›
›

Giáo trình Cơ khí nông nghiệp - Cù Ngọc Bắc

pdf 314 trang ngocly 3230
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Cơ khí nông nghiệp - Cù Ngọc Bắc", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_co_khi_nong_nghiep_cu_ngoc_bac.pdf

Nội dung text: Giáo trình Cơ khí nông nghiệp - Cù Ngọc Bắc

  1. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM Chủ biên: ThS. CÙ NGỌC BẮC ThS. HÀ VĂN CHIẾN - ThS. VŨ ĐỨC HẢI GIÁO TRÌNH CƠ KHÍ NÔNG NGHIỆP (Dùng cho sinh viên hệ đại học thuộc chuyên ngành Nông học, Khuyến nông, Phát triển Nông thôn, Sư phạm kỹ thuật Nông nghiệp) NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - 2008 1
  2. LỜI NÓI ĐẦU Cơ sở để nâng cao năng suất lao động trong nông nghiệp là áp dụng cơ giới hóa tổng hợp và sử dụng các phương tiện tự động, áp dụng các hệ thống máy phù hợp với điều kiện của ừng vùng sản xuất. Trong ngành trồng trọt ở Việt Nam hiện nay, việc sử dụng máy nông nghiệp trong một khâu hay một Hệ thống máy canh tác cho các loại cây trồng rất phổ biến. Việc áp dụng hệ thống máy hiện đại có ý nghĩa quyết định trong việc nâng cao sản lượng cây trồng, hạ giá thành sản phẩm, giảm nhẹ lao động và nâng cao năng suất lao động. Tuy nhiên việc cơ giới hóa trồng trọt và thu hoạch phải phù hợp với điều kiện thiên nhiên và điều kiện canh tác của từng vùng nông nghiệp cụ thể. Chính vì vậy nội dung của cuốn giáo trình Cơ khí Nông nghiệp giới thiệu cấu tạo của một số loại máy và thiết bị cơ khí nông nghiệp có thể sử dựng phù hợp cho vùng đồng bằng, trung du và miền núi. Giáo trình Cơ khí Nông nghiệp được biên soạn theo chương trình đào tạo dành cho sinh viên đại học các ngành Trồng trọt, Sư phạm kỹ thuật nông nghiệp, Khuyên nông, Phát triển nông thôn, Kinh tê nông nghiệp v.v Giáo trình gồm 2 Phần: - Phần I - Động lực trong nông nghiệp. - phần II - Máy nông nghiệp. Trong phần I chúng tôi giới thiệu cấu tạo của một số dạng động lực dùng trong nông nghiệp như động lực di động và động lực tĩnh tại, những kiến thức cơ bản về bảo dưỡng - sửa chữa một số loại máy kéo vừa và nhỏ. Trong phần II chúng tôi giới thiệu cấu tạo, cách sử dụng của các loại máy trong hệ thống máy canh tác, trong hệ thống máy thu hoạch và sau thu hoạch. Ngoài ra còn giới thiệu cách lính toán một số chỉ tiêu Kinh tế - Kỹ thuật của liên hợp máy nông nghiệp. Giáo trình này do ThS. Cù Ngọc Bắc làm chủ biên và phân công biên soạn như sau: Trong phần I: chương I, chương do ThS. Cù Ngọc Bắc biên soạn, chương III do ThS. Vũ Đức Hải biên soạn. Trong phần: chương IV do ThS. Cù Ngọc Bắc biên soạn, chương V và chương VI do ThS. Cù Ngọc Bắc và ThS. Hà Văn Chiến cùng biên soạn. Để biên soạn cuốn giáo trình này chúng tôi đã hết sức cố gắng, tuy nhiên sẽ không thể tránh khỏi có những thiếu sót. Rất mong nhận được những lời góp ý quý báu của độc giả. Nhóm tác giả 2
  3. Phần I ĐỘNG LỰC TRONG NÔNG NGHIỆP 3
