Tuần: 01 Số tiết: 02
0
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ
*******
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG
NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ
Số tín chỉ: 02 Hệ: Đại học chính quy Ngành: CNKT Ô TÔ
Họ và tên giảng viên: Đỗ Tiến Quyết
Bộ môn: CNKT Ô TÔ
Khoa: Ô TÔ
Tên bài giảng:
Nội dung Ghi chú
Chương 1. Đại cương về động cơ đốt trong
1.1.1. Khái niệm
- Động cơ: Là một loại máy có chức năng biến đổi một dạng năng lượng
nào đó thành cơ năng
+ Động cơ điện
+ Động cơ nhiệt: Động cơ đốt trong, Động cơ đốt ngoài
1.1.2. Phân loại động cơ đốt trong
- Dựa theo các tiêu chí phân loại: Loại nhiên liệu, số kỳ, ….
a. Theo phương pháp thực hiện chu trình công tác có:
- Động cơ 4 kỳ: chu trình công tác được thực hiện trong 4 hành
trình piston hoặc 2 vòng quay trục khuỷu.
- Động cơ 2 kỳ: chu trình công tác được thực hiện trong 2 hành
trình piston hoặc 1 vòng quay trục khuỷu.
b. Theo nhiên liệu dùng cho động cơ có:
- Động cơ xăng: nhiên liệu là xăng, loại động cơ này đốt cháy hỗn
hợp bằng tia lửa điện.
- Động cơ điêzen: nhiên liệu là điêzen, loại động cơ này hỗn hợp
cháy tự bốc cháy dưới áp suất và nhiệt độ cao.
- Động cơ ga: nhiên liệu là khí đốt thiên nhiên, khí lò cao, khí gas.
c. Theo phương pháp hình thành hòa khí có:
- Động cơ hình thành hòa khí bên ngoài: nhiên liệu và không khí
được hoà trộn bên ngoài xi lanh động cơ (bao gồm toàn bộ động cơ
dùng bộ chế hòa khí và động cơ dùng nhiên liệu thể khí) và được đốt
cháy bằng tia lửa điện
- Động cơ hình thành hòa khí bên trong: nhiên liệu và không khí
được hoà trộn bên trong xilanh động cơ, như động cơ điêzen và một số
động cơ dùng hệ thống phun xăng trực tiếp.
d. Theo chu trình công tác có:
- Động cơ cấp nhiệt đẳng tính (V = const) gồm tất cả các động cơ
có tỉ số nén thấp = 5 11 và đốt nhiên liệu cưỡng bức (như động cơ
xăng).
- Động cơ cấp nhiệt đẳng áp (p = const) gồm các động cơ có
tỉ số nén cao = 12 14, phun tơi nhiên liệu nhờ không khí nén và
nhiên liệu tự bốc cháy (hiện nay không sản xuất loại này), ngoài ra còn
động cơ đốt trong tăng áp cao.
- Động cơ cấp nhiệt hỗn hợp, trong đó một phần nhiệt cấp trong
điều kiện đẳng tích (v = const) phần còn lại trong điều kiện đẳng áp (p =
const) bao gồm tất cả các động cơ điêzen hiện đại với tỉ số nén cao ( =
12 16), phun nhiên liệu trực tiếp và nhiên liệu tự bốc cháy. Phần lớn
Động cơ đốt
trong là loại
động cơ nhiệt
có chức năng
biến đổi nhiệt
năng thành cơ
năng
Phân loại dựa
vào các tiêu
chí: Loại nhiên
liệu, số kỳ, ….
1
động cơ điêzen hoạt động theo chu trình này.
e. Theo tốc độ trung bình của piston (Cm = S.
30
n
m/s) có:
- Động cơ tốc độ thấp: Cm ≤ 6,9 m/s
- Động cơ tốc độ trung bình: Cm = 6,5 9m/s
- Động cơ tốc độ cao: Cm > 9m/s
f. Theo công dụng:
1.1.3. Ưu, khuyết điểm của động cơ đốt trong
a. Ưu điểm:
- Có hiệu suất cao khoảng 30 45%, đối với động cơ đốt trong hiện
đại có bộ phận tăng áp thì hiệu suất nhiệt có thể đạt tới 52%. Trong khi đó
hiệu suất nhiệt của các động cơ đốt ngoài như máy hơi nước tối đa là 15%,
tua bin hơi nước tối đa là 28%.
