Giáo trình đào tạo máy trưởng hạng ba môn Máy tàu - Cục Đường thủy nội địa Việt Nam

Chia sẻ: Hoa La Hoa | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:132

Thêm vào BST

Báo xấu

127
lượt xem 46
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

"Giáo trình đào tạo máy trưởng hạng ba môn Máy tàu" hay được gọi là “Giáo trình máy tàu” do Cục Đường thủy nội địa Việt Nam tổ chức biên soạn gồm 2 phần: Phần 1 - Kết cấu và nguyên lý hoạt động của động cơ, Phần 2 - Khai thác, bảo dưỡng và sửa chữa động cơ. Đây là tài liệu cần thiết cho cán bộ, giáo viên và học viên nghiên cứu, giảng dạy, học tập.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình đào tạo máy trưởng hạng ba môn Máy tàu - Cục Đường thủy nội địa Việt Nam

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM GIÁO TRÌNH ĐÀO TẠO MÁY TRƯỞNG HẠNG BA MÔN MÁY TÀU 1
Năm 2014 LỜI GIỚI THIỆU Thực hiện chương trình đổi mới nâng cao chất lượng đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa quy định tại Thông tư số 57/2014/TT BGTVT ngày 24 tháng 10 năm 2014 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải. Để từng bước hoàn thiện giáo trình đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa, cập nhật những kiến thức và kỹ năng mới. Cục Đường thủy nội địa Việt Nam tổ chức biên soạn “Giáo trình máy tàu”. Đây là tài liệu cần thiết cho cán bộ, giáo viên và học viên nghiên cứu, giảng dạy, học tập. Trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những thiếu sót, Cục Đường thủy nội địa Việt Nam mong nhận được ý kiến đóng góp của Quý bạn đọc để hoàn thiện nội dung giáo trình đáp ứng đòi hỏi của thực tiễn đối với công tác đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa. CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM 2
Phần 1. Kết cấu và nguyên lý hoạt động của động cơ Chương I Khái niệm cơ bản và nguyên lý chung 1.1. Quá trình hình thành, phát triển của động cơ: Lần đầu tiên vào năm 1680 nhà bác học Huyghenxo có ý tưởng chế tạo một cỗ máy làm việc nhờ đốt cháy một lượng thuốc nổ trong xilanh động cơ. Nhưng phải đến năm 1860 kiểu động cơ đốt trong đầu tiên mới được kỹ sư người Pháp Lenuar chế tạo thành công. Tuy nhiên do hiệu suất của động cơ này không vượt quá 3% nên nó không được ứng dụng trong thực tế. Vào năm 1879, động cơ đốt trong đầu tiên có khả năng làm việc đã được chế tạo theo đề án của kỹ sư cơ khí I.S Kostovik (người Nga). Động cơ này được thiết kế cho mục đích vận tải và chạy bằng xăng, đốt cháy bằng tia lửa điện có công suất 60 KW. Đây là tiên thân của loại động cơ có bộ chế hòa khí đang được sử dụng rộng rãi trong nghành giao thông vận tải và các nghành khác của nền kinh tế. Vào đầu những năm 90 của thế kỷ XIX xuất hiện kiểu động cơ có buồng cháy phụ. Loại động cơ này chạy bằng nhiên liệu nặng (như dầu thô). Việc đốt cháy nhiên liệu trong động cơ là do nhiên liệu tiếp xúc với bề mặt kim loại được đốt nóng của buồng cháy phụ đặt trên nắp xi lanh. Mặc dù cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao nhưng loại động cơ này không được ứng dụng rộng rãi vì hiệu suất thấp. Bước phát triển quan trọng của động cơ kiểu piston được đánh dấu bằng sự kiện kỹ sư người Đức Rudolf Diesel phát minh ra kiểu động cơ mới vào năm 1892 và được chế tạo vào năm 1897. Động cơ kiểu này làm việc theo nguyên tắc nhiên liệu tự bốc cháy do tiếp xúc với không khí có nhiệt độ cao ở cuối hành trình nén trong xilanh động cơ và sau này được gọi là động cơ diesel. Vào năm 1899, nhà máy của hãng Lutvik Noben tại Pêtecbua đã sãn xuất động cơ diesel công suất 15 KW có các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật hơn hẳn các loại động cơ thời đó. Năm 1903, người ta đưa vào sử dụng chiếc tàu thủy đầu tiên của nước Nga chạy bằng động cơ diesel mang tên “VANDAL” với ba động cơ, công 3