  4. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG LỰC TRONG NÔNG NGHIỆP Trong sản xuất nông nghiệp hiện nay thường dùng hai loại động lực: động lực di động và động lực tĩnh tại. Động lực di động là động lực chuyển động trong quá trình làm việc như máy kéo các loại và ô tô. Động lực tĩnh tại là động lực cố định tại một chỗ khi làm việc và truyền động năng cho các máy canh tác như động cơ điện, động cơ nổ tĩnh tại, động cơ sử dụng sức gió, nước v.v 1. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY KÉO Máy kéo là động lực đi động, có thể chạy trên địa hình phức tạp và có lực kẻo ở móc lớn. Máy kéo có công dụng rất lớn trong sản xuất nông nghiệp dùng để kẻo máy nông nghiệp loại treo và móc, có trục trích công suất của máy kéo để truyền chuyển động quay cho các bộ phận làm việc của máy nông nghiệp, đùng để làm đất, gieo trồng, chăm sóc, bảo vệ cây trồng, thu hoạch, chuyên chở nông sản, phân bón, san ủi cải tạo đồng ruộng máy kéo còn dùng để truyền động cho những máy tĩnh tại như bơm nước, xay xát, đập lúa Máy kéo là loại máy phức tạp gồm nhiều cơ cấu, hệ thống khác nhau, có tác động lẫn nhau. Cấu trúc và phân bố những cơ cấu và hệ thống này có thể khác nhau, nhưng về nguyên tắc cấu tạo và nguyên lý làm việc của chúng giống nhau. Cấu tạo chung của máy kéo có thể chia làm các phần chính sau đây: động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống chuyển động. cơ cấu điều khiển, các trang bị làm việc và trang bị phụ. a. Cầu sau chủ động; b. Hai cầu chủ động 1. Động cơ; 2. Ly hợp chính; 3. Truyền lực trung gian; 4. Hộp số: 5. Truyền lực chính; 6. Bộ vi sai; 7. Truyền lực cuối cùng; 8. Bán trục; 9. Cầu sau chủ động; 10. Hộp phân chia; 11.Truyền lực các đăng; 12. Truyền lực chính cầu trước; 13. Bộ vi sai; 14. Truyền lực cuối cùng; Sơ đồ các bộ phận chính của máy kéo trình bày trên hình 1.1 gồm có: động cơ 1, ly hợp chính 2, truyền lực trung gian 8, hộp số 4, truyền lực chính 5, bộ vi sai 6 4
  5. và bộ phận truyền lực cuối cùng 7 với các bán trục 8. Bộ phận truyền lực chính, bộ vi sai và bộ phận truyền lực cuối cùng của máy kéo bánh thường đặt trong một thân chung. Nhóm cơ cấu này gọi là cầu sau chủ động của máy kéo. 1.1. Động cơ Động cơ dùng để biến nhiệt năng của nhiên liệu cháy trong xilanh thành công cơ học (cơ năng) tác động lên trục khuỷu và truyền đến phần truyền lực của máy kéo. Động cơ gồm có những cơ cấu và hệ thống chính sau đây: * Cơ cấu biên tay quay: dùng để thực hiện chu trình làm việc của động cơ và biến chuyển động tịnh tiến của piston trong xilanh thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu. * Cơ cấu phân phối khí: dùng để nạp không khí sạch vào xilanh, đồng thời đẩy khí cháy ra khỏi động cơ vào những thời điểm xác định, theo đúng trật tự làm việc của động cơ. * Hệ thống cung cấp nhiên liệu: có nhiệm vụ cung cấp hỗn hợp đất hoặc không khí và nhiên liệu vào xilanh động cơ. * Hệ thống bôi trơn: có nhiệm vụ cung cấp liên tục dầu nhờn sạch đến bề mặt làm việc các chi tiết máy của động cơ với một