- Cùng một công suất, động cơ đốt trong có kích thước nhỏ gọn và
khối lượng nhẹ và toàn bộ chu trình làm việc của động cơ đốt trong
được thực hiện trong một thiết bị duy nhất. Động cơ đốt ngoài cần nhiều
trang bị phụ như nồi hơi, buồng cháy, máy nén... rất nặng và cồng kềnh.
Thông thường động cơ piston hiện đại đạt khối lượng trên 1kW là 0,25
23kg/kW.
- Khởi động nhanh, chỉ cần vài giây trong khi đó máy hơi nước phải
mất hàng giờ.
- Hao ít nước, thậm chí không dùng nước, trong khi đó máy hơi
nước tiêu thụ 1 lượng nước rất lớn, kể cả khi thu hồi nước ngưng tụ.
- Sử dụng và bảo dưỡng đơn giản, thuận tiện
b. Nhược điểm:
- Không dùng được nhiên liệu thể rắn và nhiên liệu kém phẩm
chất, chủ yếu dùng nhiên liệu lỏng
- Công suất của động cơ đốt trong bị giới hạn, tối đa chỉ đạt
70.000kW, trong khi đó công suất của tua bin hơi nước có thể đạt
200.000kW.
- Động cơ hoạt động khá ồn, nhất là động cơ cao tốc, nên cần phải trang
bị thêm bộ tiêu âm.
Có hiệu suất
nhiệt cao
Công suất bị
giới hạn
Hướng dẫn tự học, tự nghiên cứu
- Đọc trước tài liệu:
Chương 1/mục 1.1; [1];
Chương 1/mục 1.1; [2] trang 5-14.
- Tìm hiểu ưu khuyết điểm động cơ đốt trong
- Tìm hiểu ưu khuyết điểm động cơ đốt trong
Tài liệu tham
khảo
[1]
[2]
Tuần: 02 Số tiết: 02
Tên bài giảng:
2
Nội dung Ghi chú
1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
1.2.1. Các khái niệm cơ bản và định nghĩa
Điểm chết, hành trình, công suất động cơ, chu trình công tác
1. Điểm chết: Trong quá trình động cơ làm việc, piston chuyển dịch
tịnh tiến qua lại trong xi lanh sẽ có vị trí mà tại đó piston đổi chiều
chuyển động gọi là điểm chết. Có 2 điểm chết là điểm chết trên
(ĐCT) và điểm chết dưới (ĐCD)
Điểm chết trên (ĐCT) là vị trí của đỉnh piston trong xi lanh khi
khoảng cách giữa piston đến đường tâm của trục khuỷu là lớn nhất.
Điểm chết dưới (ĐCD) là vị trí của đỉnh piston trong xi lanh
khi khoảng cách giữa piston đến đường tâm của trục khuỷu là nhỏ
nhất.
2. Hành trình piston
Là khoảng cách giữa hai điểm chết, ký hiệu S; S = 2R (R bán
kính tay quay).
3. Kỳ: Kỳ là một phần của chu trình công tác xảy ra trong thời gian
piston dịch chuyển 1 hành trình.
- Chu trình công tác, Công suất, tốc độ quay
4. Thể tích công tác: Vh
- Là thể tích của xilanh giữa hai điểm chết
Vh =
S
D.
4
2
; D - đường kính xi lanh
Ngoài thể tích công tác còn có thể tích buồng cháy và thể tích
toàn phần
- Thể tích buồng cháy (Vc ) là thể tích xilanh khi piston ở điểm
chết trên
- Thể tích toàn phần: Va là thể tích xilanh khi piston ở điểm
chết dưới, được tính bằng công thức: Va = Vc + Vh
5. Tỷ số nén
Là tỷ số giữa thể tích toàn phần Va và thể tích buồng cháy Vc.
c
h
c
hc
c
a
V
V
V
VV
V
V
1
Thường động cơ xăng thì = 6,5 11còn động cơ điezen thì
= 1,5 21
1.2.2. Nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ
Chu trình công tác bao gồm 4 quá trình, và được thực hiện trong 4 hành trình
của piston
- Hành trình nạp: - Đầu kỳ I, piston nằm ở ĐCT, lúc đó trong thể
tích buồng cháy Vc chứa đầy khí sót (sản vật cháy) do chu trình
trước để lại, áp suất lúc này lớn hơn áp suất khí trời. Trên đồ thị đầu
Các khái niệm cơ
bản về động cơ
3
kỳ 1 tương ứng với điểm r. Khi trục khuỷu quay, thanh truyền làm
cho piston dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, xupap nạp mở, xupáp
xả đóng thể tích trong xi lanh tăng và áp suất giảm dần, đến mức
nhỏ hơn áp suất trên đường nạp pk (chênh lệch áp suất giữa đường
nạp và xilanh vào khoảng 0,01 0,03MPa) nên môi chất được nạp
vào trong xi lanh.
- Hành trình nén: - Piston chuyển dịch từ ĐCD lên ĐCT, xupáp
xả vẫn đóng, môi chất bên trong xi lanh bị nén. Cuối kỳ I khi piston
ở vị trí ĐCD áp suất môi chất trong xi lanh pa còn nhỏ hơn pk. Đầu
kỳ II piston từ ĐCD đi lên một đoạn (tới điểm m) áp suất mới đạt
giá trị pk. Vì vậy để hoàn thiện quá trình nạp, xupap nạp vẫn mở
(mở một thời gian ở đầu kỳ II phía trước điểm m). Sự nạp thêm này
là nhờ tác dụng chênh áp giữa xi lanh và đường nạp cùng động năng
của dòng khí đang vận động trên đường nạp.
Sau khi xupáp nạp đóng, chuyển dịch piston đi lên làm áp suất
và nhiệt độ môi chất trong xi lanh tiếp tục tăng lên. Để tận dụng tốt
nhiệt lượng do nhiên liệu cháy tạo ra thì điểm bắt đầu và điểm kết
thúc quá trình cháy cần nằm ở vị trí sát ĐCT. Vì vậy việc đốt cháy
hoà khí trong động cơ hình thành hoà khí bên ngoài, nhờ tia lửa
- Hành trình cháy, dãn nở sinh công: - được thực hiện khi piston đi
từ ĐCT xuống ĐCD. Đầu kỳ 3, hoà khí nạp vào xilanh được chuẩn
bị ở cuối kỳ hai được bốc cháy nhanh, khiến áp suất và nhiệt độ môi
chất tăng mạnh, mặc dù thể tích đã tăng lên chút ít (đường cz trên
đồ thị công). Ở động cơ xăng áp suất khoảng 350 400N/cm2,
nhiệt độ t0 = 2200 25000C. Ở động cơ điêzen áp suất khoảng 500
800N/cm2, nhiệt độ t0 = 1600 19000C
Dưới áp lực của môi chất, piston tiếp tục được đẩy xuống thực
hiện quá trình giãn nở sinh công.
- Hành trình xả: Xả - Piston chuyển dịch từ ĐCD lên ĐCT,
xupáp xả mở, khí thải được đẩy ra ngoài. Ở cuối kỳ cháy giãn nở áp
suất môi chất còn khá cao nên xupáp xả phải bắt đầu mở ở cuối kỳ
giãn nở khi piston còn cách ĐCD khoảng 40 600 góc quay trục
khuỷu.
Nguyên lý động
cơ 4 kỳ được diễn
ra trong 4 hành
trình của piston
Hướng dẫn tự học, tự nghiên cứu
- Đọc trước tài liệu:
Chương 1/mục 1.2.1; 1.2.2 [1];
Chương 1/mục 1.4 [2] trang 15-19.
- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ xăng, diesel.
- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ xăng, diesel.
Tài liệu tham khảo
[1]
[2]
Tuần: 03 Số tiết: 02
Tên bài giảng:
Nội dung Ghi chú
4