suất mỗi động cơ là 88 KW. Vào năm1911 người ta bắt đầu chế tạo hàng loạt các tàu chạy bằng động cơ diesel công suất 450 KW. Người đặt nền tảng cho lý thuyết quá trình công tác của động cơ đốt trong là một giáo sư của trường cao đẳng kĩ thuật Matxcơva, ông V.I Grineviski. Vào năm 1907 ông đã xuất bản tài liệu mang tên: “Tính toán nhiệt quá trình công tác của động cơ đốt trong”. Tại hội nghị các nhà chế tạo động cơ tổ chức tại Petecbua vào năm 1910, ông R. Diesel đã công nhận vai trò đi đầu của nước Nga trong việc sản xuất động cơ đốt trong cho tàu thủy. Sau đó các động cơ đốt trong với hiệu suất cao đã thay thế các loại máy hơi nước đang được sử dụng rộng rãi trong thời kì đó. Hiện nay, động cơ diesel được sử dụng rộng rãi, vì trong cùng một điều kiện như nhau, động cơ diesel tiêu tốn lượng nhiên liệu ít hơn cho một đơn vị công suất (g/ml.h). Ngoài ra, động cơ diesel còn có kích thước và trọng lượng tương đối nhỏ hơn, tuổi thọ và độ bển cao hơn so với các động cơ nhiệt khác. Các đặc tính so sánh giữa các loại động cơ nhiệt được đưa ra trong bảng dưới đây: Thiết bị hơi nước Động cơ đốt trong Thông số Máy Tua bin Động cơ diesel Tua bin hơi hơi Thấp Trung Cao tốc khí nước nước tố c tốc Hiệu suất 10 18 28 35 40 43 41 43 35 40 25 27 có ích (%) Suất tiêu hao nhiên liệu (g/KW.h) 680 285 340 201 205 210 211 245 250 300 1000 217 Khối lượng trên một đơn vị công suất (kg/KW) 55 110 10 15 5 8 30 35 200 270 40 50 4
1.2. Những khái niệm cơ bản về động cơ, động cơ nhiệt, động cơ đốt trong: 1.2.1. Các định nghĩa về động cơ. 1.2.1.1. Định nghĩa động cơ : Động cơ là một tổ hợp các chi tiết, thiết bị dùng để chuyển đổi một dạng năng lượng bất kỳ thành cơ năng. Tuỳ theo dạng năng lượng được chuyển đổi thành cơ năng mà động cơ được chia làm các loại như sau: Động cơ điện : Điện năng được chuyển đổi thành cơ năng. Động cơ nhiệt : Nhiệt năng được chuyển đổi thành cơ năng. 1.2.1.2. Định nghĩa động cơ nhiệt : Động cơ nhiệt là động cơ mà ở đó nhiệt năng được chuyển đổi thành cơ năng. Động cơ nhiệt được chia làm hai loại chính là: Động cơ đốt ngoài : là động cơ nhiệt mà ở trong đó các quá trình đốt cháy nhiên liệu thành nhiệt và sự chuyển đổi từ nhiệt sang cơ được xảy ra ở hai nơi khác nhau. Động cơ đốt trong : là động cơ nhiệt mà ở trong đó các quá trình đốt cháy nhiên liệu thành nhiệt và sự chuyển đổi từ nhiệt sang cơ được xảy ra ở một nơi duy nhất ngay bên trong bản thân động cơ. 1.2.1.3. So sánh động cơ đốt trong với các loại động cơ nhiệt khác : * Ưu điểm: Hiệu suất có ích cao, có thể đạt 40 ÷52%, trong khi đó hiệu suất của tua bin hơi nước chỉ đạt 22 ÷28%, của máy hơi nước đạt không quá 16% và của tua bin khí không quá 30%. Kết cấu gọn, trọng lượng, kích thước nhỏ so với các loại động cơ khác cùng công suất. Khởi động nhanh và luôn ở trạng thái chuẩn bị khởi động.Tính cơ động cao, có thể điều chỉnh kịp thời công suất theo phụ tải bên ngoài. Dễ tự động hoá và có thể điều khiển được từ xa. Ít nguy hiểm khi vận hành, ít có khả năng gây ra hoả hoạn như nổ vỡ thiết bị. Nhiệt độ xung quanh động cơ tương đối thấp, tạo điều kiện làm việc tốt cho thợ máy. Sử dụng nhiên liệu lỏng nên dễ dự trữ và vận chuyển. Suất tiêu hao nhiên liệu theo công suất thấp, nên lượng dự trữ ít. 5