lượng cần thiết, với một áp suất và nhiệt độ nhất định. * Hệ thống làm mát: dùng để thu nhiệt lượng từ các chi tiết của động cơ bị nóng lên trong quá trình làm việc và truyền ra ngoài, nhằm giữ cho động cơ làm việc ở chế độ nhiệt tốt nhất. * Hệ thống khởi động: dùng để thực hiện việc khởi động động cơ chính được dễ dàng. 1.2. Phần truyền lực Phần truyền lực máy kéo gồm một loạt các cơ cấu, bộ phận dùng để truyền lực từ động cơ đến bánh chủ động và cho phép thay đổi trị số của lực đó, cũng như chiều chuyển động quay tuỳ thuộc điều kiện làm việc của máy kéo. Nhiệm vụ các cơ cấu, bộ phận trên hệ thống truyền lực máy kéo: * Ly hợp chính: dùng để nối êm dịu và ly khai một cách nhanh chóng động cơ làm việc (trục khuỷu) với phần truyền lực (trục hộp sốt. * Truyền lực trung gian: (còn gọi là truyền lực các đăng) dùng để truyền chuyển động quay (mômen quay) từ trục khuỷu (hoặc trục ly hợp chính) đến trục sơ cấp hộp số. * Hộp số: dùng để thay đổi tốc độ chuyển động của máy kéo, đồng thời thay đổi lực kẻo của nó và bảo đảm cho máy kéo có thể chạy lùi hoặc cắt truyền động từ động cơ đến các bộ phận truyền động cho bánh chủ động khi cán đừng máy kéo lâu. 5
  6. * Truyền lực chính: dùng để tiếp tục giảm số vòng quay của trục truyền động với mục đích làm tăng mômen quay truyền đến các bánh chủ động. * Bộ vi sai: dùng để làm cho hai bánh chủ động có thể quay với tốc độ khác nhau, nhằm đảm bảo cho máy kéo quay vòng được dễ đàng. * Truyền lực cuối cùng: để giảm tốc độ quay và tăng mômen quay truyền đến các bánh chủ động của máy kéo lần cuối cùng. 1.3. Phần di động và cơ cấu lái * Phần di động: gồm các bánh chủ động và bánh hướng dẫn máy kéo bánh lốp. Với máy kéo xích phần di động bao gồm bánh sao chủ động (cầu chủ động) hệ thống bánh đỡ và đè xích, bánh dẫn và dải xích. * Cơ cấu lái: dùng để thay đổi hướng chuyển động của máy kéo. Với máy kéo bánh lốp cỡ lớn cơ cấu lái có chức năng thay đổi hướng di chuyển của bánh dẫn hướng để thay đổi hướng di chuyển của xe. Với máy kéo bánh lốp cỡ nhỏ và máy kéo xích cơ cấu lái bao gồm các ly hợp chuyển hướng và phanh hãm hỗ trợ cho quá trình chuyển hướng. * Phanh hãm: dùng để giảm tốc độ di chuyển của xe khi cần thiết, hỗ trợ cho quá trình ra vào số (máy kéo xích), hỗ trợ xe khi cần quay vòng gấp và khi bị sa lầy (máy kéo bánh hơi và bánh xích). 1.4. Các trang bị làm việc và hệ thống điện * Hệ thống nâng hạ thuỷ lực: bảo đảm treo máy nông nghiệp vào máy kéo, hạ máy nông nghiệp xuống vị trí làm việc và nâng lên vào vị trí đi đường. Ngoài nhiệm vụ chính, các bộ phận của hệ thống nâng hạ thuỷ lực còn có thể sử dụng để làm các công việc phụ khác (nâng máy kéo, điều khiển các bộ phận làm việc của máy nông nghiệp móc ). * Trục thu công suất: dùng để truyền động cho các bộ phận làm việc của máy nông nghiệp móc vào máy kẻ0, cũng như để truyền động cho máy khi làm việc tĩnh tại. Hình 1.2. Các phần chính của ôtô * Hệ thống điện: bao gồm hệ thống chiếu 1. Động cơ; 2. Bánh dẫn hường; sáng và báo hiệu, hệ thống đốt cháy (dùng để đốt 3. Ly hợp chính; 4. Hộp số; 5 Truyền lực cháy hỗn hợp làm việc trong động cơ khởi động) các đăng; 6. Bánh chủ động; 7. Hộp vi sai; 8. Truyền lực trung ương và hệ thống khởi động động cơ bằng điện. 6
