửa, nó phản ánh sốlượng chất chưng cất nhẹ trong nhiên liệu và dùng làm chỉ tiêu phòng hỏa cho nhiênliệu khi dùng trên tàu thủy và trong các kho dự trữ, nhiệt độ bén lửa thường khôngđược thấp hơn 65oC

- Nhiệt độ tự bốc cháy:

Nhiệt độ tự bốc cháy là nhiệt độ thấp nhất mà hỗn hợp khí có thể tự bốc cháy màkhông cần có nguồn nhiệt ngoài Nhiệt độ tự cháy phụ thuộc vào loại nhiên liệu vàthông thường giảm khi tăng trọng lượng phân tử nhiên liệu Đó là một trong nhữngnguyên nhân khiến người ta dùng nhiên liệu nặng cho động cơ diesel

Nhiệt độ tự bốc cháy giảm dần khi tăng trọng lượng riêng của hỗn hợp khí công tác, vì trong trường hợp đó số lần va chạm giữa những phân tử của nhiên liệu và ôxy tăng lên Đối với động cơ diesel yêu cầu có nhiệt độ tự cháy nhỏ còn đối với loại động

cơ xăng thì ngược lại Tùy vào điều kiện làm việc, đặc tính của từng loại động cơ mà người ta có thể thay đổi nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu theo những yêu cầu riêng

- Sự cháy ổn định, chỉ số ốc tan và khả năng chống kích nổ:

Bình thường hiện tượng cháy trong động cơ xăng xảy ra sau khi hỗn hợp xăng vàkhông khí bị nén trong xylanh tới trên 6kG/cm2 (58,8N/cm2) và nóng tới 300 ÷ 4000C,gặp tia lửa điện phóng ra từ bugi sẽ bốc cháy một cách nhanh chóng Trong trường hợpnày động cơ làm việc ổn định, tiết kiệm và có công suất cao nhất

Khi động cơ làm việc thì áp suất và nhiệt đều tăng đến mức có thể làm cho hỗnhợp nhiên liệu bốc cháy Trong trường hợp này, động cơ làm việc kèm theo tiếng kêucủa kim khí, xả khói đen, công suất giảm thấp, động cơ bị quá nóng và do những hậuquả khác có thể làm hỏng các chi tiết của động cơ Sự làm việc không bình thường đócủa động cơ gọi là hiện tượng kích nổ

Căn cứ vào kết quả khảo nghiệm, người ta xác định rằng khi động cơ làm việc cóhiện tượng kích nổ thì phần lớn hỗn hợp nhiên liệu cháy với tốc độ bình thường(15÷30m/s) và chỉ ở cuối giai đoạn cháy thì tốc độ cháy tăng lên đột ngột từ (15÷30m/s) lên tới (1500 ÷ 2500 m/s)

Để biểu thị khả năng chống kích nổ của xăng người ta thường dùng trị số ốc tan

Để xác định trị số ốctan, người ta đem pha lẫn 2 loại nhiên liệu có tính đối lập nhau là:

chất Eptan (C7H16) rất dễ kích nổ và đặt cho nó một trị số là 0; chất Izôôctan (C8H18)chống kích nổ tốt và đặt cho chất này có trị số là 100 Đem 92 phần Izôôctan pha lẫnvới 8 phần Eptan sẽ có được một loại xăng mẫu có trị số ốctan là 92 và những lọaixăng có đặc tính giống như xăng mẫu trên được gọi là xăng 92.

Như vậy, trị số ốctan gọi là số quy ước chống kích nổ của xăng tính bằng phầntrăm izôôctan chứa trong cùng một hỗn hợp với eptan của loại xăng mẫu

Với nền khoa học hiện đại, ngày nay người ta có thể biến xăng có trị số ốctanthấp thành xăng có trị số ốctan cao, vì tăng trị số ốctan của xăng, cho phép ta tăng tỷ

số nén và số vòng quay của động cơ hay nói một cách khác là tăng công suất cho động

cơ và giảm mức tiêu hao nhiên liệu

2.2 Dầu diesel

2.2.1 Đặc điểm cấu tạo:

Động cơ chạy bằng dầu diesel (còn gọi là động cơ diesel) là loại động cơ khôngđốt cháy hỗn hợp nhiên liệu bằng tia lửa điện như động cơ chạy bằng xăng ở động cơdiesel nhiên liệu từ thùng chứa được bơm truyền đẩy lên bơm cao áp, bơm cao áp nénlên áp suất cao và bơm tới vòi phun phun tơi sương vào buồng đốt, trộn đều với khôngkhí đã được nén có nhiệt độ và áp suất cao trong buồng cháy và tạo thành hỗn hợpnhiên liệu Hỗn hợp nhiên liệu này hút nhiệt, nóng tới nhiệt độ nhất định thì tự bốccháy sinh công làm quay trục khuỷu

Hiện nay động cơ diesel được dùng nhiều ở xe vận tải hạng nặng, xe tăng, tàuthủy, tàu hỏa, máy phát điện cở lớn

