BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG ĐẠI VIỆT SÀI GÒN
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
NGÀNH: CÔNG NGHỆ Ô TÔ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
( Lưu hành nội bộ)
Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1. Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt
Động cơ nhiệt là một loại máy biến đổi nhiệt năng của nhiên liệu thành cơ năng. Có
thể phân quá trình công tác của động cơ nhiệt thành hai quá trình cơ bản như sau:
Đốt cháy nhiên liệu, giải phóng hoá năng thành nhiệt năng và gia nhiệt cho môi chất
công tác. Trong giai đoạn này xảy ra các hiện tượng lý hoá rất phức tạp. Biến đổi
trạng thái của môi chất công tác, hay nói cách khác, môi chất công tác thực hiện chu
trình nhiệt động để biến đổi một phần nhiệt năng thành cơ năng. Trên cơ sở đó có
thể phân loại động cơ nhiệt thành hai loại chính là động cơ đốt ngoài động cơ đốt
trong. Ở động cơ đốt ngoài, ví dụ máy hơi nước cổ điển trên tàu hoả, hai giai đoạn
trên xảy ra ở hai nơi khác nhau. Giai đoạn thứ nhất xảy ra tại buồng đốt và nồi
xúp-de, kết quả được hơi nước có áp suất và nhiệt độ cao. Còn giai đoạn thứ hai là
quá trình giãn nở của hơi nước trong buồng công tác và sinh công làm quay bánh xe.
Còn ở động cơ đốt trong, hai giai đoạn trên diễn ra tại cùng một vị trí, đó là
bên trong buồng công tác của động cơ.
1.2. So sánh động cơ đốt trong với các động cơ nhiệt khác
1.2.1. Ưu điểm
Hiệu suất có ích e lớn nhất, có thể đạt tới 50% hoặc hơn nữa. Trong khi đó, máy
hơi nước cổ điển kiểu piston chỉ đạt khoảng 16%, tuốc bin hơi nước từ 22 đến 28%,
còn tuốc bin khí cũng chỉ tới 30%. do chủ yếu chu trình Các-nô tương
đương của động cơ đốt trong có chênh lệch nhiệt độ trung bình của nguồn nóng và
T2 nguồn
lạnh lớn nhất (Theo định luật Các-nô hiệu suất nhiệt t 1 , trong đó
T1 T1
nhiệt độ nguồn nóng T2 nhiệt độ nguồn lạnh). Cụ thể trong động đốt
trong, nhiệt độ quá trình cháy rất cao thể đến 1800 đến 2700 K, trong khi nhiệt
độ cuối quá trình giãn nở khá nhỏ, chỉ vào khoảng 900 đến 1500 K. Kích thước và
trọng lượng
1
nhỏ, công suất riêng lớn. Nguyên nhân chính do quá trình cháy diễn ra trong xy
lanh của động nên không cần các thiết bị cồng kềnh như đốt, nồi hơi... do
sử dụng nhiên liệu nhiệt trị cao (ví dụ như xăng, nhiên liệu diesel... so với than,
củi, khí đốt... dùng trong động cơ đốt ngoài). Do đó, động cơ đốt trong rất thích hợp
cho các phương tiện vận tải. Bán kính hoạt động của phương tiện lớn.
Khởi động, vận hành và chăm sóc động cơ thuận tiện, dễ dàng.
1.2.2. Nhược điểm
- Khả năng quá tải kém, cụ thể không quá 10% trong 1 giờ.
- Tại chế độ tốc độ vòng quay nhỏ, mô men sinh ra không lớn. Do đó, động cơ
không thể khởi động được khi có tải và phải có hệ thống khởi động riêng. - Công
suất cực đại không lớn. Ví dụ, một trong những động cơ lớn nhất thế giới là động cơ
của hãng MAN B&W có công suất 68.520 kW (số liệu 1997), trong khi tuốc-bin
hơi bình thường cũng có công suất tới vài chục vạn kW. - Cấu tạo phức tạp, giá
thành chế tạo cao.
- Nhiên liệu cần những yêu cầu khắt khe như hàm lượng tạp chất thấp, tính
chống kích nổ cao, tính tự cháy cao... nên giá thành cao. Mặt khác, nguồn nhiên liệu
chính dầu mỏ ngày một cạn dần. Theo dự đoán, trữ lượng dầu mỏ chỉ đủ dùng
trong thời gian 50 năm nữa.
- Ô nhiễm môi trường do khí thải và ồn.