  7. 2. CÁC PHẦN CHÍNH CỦA ÔTÔ Ô tô là loại xe có động cơ tự chuyển động trên đường bộ có vận tốc lớn dùng để chuyên chở hành khách, hàng hoá và kẻo rơ moóc. Về cơ bản, những cơ cấu và hệ thống của mô và sự phân bố chúng giống như những cơ cấu và hệ thống của máy kéo bánh lốp. mô dùng động cơ đất trong gồm các phần chính sau đây: động cơ, khung xe, thùng xe, các trang bị làm việc và trang bị phụ (hình 1.2). Động cơ thô không những truyền lực cho bánh xe chủ động làm cho mô chuyển động mà có khi còn được dùng làm những việc phụ như nâng thùng xe ở mô tự đổ nâng vật liệu hàng hóa ở mô cần cẩu Khung xe ôm dùng để lắp những hệ thống truyền lực, hệ thống chuyển động, cơ cấu điều khiển. Thùng xe và buồng lái được đặt trên khung xe dùng để chỗ hành khách hoặc để chứa bàng hóa và để chỗ cho người lái. Các trang bị làm việc và trang bị phụ của mô gồm bộ phận móc rơ moóc, móc tời các dụng cụ kiểm tra, bơm bánh xe, những trang bị sưởi ấm, quạt gió 3. CÁC DẠNG ĐỘNG LỰC TĨNH TẠI TRONG NÔNG NGHIỆP Động lực tĩnh tại dùng trong nông nghiệp bao gồm 2 dạng chính là: động cơ nổ tĩnh tại và các dạng động cơ điện. Động cơ nổ tĩnh tại thường dùng gồm động cơ điêzen 4 kỳ với công suất nhỏ từ 4 - 20 mã lực, động cơ xăng 2 và 4 kỳ. Động cơ xăng 4 kỳ dùng cho các loại máy phun thuốc đặt tại chỗ, máy phát điện. Động cơ điêzen và động cơ điện thường dùng cho các loại máy như bơm nước, xay, xát, nghiền và các loại máy thái, trộn dây chuyền chế biến thức ăn và trong trang trại chăn nuôi. Chương I ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN ÔTÔ MÁY KÉO 1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1. Giới thiệu chung 1.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển của động cơ Động cơ đầu tiên của loài người ra đời vào năm 1784 do Giêm Oát phát minh ra vì đó là một động cơ sử dụng hơi nước. Tuy công suất của động cơ này mới chỉ có 20 mã lực, hiệu suất làm việc của động cơ mới chỉ đạt 2 - 2,5% nhưng nó đã đánh dấu một giai đoạn mới trong việc sử dụng năng lượng. 7
  8. Đến năm 1867 ông và Lăng ghen đã chế tạo ra động cơ đất trong hai kỳ đầu tiên công suất của loại động cơ này đạt 10 - 12% vượt xa so với loại động cơ hơi nước đương đại. Năm 1877 hai nhà phát minh này lại phát minh ra động cơ đốt trong 4 kỳ đầu tiên. Cả hai loại động cơ 2 và 4 kỳ đầu tiên đều sử dụng nhiên liệu dạng khí ga, hỗn hợp đố được đốt cháy bằng tia lửa điện. Sau đó năm 1885 Đămle đã chế tạo ra loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu lỏng (xăng), loại động cơ này có kết cấu nhỏ gọn được đặt là xe và những chiếc xe ôm đầu tiên đã được chế tạo. Đến năm 1897 Điêzen phát minh thành công chiếc động cơ đầu tiên sử