Dầu diesel là phần hydrô cacbon lấy từ dầu mỏ ra có nhiệt độ sôi nằm trong giới hạn

từ (200 đến 350)0C Dầu diesel có màu nâu nhạt, nặng hơn xăng, nhẹ hơn nước Tỷ trọng

từ 0,80÷0,86 Dầu diesel có loại nặng, có loại nhẹ Loại nặng thường là đặc, độ nhớt caothường dùng làm nhiên liệu cho các động cơ có tốc độ thấp (khoảng 1000 vòng/phút trởxuống) như các động cơ ở tàu buôn, tàu vận tải có trọng tải lớn, máy bơm loại lớn Dầuloại nhẹ thường là loãng, độ nhớt thấp, dùng cho động cơ có tốc độ cao (khoảng 1000vòng/phút trở lên) như động cơ lắp ở xe vận tải, xe tăng, tàu chiến loại nhanh

2.2.2 Các tính chất cơ bản:

- Tính tự cháy:

Một trong những tính chất quan trọng của nhiên liệu dùng trong động cơ diesel làtính tự cháy Thông thường nhiên liệu phun vào xy lanh không phải tự bốc cháy ngay,

mà phải qua một thời gian chuẩn bị để tự bốc cháy, trong thời gian này nhiên liệu có

sự thay đổi về lý hóa trong bản thân nó

Giai đoạn tính từ lúc nhiên liệu phun vào đến khi nhiên liệu tự bốc cháy được gọi

là giai đọan cháy trễ và được biểu thị bằng thời gian hoặc bằng góc quay của trụckhuỷu Để đánh giá tính tự cháy của nhiên liệu người ta thường dùng một số phương

- Tính bay hơi:

Dầu diesel từ thùng chứa qua ống dẫn, được bơm truyền đưa lên bơm cao áp vàbơm cao áp nén lên áp suất cao bơm tới vòi phun phun vào buồng đốt ở cuối hànhtrình nén Khi vào buồng cháy dầu gặp không khí đã được nén có nhiệt độ(600÷700)0C sẽ tự bốc cháy

Quá trình cháy của dầu diesel hoàn toàn khác với xăng và có thể chia làm 3 thờikỳ: thời kỳ thứ nhất là thời kỳ chuẩn bị cháy, tính từ khi nhiên liệu phun vào đến khibắt đầu tự bốc cháy Thời kỳ thứ hai là thời kỳ cháy tương đối nhanh của một số lớnlượng nhiên liệu, tạo ra áp suất (50 ÷ 80)at, đẩy pittông đi xuống và làm quay trụckhuỷu của động cơ Thời kỳ cuối là thời kỳ cháy nốt một số nhiên liệu phun vào sau Trong 3 thời kỳ ấy, thời kỳ thứ nhất có quan hệ chặt chẽ với sự cháy ổn định.Nếu ở thời kỳ này, nhiên liệu bay hơi nhanh, cháy sớm, phun được chừng nào, cháyngay được chừng ấy, tức là nhiên liệu cháy ổn định, không gây ra nổ rung, công suấtđộng cơ lớn, như vậy là thời kỳ chuẩn bị ngắn

Ngược lại, thời kỳ thứ nhất kéo dài tức là nhiên liệu bay hơi chậm, cháy muộn,lượng nhiên liệu phun vào không cháy hết ngay được, cứ ùn dần lại, đến khi bốc cháyđược lại cháy dồn một lúc, làm cho áp suất và nhiệt độ tăng nhanh làm cho động cơquá nóng, rung mạnh, xả nhiều khói đen và phát ra tiếng kêu

Một khi dầu diesel gây ra nổ rung, chính là do thời kỳ chuẩn bị quá dài, nhưngthời kỳ chuẩn bị dài hay ngắn lại có liên quan tới hai yếu tố cơ bản của nhiên liệu làtính bay hơi và tính tự bốc cháy của nó

- Độ nhớt và sự tạo muội than:

Độ nhớt (ma sát nội) là tính chất của các chất lỏng và khí chống lại sự chảy củachúng tức là sự chuyển dịch của lớp này so với lớp khác trong chúng dưới tác dụngcủa ngoại lực

Đối với dầu diesel, độ nhớt được xác định ở nhiệt độ 200C, với nhiều loại mãhiệu nhiên liệu khác nhau, độ nhớt thường nằm trong giới hạn (1,8 ÷ 6,0) CSt

Nên sử dụng các loại dầu diesel có độ nhớt trung bình (2,5 ÷ 4,0CSt) khi phun sẽtạo ra những giọt nhỏ hơn, đồng đều về thành phần, làm tốt hơn quá trình bốc hơi, tạothành hỗn hợp và cháy ở nhiệt độ âm những loại nhiên liệu này có tính chuyển độngtốt hơn, chúng dễ chảy trong ống dẫn, qua các bình lọc đến bơm cao áp, ngoài ra nănglượng khí cho việc khắc phục ma sát trong giảm đi

Tăng độ nhớt ảnh hưởng lớn đến tính phát động của nhiên liệu đặc biệt là trongmùa lạnh, khi giảm nhiệt độ thì độ nhớt tăng lên.

