Báo cáo Tổng hợp về các loại động cơ đốt trong nói chung, động cơ điêzen 4 kỳ gồm 8 máy, sử dụng và bảo dưõng, phương án cải tiến, trình tự thiết kế, chế tạo động cơ đốt trong

sự thay thế sức lao động của con người bằng máy móc. Từ những năm cuối thế kỷ 19 con người đã phát minh ra động cơ hơi nước và đó cũng chính là tiền đề để con người có những bước nhảy vọt trong lĩnh vực chế tạo máy. Hàng loạt các loại động cơ mới, hiện đại được ra đời như động cơ đốt trong, động cơ điện... Những năm trở lại đây, các thành tựu của công nghiệp nói chung và nghành máy nói riêng đã chứng tỏ sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực công nghiệp và ứng dụng chúng vào các ngành kinh tế xã hội, đời sống sinh hoạt của con ngời. Máy móc đã tham gia hầu hết vào các hoạt động của con người giảm bớt sức lao động, tăng năng suất lao động gấp nhiều lần so với con người, máy móc không thể thiếu trong bất cứ một ngành công nghiệp lớn nào như: Xây dựng, giao thông, nhà máy, xí nghiệp, hoặc cả trong các lĩnh vực thương mại ... Chính vì lý do đó nhà trường, khoa Máy Xây Dựng, bộ môn máy xây dựng đã tạo điều kiện cho sinh viên được đi sâu vào thực tế để sinh viên hiểu sâu hơn về nghành Máy nói chung, nghành Máy Thuỷ Lợi nói riêng giúp cho mỗi sinh viên sau khi ra trường hoà nhập ngay vào công việc của mình. Kỳ thực tập này không những giúp chúng em ôn lại kiến thức ở nhà trường mà còn bổ xung kiến thức, giúp cho mỗi sinh viên bắt đầu làm quen, cọ sát với môi trường làm việc thưc tế, nâng cao tầm nhận biết và tay nghề của mình mà nó còn rèn luyện cho chúng em phương pháp làm việc và cách suy nghĩ, nhận thức công việc . Trong bản báo cáo này, với hạn chế về cả thời gian và kiến thức, em chỉ xin được hệ thống hoá và phân tích, đánh giá những vấn đề cơ bản trong quá trình thực tập . Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Bùi Văn Xuyên, và các thầy cô giáo trong khoa đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu, các tài liệu để em có thêm nhiều kiến thức .Trong bản báo cáo này còn có nhiều thiếu sót. Do đó em kính mong được sự góp ý giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn. Em xin cảm ơn! Hà nội, ngày 15 tháng 01 năm 2004 Sinh viên Phan văn hiền  Báo cáo tổng hợp trong quá trình thực tập F Nội dung thực tập. Nội dung thực tập chủ yếu phục vụ cho việc làm đồ án tốt nghiệp, và tạo khả năng xâm nhập thực tế cho sinh viên. Để sau khi ra trường không bở ngơ với công việc, công việc thực tập là : Ôn lại lý thuyết đã học , cọ sát với một số máy công cụ, nghiên cứu cấu tạo và sử dụng một số loại máy, và chủ yếu là nghiên cứu về động cơ đốt trong nói chung và đi sâu vào nghiên cứu động cơ điêzen gồm 8 máy lắp trên máy xây dựng hiện đại loại I,Công việc thực tập cụ thể dưới sự hướng dẫn của thầy: Bùi Văn Xuyên. *Phần 1: Đọc tài liệu tìm hiểu về các loại động cơ đốt trong nói chung. 1. Định nghĩa cơ bạn về động cơ đốt trong. 2.Tìm hiểu lịch sử phát triển của động cơ đốt trong. 3. Phân loại động cơ đốt trong. 4. Ưu nhược điểm của động cơ đốt trong. 5. Động cơ truyền động ( nguyên lý làm việc của từng loại động cơ đó), hiện đại đang được sử dụng trên các công trình. 6. Những thông số kinh tế - kỹ thuật cơ bản của động cơ. *Phần 2: Tìm hiểu chuyên sâu về động cơ điêzen 4 kỳ gồm 8 máy. 1. Cấu tạo: 2. Nguyên lý làm việc. *Phần 3: Sử dụng và bảo dưõng gồm các bước sau: - Sửa chữa, bảo dưỡng. *Phần 4: Phương án cải tiến, trình tự thiết kế, chế tạo động cơ đốt trong. 1. Các phương án thiết kế. 2. Trình tự thiết kế. 3. Phương pháp thiết kế bố trí chung của động cơ đốt trong. Phần I: Đọc tài liệu tìm hiểu về các loại động cơ đốt trong nói chung 1. Định nghĩa và các khái niệm cơ bản về động cơ đốt trong: a. Định nghĩa: - Động cơ là một bộ phận sinh ra động lực. Mạc dù động cơ chạy bằng xăng hay dầu hoặc hơi ga đều là đưa nhiên liệu và không khí vào trong xilanh ( cylindre ) đốt cháy để sinh ra động lực. - Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt: Động cơ nhiệt nói chung là những máy biến đổi nhiệt thành công . Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt, trong đó quá trình đốt cháy nhiên liệu để cấp nhiệt và quá trình giản nở sinh công của môi chất công tác (sản vật cháy) đều được thực hiện trong buồng công tác của động cơ. Nói chung, có thể phân loại đông cơ đốt trong thuộc hệ thống động cơ nhiệt theo sơ đồ dưới đây: động cơ nhiệt Các động cơ nhiệt khác Động cơ phản lực Động cơ đốt trong Tuabin khí Máy hơi nước Động cơ gas (dùng khí đốt) Đông cơ diesel Động cơ xăng b. Khái niệm: - Trước đi sâu vào nghiên cứu về nguyên lý làm việc của động cơ cụ thể, ta cần nghiên phải làm quen với các khái niệm cơ bản để thuận tiện trong qua trình khảo sát sau này. b.1. Điểm chết: Vị trí mà tại đó piston đổi chiều chuyển động gọi là điểm chết. Có hai điểm chết là điểm chất trên ( ĐCT ) và điểm chết dưới ( ĐCD ) ( hình 1-4 ). Khi piston ở điiểm chết trên và điểm chết dưới, buồng công tác có thể tích nhỏ nhất Vmin và lớn nhất Vmax. Khoảng cách giưã hai điểm chết được gọi là hành trìnhpiston S. b.2. Kỳ: Kỳ là một phần của chu trình công tác xảy ra trong thời gian piston dịch chuyển một hành trình. Theo số kỳ người ta phân động cơ ra hai loại, động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ. Động cơ 2 kỳ là động cơ có chu trình công tác được thực hiện sau 2 hành trình của piston hay 1 vòng quay của trục khuỷu. Động cơ 4 kỳ là động cơ có chu trình công tác được thực hiện sau 4 hành trình của piston hay 2 vòng quay của trục khuỷu. b.3. Thể tích công tác Vh: Đây là thể tích của xilanh giữa hai điểm chết. Vh = ( p.D2. S)/ 4. Với D là đường kính xilanh và S là hành trình piston. b.4. Tỷ số nén: e = Vmax / Vmin. - Xécmăng khí đảm bảo kín và truyền nhiệt từ đầu pisston đến bề mặt ống lót xilanh. Để đẩm bảo kín khí, phụ thuộc vào loại động cơ thường được bố trí từ 2á7 xécmăng phía trên cùng, phần còn lại bố trí xécmăng dầu dùng để gạt dầu bôi trơn và tăng tính tin cậy làm việc của nhóm piston. Piston các động cơ thấp tốc và một số động cơ trung tốc được làm mát bằng nước hoặc dầu tuần hoàn. - Cán piston được chế tạo từ thép cácbon, dùng để nối pisston với đầu chữ thập và truyền lực khí cháy từ pisston đến cơ cấu biên khuỷu. Đầu chữ thập nối với cán vopwis đầu nhỏ biên, tiếp nhận lực đẩy ngang và truyền nó cho bệ trượt. Đầu chữ thập đảm bảo chuyển động thẳng đứng của pisston, nên làm giảm độ mài mòn ống lót xilanh. - Biên được chế tạo từ ống thép cácbon hoặc thép hợp kim, biên chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu, truyền lực từ piston đến trục khuỷu, nối liền với cổ biên thông qua bạc đỡ. - Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất, đắt tiền và chế tạo phức tạp. Công suất có ích do động cơ sinh ra được đo trên mặt bích ra của trục khuỷu. Trục khuỷu chịu lực uốn, xoắn lớn, các lực này luôn luôn thay đổi về dấu và trị số, vì thế để chế tạo trục khuỷu người ta dùng thép và gang chất lượng cao. Trục khuỷu động cơ tthaapoddoojtoocs công suất lớn được tính toán để suốt thời gian làm việc không phải sữa chữa lớn, khoảng 60 á 80 nghìn giờ và hơn nữa. - Bánh đà được lắp ráp ở phần cuối trục khuỷu, có khối lượng lớn, dùng đẻ duy trì mức độ không đều đã cho trục khuỷu và hệ trục, tích luỹ công dư trong hành trình sinh công của piston và giải phóng hệ trục trong các hành trình tiêu tốn công. - Các chi tiết của cơ cấu phối khí gồm trục phân phối khí được trục khuỷu dẫn động qua đệ thống bánh răng hay xích truyền động, trên trục phối khí có bố trí cam phối khí và cam nhiên liệu đẩm báo điều khiẻn xupaps nạp, xả. phun nhiên liệu đúng thời điểm và theo thứ tự