dụng nhiên liệu là dầu điêzen, loại động cơ này có tỷ số nén cao, hỗn hợp đốt được nén lại với áp suất cao nên có nhiệt độ cao và tự bốc cháy, do vậy động cơ này không có hệ thống điện cao áp. Từ đó động cơ đất trong ngày càng được cải tiến, hiệu suất, công suất của động cơ ngày càng được nâng cao. Đến nay hiệu suất của động cơ có thể đạt trên 45%, công suất của động cơ đạt đến hàng chục nghìn mã lực. 1.1.2. Nguyên lý làm việc chung, phân loại động cơ nhiệt đới trong 1.1.2.I. Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt Nguyên lý làm việc chung của động cơ nhiệt là sử dụng đặc tính co giãn của không khí khi nhiệt độ thay đổi để chuyển hoá từ Hình 1.3. Sơ đồ thí nghiệm nhiệt thành công cơ năng. Để chứng minh 1.Cốc hình trụ (xilanh); nguyên lý này ta thực hiện thí nghiệm như sau: 2. Quả cân đặt trong piston. Ta sử dụng một cốc thủy tinh dạng hình trụ, bên trong cốc có đặt một piston. Piston có khả năng kín khít với thành cốc và trượt được theo thành cốc. Piston có trọng lượng là P, ban đầu trong cốc có không khí, đo trọng lượng nên piston bị kéo xuống phía dưới nén không khí trong cốc lại piston sẽ dừng lại tại vị trí khi áp suất của không khí trong cốc cân bằng với trọng lượng của piston. Sau đó ta dùng ngọn lửa đèn cồn đốt dưới đáy cốc Sau một khoảng thời gian thì nhiệt từ ngọn lửa truyền vào không khí trong cốc làm nhiệt độ không khí trong cốc nóng lên, không khí giãn nở (áp suất tăng lên) sẽ đẩy piston di chuyển ngvợc lên phía trên. Như vậy sự giãn nở vì nhiệt của không khí đã thực hiện một công cơ học, đây là nguyên lý làm việc chung của động cơ nhiệt đất trong. Do các loại nhiên liệu có đặc tính khác nhau: xăng và dầu điêzen có khả năng bốc hơi khác nhau vì vậy phương pháp để tạo thành hỗn hợp đốt được thực hiện khác nhau. Do vậy trình tự làm việc của mỗi loại động cơ khác nhau, thể hiện trên sơ đồ các bước thực hiện chu trình làm việc của hai loại động cơ xăng và điêzen (hình 1.4). 8
  9. 1.1.2.2. Phân loại động cơ nhiệt Trước hết ta biết rằng động cơ nhiệt là loại động cơ sử dụng các nguồn nguyên, thiên liệu có trong thiên nhiên, các dạng nguyên nhiên liệu này sẽ được chuyển hoá hành nhiệt năng sau đó từ nhiệt năng sẽ chuyển hoá thành cơ năng. Từ đây ta có thể nhân loại động cơ nhiệt dựa vào những chỉ tiêu như: * Dựa vào dạng nguyên nhiên liệu: - Động cơ sử dụng nguyên liệu rắn như củi, than đá - Động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng như xăng, dầu điêzen, dầu hoả - Động cơ sử dụng nhiên liệu khí như khí ga, hơi đất, hiđro - Động cơ sử dụng đa nhiên liệu. * Dựa vào phương pháp tạo thành và đốt cháy hỗn hợp đất: - Động cơ tạo thành hỗn hợp đốt ở bên ngoài xilanh. - Động cơ tạo thành hỗn hợp đốt ở bên trong xilanh. - Động cơ đốt cháy hỗn hợp đốt bằng tia lửa điện, bằng mồi điện. - Động cơ có hỗn hợp đất tự cháy. * Dựa vào kiểu động cơ - Động cơ kiểu phản lực (phản lực thông thường và phản lực dùng nguyên liệu lỏng). - Động cơ kiểu tua bin. - Động cơ kiểu piston: 9
  10. + Kiểu piston chuyển động tịnh tiến. + Kiểu piston quay (Walken). * Dựa vào chu trình làm việc: - Động cơ 2 kỳ. - Động cơ 4 kỳ. - Động cơ có chu truất nhiệt đẳng tích, đẳng áp * Dựa vào các chỉ tiêu khác: - Động cơ quay trái, quay phải. - Động cơ đặt tĩnh tại, di động * Dựa vào số xilanh, phương pháp bố trí xilanh: - Động cơ một hay nhiều xilanh. - Động cơ nhiều xilanh xếp thành một hàng thẳng, xếp thành hình chữ V, dạng hình sao. 1.1.3. Các thông số cơ bản của động cơ - Điểm chết trên (ĐCT): là điểm mà khoảng cách từ đáy piston đến tâm trục cơ là xa nhất (lúc này tay biên và trục cơ thẳng hàng nhau). - Điểm chết dưới (ĐCD): là điểm mà khoảng cách từ đáy piston đến tâm trục cơ là gần nhất (lúc này tay biên và trục cơ trùng nhau). - Hành trình của piston (S): là khoảng cách giữa hai điểm chết S = 2R. - Thể tích buồng đốt (Vc): là khoảng không gian được giới hạn bởi nắp xilanh, xilanh và đáy của piston khi piston ở ĐCT. - Thể tích làm việc của xilanh (Vh): là khoảng không gian của xilanh giới hạn giữa hai điểm chết (ĐCT và ĐCD): Trong đó: - d: đường kính xilanh. - S: hành trình của piston S = 2R. - R: bán kính tay quay của trục cơ. - Thể tích toàn phần (toàn bộ) của xilanh (Va): là tổng thể tích làm việc và thể tích buồng đốt. Va = Vh + Vc - Tỷ số nén (tỷ lệ nén) (ε): là tỷ số giữa thể tích toàn phần và thể tích buồng 10
  11. đốt (số lần giảm thể thể tích khi piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT). Như vậy ε là số luôn > 1, nó cho biết không khí hoặc hỗn hợp bị nén ép ở trong xilanh bao nhiêu lần khi piston chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT ở kỳ nén. Tỷ số nén ε càng cao thì động cơ có khả năng phát huy công suất lớn (tiết kiệm nhiên liệu). Song mỗi loại động cơ chỉ có thể nâng tỷ số nén đến trị số giới hạn. Động cơ xăng ε = 6 - 10,5 lần, động cơ điezen ε = là - 24 lần. - Chu trình công tác (làm việc): là tổng thời gian để động cơ để thực hiện được một lần các công việc: nạp - nén - nổ - xả. - Kỳ: là một phần của chu trình công tác tương ứng với khoảng thời gian khi piston di chuyển từ điểm chết nọ đến điểm chết kia. 1.2. Chu trình làm việc của động cơ nhiệt đốt trong một xilanh 1.2.1. Động cơ 4 kỳ 1.2.1.1. Động cơ xăng 4 kỳ a. Định nghĩa: động cơ xăng 4 kỳ là loại động cơ nhiệt đất trong kiểu piston chuyển động tịnh tiến có chu trình làm việc thực hiện trong 4 kỳ tương ứng với 4 lần dịch chuyển lên xuống của piston (2 vòng quay của trục cơ), có nhiên liệu sử 11