Những hư hỏng lớn do nhiên liệu gây ra khi động cơ làm việc thường là lỗ phuncủa vòi phun nhiên liệu bị bịt kín làm cho chất lượng phun kém đi và có thể làm chochất lượng hỗn hợp không tốt Muội than bám trên bề mặt các chi tiết buồng cháy, trênxupáp, trong ống giảm thanh và các chi tiết khác làm cho động cơ bị quá nóng dẫn đếngiảm công suất, tăng hao mòn và tính kinh tế giảm

Độ cốc là khả năng tạo muội than của nhiên liệu trong sự phân hủy ở điều kiệnnhiệt độ cao (800 ÷ 9000C) và không có không khí Sự tạo muội than cũng tăng lênkhi độ nhớt tăng và có thành phần phân đoạn nặng

- Chỉ số xê tan và sự cháy ổn định của dầu diesel:

Để biểu thị sự cháy ổn định, chống nổ rung, người ta định ra một chỉ tiêu là trị sốxêtan Dầu diesel nào có trị số xêtan cao thì tính chống nổ rung tốt và ngược lại

Để xác định trị số xê tan người ta đem pha lẫn với nhau hai loại nhiên liệu có tínhchất đối lập nhau là: chất Xêtan (C16H34) bảo đảm cho động cơ làm việc ổn định,chống nổ rung, đặt cho độ tự cháy của nó là 100; chất Anfa mêtinnaftalin(C10H7CH3) có khả năng gây nổ rung và độ tự cháy của chất này là 0

Đem 40 phần C16H34 (theo thể tích) pha lẫn với 60 phần C10H7CH3, thì đượcmột loại dầu diesel mẫu có trị số xêtan là 40

Như vậy, trị số Xêtan gọi là chỉ số qui ước của tính tự bốc cháy của dầu diesel,tính bằng phần trăm Xêtan chứa trong cùng một hỗn hợp với Anpha mêtinnaftalin củaloại diesel mẫu

Động cơ diesel có loại tỷ số nén thấp, có loại tỷ số nén cao nên đòi hỏi trị sốXêtan của nhiên liệu cũng khác nhau Động cơ có tỷ số nén cao vòng quay nhanh(1000 vòng/phút trở lên) như ở xe ôtô, xe tăng, tàu chiến phải dùng dầu nhẹ, có trị sốXêtan cao, thường 40÷50 đơn vị trở lên Động cơ tỷ số nén thấp, vòng quay chậm(1000 vòng/phút trở xuống) như động cơ ở tàu vận tải có trọng tải lớn, máy kéo phảidùng dầu có trị số xêtan thấp, thường 30÷40 đơn vị

Như vậy, nhiên liệu dùng cho động cơ diesel phải có trị số Xêtan thích hợp và đúng loại quy định cho mỗi loại động cơ

2.3 Dầu bôi trơn

2.3.1 Đặc điểm cấu tạo:

Dầu bôi trơn hay còn gọi là dầu nhờn dùng để bôi trơn cho các chi tiết máy, đượcchế biến với thành phần chính từ dầu mỏ, có nhiệt độ sôi trên 3500C Dầu bôi trơnthường màu đen, màu lục hay màu hung Dầu bôi trơn nặng hơn xăng và dầu dieselnhưng nhẹ hơn nước Tỷ trọng từ 0,88 ÷ 0,95 trung bình là 0,93 Dầu bôi trơn có thểchia ra các nhóm chủ yếu sau đây:

- Dầu bôi trơn dùng cho động cơ (gồm có dầu dùng bôi trơn cho máy bay, máydiesel, ôtô, máy kéo).

- Dầu truyền động (cho các hộp số, các cầu sau xe máy và những cơ cấu truyềnlực khác)

- Dầu công nghiệp (dùng bôi trơn cho các máy móc công nghiệp và các thiết bịkhác)

- Dầu đặc biệt (dầu tuabin, biến thế)

2.3.2 Công dụng và yêu cầu của dầu bôi trơn:

a Công dụng

- Giảm ma sát cho các chi tiết máy khi vận hành

- Làm mát các chi tiết của máy khi vận hành

- Làm sạch các chi tiết máy

- Làm kín các khe hở nhỏ

- Bảo vệ máy khỏi bị han gỉ

b Yêu cầu

- Độ nhớt và sức bám của dầu: Độ nhớt là mức loãng đặc và tốc độ chảy của dầu, là

một phẩm chất quan trọng của dầu bôi trơn Dầu bôi trơn có loại đặc, có loại lỏng + Loại đặc có độ nhớt lớn, khả năng bám trên bề mặt chi tiết máy cao nhưng khóchảy

+ Dầu lỏng có độ nhớt bé khả năng bám trên bề mặt chi tiết máy ít hơn, nhưng dễchảy

- Tính ổn định của dầu: Dầu bôi trơn có tính ổn định là khi gặp nóng, lạnh, nắng mưa

và không khí dầu không bị biến chất

- Tính ăn mòn tạp chất và nước lã: Dầu bôi trơn thường xuyên tiếp xúc với máy móc,

bảo vệ cho các chi tiết máy Vì vậy yêu cầu trong dầu bôi trơn không có axit, bazơ tantrong nước là những chất ăn mòn mạnh, cặn bẩn cũng gây cọ mòn cho máy móc.Trong dầu bôi trơn cũng không được lẫn nước lã, sẽ làm han gỉ kim loại, làm tan rửadầu thành màu đục lờ như sữa, có mùi khó ngửi

2.3.3 Chất phụ gia trong dầu bôi trơn:

a Đặc tính chung của phụ gia

Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, vô cơ, thậm chí là các nguyên tố, được thêmvào các chất bôi trơn như: dầu bôi trơn, mỡ bôi trơn, các chất chuyên dụng để nângcao các tính chất chuyên biệt cho sản phẩm cuối cùng Thường mỗi loại phụ gia được

dùng ở nồng độ từ (0,01÷5)% Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp một phụ gia có thểđưa vào ở khoảng nồng độ dao động từ vài phần triệu đến trên 10%.

Vì có khả năng cải thiện tính năng của dầu bôi trơn và chất lỏng bôi trơn nên phụgia tạo điều kiện tốt cho việc cải tiến các loại xe và máy móc công nghiệp

Ngày nay, thực tế hầu như các chủng loại dầu bôi trơn và chất lỏng bôi trơn đềuchứa ít nhất là một loại phụ gia, một số loại dầu như: dầu động cơ, dầu bánh răng chứanhiều loại phụ gia khác nhau

b Các chủng loại phụ gia

Phụ gia chủ yếu được sử dụng để đảm nhiệm một chức năng nhất định, nhưng cónhiều loại là phụ gia đa chức năng Những chức năng quan trọng của phụ gia là:

- Làm tăng độ bền oxy hóa (chất ức chế oxy hóa hoặc phụ gia chống oxy hóa)

- Ngăn chặn hiệu ứng xúc tác của kim loại trong quá trình oxy hóa và ăn mòn(chất khử hoạt tính kim loại)

- Chống ăn mòn (chất ức chế ăn mòn)

- Chống gỉ (chất ức chế gỉ)

- Chống sự tạo cặn bám và cặn bùn (phụ gia rửa )

- Giữ các tạp chất bẩn ở dạng huyền phù (phụ gia phân tán )

- Tăng chỉ số nhớt (phụ gia tăng chỉ số độ nhớt)

- Giảm nhiệt đông đặc (phụ gia làm giảm nhiệt độ đông đặc)

- Làm dầu có thể trộn lẫn với nước (phụ gia tạo nhũ)

- Chống tạo bọt (phụ gia chống tạo bọt)

- Ngăn chặn sự phát trển của vi sinh vật (phụ gia diệt khuẩn)

- Làm cho dầu có khả năng bám dính tốt (tác nhân bám dính)

- Tăng khả năng làm kín (tác nhân làm kín)

- Làm giảm ma sát (phụ gia giảm ma sát)

- Làm giảm và ngăn chặn sự mài mòn (phụ gia chống mài mòn )

- Chống sự kẹt nước các bề mặt kim loại (phụ gia cực áp)

2.3.4 Các loại dầu bôi trơn:

- Dầu bôi trơn động cơ:

a Dầu dùng cho động cơ chạy xăng và dầu dùng cho động cơ diesel

Không nên sử dụng dầu bôi trơn của động cơ xăng cho động cơ diesel và ngựơclại Nếu sử dụng dầu nhờn của động cơ xăng cho động cơ diesel thì dầu dễ bị phân hủy

do nhiệt độ cao và ngược lại nếu sử dụng dầu nhờn của động cơ diesel cho động cơxăng thì dể tạo muội than ở bên trong buồng đốt.

b Ký hiệu dầu bôi trơn động cơ

Dầu bôi trơn được ký hiệu theo 3 thông số chính: Độ nhớt, chất lượng và tính năng,lọai động cơ sử dụng

Về độ nhớt : Độ nhớt thường được xác định theo tiêu chuẩn SAE và có các lọai sau:

- Dầu dùng cho mùa hè: SAE 30, SAE 40

- Dầu dùng cho mùa đông: SAE 10W, SAE 20W

- Dầu 4 mùa được ký hiệu bằng số kép, ví dụ SAE 10W-30 nghĩa là dầu này mùa

hè có độ nhớt tương ứng với loại SAE-30, còn khi sử dụng trong mùa động thì tươngđương với dầu SAE-10W

Về chất lượng và tính năng:

Dầu bôi trơn được ký hiệu dựa theo điều kiện sử dụng, như 10MM, 20WMS, SAE-20HD trong đó:

SAE MM: Dầu bôi trơn phẩm chất cao dùng cho động cơ xăng

- MS: Dầu bôi trơn phẩm chất đặc biệt dùng cho động cơ xăng

- DG: Dầu bôi trơn phẩm chất đặc biệt dùng cho động cơ diesel

- DM, DS: Dầu bôi trơn dùng cho động cơ diesel làm việc trong điều kiện nặng nhọc

- HD: Dầu bôi trơn dùng cho động cơ diesel làm việc trong điều kiện nặng nhọc

và trong dầu có chất chống han gỉ

Ngoài ra dầu bôi trơn còn được phân làm 3 loại: Loại thường (Regular Type),loại cao cấp (Premium Type) và loại dùng cho động cơ làm việc trong điều kiện nặngnhọc (Heavy Duty Type)

Hiện nay chất lượng và tính năng của dầu bôi trơn được dựa vào hệ tiêu chuẩnAPI (Mỹ) khá phổ biến Sau đây là một số nội dung chủ yếu:

- Dầu dùng cho động cơ xăng như: API:SD, API:SF, API:SG, API:SH Phẩm cấpcủa loại đứng sau sẽ cao hơn loại trước

- Dầu dùng cho động cơ diesel như: API:CA, API:CB, API:CC, API:CD

- Dầu API:CA dùng cho động cơ Diesel làm việc trong điều kiện tải nhẹ

- Dầu API:CB dùng cho động cơ Diesel làm việc trong điều kiện tải trung bình

- Dầu API:CC dùng cho động cơ Diesel tăng áp và có thể sử dụng cho động cơxăng làm việc trong điều kiện khắc nghiệt

- Dầu API:CD dùng cho động cơ Diesel tăng áp và sử dụng nhiên liệu có hàmlượng lưu huỳnh cao

- Ký hiệu bằng hình ảnh: Thông thường hình ảnh có trên thùng chứa sẽ tươngứng với lọai động cơ sử dụng dầu bôi trơn chứa trong thùng.

Dầu bôi trơn bộ truyền động:

Dầu truyền động là dầu bôi trơn dùng để bôi trơn cho các bộ phận truyền lực như:hộp số, cầu chủ động, bộ giảm tốc, cơ cấu tay lái của ôtô tàu thủy

Điều kiện làm việc của dầu truyền động khác với điều kiện làm việc của dầuđộng cơ Trước hết bề mặt làm việc của các chi tiết như bánh răng côn, bánh răngthẳng có tải trọng riêng rất cao, có khi tới 15000 ÷ 20000 kG/cm2, trong các bộ truyềnlực hypoid có khi tới 40000 kG/cm2 Khi tăng công suất của động cơ hoặc tải trọnglàm việc của máy thì nhiệt độ làm việc trong hệ thống truyền lực lên tới 125 ÷ 1400C,còn trong các điểm tiếp xúc nhiệt độ lên tới 2500C và có khi còn cao hơn nữa, ở nhiệt

độ này dầu không những bị ôxi hóa mạnh mà còn dễ bị phân hủy do nhiệt

Đặc điểm chung của các lọai dầu truyền động là thường có độ nhớt cao Với độnhớt cao thì khả năng bám dính trên bề mặt ma sát sẽ tốt hơn, tải trọng ma sát càng lớnthì dầu sử dụng sẽ càng đặc

Với điều kiện làm việc của các bộ truyền lực thì khả năng chịu nhiệt và ức chếôxy hóa là rất quan trọng Khi dầu bị xuống cấp do nhiệt độ và ôxy hóa, tạo cặn dầu vàacid, dầu trở nên đặc hơn Việc tạo cặn có thể làm cho các đường dẫn dầu bị nghẹt, cácchi tiết máy nhanh mòn và tăng lực cản quay

Đặc điểm của các lọai dầu truyền động thông dụng:

Về độ nhớt: Độ nhớt thường được xác định theo tiêu chuẩn SAE và có các lọai sau:

SAE(75W, 80W, 85W, 90, 140, 250)

Về chất lượng và tính năng: Phân lọai theo phẩm cấp thường dựa vào lọai bánh

răng và tải trọng ma sát là chủ yếu Sau đây là đặc điểm của một số lọai dầu truyềnđộng:

- API: GL-1 là lọai dầu dùng cho hộp số

- API: GL-2 là lọai dầu dùng cho trục vít

- API: GL-3 là lọai dầu dùng cho hộp số cơ khí và hộp tay lái

- API: GL-4 là lọai dầu dùng cho bánh răng hypoid

- API: GL-5 là lọai dầu dùng cho bánh răng hypoid họat động trong điều kiện

khắc nghiệt, cho phép bánh răng có thể chịu được tải trọng va đập lớn và vận tốcquay nhanh.

Dầu thủy lực:

Ngày nay các máy móc sử dụng hệ thống điều khiển bằng thủy lực rất phổ biến

So với những chất khí và chất rắn thì chất lỏng dùng để làm vật sinh công có ưu điểm:hoàn toàn không bị nén co lại Đặc tính này rất quan trọng vì nó không tạo ra tải trọng

va đập đột ngột mà tăng từ từ Nó có thể chuyển động đi xa hơn phương pháp cơ vàphương pháp dùng khí nhiều

Chất lỏng dùng trong hệ thống thủy lực thường là loại dầu bôi trơn có độ nhớtthấp Điều kiện làm việc của chúng trong hệ thống rất nặng nề, vì phải chịu sự chênhlệch nhiệt độ khá lớn, đôi khi tới 70÷800C, áp suất có khi lên tới trên 100 kG/cm2.Ngoài ra dầu còn tiếp xúc với các loại kim loại đen, kim loại màu và những vật liệukhác nhau và cũng không hiếm trường hợp máy còn phải làm việc trong những môitrường rất nhiều bụi Do đó dầu thủy lực phải đạt được những yêu cầu nhất định.Trước tiên dầu thủy lực phải có nhiệt độ đông đặc thấp (5÷100C thấp hơn nhiệt

độ thấp nhất của không khí xung quanh) Nó không được tạo ra đệm hơi, muốn vậynhiệt độ sôi của nó phải cao hơn nhiệt độ làm việc của chi tiết máy 20÷300C

Nói chung tất cả các loại dầu thủy lực đều được chế tạo từ dầu thô có độ nhớt nhỏ

và cho thêm các loại chất phụ gia khác nhau (như chất phụ gia chống gỉ, chống mòn,chống ôxi hóa, chống sủi bọt)

Những năm gần đây phát triển mạnh hộp số kiểu cơ khí thủy lực, trợ lực lái bằngthủy lực, các hệ thống nâng hạ và các hệ thống điều khiển thủy lực Dầu thủy lực cónhiều lọai khác nhau nhưng nói chung chúng có những đặc tính sau:

+ Độ nhớt phù hợp: Do dầu thủy lực làm việc trong dải nhiệt độ khá rộng từ

250C đến 1700C cho nên sự ổn định của độ nhớt sẽ ảnh hưởng đến sự làm việc của hệthống Tính ổn định nhiệt của dầu sẽ ngăn cản việc tạo cặn, cặn có thể làm tắc các vanthủy lực và cản trở sự họat động bình thường của hệ thống

+ Đặc tính chống sủi bọt: Dầu thủy lực nếu tạo bọt trong hệ thống đường ống

dẫn sẽ làm cho hệ thống làm việc không ổn định, do đó nếu sử dụng không đúng loại

sẽ ảnh hưởng không tốt tới hiệu suất làm việc của hệ thống thủy lực Để hạn chế hiệntượng này trong dầu thủy lực luôn có chất phụ gia chống tạo bọt

+ Đặc tính ma sát: ở hộp số thủy lực nếu hệ số ma sát giữa đĩa ly hợp và đĩa ma

sát hoặc đai phanh thấp thì độ va đập sẽ nhỏ, nhưng hiện tượng trược nhiều khả năng

sẽ xảy ra Điều này sẽ ảnh hưởng xấu tới hiệu suất truyền lực và làm cho đĩa ly hợp vàđĩa ma sát hoặc đai phanh mòn nhanh hơn Hệ số ma sát cao sẽ tăng độ va đập sinh rabởi họat động của đĩa ly hợp và đĩa ma sát hoặc đai phanh do đó sẽ làm cho quá trìnhđiều khiển xe không thoải mái Khi sử dụng dầu thủy lực cần chú ý các ký hiệu về lọaidầu sử dụng trên các nắp đậy hoặc xả dầu trên các hệ thống thủy lực

CHƯƠNG 3: CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

3.1 Chu trình lý tưởng của động cơ không tăng áp

Hình 3.1 Đồ thị của chu trình lý tưởng tổng quát trên tọa độ p-V và T-s.

Hình 1 biểu thị chu trình lý tưởng tổng quát trên hai tọa độ p-V và T-s, chu trình

gồm quá trình nén đọan nhiệt oc, cấp nhiệt đẳng tích cy và cấp nhiệt đẳng áp yz, quá trình giãn nở đọan nhiệt zd và quá trình nhả nhiệt đẳng áp f o

Quan hệ giữa các thể tích và áp suất tại các điểm đặc trưng của chu trình chính làthông số tương ứng xác định chỉ tiêu của quá trình

Tỷ số giữa thể tích lúc bắt đầu nén Vo chia cho thể tích cuối quá trình nén Vc

được gọi là tỷ số nén ; tỷ số giữa áp suất cực đại trong chu trình pz = py chia cho

áp suất cuối quá trình nén pc được gọi là tỷ số tăng áp suất ; tỷ số thể tích ở cuốigiai đọan cấp nhiệt Vz chia cho thể tích cuối quá trình nén Vc = Vy được gọi là tỷ số

giãn nở ban đầu ; tỷ số giữa thể tích cuối quá trình giản nở Vd chia cho thể tích

cuối giai đọan cấp nhiệt Vz được gọi là tỷ số giản nở sau ; tỷ số giữa áp suấtcuối quá trình giãn nở pd chia cho áp suất cuối giai đọan nhả nhiệt đẳng tích Pf gọi là tỷ

c

o V

V





số giảm áp suất

Biết rằng:

J/kmol;

J/kmol;

trong đó: mcv và mcp – tỷ nhiệt mol đẳng tích và đẳng áp của khí tính theo J/kmol.độ

Tính kinh tế: Tính kinh tế của chu trình được đặc trưng bởi hiệu suất nhiệt của chu

trình , là tỷ số giữa lượng nhiệt đã chuyển biến thành công chia cho số nhiệt lượngcung cấp cho môi chất công tác

(2-1)Trong đó: lt : công sinh ra của 1 kmol môi chất công tác trong một chu trình (J/kmol);

Q1 : số lượng nhiệt cung cấp cho môi chất công tác, tính theo J/kmol;

Q2 : số nhiệt lượng thải ra, tính theo J/kmol;

Q1 – Q2 : số nhiệt lượng được lợi dụng có ích (chuyển sang công);

Thay thế các trị số của Q1 và Q2 vào công thức trên và biến đổi ta sẽ có biểu thức

về hiệu suất nhiệt của chu trình tổng quát:

Trong đó: - chỉ số nén đọan nhiệt

Lợi dụng những quan hệ nhiệt động học giữa các nhiệt độ tại những điểm đặctrưng của chu trình, cùng với các thông số của chúng và sau khi biểu thị tất cả cácnhiệt độ bằng nhiệt độ ban đầu To ta sẽ được:

f

d p

(

"

1

' 1

Q      

).

( )

2

Q

l Q

Q Q

d

T T k T T

mc

k 

1 1

o o

V

V T

P

P T

Thay các trị số nhiệt độ trên đây vào phương trình (2-2) ta sẽ được công thứccuối cùng về hiệu suất nhiệt của chu trình lý tưởng tổng quát của động cơ đốt trong.

(2-3)

Từ công thức (2-3) thấy rằng hiệu suất nhiệt của chu trình phụ thuộc vào tỷ sốnén , phương pháp cấp nhiệt và thải nhiệt được đặc trưng bằng các trị số và ,chỉ số nén đọan nhiệt k, tức là phụ thuộc vào thành phần và tính chất vật lý của môichất công tác Tăng tỷ số nén trong chu trình thì hiệu suất nhiệt sẽ tăng, tức là cảithiện được tính kinh tế của chu trình Anh hưởng của các thông số còn lại như

sẽ được nghiên cứu tại phần các chu trình riêng biệt của động cơ

Tính hiệu quả: Tính hiệu quả được đặc trưng bởi công đơn vị của chu trình tức là

công tương ứng với một đơn vị thể tích công tác của xy lanh

Trong đó: Lt – công của một chu trình, (J hoặc Nm);

Vh = Vmax - Vmin : Thể tích công tác của xy lanh tức là hiệu số giữa thể tích lớn nhất vànhỏ nhất của môi chất công tác trong chu trình (m3)

pt : công đơn vị hay áp suất bình quân của chu trình

Công thức (2-4) có thể viết lại như sau:

trong đó Vf và Vc tính theo m3/kmol

Biết rằng, công của chu trình tương đương với số nhiệt lượng được lợi dụng cóích:

J/kmol.Thay các phương trình về nhiệt độ vào phương trình trên ta được:

k

k k o k k k

k o k k

k o

o z k k z

d z

p

p t p

p T

T

1 1 1 1

1 1

d

f d

p

p T

1 1 1

k t



k

, ,



h

t t

V

L

p 

c f

t t

V V

L p

J/kmol (2-6)Thể tích công tác xy lanh ứng với 1 kmol khí có thể xác định bằng các phươngtrình trạng thái tương ứng:

; m3/kmolTrong đó: J/kmol.độ – hằng số của kmol khí

Biết rằng và N/m2, và sau khi thay thế các hệ thức đã biết vềnhiệt độ, ta được:

Đưa phương trình hiệu suất nhiệt (2-3) vào công thức (2-6) và sau khi biến đổi

ta sẽ được một phương trình có dạng khác về áp suất bình quân (công đơn vị) của chutrình lý tưởng tổng quát:

1 1 1

k

k k

k

k k k

f c

c f

f c

f h

p

T p

T R p

RT p

RT V

o c

f h

p

RT V

V V

1 1 1

k k k

k k

v o h

t

t

k k

mc R

p V

L

1 1 1

1

1

1 1

1

mc mc

R

mc

v p

v v

k k k

k k

o

t

k k

k

p

1 1 1

1

1

1 1

1

k t

o

k

t

k k

p

1

11

lớn Sự ảnh hưởng của các thông số còn lại như : tới pt cũng như đối với sẽđược nghiên cứu trong các chu trình riêng biệt.

3.1.1 Chu trình đẳng tích

Chu trình này là trường hợp đặc biệt của chu trình hỗn hợp và chỉ khác là trên đồthị không có đoạn cấp nhiệt đẳng áp (p = const) mà toàn bộ nhiệt lượng đưa vào chutrình đều tiến hành ở thể tích không đổi (V = const) (hình 3.3)

Hình 3.3 Chu trình đẳng tích

Tỷ số giãn nở ban đầu trong trường hợp này bằng 1 vì Vz = Vc Chu trìnhđẳng tích V = const là chu trình lý tưởng của động cơ đốt cháy cưỡng bức (động cơxăng, động cơ ga,…)

Thay trị số vào phương trình (2-11), sẽ được hiệu suất về hiệu suất nhiệtcủa chu trình đẳng tích V = const

(2-18)Phương trình này cho ta thấy rằng hiệu suất nhiệt của chu trình đẳng tích chỉphụ thuộc vào tỷ số nén và chỉ số nén đoạn nhiệt k, tức là phụ thuộc vào tính chấtcủa môi chất công tác

Vì công thức (2-18) không chứa tỷ số tăng áp suất , nên hiệu suất nhiệt củachu trình không phụ thuộc vào lượng nhiệt cấp vào, tức là phụ tải của động cơ

Tăng tỷ số nén là biện pháp tốt nhất để tăng , nhưng trị số cho phép của trong các động cơ xăng và động cơ ga bị hạn chế do khí hỗn hợp công tác trong xylanh có thể tự bốc cháy sớm và suất hiện kích nổ khi cao, vì vậy đối với động cơ

Từ phương trình (2-16), khi ta sẽ được biểu thức về lượng nhiệt cấp vào

k

, ,

Công của chu trình lt, áp suất bình quân pt của chu trình có thể rút ra từ cácphương trình (2-11), (2-14) và (2-15) khi

Khi tăng tỷ số tăng áp suất , tức là tăng lượng nhiệt cấp vào Q1, thì công củachu trình lt và áp suất bình quân pt tăng nhanh hơn so với

3.1.2 Chu trình đẳng áp

Chu trình này được biểu thị trên hình 4, giống như chu trình đẳng tích (V = const)

đã xét ở trên, đó cũng là một trường hợp đặc biệt của chu trình hỗn hợp và chỉ khác nhau

ở chỗ là trên đồ thị của chu trình không có đoạn cấp nhiệt đẳng tích V = const, mà toàn

bộ nhiệt lượng được cấp vào đều tiến hành ở áp suất không đổi p = const

k o c

Q p p

Hình 3.4 Chu trình đẳng áp

Tỷ số tăng áp suất trong chu trình này bằng một ( , vì pz = pc

Chu trình đẳng áp là chu trình lý tưởng của động cơ diesel

Dưới đây trình bày các công thức về hiệu suất nhiệt , công của chu trình Lt và

áp suất bình quân pt rút ra từ công thức tương ứng (2-11), (2-12), (2-14) và (2-14) củachu trình hỗn hợp, khi thay trị số

Cũng giống như chu trình đẳng tích V = const, khi tăng tỷ số nén (Q1 = const) ápsuất bình quân chu trình pt tăng, nhưng tăng chậm hơn so với hiệu suất nhiệt

3.1.3 Chu trình hỗn hợp

Hình 3.2 Đồ thị chu trình hỗn hợp của động cơ trên tọa độ p-V và T-s.

Hình 2 biểu thị chu trình hỗn hợp trên hai tọa độ p-V và T-s, trong đó một bộphận nhiệt được cấp ở thể tích không đổi, một bộ phận nhiệt được cấp ở áp suất khôngđổi Nhiệt thải ra chỉ tiến hành ở trạng thái thể tích không đổi Như vậy, rõ ràng chutrình hỗn hợp là một trường hợp riêng biệt của chu trình tổng quát Trong đó Tf = To,

áp suất pd được thay bằng pb, Vb = Vo, Vh = Vo – Vc và trị số được xác định như sau:

k o

o k

o k k z

b z

p

p T

p

p T T

1 1 1

t

k



 

; J/kmol (2-12)hoặc

hệ giữa hai thông số và :

Từ công thức (2-17), khi tổng nhiệt lượng Q1 giữ không đổi, ta sẽ được:

Đối với động cơ thực tế:

trong đó: QH : nhiệt trị thấp của nhiên liệu (J/kg)

Mo : lượng không khí cần thiết lý thuyết để đốt cháy 1 kg nhiên

y v

1

, , , ,T k Q

A

k t

o

H M

Q Q





1

liệu (kmol/kg)

: hệ số dư lượng không khí, đó là tỷ số giữa lượng không khí

thực tế M đi vào xy lanh chia cho lượng không khí lý thuyết Mo, tức là:

3.2 Chu trình thực tế của động cơ đốt trong

3.2.1 Quá trình nạp:

- Diễn biến:

Để thực hiện chu trình công tác kế tiếp cần phải thải hết sản vật cháy của chutrình trước và nạp vào xilanh không khí nạp mới hoặc hỗn hợp không khí nhiên liệu.Quá trình nạp là một bộ phận của quá trình trao đổi khí Cả hai quá trình nạp và thảiliên hệ mật thiết với nhau và phụ thuộc vào số kỳ của động cơ, phương pháp nạp, đồngthời ở mức độ nào đó chúng xảy ra cùng một lúc Vì vậy khi phân tích quá trình nạpphải có sự liên hệ với quá trình thải

Hình 3.6 Phần đồ thị công của quá trình thay đổi khí trong động cơ bốn kỳ

Quá trình thay đổi khí trong động cơ bốn kỳ bắt đầu lúc xúpáp thải mở ra để khíthải thoát ra khỏi xy lanh (điểm b’), Trong chu trình thực tế xúpáp thải thường được

mở sớm trước khi piston đến điểm chết trên (ĐCD) (điểm b) Trong thời gian thảisớm, khí thải được đẩy ra khỏi xy lanh là nhờ tác dụng chênh lệch áp suất trong xylanh và trong đường ống thải, còn sau đó từ ĐCD tới ĐCT là nhờ tác dụng đẩy củapiston Ở cuối hành trình đẩy khí (điểm r) khí thải chiếm tòan bộ thể tích buồng cháy

Vc với áp suất pr > pth một trị số

Trong đó : pth – áp suất trong đường ống thải

Trị số phụ thuộc vào trở lực trong hệ thống thải và tốc độ lưu động



o M

M





r p



th r

p  



r p