Tuy nhiên, động đốt trong hiện nay vẫn máy động lực chủ yếu, đóng vai
trò cùng quan trọng trong các lĩnh vực của đời sống con người như giao thông
vận tải, xây dựng, khai thác mỏ, nông nghiệp, ngư nghiệp... Theo các nhà khoa học,
trong vòng nửa thế kỷ tới vẫn chưa có động cơ nào có thể thay thế được động cơ đốt
trong.
Động cơ đốt trong nói chung, động cơ xăng và động cơ diesel nói riêng kiểu
piston chuyển động tịnh tiến thuộc loại động cơ nhiệt. Hoạt động nhờ quá trình biến
đổi hoá năng sang nhiệt năng do nhiên liệu bị đốt cháy rồi chuyển sang cơ năng.
Quá trình này được thực hiện ở trong xylanh của động cơ.
1.3. Phân loại động cơ đốt trong
Theo nhiên liệu sử dụng:
2
+ Động cơ xăng: động cơ dùng nhiên liệu xăng.
+ Động cơ diesel: động cơ dùng nhiên liệu diesel.
Theo phương pháp tạo hoà khí và đốt cháy:
+ Động cơ tạo hoà khí bên ngoài, là loại động cơ mà hỗn hợp nhiên liệu và
không khí được tạo thành ở bên ngoài xylanh nhờ một bộ phận có cấu tạo đặc biệt
(bộ chế hoà khí - carbuarettor) sau đó được đưa vào xylanh và được đốt cháy ở đây
bằng tia lửa điện (động cơ xăng dùng bộ chế hoà khí).
+ Động tạo hoà khí bên trong, loại động hỗn hợp hơi nhiên liệu
không khí được tạo thành bên trong xylanh nhờ một bộ phận cấu tạo đặc
biệt (bơm cao áp vòi phun) hỗn hợp này tự bốc cháy do hỗn hợp bị nén
nhiệt độ cao (động cơ diesel).
Theo số kỳ thực hiện một chu trình công tác:
+ Động cơ bốn kỳ (4 strokes): Chu kỳ làm việc được hoàn thành sau bốn
hành trình của piston hoặc hai vòng quay của trục khuỷu;
+ Động cơ hai kỳ (2 strokes): Chu kỳ làm việc được hoàn thành sau hai hành
trình của piston hoặc một vòng quay của trục khuỷu.
Theo quá trình cấp nhiệt và tỷ số nén ():
+ Động cơ làm việc theo quá trình cấp nhiệt đẳng tích, loại này bao gồm
những động cơ có tỷ số nén thấp ( = 5 12), như động cơ sử dụng xăng, nhiên
liệu cồn và
khí;
+ Động cơ làm việc theo quá trình cấp nhiệt đẳng áp, loại này bao gồm
những động cơ có tỷ số nén cao ( = 1224), như động cơ phun nhiên liệu bằng
không khí
nén và tự bốc cháy, động cơ sử dụng bột than.
+ Động cơ làm việc theo quá trình cấp nhiệt hỗn hợp, loại này bao gồm
những động cơ có tỷ số nén cao ( = 1224), như động cơ diesel.
Theo phương pháp nạp:
+ Người ta phân loại khí nạp có được nén trước khi nạp hay không, tương
đương với 2 loại đó có động cơ tăng áp và động cơ không tăng áp.
3
Theo tỷ số S/D
+ Động cơ có hành trình ngắn khi: S/D < 1
+ Động cơ có hành trình dài khi: S/D > 1
Theo tốc độ động cơ:
Tuỳ theo tốc độ trượt trung bình của piston:
S.n
Cm (m/s) (1-1)
30
+ Khi Cm = (3 6) m/s được gọi là động cơ tốc độ thấp;
+ Khi Cm = (6 9) m/s được gọi là động cơ tốc độ trung bình;
+ Khi Cm = (9 13) m/s được gọi là động cơ tốc độ cao;
+ Khi Cm > 13 m/s được gọi là động cơ siêu cao tốc.
Theo số lượng và cách bố trí xylanh:
+ Số lượng xylanh: động cơ một xylanh và động cơ nhiều xylanh (động cơ 2,
3, 4, 6, 8,.. xylanh);
+ Cách bố trí xylanh: động cơ có xylanh đặt thẳng đứng, đặt nghiêng và nằm
ngang;
Theo số hàng xylanh: động cơ 1 hàng, động cơ chữ V và động cơ hình sao; Theo số
trục khuỷu: động một, hai hoặc ba trục khuỷu, thậm chí động không
trục khuỷu (như động cơ piston quay- Wallkel).
Ngoài ra có thể phân loại động cơ theo công dụng, phương pháp làm mát và dung
tích làm việc...
1.4. Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong (động cơ bốn kỳ)