đã xác định trong hành trình tiến cũng như lùi. Các hệ thống: Để đảm bảo qua trình làm việc của động cơ, dùng các hệ thông sau: - Hệ thông nhiên liệu: Dùng để chuẩn bị nhiên liệu và cấp vào xilanh dduungs thời điểm với lượng xác định. - Hệ thống dầu nhờn: Cấp dầu bôi trơn cho bề mặt làm việc các chi tiết các chi tiết chuyển động tương đối với nhau và làm mát bằng các chi tiết này. - Hệ thống làm mát: Dùng để làm mát các chi tiết và các cơ cấu cơ cấu có nhiệt độ cao. - Hệ thống khí nén: Dùng để khởi động và hãm động cơ. - Hệ thống đảo chiều: Dùng để đảo chiều trục quay trục khuỷu. - Hệ thống nạp thải: Dùng để đẩm bảo lượng không khí cấp vào xilanh động cơ và xả sạch vật cháy. 2.Tìm hiểu lịch sử phát triển của động cơ đốt trong: Trong lịch sử phát triển có một vài mốc đáng ghi nhớ sau : - 1860 : Động cơ đốt trong đầu tiên ra đời do ông Lenoir là một người hầu bàn và một nhà kỹ thuật nghiệp dư ở Paris chế tạo . Động cơ chạy khí đốt , có hiệu suất he= 2 á 3 %. - 1876 : Ôtô một nhà buôn ở thành phố Koln nước Đức chế tạo một loại động cơ cũng chạy khí đốt nhưng đạt hiệu suất cao hơn với he= 10 % . - 1886 : Hãng Daimler – Maybach cho xuất xưởng động cơ xăng đầu tiên có công suất Ne = 0,25 mã lực và tốc độ vòng quay n = 600 vph . - 1897 : Động cơ diesel đầu tiên ra đời có hiệu suất khá cao ; he= 26 % . - 1954 : Động cơ piston quay do hãng NSU- Wankel chế tạo nổi bật về tính gọn nhẹ . Nghành chế tạo động cơ đốt trong phát triển rất mạnh . Hiện nay sản lượng hàng năm ước tính 40 triệu chiếc với dải công suất từ 0,1 đến khoảng 70.000 kW cho các lĩnh vực kinh tế như giao thong vận tải, xây dựng, nông nghiệp, lâm nghiệp, năng lượng và gia dụng . 3. Phân loai động cơ đốt trong: a. Theo nhiên liệu : động cơ xăng, động cơ diesel và động cơ gas còn gọi là độngcơ chạy khí . b. Theo cách thức đốt nhiên liệu trong buồng cháy : đốt cưỡng bức bằng tia lửa điện như trong động cơ xăng , động cơ khí và đốt do tự cháy như ở động cơ diesel . c. Theo số xylanh : động cơ một xylanh và động cơ nhiều xylanh . d. Theo cách bố trí dãy xylanh đối với động cơ nhiều xylanh : động cơ một hàng xylanh , chữ V hay động cơ hình sao . Động cơ hình sao thường dùng cho máy bay . e. Theo loại chuyển động của piston : động cơ piston chuyển động tịnh tiến hay gọi ngắn gọn là động cơ piston và động cơ piston quay hay còn gọi là động cơ rôto như động cơ Wankel . f. Theo điều kiện nạp : động cơ tăng áp và động cơ không tăng áp . g.Theo số hành trình piston trong một chu trình : động cơ hai kỳ và động cơ bốn kỳ . h.Theo phương pháp làm mát : động cơ làm mát bằng nước và động cơ làm mát bằng gió . i. Theo tốc độ của piston : động cơ tốc độ thấp , tốc độ trung bình và động cơ cao tốc. 4. Ưu nhược điểm của động cơ đốt trong: Khi so sánh với động cơ nhiệt khác , động cơ đốt trong có những ưu điểm nổi bật sau : - Hiệu suất cao đến 46%, trong khi đó hiệu suất của máy hơi nước kiểu piston 16%, của tuabin hơi 22 á 28% và của tuabin khí 30%. - Kích thước và trọng lượng nhỏ , công suất riêng lớn do mọi quá trình biến đổi trạng thái của môi chất thực hiện bên trong buồng công tác của động cơ . Ngoài ra , do dùng nhiên liệu có nhiệt trị cao nên rất thích hợp trên các phương tiện vận tải với điều kiện làm việc di động . - Khởi động , vận hành , chăm sóc dễ dàng . - Nguồn nhiệt được tạo thành ngay trong xylanh động cơ nên giảm tổn thất nhiệt cho bề mặt làm mát . - Trong chu trình công tác của ĐCĐT , các thông số của môi chất công tác thay đổi liên tục và giới hạn trên lớn . Tuy nhiên động cơ đốt trong có những nhược điểm cơ bản là : - Không phát ra mômen lớn tại tốc độ vòng quay nhỏ nên không khởi động được khi có tải . - Khả năng quá tải kém . - Công suất cực đại (max) không cao . Một trong những động cơ lớn nhất thế giới hiện nay là động cơ của hãng MAN – B&W có công suất 68.520 kW (số liệu 1997) trong khi công suất của tuabin hơi bình thường có thể đạt vài chục vạn kW. - Nhiên liệu đắt và cạn dần trong thiên nhiên . - Ô nhiểm môi trường vì khí xả và ồn . Tuy nhiên trong vài ba thập niên tới, động cơ đốt trong vẫn là loại động cơ không thể thay thế, do những động cơ khác tuy ưu việt hơn nhưng vì lí do kinh tế và kỹ thuật nên chưa được chế tạo hàng loạt. 5. Động cơ truyền động ( nguyên lý làm việc của từng loại động cơ đó), hiện đại đang được sử dụng trên các công trình a. Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong: ã Động cơ điezen 4 kỳ nói chung: Sơ đồ các quá trình của chu trình công tác của động cơ được biểu diễn trên đồ thị p-V, đó là sơ đồ thay đổi áp suất trong xilanh cùng với sự thay đổi thể tích của nó tương ứng với sự thay đổi hành trình của piston từ ĐCT đến ĐCD và ngược lại ứng với các thì đã xác định của động cơ. -Thì thứ nhất - nạp ( hình 1.2a ). Piston chuyển động từ ĐCT đến ĐCD. Không khí có áp suất pk = 130 á 390 kPa được máy nén cấp vào xilanh qua xupáp nạp 1. Để đảm bảo lượng không kgí nạp vào xilanh lớn nhất với tổn thất áp suất nhỏ xupáp nạp được mở trước khi piston đến ĐCT với góc sớm xupáp nạp jns và đống muộn với góc đống muộn sau ĐCD jnm. Góc toàn bộ ứng với xupáp nạp ở trạng thái mở jn = 250 á 280 0 TK ( góc quay trục khuỷu ). Trên đồ thị hành trình nạp ứng với đường r - a. ở cuối hành trình nạp, không khí trong xilanh đật trị số pa = 130 á 390 kPa, ta = 40 á 1300 C. - Thì thứ 2 - nén ( hình 1.2b). Piston chuyển động từ ĐCD đến ĐCT, nén không khí trong xilanh. Hnhf trình nén được tính toán sao cho các thông số khí nến ddeensa giá trị đảm bảo bốc cháy nhiên liệu. áp suất và nhiệt độ không khí cuối hành trình nén tăng lên đến giá trị pc = 4500 á8000 kPa; tc = 530 á 7300C. Khi đó nhiệt độ của khí nén cao hơn nhiệt độ tự bốc cháy từ nhiên liệu từ 160 á 2000C. Hành trình nén được biểu thị bằng đường cong a - c trên đồ thị chỉ thị. - Thì thứ 3 - Cháy và giãn nở ( hình 1.2c ). Nhiên liệu được phun sớm vào xilanh trước khi píton đến ĐCT . Góc phun sớm được tính toán, lựa chọn để phản ứng lý hoá của nhiên liệu được diễn ra sao cho hỗn hợp bốc cháy khi piston ở ĐCT. Đoạn đồ thị c - z ứng với thời kỳ cháy nhiên liệu. Do cháy nhiên liệu tại ĐCT, áp suất môi chất tăng lên tới pz = 6000 á 14000 kPa và nhiệt độ tz = 1450 á 1730 0C. Đường z’ - b trên đồ thị ứng với hành trình giãn nở. Cuối hành trình giãn nở ( điểm b, áp suất và nhiệt độ khí cháy giảm, Pb = 350 á 800 kPa, ta = 630 á 9300C ). - Thì thứ 4 - Xả ( hình 1.2e ). Piston chuyển động từ ĐCT đến ĐCD. Hành trình xả được bắt đầu từ thời điểm mở xupáp xả 2. Xupáp xả được mở trước khi piston đến ĐCD gọi là góc mở sớm jms, nhờ vậy làm sạch sản vật cháy tỷong xilanh tốt hơn. Khí xả tiếp tục xả ra trong suốt hành trình xả và kết thúc khi đóng xupáp xả sau ĐCT. Góc đóng muộn so với ĐCT khoảng 40 700 TK. Hành trình xả khí trong xilanh tương ứng với đường b - r. Trên đồ thị khí xả được giãn nở, sinh công trong tuabin và năng lượng của chúng được sử dụng để dẫn động máy nén, nén không khí trước khi nạp vào xilanh. r’a’ - Quá trình nạp; a’c - Quá trình nén; czz’b’- Quá trình cháy và giãn nở; b’r’’ - Quá trình trùng điệp ; hc’ - Góc phun sớm; cc’ - Góc bắt đầu cháy ; hc - Góc cháy trị hoãn; fx fn’ - Tiết diện lưu thông cửa xả và cửa nạp; ra - Hành trình nạp; ac - Hành trình nén; czz’b - Hành trình cháy và giãn nở; br - hành trình xả,. Trên hình vẽ trình bày toàn bộ đò thị chỉ thị hành trình làm việc của động cơ 4 kỳ có tăng áp gồm các hành ttrình: r- a - nạp, a- c - nén, c- b - cháy nhiên liệu và giãn nở sản phẩm cháy, b - r - xả sản vật cháy. Để phân tích, nghiên cứu mối quan hệ giữa các quá trình cũng như các thời điểm đặc trưng chu trình công tác của động cơ có thể biểu diễn đồ thị chỉ thị và pha phối khí trên hệ toạ độ mở p- j (hình 1.3 ). Trên đồ thị này cũng biểu diễn sự thay đổi áp suất môi chất trong các quá trình và các hành trình trong chu trình công tác của động cơ diezen 4 kỳ theo góc quay trục khuỷu. ã Động cơ điezen 2 kỳ nói chung. Với động cơ 2 kỳ nạp không khí vào xilanh và làm sahj sản vật cháy được thực hiện ở cuối quá trình giãn nở và đầu qua trình nén. Khí xả được xả ra qua các cửa xả ở phần dưới xilanh hoặc qua các xupáp xả trên nắp xilanh ( với động cơ quýet thẳng qua xupáp ). Không khí có áp suất 150 á 330 kPa nạp qua xilanh qua cửa quét, các cửa này cũng bố trí ở phần dưới của xilanh. Piston điều khiển việc đống mở các cửa. Chu trinh công tác của động cơ được thực hiện như sau: - Thì 1 - Quét và nén ( hình 1.4a). Khi píton dịch chuiyển đến ĐCD các cửa quét 1 được mở ra, không khí tăng áp từ đường ống 3 được nạp vào xilanh, thì nén được bắt đầu khi piston chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT. Lúc bắt đầu hành trình này việc quét và xả vật cháy vẫn được tiếp tục, sản vật cháy được xả qua các cửa xả 2 vào đường ống xả 4. Kết thúc quét và nạp không khí vào xilanh tại thời điểm đống các cửa quét và xả ( đoạn a’a trên đồ thị ). Sau khi đóng cơ cấu trao đổi khí, quá trình nén bắt đầu ( đường a - c ). Quá trình này kết thúc khi piston đến ĐCT. ở cuối quá trình nén, áp suất, nhiệt độ không khí nén tăng áp lên, pc = 4,5 á 7,5 MPa, tc = 530 á7300C. - Thì thứ 2 - Cháy, giãn nở, xả và quét ( hình 1.4b ) ứn với hành trình của piston từ ĐCT - ĐCD. Trước khi piston đến ĐCT ( Khi j = 3 á350 phụ thuộc vào loại động cơ ) nhien liệu được phun vào xilanh, nhiên liệu tự bốc cháy và cháy ( đường c-z ). Dưới tác dụng của áp lực kkhí cháy piston dịch chuyển đến ĐCD, thực hiện quá trình giãn nở ( hành trình sinh công ), tương ứng đường z - b trên đồ thị . Tại thời điểm mở các cửa xả 65 á750 trước ĐCD ( với phương án xả qua xupáp khoảng 80 á 900 trước ĐCD ) bắt đầu sản vật cháy ( điểm b) từ xilanh vào đường ống xả 4, từ đó khí xả nạp vào tuabin khí xả, nhờ vậy áp suất trong xilanh giảm nhanh. Cửa quét 1 được mở ra khi mép trên của piston đi qua mép trên cửa quét trong hanh trình đi xuống, khi có áp suất khí xả trong xilanh bằng hoặc nhỏ hơn áp suất khí nạp tăng áp. Từ thời điểm mở các cánh cửa quét và nạp khí sạch vào xilanh được bắt đầu. Quá trình quét được tiếp tục cho đến khi piston dịch chuyển ngược lại đi lên ĐCT và đống các cửa quét. Trên đồ thị chỉ thị ( hình 1.4b) mô tả các quá trình đặc trưng cho chu trình công tác. Đoạn a-c-nén, c-z-cháy nhiên liệu, z-b-giãn nở ( sinh công ), b- a’ -a - trao đổi khí. Theo đồ thị có thể phân ra các thể đặc trưng của xilanh được dùng trong các quá trình của chu trìn công tác, Vs- Thể tích làm việc; Vc- Thể tích công tác thực tế, được tính từ thời điểm bắt đầu nén đến ĐCT; DVs - Thể tích tổn thất phụ thuộc vào chiều cao cửa nạp và thải; Va - Thể tích toàn bộ. Đồ thị chỉ thị và pha phối khí biểu diễn trên hệ toạ độ mở p- j ( hình 1.5 ). Khi so sánh chu trình công tác động cơ 2 kỳ và 4 kỳ có cùng đường kính xilanh, hành trình piston, số xilanh, số vòng quay thì công suất động cơ 2 kỳ lớn hơn 4kỳ. Theo lý thuyết , tính đến việc tăng chu trình công tác công suất động cơ 2 kỳ lớn hơn động cơ 4 kỳ 2 lần, nhưng thực tế cao hơn khoảng 1,75 á 1,85 lần do tổn thất phần thể tích làm việc của xilanh DVs, việc làm sạch xilanh cũng như nạp khí mới vào cũng xấu hơn, mômen của động cơ 2 kỳ đều hơn. ã Nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ không tăng áp. - Quá trình nạp: Quá trình nạp được tiến hành chủ yếu do piston chuyển động từ điểm chết trên đến điểm chết dưới tạo ra sự chênh áp, do đó môi chất được hút vào xilanh. Khí nạp mới của động cơ xăng nói chung ( trừ loại động cơ phun xăng trực tiếp vào buồng cháy ) là hỗn hợp của xăng và không khí còn của động cơ điezen và động cơ phun xăng trực tiếp là không khí. Trong thực tế, quá trình nạp bắt đầu tại điểm d1 ( hình 1-5a ) tương ứng với vị trí góc j1 ( hình 1-5b ) trước điiểm chết trên, xupáp nạp mở. Góc j1 được gọi là góc mở sớm xupáp nạp. Sau khi đến ĐCT, piston bắt đầu đi xuống, áp suất trong xilanh giảm dần. Từ thời điểm áp suất trong xilanh bằng áp suất trên đường ống nạp Pk trở đi cho đến khi piston tới ĐCD tại điểm a, khí nạp mới được hút vào trong xilanh. Mở sớm xupáp nạp nhằm mục đích, khi khí nạp mới thực sự đi xilanh thì diện tích thông qua của xupáp nạp đã khá lớn nên sức cản khí động nhỏ, do đó nạp được nhiều khí nạp mới. Tận dụng quán tính của dòng khí nạp để nạp thêm, xupáp nạp chưa đóng tại ĐCD mà đống sau đó một góc j2 gọi là góc đón muộn xupáp nạp. Từ a đến d2 gọi là thời kỳ nạp thêm. Về mặt nguyên tắc, người ta sử dụng các biện pháp có thể nạp được nhiều khí nạp mới, do đó đốt được nhiều nhiên liệu, nhằm tận dụng khả năng động cơ phát ra công suất cao. Để đánh giá chất lơựng quá trình nạp, người ta đưa ra thông số hệ số nạp hv. Đây là tỷ số giữa khối lượng môi chất thực tế nạp vào xilanh Gtt và lượng môi chất theo lý thuyết Gtt chứa trong thể tích công tác Vh ở nhiệt độ và áp suất trên đường ống nạp tk và pk. Hệ số nạp hv được tính như sau: hv = Gtt / Glt = Gtt/ rk . Vh Do tổn thất khí động qua xupáp nạp, do khí sót trong xilanh giãn nở ở đầu quá trình và do môi chất mới được sấy nóng bởi khí sót và các chi tiết có nhiệt đọ cao trong xilanh nên thông thường hv < 1. - Quá trình nén: Piston tiếp tục chuyển động tới ĐCT. Từ d2, là điểm xupáp nạp đóng trở đi, môi chất thực sự được nén. Trong quá trình nén, nhiệt độ và áp suất tăng dần. Giữa môi chất và các chi tiết trong xilanh diễn ra quá trình trao đổi nhiệt rất phức tạp. Để đơn giãn trong tính toán, người ta coi quá trình nén là quá trình đa biến với chỉ số nén đa biến trung bình n1. Trên cơ sở đó có thể tính nhiệt độ Tc và áp suất Pc cuối quá trình nén đa biến tại điểm c ( không cháy ) theo các công thức sau: Tc = Ta . en1 - 1 pc =pa . en1 Đối với động cơ điezen, để nhiên liệu có thể tự cháy Tc phải lớn hơn nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu. Từ công thức trên ta rut ra tỷ số nén e phải lớn hơn một tỷ số nén giới hạn egh. Trong thực tế, tỷ số nén của động cơ điezen từ 12 đến 24. Ngược lại đối với động cơ xăng, nhiệt độ trong quá trình nén cao rất dễ gây ra kích nổ. Vì vậy tỷ số nén của động cơ xăng không cao và nằm trong khoảng 6 đến 10. Cuối quá trình nén tại góc js ( hình 1- 5b ) trước ĐCT tại điểm c’ ( hình 1- 5a ), nhiên liệu có áp cao được phun vào buồng cháy qua vòi phun đối với động cơ điêzen để hoà trộn vơí không khí tạo thành hỗn hợp; còn với động cơ xăng bugi bật tia lửa điện để hộn hợp khí tạo thành hỗn hợp. Góc js đực gọi là góc phun sớm ( động cơ điêzen ) hay góc đánh lửa sớm ( động cơ xăng ). Quá trình cháy và giãn nở: Quá trình cháy: Bản chất của quá trình cháy là quá trình ooxy hoá nhiên lieeuj, phản ứng này toả nhiệt. Sau một thời gian ngắn chuẩn bị ti - tính từ lúc bắt đầu phun nhiên liệu ( động cơ điêzen ) hay bắt đầu bật tia lửa điện ( động cơ xăng ) quá trình cháy thật sự xẩy ra. Giai đoạn này gọi là thời kỳ cháy trể còn ti gọi là thời gian cháy trể (s). Trong động cơ điêzen, do hỗn hợp hình thành bên trong xilanh nên đầu tiên phân hỗn hợp được chuẩn bị và tích tụ trong giai đoạn cháy treer sẽ cháy rất nhanh, tốc độ tăng áp suất Dp/Dj rất lớn, tạo ra tiếng gõ rất đanh đặc thù cho động cơ điêzen. Tiếp sau đó là giai đoạn chuẩn bị hỗn hợp vừa cháy nên cháy từ từ hơn. Vì thế, chu trình làm việc của động cơ điêzen giống với chu trình cấp nhiệt hỗn hợp ( hình 1-6a ). Còn hầu hết động cơ xăng, do hỗn hợp được chuẩn bị bên ngoài xilanh nên khi vào trong xilanh hỗn hợp có thành phần tương đối đồng đều, do đó phần lớn cháy rất nhanh sau thời gian cháy trễ. Vì thế chu trinh làm việc của động cơ xăng gần với chu trình cấp nhiệt đẳng tích ( hình 1- 6b ). Tuy nhiên ở hai loại động cơ, sau khi cháy phần lớn hỗn hợp quá trình cháy còn tiếp tục với độ cháy nhỏ kéo dài trên đường giãn nở do cháy nốt phần hỗn hợp chưa cháy gọi là cháy rớt. Cháy rớt chỉ làm nóng các chi tiết, hiệu quả sử dụng nhiệt thấp nên người ta cố gắng nghiên cứu và áp dụng các biện pháp để hạn chế cháy rớt như chọn góc phối khí và góc phun sớm hay đánh lửa sớm thích hợp, tận dụng xoáy lốc của môi chất trong quá trình nạp để hoàn thiện quá trình nạp và tăng tốc độ cháy.... - Quá trình giãn nở: Tiếp theo quá trình cháylà quá trình giãn nở sinh công ( từ điểm z đến điểm b’, hình 1-5a ). Thực ra đầu quá trình giãn nở còn có quá trình cấp nhiệt do cháy rớt. Mặt khác còn có hiện tượng trao đổi nhiệt giữa môi chất với thành vách các chi tiết. Vì vậy quá trình giãn nở là một quá trình nhiệt động phức tạp. Tương tự như quá trình nén, người ta coi gần đúng đây là một quá trình đa biến với chỉ số giãn số giãn nở đa biến n2. - Quá trình thải: Cuối quá trình giãn nở, xupáp thải được mở tại điểm b’ ( hình 1- 5a ) tương ứng với góc j3 ( hình 1-5b ) trước ĐCD nhằm lợi dụng đọ chênh áp trong xilanh với đường thải tự do một lượng đáng kể khí đã cháy. Góc j3 được gọi là góc mở sớm xupáp thải. Tiếp theo, do piston đi lên, khí cháy được thải cưỡng bức qua xupáp ra ngoài. Do tổn thất khí động khi qua xupáp thải, áp suất trong quá trình thải cao hơn so với áp suất trên đường thải pt. Nếu áp suất áp suất pt càng cao, công bơm trong quá trình thải cao hơn trong quá trình thải càng lớn mặt mặt khác khí sót càng nhiều sẽ làm bẩn môi chất công tác của chu trình tiếp theo. Vì vậy người ta cố gắng tìm các biện pháp giảm pt như chọ các góc mở sớm xupáp thải và thiết kế đường thải hợp lý. Muốn lợi dụng quán tính của diòng khí thải để thải sạch thêm, cuối quá trình thải, xupáp thải không đống tại điểm ĐCT mà đóng tại r’ ( hình 1-5a ) sau ĐCT tương ứng với góc j4 ( hình 1-5b ) tức là ở đầu quá trình nạp của chu trình tiếp theo. Nhưvậy cuối quá trình thải và đầu quá trình nạp, cả hai xupáp nạp và thải đều mở trong khoảng j1 + j4 - gọi là góc trùng điệp ( hình 1-5b ). do chênh áp nhỏ và tiết diện thông qua của xupáp nạp còn rất nhỏ nên lượng khí thải lọt vào đường nạp không đáng kể. - Tóm lại, một chu trình làm việc của động cơ 4 kỳ tương ứng với 4 hành trình của piston gồm có các quá trình đã xét ở trên. Để thải sạch và nạp đầy, phải lựa chọn các góc mở sớm, đóng muộn của các xupáp - còn gọi là pha phối khí - hợp lý. Pha phối khí cũng như góc phun sớm ( động cơ điêzen ) hay dấnh lửa sớm ( động cơ xăng) tối ưu thường được lựa chọn bằng thực nghiệm. ã Nguyên lý làm việc của động cơ 2 kỳ - Chu trình làm việc của động cơ 2 kỳ, động cơ điêzen cũng như động cơ xăng, được thực hiện sau 2 hành trình của piston. Tuy nhiên chỉ có các quá trình nạp, giãn nở và thải có một số điểm khác biệt còn quá trình cháy vẫn giống như động cơ 4 kỳ. Do đó, dưới đây chỉ trình bày tóm tắt diễn biến các quá trình trong động cơ 2 kỳ trên cơ sơ một số mô hình đơn giản trình bày trên hình 1-7 mà không trình bày tỷ mỷ như động cơ 4 kỳ. Diễn biến các quá trình: - Hành trình I: Piston di chuyển từ ĐCT đến ĐCD, khí đã chảy và đang cháy trong xilanh giãn nở và sinh công. Khi piston mở cửa thải mở cửa thải A, khí cháy có áp suất cao được thải ra đường thải. Từ piston mở cửa quét B cho đến khi đến ĐCD, khí nạp mới có áp suất cao vào xilanh động thời quét khí đã cháy ra cửa A. Như vậy trong hành trình I gồm các quá trình: Cháy giãn nở, thải tự do, quét khí và nạp khí mới. - Hành trình II: Piston di chuyển từ ĐCD đến ĐCT, quá trình quét nạp vẫn tiếp tục cho đến khi piston đống cửa quét B. Từ cho đến khi piston đống cửa thải A, môi chất trong xilanh bị đẩy qua cửa thải ra ngoài, vì vậy giai đoạn này gọi là giai đoạn lót khí. Tiếp theo là quá trình nén bắt đầu từ piston đóng cửa thải A cho tới khi nhiên liệu phun vào xilanh ( đọng cơ điêzen ) hoặc bugi ( động cơ xăng ) bật tia lởa điện. sau một thời gian cháy trễ trất ngắn các quá trình cháy sẽ xảy ra. Như vậy trong hành trình II gồm có: Quét và nạp khí, lọt khí, lọt khí, nén và cháy. Theo cách tổ chức quét khí, người ta phân biệt các loại quét khác nhau. Nếu quét như hình 1 - 7 và 1- 8a qua cửa thải gọi là quét vòng, còn như hình 1- 8b quét xupáp thải và qua piston đổi hình như hình 1 - 8c gọi là quét thẳng. So với quét vòng, dòng khíquét thẳng ít bị ngoặt nên chất lượng quá trình nạp tốt hơn. đặc điểm của độn cơ 2 kỳ là khí nạp mới phải có áp sất pk đủ lớn để quét khí cháy ra đường thải có áp suất pt. Thông thường ngươi ta thiết kế máy nén khí riêng biệt lắp trên động cơ hoặc tận dụng không gian bên dưới piston - hộp trục khuỷu để nén khí nạp như một vài động cơ xăng cỡ nhỏ, hình 1-9. ã Nguyên lý làm việc của động cơ tăng áp. Một phương pháp rất hiệu quả để tăng công suất động cơ là tăng lượng môi chất nạp bằng cách nén môi chất trước khi nạp vào xilanh. phương pháp này gọi là tăng áp động cơ. khi nén, cùng với áp suất, nhiệt độ của môi chất tăng. một số động cơ được trang bị một bộ phận làm mát khí nén trước khi nạp vào đọng cơ gọiu là bộ p-hận làm mát trùng gian để nạp được nhiều hơn. Sau đây là một số phương páp tăng áp chủ yếu. - Tăng áp cơ khí: Máy nén 3 được truyền động từ trục của động cơ 1, hình 1- 10a. Phương pháp này có ưu điểm là khi số quay của đọng cơ thay đổi đột ngột, máy nén vẫn cung cấp cho động cơ lượng môi chất cần thiết. Tuy nhiên chính vì được dẫn động từ động cơ nên lượng khí nén chỉ phụ thuộc vào tốc độ vòng quay của động cơ dẫn tới nhược điểm là máy nén không cung cấp lượng khí nén phù hợp cho đọng cơ khi tải trọng thay đổi. - Tăng áp kiểu tuabin - máy nén. theo phương pháp này ( hình 1 - 10b ) khí thải của động cơ dẫn động vào tuabin 8 sinh công làm máy nén 3. Tốc độ vòng quy của tuabin máy nén có thể tới 100.000 v/ ph. phương pháp này tận dụng thêm được năng lượng của khí thải. Nhưng khí tốc độ vòng quay động cơ thay đổi đột ngột, do quán tính của tuabin - máy nén nên máy không cung cấp được lượng không khí cần thiết. Mặt khác, ở chế độ vòng quay nhỏ và tải nhỏ, công của tuabin không đủ cho máy làm việc bình thường. - Tăng áp hỗn hợp. hình 1-11 miêu tả sơ đồ động cơ tăng áp hỗn hợp. máy nén được dẫn động khong những từ động cơ mà con từ tuabin. phương pháp này khắc phục được nhược điểm cơ bản của hai phương pháp đã trình bày ở trên. Động cơ được cung cấp khí nén phù hợp hơn tại các chế độ tải trọng và tốc độ vòng quay khác nhau, kể cả khi tốc độ thay đổi đột ngột. Sử dụng như là công có ích của các hệ thống. trong thực tế còn có một số phương pháp khác như tăng áp bằng cách tận dụng sóng áp suất trên đươngf nạp, tăng áp dùng khí thải giãn nở để nén khí nạp ( COMPREX ).... ã Nguyên lý làm việc của động cơ nhiều xilanh. Trong hầu hết các động cơ nhiều xilanh, kích thước các chi tiết của các xilanh như nhau nên quá trình làm việc của xilanh cũng giống nnhau chỉ khác về pha. Điều này, phụ thuộc vào việc bố trí tương quan giữa các xilanh của ngươi thiết kế. việc bố trí này theo những nguyên tắc sau: - Bảo đảm cho mômen của động cơ trong một chu trình đồng đều nhất. Theo nguyên tắc này động cơ một hàng xilanh người ta bố trí sao cho góc công tác giữa hai xilanh j làm việc liên tiếp ( tính theo góc quay trục khuỷu ) đều như nhau. - Không để tải trọng tập trung quá nhiều vào một hoặc một số cổ nào đó để trục có sức bền đồng đều. - Trục khuỷu phải có dạng._.