Không cần khử xỉ và tro. Không cần nhiều người bảo dưỡng và phục vụ. * Nhược điểm: Khả năng quá tải kém (thường không quá 10% trong thời gian một giờ). Hoạt động không ổn định khi làm việc ở tốc độ thấp. Rất khó khởi động khi động cơ có tải. Công suất lớn nhất của thiết bị không cao. Cấu tạo phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao. Dùng nhiên liệu lỏng rất đắt tiền và yêu cầu tương đối khắt khe. Thợ máy yêu cầu phải có trình độ kỹ thuật cao. Chi phí về chế tạo ban đầu tương đối đắt. Động cơ làm việc có tiếng ồn lớn (nhất là những động cơ cao tốc). 1.3 Một số thuật ngữ cơ bản dùng cho động cơ đốt trong: Chu trình công tác: Là tổng cộng tất cả những phần của quá trình xảy ra trong thời gian của một giai đoạn (thời kì) trong một xylanh của động cơ. Khoảng thời gian đó được tính từ khi nạp khí mới vào cho đến khi kết thúc thải khí cũ đã cháy trong xylanh ra. Chu trình công tác có tính chu kì. Từ tính chu kì của chu trình công tác mà người ta chia động cơ đốt trong ra làm hai loại là động cơ 4 kì và động cơ 2 kì. Kì : Là một phần của chu trình công tác xảy ra trong khoảng thời gian giữa hai vị trí của cơ cấu thanh truyền trục khuỷu mà ở đó xylanh có thể tích là lớn nhất và nhỏ nhất. Điểm chết :Là những vị trí của piston trong xylanh mà tại đó piston đổi chiều chuyển động. Có hai điểm chết là điểm chết trên (Đ C T) và điểm chết dưới (Đ C D) Đ C T: Là vị trí của piston trong xylanh mà tại đó khoảng cách từ đỉnh piston đến đường tâm trục khuỷu là lớn nhất trong một chu trình công tác. Đ C D: Là vị trí của piston trong xylanh mà tại đó khoảng cách từ đỉnh piston đến đường tâm trục khuỷu là nhỏ nhất trong một chu trình công tác. Hành trình piston : Là khoảng cách giữa hai điểm chết. Kí hiệu (S) đơn vị tính (mm). Thể tích buồng đốt : Là thể tích nhỏ nhất của xylanh trong một chu trình công tác. Kí hiệu (Vc), đơn vị tính ( cm3 ) 6
Thể tích công tác :Là hiệu số giữa thể tích lớn nhất và nhỏ nhất của xylanh trong một chu trình công tác. Kí hiệu Vh, Đơn vị tính (cm3 ). Vh = Vmax – Vc Thể tích công tác của xylanh chính là thể tích phần không gian trong xylanh giới hạn giữa hai điểm chết. Vh = Vmax – Vmin Tỉ số nén :là tỉ số giữa thể tích lớn nhất và nhỏ nhất của xylanh trong một chu trình công tác . Kí hiệu là V max Vc 1.3.1. Phân loại động cơ đốt trong. Động cơ đốt trong dựa vào các đặc điểm riêng của chúng mà có thể có rất nhiều cách phân loại khác nhau. Dưới đây là một số cách phân loại động cơ đốt trong. 1.3.1.Dựa vào tính chu kì của chu trình công tác: 1.3.1.1.Động cơ 4 kì: Là động cơ đốt trong mà khi thực hiện hết một chu trình công tác phải cần 4 hành trình piston (ứng với 2 vòng quay trục khuỷu ). 1.3.1.2.Động cơ 2 kì: Là động cơ đốt trong mà khi thực hiện hết một chu trình công tác phải cần 2 hành trình piston (ứng với 1 vòng quay trục khuỷu). 1.3.2.Dựa vào nhiên liệu sử dụng cho động cơ: 1.3.2.1 Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng: Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng nhẹ (xăng, ben zen, dầu hỏa…). Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng nặng (dầu ma dút, dầu diesel…). 1.3.2.2 Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí: Động cơ chạy bằng khí thiên nhiên, khí nén, khí lò ga… Các động cơ chính tàu thủy hầu hết sử dụng nhiên liệu lỏng nặng. 1.3.2.3 Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí + lỏng: Trong đó nhiên liệu chính là khí, còn nhiên liệu lỏng làm mồi. 1.3.2.4.Động cơ chạy bằng nhiều loại nhiên liệu: 7
Là loại động cơ có thể chạy bằng nhiều loại nhiên liệu lỏng khác nhau từ nhẹ đến nặng. 1.3.3.Dựa vào phương pháp hình thành khí hỗn hợp: 1.3.3.1.Động cơ hình thành khí hỗn hợp bên ngoài: Là loại động cơ mà hỗn hợp cháy (gồm hơi nhiên liệu nhẹ với không khí hoặc khí ga với không khí) được hình thành ở bên ngoài xylanh của động cơ. 1.3.3.2.Động cơ hình thành khí hỗn hợp bên trong: Là loại động cơ mà khí hỗn hợp (gồm hỗn hợp giữa không khí mới với nhiên liệu và một ít sản vật cháy còn sót lại của chu trình trước ) được hình thành ở bên trong xylanh của động cơ. 1.3.4.Dựa vào phương pháp nạp: 1.3.4.1.Động cơ không tăng áp: Là động cơ có áp suất nạp nhỏ hơn áp suất khí trời (tự hút). 1.3.4.2.Động cơ tăng áp: Là động cơ có áp suất nạp lớn hơn áp suất khí trời. 1.3.5.Dựa vào cấu tạo động cơ: 1.3.5.1.Theo số xylanh: Động cơ một xylanh. Động cơ nhiều xylanh. 1.3.5.2.Theo cách phân bố xylanh: Động cơ, trong đó xylanh được bố trí thẳng đứng. Động cơ, trong đó xylanh được bố trí nằm ngang. Động cơ phân bố xylanh theo một hàng dọc (một dãy). Động cơ phân bố xylanh theo hai hàng dọc song song hoặc theo một góc nào đó (động cơ kiểu chữ V). Động cơ phân bố xylanh theo nhiều hàng với những góc độ khác nhau (động cơ hình chữ X, W, H, hình sao). Động cơ có piston đối đỉnh. 1.3.6.Dựa vào khả năng đổi chiều quay của trục khuỷu: 1.3.6.1.Động cơ chỉ quay được một chiều: 8
Động cơ quay phải: Trục khủyu động cơ quay theo chiều quay kim đồng hồ nếu như nhìn từ phía bánh đà hoăc nhìn từ đuôi tàu tới mũi tàu Động cơ quay trái: Trục khủyu động cơ quay theo ngược chiều quay kim đồng hồ nếu như nhìn từ phía bánh đà hoăc nhìn từ đuôi tàu tới mũi tàu 1.3.6.2.Động cơ quay được hai chiều: Trục khuỷu của động cơ có thể thay đổi được chiều quay (động cơ tự đảo chiều). 1.3.7.Dựa vào tính cao tốc của động cơ: 1.3.7.1.Dựa vào số vòng quay định mức của động cơ (nđm): nđm 1000 (v/ph) : động cơ có vòng quay rất lớn. 1.3.7.2.Dựa vào tốc độ trung bình của piston (cm): Tốc độ trung bình của piston là quãng đường tịnh tiến trung bình của piston trong một đơn vị thời gian, tính bằng mét/giây (m/s): Trong đó: Sn c m S:hành trình piston (m) 30 n:vòng quay động cơ (v/ph) dựa vào tốc độ trung bình của piston, có thể chia ra các loại sau: cm 8,5(m/s): động cơ cao tốc. 1.3.8.Dựa vào công dụng của động cơ: 1.3.8.1.Động cơ tĩnh tại: Động cơ đặt tĩnh ở một nơi (trạm bơm, trạm phát điện…). 1.3.8.2.Động cơ tàu thủy: Động cơ chính dùng để quay chân vịt hoặc quay máy phát điện (khi truyền động bằng điện) làm cho tàu chạy và động cơ phụ dùng để dẫn động 9
các cơ cấu phụ của các thiết bị máy móc trên tàu thủy (cặp diesel máy phát điện, diesel máy nén…). 1.3.8.3.Động cơ tàu hỏa. 1.3.8.4.Động cơ ô tô, máy kéo. 1.3.8.5.Động cơ máy bay. 1.3.8.6.Động cơ dùng cho các máy móc nông nghiệp, xây dựng, máy móc làm đường và các máy móc khác. 1.4. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc động cơ diesel 4 kì, 2 kì 1.4.1 Động cơ diesel 4 kì. 1.4.1.1.Định nghĩa : Động cơ diesel 4 kì là động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu là dầu diesel và khi thực hiện một chu trình công tác cần 4 hành trình piston (ứng với 2 vòng quay trục khuỷu ) 1.4.1.2.Nguyên lý làm việc động cơ diesel 4 kì: *Sơ đồ cấu tạo : Hình 1 1. Sơ đồ cấu tạo động cơ diesel 4 kì 1 Trục khuỷu 2 Thanh truyền 3 Piston 4 Xylanh 5 Vòi phun 6 Xupap nạp 7 Xupap thải 8 Đường ống nạp 9 Đường ống thải *Nguyên lý làm việc : Một chu trình công tác của động cơ được thực hiện sau 4 hành trình của piston như sau: 10
Hàn trình I: Hành trình nạp. Khi piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD xupap thải đóng, xupap nạp mở. Thể tích trong xylanh động cơ tăng, dẫn đến áp suất giảm, nhờ sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài xylanh, không khí ở bên ngoài có áp suất lớn hơn tự động tràn qua đường ống hút và xupap nạp vào xylanh động cơ trong suốt hành trình này. Vì vậy hành trình này được gọi là hành trình nạp. Piston xuống tới ĐCD thì chấm dứt hành trình thứ nhất. Thực tế để tăng thêm lượng không khí nạp vào trong xylanh động cơ thì xupap nạp được mở sớm một góc 1 và đóng muộn một góc 2 .Vì vậy thời gian thực tế của quá trình nạp lớn hơn hành trình: 1 + 1800 + 2 > 1800 Hành trình II: Hành trình nén. Khi piston đi từ dưới lên cả hai xupap nạp và thải đều đóng. Thể tích trong xylanh giảm, không khí bị nén trong xylanh dẫn đến áp suất và nhiệt độ tăng. Khi piston lên gần tới điểm chết trên áp suất và nhiệt độ của không khí đủ điều kiện cho nhiên liệu cháy (p= 30÷45 at; T = 400÷600 0C ) nhiên liệu được phun vào buồng đốt với góc phun sớm 3. Piston lên tới điểm chết trên thì chấm dứt hành trình thứ hai, hành trình nén. 11
Thực tế thời gian quá trình nén chỉ được tính khi các xupap đã đóng hoàn toàn. Vì vậy thời gian thực tế quá trình nén nhỏ hơn hành trình: 1800 2
Hành trình IV: Hành trình thải. Ở hành trình này pis ton đi từ ĐCD lên ĐCT. Xupap thải mở, xupap nạp đóng. Ở cuối hành trình thứ ba khi xupap thải mở, khí cháy ở trong lòng xylanh có áp suất lớn hơn bên ngoài tự động thoát ra ngoài, phần còn lại của sản vật cháy sẽ được piston khi đi từ dưới lên trên đẩy nốt ra ngoài qua xupap thải. Piston lên tới ĐCT thì chấm dứt hành trình thứ tư, chấm dứt một chu trình công tác của động cơ. Chu trình tiếp theo được lặp lại y như vậy. Thực tế do xupap thải được mở sớm một góc 4 và đóng muộn một góc 5, vì vậy thời gian thực tế của quá trình thải lớn hơn hành trình : 4 + 1800 + 5 > 1800 Naïp Neùn Chaùy giaõn nôû Thaûi Hình 1.3. Các quá trình làm việc thực tế của động cơ diesel 4 kì theo góc quay trục khuỷu. a. Điểm mở xupap nạp b. Điểm đóng xupap nạp 1 : Góc mở sớm xupap nạp 2 : Góc đóng muộn xupap nạp c. điểm phun nhiên liệu 3 : Góc phun sớm nhiên liệu d.Điểm mở sớm xupap thải. 4 : Góc mở sớm xupap thải e. Điểm đóng muộn xupap thải 5 : Góc đóng muộn xuppap thải 13
1.4.1.2.Kết luận: Qua phân tích nguyên lý làm việc của động cơ diesel 4 kì như trên ta có thể đưa ra một số kết luận sau : + Toàn bộ một chu trình công tác của động cơ được thực hiện sau bốn hành trình, trong bốn hành trình đó chỉ có hành trình thứ ba là sinh công, còn ba hành trình (nạp, nén, thải) không sinh công mà phải tiêu hao công mới thực hiện được. Năng lượng để phục vụ cho ba hành trình này là nhờ năng lượng dự trữ của trục khuỷu, bánh đà và của các xylanh khác. + Thời điểm mở, đóng của các xupap nạp và thải cũng như thời điểm phun nhiên liệu không trùng với các điểm chết, được gọi là thời điểm phân phối khí của động cơ. 1.4.2.Động cơ diesel 2 kì. 1.4.2.1.Định nghĩa, đặc điểm của động cơ diesel hai kì : *Định nghĩa: Động cơ diesel 2 kì là động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu là dầu diesel và khi thực hiện một chu trình công tác cần hai hành trình piston (ứng với một vòng quay trục khuỷu ) *Đặc điểm của động cơ diesel hai kì : Động cơ diesel 2 kì về nguyên tắc làm việc trong một chu trình cũng phải thực hiện các quá trình: nạp, nén (cuối nén phun nhiên liệu), cháy giãn nở, thải. Nhưng tất cả các quá trình này chỉ thực hiện trong hai hành trình piston, do đó về mặt kết cấu cần có những đặc điểm khác biệt so với động cơ 4 kì: Động cơ diesel hai kì muốn làm việc được bắt buộc phải có bơm khí quét (hoặc máy nén) hút khí ngoài trời tạo áp suất cao thổi vào xylanh qua các hàng cửa nạp, dùng khí mới đuổi khí cũ đi và khí mới chiếm chỗ luôn trong đó; thực hiện việc vừa nạp vừa thải gọi là quét khí . Động cơ hai kì có thể không có xupap hoặc chỉ có xupap thải. Tuỳ theo hình dạng của dòng khí quét và việc bố trí các cửa khí mà ở động cơ diesel hai kì có rất nhiều kiểu quét khí khác nhau. Dưới đây ta xét nguyên lí làm việc của động cơ diesel 2 kì quét thẳng qua xupap. Đó là loại động cơ diesel hai kì khá phổ biến dưới tàu thuỷ. 14
1.4.2.2. Nguyên lý làm việc động cơ diesel hai kì quét thẳng qua xupap: *Sơ đồ cấu tạo: Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo động cơ diesel 2 kì quét thẳng qua xupap. 1. Bơm khí quét 2. Xylanh 3. Vòi phun 4. Xupap thải 5. Cửa nạp 6. Piston 7. Thanh truyền *Nguyên lý làm việc: Trên sơ đồ như hình vẽ các cửa nạp được bố trí xung quanh thành xylanh ở về phía dưới, xupap thải được bố trí trên nắp xylanh. Việc đóng, mở xupap cũng thông qua một hệ thống cơ cấu cam, con đội… như động cơ bốn kì, còn các cửa nạp đóng, mở là nhờ piston đảm nhiệm. Bơm khí quét 1, nén không khí vào không gian chính, sau đó vào xylanh quét sạch khí xả ra ống thải và nạp đầy khí mới vào xylanh. Một chu trình công tác được thực hiện như sau: Hành trình I: Thải nạp – nén. Piston đi từ ĐCD lên ĐCT. Khi piston ở ĐCD lúc này cả cửa nạp và xupap thải đều mở, không khí ở bên ngoài được bơm quét đưa vào qua hàng cửa nạp đi lên phía trên đuổi khí cháy ra ngoài qua xupap thải, đồng thời khí mới chiếm chỗ trong đó (thực hiện quá trình vừa nạp, vừa thải ), piston đi lên, để tránh hiện tượng dò lọt khí nạp và góp phần nạp thêm khí nạp vào trong xylanh động cơ thì xupap thải được đóng trước khi piston đóng cửa nạp một góc từ 3 ÷ 5o góc quay trục khuỷu. Khi pis ton đóng kín hàng cửa nạp thì bắt đầu quá trình nén khí, áp suất và nhiệt độ của không khí trong lòng xylanh tăng lên. Khi piston lên gần tới điểm chết trên áp suất và nhiệt độ trong lòng xylanh đủ điều kiện cho nhiên liệu cháy (áp suất đạt 30 ÷ 45 at; nhiệt độ đạt 400 ÷ 600 o C), nhiên liệu được phun vào buồng đốt. Piston lên tới ĐCT thì chấm dứt hành trình thứ nhất. Như vậy ở hành trình thứ nhất trong lòng xylanh động cơ đã xảy ra các quá trình nạp, thải, nén và phun nhiên liệu. 15
Hành trình II: Cháy giãn nở – thải nạp Ở cuối hành trình thứ nhất khi nhiên liệu được phun vào buồng đốt. Do gặp áp suất và nhiệt độ cao của khí nén trong buồng đốt, nhiên liệu tự bốc cháy. Quá trình cháy xảy ra mãnh liệt nhất khi pis ton ở ĐCT, nhiệt độ có thể đạt tới 1600 ÷ 2000 oC; áp suất có thể đạt 90 ÷ 120 at. Ap lực của khí cháy tác động lên đỉnh piston đẩy piston đi xuống thực hiện quá trình giãn nở sinh công. Piston xuống gần mở cửa nạp thì xupap thải được mở trước, khí cháy trong lòng xylanh có áp suất lớn hơn khí trời tự động thoát ra ngoài (giai đoạn thải tự do). Khi piston mở cửa nạp áp suất trong lòng xylanh đã giảm xuống xấp xỉ bằng áp suất do bơm quét tạo ra, không khí ở bên ngoài được bơm quét đưa vào qua hàng cửa nạp, đuổi khí cháy ra ngoài qua xupap thải và khí mới chiếm chỗ trong đó (thực hiện việc vừa nạp, vừa thải). Piston xuống tới điểm chết dưới thì chấm dứt hành trình thứ hai, chấm dứt một chu trình công tác của động cơ. Như vậy ở hành trình thứ hai trong lòng xylanh động cơ đã xảy ra các quá trình cháy giãn nở, thải tự do, quét khí và nạp khí mới. Khi piston tiếp tục đi lên thì chu trình tiếp theo được lặp lại giống như thứ tự đã nói ở trên. Queùt Neùn Chaùy giaõn nôû Queùt Hình 1.5. Các qúa trình làm việc của động cơ diesel 2 kì 1.4.2.3.Kết luận : Qua phân tích nguyên lý làm việc của động cơ diesel 2 kì như trên ta có thể đưa ra một số kết luận sau : + Toàn bộ một chu trình công tác của động cơ được thực hiện trong hai hành trình của piston. Trong hai hành trình đó chỉ có một hành trình là sinh công, còn hành trình kia dùng để nén khí nạp, do đó không sinh công mà phải tiêu hao công mới thực hiện được . + Ap suất không khí quét phải lớn hơn áp suất khí trời. Do đó phải có bơm quét khí (hoặc máy nén khí) do trục khuỷu dẫn động. + Có một phần hành trình của piston dùng vào việc thải và quét khí. 16
+ Khi quét khí, có một bộ phận khí nạp mới bị hao hụt do có lẫn trong sản vật cháy đi theo ra ở đường thải. 1.5.Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoaṭ động của động cơ xăng 4 kì, 2 kì 1.5.1.Động cơ xăng 4 kì. 1.5.1.1.Định nghĩa : Động cơ xăng 4kì là động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu lỏng nhẹ(xăng) và khi thực hiện hết một chu trình công tác phải cần 4 hành trình piston (ứng với 2 vòng quay trục khuỷu ) 1.5.1.2.Sơ đồ cấu tạo, ngyên lý hoạt động: Khác với động cơ diêzen đông cơ xăng là loại động cơ mà khí hỗn hợp được hình thành ở bên ngoài và môi chất đưa vào xi lanh trong quá trình nạp không phải thuần là không khí mà là một hỗn hợp khí gồm không khí và hơi nhiên liệu nhẹ .để tránh hiện tượng cháy kích nổ của nhiên liệu nhẹ thì hỗn hợp khí này không được nén tới mức độ có thể tự bốc cháy ,vì vậy ở động cơ xăng cần thiết phải sử dụng phương pháp đốt cháy cưỡng bức .Đối với động cơ xăng cũng như đối với tất cả các loại động cơ mà khí hỗn hợp được hình thành ở bên ngoài ,hiện nay đều dùng phương pháp đốt cháy bằng tia lửa điện phát ra giữa hai cực của nến điện (bugi) *Sơ đồ cấu tạo Hình 1 6. Sơ đồ cấu tạo động cơ xăng 4 kì 1 Ống hút 2- Họng các buya ratơ 3 Ziclơ 4 Buồng phao 5 Bướm ga 6 Bugi *Nguyên lý hoạt động: Ta xét chuẩn piston đang ở điểm chết trên. Như vậy một chu trình công tác của động cơ được thực hiện sau 4 hành trình của piston như sau: Hành trình I: Hành trình nạp. Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, ở hành trình này xupap nạp mở, xupap thải đóng . 17
Khi piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới thể tích trong xi lanh động cơ tăng dẫn đến áp suất giảm ,dưới sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài xi lanh, không khí ở bên ngoài có áp suất lớn hơn tự động tràn vào xi lanh qua ống hút 1 và qua ống khuếch tán 2 (họng các buya ratơ), ziclơ 3 đặt ở chỗ tiết diện nhỏ nhất của ống khuyếch tán .Tốc độ không khí qua ống khuyếch tán càng nhanh (số vòng quay n của động cơ càng lớn ) thì áp suất trước lỗ phun của ziclơ 3 càng thấp .Ap suất trong buồng phao 4 của cac buya –ratơ bằng áp suất khí trời và nhờ có phao nên mức xăng không thay đổi .Do sự chênh lệch áp suất nên xăng phụt ra khỏi ziclơ và bị luồng không khí thổi thành từng hạt nhỏ, bốc hơi nhanh hoà trộn với không khí đi vào xilanh của động cơ trong suốt hành trình này . vì vậy hành trình này được gọi là hành trình nạp (nạp hỗn hợp nhiên liệu và không khí ) . Piston xuống tới điểm chết dưới thì chấm dứt hành trình thứ nhất .Nhưng thực tế để tăng thêm lượng không khí nạp vào trong xi lanh động cơ thì xupap nạp được mở sớm một góc 1 và đóng muộn một góc 2 .Vì vậy thời gian thực tế của quá trình nạp lớn hơn hành trình. a) b) c) d) Hình 1.7.các quá ttình làm việc của động cơ xăng 4 kì. a.Quá trình nạp b.Quá trình nén c.Quá trình cháy giãn nở d.Quá trình thải Hành trình II: Hành trình nén. Ở hành trình này piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, cả hai xupap nạp và thải đều đóng . 18
Khi piston đi từ dưới lên trên thể tích trong xi lanh giảm dẫn đến áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp khí trong xi lanh tăng. Pis ton lên gần tới điểm chết trên áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp đạt giá trị (p= 7 20 at; T=350 450 0C ) bugi đánh lửa với góc đánh lửa sớm trước ĐCT một góc 3 .Piston lên tới điểm chết trên thì chấm dứt hành trình thứ hai ,hành trình nén (nén khí hỗn hợp) . 19
Nhưng thực tế thời gian quá Ở cuối hành trình thứ ba khi trình nén chỉ được tính khi các xupap thải mở khí cháy ở trong lòng suppap đã đóng hoàn toàn .vì vậy xi lanh có áp suất lớn hơn bên ngoài thời gian thực tế quá trình nén nhỏ tự động thoát ra ngoài ,phần còn lại hơn hành trình . của sản vật cháy sẽ được pis ton khi đi từ dưới lên trên đẩy nốt ra ngoài Hành trình III: Cháy giãn nở sinh công .Ở cuối hành trình thứ hai khi bugi bật tia lửa điện đốt cháy khí qua xupap thải.Piston lên tới điểm hỗn hợp quá trình cháy bắt đầu xảy chết trên thì chấm dứt hành trình thứ ra . Quá trình cháy xảy ra mãnh liệt tư ,chấm dứt một chu trình công tác nhất khi piston ở ĐCT, nhiệt độ của động cơ, chu trình tiếp theo trong buồng đốt có thể đạt tới 2000 được lặp lại y như vậy . – 25000C ;áp suất có thể đạt tới 30 Trên thực tế do xupap thải được 50 at. Ap lực của khí cháy trực tiếp mở sớm một góc 4 và đóng muộn tác động lên đỉnh pis ton đẩy pis ton một góc 5, vì vậy thời gian thực tế đi xuống làm quay trục khuỷu thực của quá trình thải lớn hơn hành trình. hiện quà trình giãn nở sinh công Naïp .Piston xuống tới điểm chết dưới thì Neùn Chaùy giaõn chấm dứt hành trình thứ ba. nôû Thaûi Nhưng thực tế để giảm bớt công cản trong quá trình thải và Hình 1.8. Các quá trình làm việc thực nhằm thải được sạch khí cháy thì tế của động cơ xăng 4 kì theo góc suppap thải được mở sớm một góc quay trục khuỷu. 4 và đóng muộn một góc 5. Như a. Điểm mở xupap nạp vậy thời gian quá trình cháy giãn nở b. Điểm đóng xupap nạp nhỏ hơn hành trình . Hành trình IV:Hành trình thải .Ở 1 : Góc mở sớm xupap nạp hành trình này piston đi từ ĐCD lên 2 : Góc đóng muộn xupap nạp ĐCT xupap thải mở, xupap nạp đóng c. Điểm đánh lửa . 20