  12. dụng là xăng. b. Đặc điểm cấu tạo và hoạt động: - Hỗn hợp đốt được tạo thành bên ngoài xilanh của động cơ nhờ bộ chế hoà khí. Hỗn hợp đốt được nạp vào trong xilanh ở kỳ nạp vì vậy với động cơ xăng lý số nén không cao (6 ÷ 10,5 lần). - Phương pháp đốt cháy hỗn hợp đốt: đốt cháy cưỡng bức nhờ tia lửa điện cao áp. - Để hoàn thành một chu trình công tác piston dịch chuyển 4 lần lên xuống trong xilanh của động cơ, tương ứng với hai vòng quay của trục cơ. c. Chu trình làm việc: * Hành trình thứ nhất (kỳ nạp): Piston dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, xupap nạp mở, xupap xả đóng, thể tích trong xilanh tăng dần, áp suất giảm dần đạt độ chân không 0,25 - 0,35 Kg/cm2. Do có sự chênh lệch áp suất giữa môi trường và trong xilanh, không khí sẽ đi qua bầu lọc không khí tạo thành không khí sạch, khi qua bộ chế hoà khí sẽ tạo thành hỗn hợp đốt nạp vào trong xilanh của động cơ, kỳ nạp kết thúc áp suất hỗn hợp đất trong xilanh đạt 0,70 - 0,90 Kg/cm2, nhiệt độ 300 - 4000K (T0k = t0c + 273). * Hành trình thứ hai (kỳ nén): Piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, cả hai xupap đều đóng. Thể tích trong xilanh giảm dần, áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp đốt tăng dần. Cuối quá trình nén áp suất của hỗn hợp đất đạt 7 - 9 Kg/cm2 và nhiệt độ T = 500 - 7000K. Khi piston gần đến ĐCT, cách khoảng 15 - 450 tính theo góc quay của trục cơ, thì buổi bật tia lửa điện cao áp để đốt cháy hỗn hợp đốt (góc đốt sớm). - Hành trình thứ ba (kỳ giãn nở sinh công): Lúc này cả 2 xupap đều đóng kín, hỗn hợp đốt bị đốt cháy hoàn toàn trong thể tích buồng đốt, áp suất và nhiệt độ của khí cháy sẽ tăng lên một cách đột ngột, P: 30 - 50 Kg/cm2, nhiệt độ T = 2200 - 27000K, sẽ tạo thành áp lực tác động vào đáy piston đẩy piston đi từ ĐCT xuống ĐCD thông qua tay biên đẩy trục cơ quay thực hiện quá trình sinh công (thời kỳ này nhiệt năng được biến thành cơ năng nên gọi là kỳ sinh công). Cuối quá trình giãn nở sinh công áp suất và nhiệt độ trong xilanh giảm xuống, P = 3 - 5 kg/cm2, T = 1500 - 18000K. * Hành trình thứ tư (kỳ xả): Ở kỳ này piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, xupap xả mở, xupap nạp đóng, do áp suất khí còn dư ở cuối kỳ sinh công một phần sản phẩm khí cháy tự 12
  13. thoát ra ngoài, phần còn lại sẽ bị piston dồn ra ngoài qua cửa xả. Cuối quá trình xả P = 1,1- 1,15 Kg/cm2, T = 900 - 12000K. Sau đó động cơ lại tiếp tục thực hiện một chu trình làm việc mới, cứ như vậy động cơ sẽ làm việc liên tục. 1.2.1.2. Động cơ điezen 4 kỳ a. Định nghĩa: động cơ điêzen 4 kỳ là loại động cơ nhiệt đốt trong kiểu piston chuyển động tịnh tiến có chu trình làm việc thực hiện trong 4 kỳ tương ứng với 4 lần dịch chuyển lên xuống của piston (2 vòng quay của trục cơ), có nhiên liệu sử dụng là dầu điêzen. b. Đặc điểm cấu tạo và hoạt động - Ở kỳ nạp động cơ chỉ nạp không khí sạch, vì vậy loại động cơ này có khả năng nén đến nhiệt độ và áp suất cao hơn động cơ xăng. - Hỗn hợp đất được tạo thành ngay bên trong xilanh của động cơ ở cuối kỳ nén vào thời điểm này kim phun phun tơi nhiên liệu vào trong buồng đất (góc phun sớm), nhiên liệu hoà trộn với không khí tạo thành hồn hơn đất. - Phương pháp đốt cháy: hỗn hợp đất tự bốc cháy do bị nén lại tới áp suất và nhiệt độ cao. - Để hoàn thành một chu trình công tác piston dịch chuyển 4 lần lên xuống trong xilanh tương ứng với hai vòng quay của trục cơ. c. Chu trình làm việc: * Hành trình thứ nhất (kỳ nạp): Piston dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, xu nạp nạp mở, xupap xả đóng, thể tích trong xilanh tăng dần, áp suất giảm dần, P = 0,25 - 0,35 kg/cm2. Do có sự chênh lệch áp suất giữa môi trường và trong xilanh không khí sẽ đi qua bầu lọc không khí tạo thành không khí sạch qua cửa nạp nạp đầy cho xilanh, cuối kỳ nạp áp suất không khí trong xilanh đạt P: 0,75 - 0,95 kg/cm2, nhiệt độ 300 - 4000K. * Hành trình thứ hai (kỳ nén): Piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, cả hai xupap đều đóng kín, thể tích trong xilanh giảm dần, áp suất và nhiệt độ của không khí sạch sẽ tăng dần. Cuối quá trình nén áp suất trong xilanh đạt P 30 - 40 kg/cm2, T = 750 - 10000K (với nhiệt độ này nhiên liệu có thể tự bốc cháy). Gần cuối quá trình nén, khi piston gần đến ĐCT, cách khoảng 4 - 150 tính theo góc quay của trục có thì nhiên liệu được phun với áp suất cao (110 - 180 kg/cm2) thành dạng sương mù qua đòi phun nhiên liệu vào buồng đốt. * Hành trình thứ ba (kỳ giãn nở sinh công): 13
  14. Do nhiên liệu phun vào buồng đốt, lúc đầu nó ở dạng hạt. Sau đó nhanh chóng bốc hơi hoà trộn với không khí có áp suất có và nhiệt độ lớn tạo thành hỗn hợp đất, nhiên liệu sẽ ma sát với không khí để tự bốc cháy. Nhiệt độ và áp suất của khí cháy sẽ tăng lên một cách đột ngột P = 50 - 80 kg/cm2, T = 1900 - 22000K, tạo thành áp lực đẩy piston đi từ ĐCT Xuống ĐCD thông qua tay biên đẩy trục cơ quay thực hiện quá trình sinh công. Cuối quá trình giãn nở sinh công áp suất và nhiệt độ trong xilanh giảm xuống P = 2,5 - 3 kg/cm2, T = 900 - 12000K. * Hành trình thứ tư (kỳ xả): Ở kỳ này piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, xupap xả mở, xupap nạp đóng, do áp suất khí còn dư ở cuối kỳ sinh công một phần sản phẩm khí cháy tự thoát ra ngoài, phần còn lại sẽ bị piston dồn ra ngoài qua cửa xả. Cuối quá trình xả P = 1,1- 1,15 Kg/cm2, T = 700 - 9000K. Sau đó động cơ lại tiếp tục thực hiện một chu trình làm việc mới, cứ như vậy động cơ sẽ làm việc liên tục. 1.2.2. Động cơ 2 kỳ 1.2.2.1. Động cơ xăng 2 kỳ a. Định nghĩa: động cơ xăng 2 kỳ là loại động cơ nhiệt đất trong kiểu piston chuyển động tịnh tiến có chu trình làm việc thực hiện trong 2 kỳ tương ứng với 2 lần dịch chuyển lên xuống của piston (l vòng quay của trục cơ), có nhiên liệu sử dụng là xăng. b. Đặc điểm cấu tạo và hoạt động: - Hỗn hợp đốt được tạo thành bên ngoài xilanh của động cơ. 14
  15. - Phương pháp đốt cháy: đốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa điện cao áp. - Hỗn hợp đốt được nạp và chứa ở đáy các te của động cơ, vì vậy để bôi trơn cho các chi tiết của động cơ phải pha dầu nhờn vào nhiên liệu nên loại động cơ này không có hệ thống bôi trơn độc lập. Nắp xilanh của động cơ chỉ có lỗ khoan để lắp buổi, các của nạp, thổi, xả được bố trí trên thành xilanh. Vị trí của các cửa theo độ cao từ trên xuống là: xả, thổi, nạp. - