Bài giảng Động cơ đốt trong 1

Nhiên liệu lỏng dùng trong động cơ đốt trong 2.8.1. Nhiên liệu Diesel.[r]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

-*** -BÀI GIẢNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1 (Bậc CĐ ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí)

(Đào tạo tín chỉ: 02 tín chỉ)

Biên soạn: Nguyễn Ngọc Thiện

Nguyễn Văn Trúc

Quảng Ngãi, 2015

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong là môn học nêu lên nguyên lý hoạt động của động cơ đốt

trong kiểu piston, đồng thời trình bày cấu tạo, công dụng, nguyên lý hoạt động của

các cơ cấu và hệ thống trong động cơ đốt trong Là cơ sở để cho các sinh viên

không chuyên ngành có cơ hội học tập và nghiên cứu về lĩnh vực động cơ khi cần thiết

Phần lý thuyết được viết dựa vào quá trình giảng dạy môn động cơ trong nhiều

năm và dựa trên nền tảng của các bậc thầy đi trước như Trần Văn Tế, Nguyễn Tất

Tiến Từ đó nhóm biên soạn cũng cố và hoàn thiện bài giảng theo thực tế tại trường mình đang dạy cho nhóm ngành cơ khí không chuyên

Bài giảng trình bày các phần chủ yếu sau:

Sơ lược về lịch sử phát triển động cơ đốt trong, các thông số kỹ thuật cơ bản

mà sinh viên phải hiểu được

Trình bày nguyên lý làm việc của động cơ 2 kỳ, 4 kỳ dùng nhiên liệu lỏng So

sánh ưu nhược điểm để sinh viên đánh giá được tính ưu việt của mỗi loại động cơ,

từ đó mà ứng dụng vào thực tế sản xuất cho hiệu quả

Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc của các cơ cấu, hệ thống trong động cơ, giúp cho sinh viên nghiên cứu trong quá trình chế tạo được tối ưu hóa

Tài liệu tham khảo cho môn học này:

[1] Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục, 2009 [2] Lê Viết Lượng, Lý thuyết động cơ Diesel, NXB Giáo dục, 2000.

[3] Nguyễn Tất Tiến, Trần Văn Tế, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong,

NXB Giáo dục, 1996

Quá trình biên soạn không tránh những thiếu sót, mong nhận được sự góp ý của bạn đọc

Mọi góp ý xin gởi về:

Nguyễn Ngọc Thiện - Khoa kỹ thuật công nghệ - Trường ĐH Phạm Văn Đồng

- TP Quảng Ngãi

E-mail:nnthienpdu@gmail.com

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 5

1.1 Lịch sử phát triển động cơ 5

1.2 Phân loại động cơ đốt trong 5

1.3 Các thuật ngữ và định nghĩa cơ bản 6

Câu hỏi ôn tập chương 1 9

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 10

2.1 Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ 10

2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ diesel 4 kỳ 13

2.3 So sánh động cơ diesel và động cơ xăng 15

2.4 Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ 15

2.5 Nguyên lý làm việc của động cơ diesel 2 kỳ 16

2.6 So sánh động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ 18

2.7 Thứ tự làm việc của động cơ nhiều xy lanh 18

2.8 Nhiên liệu lỏng dùng trong động cơ đốt trong 19

Câu hỏi ôn tập chương 2 21

CHƯƠNG 3: CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN 22

3.1 Các chi tiết phần động 22

3.2 Các chi tiết phần tĩnh 32

Câu hỏi ôn tập chương 3 38

CHƯƠNG 4: CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 40

4.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 40

4.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc 41

4.3 Các chi tiết của cơ cấu phân phối khí 44

4.4 Pha phân phối khí 50

Câu hỏi ôn tập chương 4 51

CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG LÀM MÁT 53

5.1 Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu 53

5.2 Kết cấu hệ thống làm mát băng gió 54

5.3 Kết cấu hệ thống làm mát băng nước 55

Câu hỏi ôn tập chương 5 62

CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG BÔI TRƠN 63

6.1 Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu 63

6.2 Các loại hệ thống bôi trơn 64

6.3 Kết cấu một số bộ phận chính 68

Câu hỏi ôn tập chương 6 75

CHƯƠNG 7: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 76

7.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng 76

7.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel 90

Câu hỏi ôn tập chương 7 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Mục tiêu:

Giúp sinh viên có một cái nhìn cơ bản về lịch sử phát triển động cơ đốt trong Phân loại được động cơ đốt trong theo các tiêu chí khác nhau.

Nắm được các thuật ngữ và định nghĩa cơ bản.

1.1 Lịch sử phát triển động cơ

1.1.1 Lịch sử phát triển động cơ đốt trong trên thế giới

Năm 1860 động cơ đốt trong lần đầu tiên ra đời do Lenoir phát minh

Năm 1877 phát minh của Ôttô và Lăngghen về động cơ đốt trong 4 kỳ chạy

bằng khí thiên nhiên

Năm 1885 Gottlieb Daimler phát minh ra động cơ xăng với xy lanh thẳng đứng và sử dụng bộ chế hòa khí, đã khai sinh và thúc đẩy ngành công nghiệp chế

tạo ô tô

Năm 1892 nhà bác học người Đức Rudolph Diesel đã nghiên cứu và chế tạo thành công động cơ phun dầu và được đặt tên là động cơ Diesel

Năm 1903 Máy bay do anh em Wright (Mỹ) chế tạo trang bị động cơ phun xăng

1.1.2 Lịch sử phát triển động cơ đốt trong ở Việt Nam

Đối với Việt Nam chúng ta chỉ tiếp cận công nghệ và sử dụng Đặc biệt chỉ

xây dựng các cơ sở bảo dưỡng- sửa chữa

Sau cách mạng tháng tám số động cơ và xe máy sử dụng ở nước ta tăng nhanh Lần đầu tiên ở nước ta vào năm 1960 nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo Hà Nội bắt đầu sản xuất động cơ Diesel

Năm 1988 nước ta có nhà máy lắp ráp ô tô Mê Kông

Hiện nay chúng ta có nhiều nhà máy lắp ráp ô tô như: Ô tô Trường Hải, Vĩnh

Phúc…

1.2 Phân loại động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong có thể phân loại dựa vào:

Số lượng xy lanh:

Động cơ 1 xy lanh

Động cơ nhiều xy lanh

Cách bố trí xy lanh:

Động cơ thẳng hàng 1 dãy

Động cơ trên 2 dãy đối nghịch nhau

Động cơ hình chữ V

Động cơ hình chữ W

Cách bố trí xupap:

Cơ cấu xupap đặt

Cơ cấu xupap treo

Phương pháp làm mát:

Động cơ làm mát bằng gió

Động cơ làm mát bằng nước

Động cơ làm mát bằng dung dịch

Động cơ làm mát hỗn hợp

Số kỳ:

Động cơ 2 kỳ (2 thì)

Động cơ 4 kỳ (4 thì)

Loại nhiên liệu sử dụng:

Động cơ dùng nhiên liệu dầu diesel

Động cơ dùng nhiên liệu xăng

Động cơ dùng nhiên liệu khí gas

Phương pháp nạp khí vào xy lanh:

Động cơ tăng áp

Động Cơ không tăng áp

1.3 Các thuật ngữ và định nghĩa cơ bản

1.3.1 Điểm chết trên (ĐCT)

ĐCT là điểm chết mà tại đó piston ở cách tâm trục khuỷu một khoảng xa nhất

1.3.2 Điểm chết dưới (ĐCD)

ĐCD là điểm chết mà tại đó piston ở cách tâm trục khuỷu một khoảng gần

nhất

1.3.3 Hành trình của pison

Là khoảng chạy của piston trong lòng xy lanh từ ĐCD đến ĐCT (như hình 1.1.b) Ký hiệu là S, S= 2r, r: bán kính quay trục khuỷu

1.3.4 Dung tích công tác của xy lanh

Là dung tích do piston tạo nên khi nó chuyển động từ ĐCD đến ĐCT Nếu gọi

được tính như sau :

Với D: (dm) S: (dm)

a b

Hình 1.1: Sơ đồ động cơ đốt trong Hình a: Piston ở điểm chết trên (ĐCT) Hình b: Piston ở điểm chết dưới (ĐCD).

1.3.5 Dung tích buồng nén

Là dung tích được tạo nên bởi nắp máy và đỉnh piston khi piston ở ĐCT Được

ký hiệu là Vc (hình 1.1.a)

1.3.6 Dung tích toàn phần

Ký hiệu: Va Chính bằng tổng của dung tích công tác và dung tích buồng cháy:

Va = Vh + Vc

1.3.7 Dung tích công tác của động cơ

Đối với các động cơ có nhiều xy lanh, là tích số của dung tích một xy lanh, với

số xy lanh thứ i

Ký hiệu là Vhi = Vh i (dm3 ) (i là số xy lanh của động cơ)

1.3.8 Tỉ số nén

Là tỉ số của dung tích toàn phần với dung tích buồng nén

Ký hiệu là: = a h c 1 h



Động cơ xăng (có dùng bộ chế hòa khí) có tỉ số nén từ 510

Động cơ Diesel có tỉ số nén từ 1522

1.3.9 Chu trình công tác

Trong động cơ đốt trong việc biến nhiệt năng thành cơ năng xảy ra nhờ hàng

loạt quá trình diễn ra tuần tự: nạp đầy không khí sạch (hoặc hỗn hợp) vào xy lanh, nén không khí hoặc hỗn hợp trong xy lanh, bắt lửa và đốt cháy nhiên liệu, trong đó

khí cháy được giãn nở và sinh công, tiếp theo là quá trình xả sản phẩm cháy ra

ngoài Tổng hợp các quá trình tuần tự nói trên gọi là chu trình công tác của động cơ

1.3.10 Kỳ

Là hành trình của piston đi từ ĐCD đến ĐCT; trong thời gian đó, trong xy

lanh động cơ xảy ra một hoặc vài quá trình của chu trình công tác

Nếu chu trình công tác hoàn thành trong thời gian bốn hành trình của piston,

có nghĩa là chu trình công tác hoàn thành sau hai vòng quay của trục khuỷu, thì

động cơ đó gọi là động cơ bốn kỳ

Nếu động cơ hoàn thành một chu trình công tác chỉ tốn hai hành trình tức là

tương ứng với một vòng quay trục khuỷu, thì động cơ đó gọi là động cơ 2 kỳ

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1 Nêu sơ lược về lịch sử phát triển của động cơ đốt trong qua các giai đoạn?

Câu 2 Phân loại động cơ đốt trong theo các tiêu chí khác nhau?

Câu 3: Nêu những khái niệm và định nghĩa cơ bản dùng trong động cơ đốt trong? Câu 4: Tại sao tỉ số nén của động cơ xăng thường thấp hơn tỉ số nén của động cơ diesel?

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Mục tiêu:

Sinh viên vẽ được sơ đồ cấu tạo và trình bày nguyên lý làm việc của động cơ

xăng, động cơ diesel 4 kỳ.

Sinh viên vẽ được sơ đồ cấu tạo và trình bày nguyên lý làm việc của động cơ

xăng, động cơ diesel 2 kỳ.

Phân tích, so sánh được động cơ diesel và động cơ xăng, động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ.

Biết được thứ tự làm việc của động cơ nhiều xy lanh.

2.1 Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ

2.1.1 Kỳ nạp

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo của động cơ xăng 4 kỳ

1 Các te dưới; 2 Trục khuỷu; 3 Thân máy; 4 Hỗn hợp nhiên liệu; 5 Bề mặt lắp ghép giữa thân máy và nắp máy; 6 Xuppap hút; 7 Bugi; 8 Xuppap thải; 9.

Nhờ nguồn năng lượng bên ngoài, ví dụ như động cơ điện (bộ khởi động

điện), trục khuỷu của động cơ xăng được đưa vào chuyển động quay và piston bắt

Trong trường hợp này, thể tích không gian phía trên đỉnh piston tăng lên và do

đó áp suất trong xy lanh bị sụt xuống đến khoảng nhỏ hơn 1at Cùng với sự chuyển

dời của piston xuống dưới, xupap nạp mở ra và hút hỗn hợp hòa khí vào trong xy

lanh động cơ Cuối quá trình nạp nhiệt độ và áp suất trong xy lanh:

t = (75 120)0

C

2.1.2 Kỳ nén

Thời kỳ này piston đi từ ĐCD lên ĐCT cả hai xupap đều đóng lúc này thể tích trong xy lanh giảm dần, hổn hợp hòa khí bị nén đến nhiệt độ và áp suất cao, như hình vẽ

Hình 2.2

Cuối thời kỳ nén nhiệt độ và áp suất trong xy lanh:

t = (350 400)0C

2.1.3 Kỳ giãn nở sinh công

Cuối quá trình nén khi piston gần tới ĐCT bugi bật tia lửa điện, đốt cháy hỗn hợp hòa khí trong xy lanh động cơ trong thời gian rất nhanh (khoảng 0,0025 0,02)s, lúc này do piston chưa kịp chuyển động xuống ĐCD hai xupap vẫn đóng kín

làm cho áp suất và nhiệt độ tăng rất nhanh toàn bộ quá trình cháy được coi như là

đẳng tích, như hình vẽ 2.3

Kết thúc quá trình cháy nhiệt độ và áp suất trong xy lanh:

t = (2200 2500)0C

Với áp suất nhiệt độ cao như vậy khí cháy sẻ đẩy piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD và thực hiện quá trình giản nở sinh công thông qua thanh truyền làm cho trục khuỷu quay đây là thời kỳ duy nhất để sinh công cho động cơ Do piston đi xuống thể tích trong xy lanh tăng làm cho áp suất và nhiệt độ của khí cháy giảm dần trong quá trình giãn nở

Kỳ cháy giãn nở:

t = (1500  1800)0

C

Hình 2.3

2.1.4 Kỳ thải

Thời kỳ này piston đi từ ĐCD lên ĐCT xuppap xả mở, xupap nạp đóng do thể tích xy lanh giảm nên khí cháy được đẩy theo cửa xả ra ngoài, nhiệt độ và áp suất trong xy lanh giảm hẳn xuống, quá trình thải cũng được coi như gần là đẳng áp

Như hình vẽ 2.4

Cuối kỳ xả:

p (1,1  1,2) at.

t = (700 800)0C

Hình 2.4

2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ diesel 4 kỳ

Chu trình làm việc của động cơ diesel 4 kỳ cũng được thực hiện 4 giai đoạn

như sau :

2.2.1 Kỳ nạp:

Thời kỳ này piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD xupap nạp mở, xupap xả

đóng lại thể tích trong xy lanh tăng, áp suất giảm tạo nên trong xy lanh, không khí

đã được lọc sạch điền đầy vào xy lanh Khi piston gần tới ĐCD xupap nạp đóng kín

Cuối kỳ nạp:

t = (30 50)0C

2.2.2 Kỳ nén:

Quá trình nén của động cơ diesel không khác gì so với quá trình nén của động

cơ xăng nó chỉ khác là nó nén toàn không khí đã được lọc sạch, do động cơ diesel

nhiên liệu tự bốc cháy, vì vậy nhiệt độ và áp suất cuối quá trình nén của loại động

cơ này phải cao, cho nên tỉ số nén của động cơ cũng cao, quá trình nén bắt đầu khi

piston ở ĐCD và kết thúc khi piston ở ĐCT, ở thời kỳ nén xupap nạp và xupap xả

đều đóng kín

Cuối kỳ nén:

t = (600 650)0C

2.2.3 Kỳ cháy giãn nở sinh công:

Ở cuối kỳ nén nhiên liệu được vòi phun, phun vào xy lanh với áp suất cao và dưới dạng sương mù tại đây nó gặp không khí hòa trộn với không khí và tự bốc

cháy, quá trình cháy của động cơ diesel được chia làm 2 giai đoạn :

Giai đoạn cháy đẳng tích: do nhiên liệu bốc cháy với thời gian rất nhanh piston chưa kịp rời khỏi ĐCT, thể tích của xy lanh gần như không đổi, vì vậy giai

đoạn đầu quá trình cháy được xem như đẳng tích

t = (1800  2000)0C

Sau quá trình cháy đẳng tích là quá trình giản nở sinh công piston chuyển

động từ ĐCT xuống ĐCD lúc này nhiên liệu tiếp tục phun vào xy lanh và thực hiện giai đoạn 2 của quá trình cháy là cháy đẳng áp

Ở giai đoạn cháy đẳng áp do nhiên liệu vẩn tiếp tục phun vào xy lanh quá trình

cháy vẫn tiếp tục xảy ra nên nhiệt độ và áp suất khí cháy vẫn tăng nhưng đồng thời thể tích của xy lanh cũng tăng, vì vậy giai đoạn này quá trình cháy xảy ra gần như

đẳng áp Khi giản nở piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD và kết thúc giai đoạn

3 khi piston đến ĐCD Nhiệt độ và áp suất cuối quá trình cháy:

t = (600 700)0C

2.2.4 Kỳ xả:

Quá trình thải piston chuyển động từ ĐCD lên ĐCT và kết thúc quá trình thải Cuối quá trình thải:

t = (600 700)0C

Nhận xét:

Trong 4 kỳ kể trên chỉ duy nhất có kỳ cháy giãn nở là kỳ sinh công, còn lại các

kỳ khác được thực hiện nhờ động năng của bánh đà

Muốn nạp đầy và thải sạch phải cần có sự mở sớm đóng muộn của các xupap

so với ĐCT và ĐCD

2.3 So sánh động cơ diesel và động cơ xăng

2.3.1 Ưu điểm

Động cơ diesel có tỷ số nén lớn hơn động cơ xăng

Hiệu suất lớn hơn động cơ xăng

Cùng một công suất như nhau thì lượng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ diesel

Nhiên liệu động cơ diesel rẻ tiền hơn động cơ xăng

2.3 2 Nhược điểm

Do tỷ số nén lớn nên các chi tiết máy như piston, xy lanh của động cơ diesel

có khối lượng lớn hơn động cơ xăng

Thời tiết lạnh động cơ diesel khởi động khó hơn động cơ xăng

2.4 Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ

Chu trình công tác của động cơ xăng 2 kỳ:

Cấu tạo của động cơ 2 kỳ khác động cơ 4 kỳ Trong động cơ hai kỳ không có

cơ cấu phân phối khí bằng xupap, nhưng lại có buồng quét Động cơ hai kỳ dùng trên xe máy thường dùng không gian các te (không gian chứa trục khuỷu) làm máy

nén tạo khí quét Như hình vẽ 2.5

Chu trình công tác của động cơ 2 kỳ được hoàn thành sau một vòng quay trục

khuỷu, có nghĩa là sau hai hành trình hoặc sau hai kỳ:

2.4.1 Kỳ nén:

đóng cửa quét, sau đó đóng cửa xả Tạo ra độ chân không trong không gian các te

nhờ đó hòa khí được hút vào các te qua bộ chế hòa khí ( BCHK) hay còn gọi Carburetor, hút vào xy lanh thông qua cửa hút Trong thời gian này piston nén hỗn hợp đã được đưa vào trước đó Cuối kỳ nén bugi bật tia lửa điện đốt cháy hòa khí

bên trong xy lanh động cơ

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo động cơ xăng 2 kỳ

1 Cửa quét; 2 Bugi; 3 Cửa xả; 4 Cửa nạp

2.4.2 Kỳ cháy giãn nở, xả và nạp là kỳ thứ hai:

theo góc quay của trục khuỷu thì hỗn hợp nhiên liệu bốc cháy nhờ bugi bật tia lửa điện Khí cháy giãn nở và đẩy piston về phía dưới Trong trường hợp này, piston đóng cửa nạp và nén hỗn hợp mới nạp vào trong buồng trục

Cuối hành trình, piston bắt đầu mở cửa xả, khí thải nhanh chóng thoát ra ngoài thông với khí trời, sau đó mở cửa quét và hỗn hợp mới từ buồng trục khuỷu đưa vào

xy lanh và hành trình lại tiếp tục một cách tuần tự như thế

2.5 Nguyên lý làm việc của động cơ diesel 2 kỳ

Động cơ 2 kỳ nạp không khí vào xy lanh và làm sạch sản vật cháy được thực

hiện ở cuối quá trình giãn nở và đầu quá trình nén Khí xả được xả ra qua các cửa

xả ở trên nắp xy lanh (đối với động cơ quét thẳng qua xupap)

Không khí có áp suất (1,5 ÷ 3,3) Pa nạp vào xy lanh qua cửa quét, các cửa này

được bố trí ở phần dưới của xy lanh Chu trình công tác của động cơ được thực hiện

2.5.1 Kỳ quét và nén

1

2

3

4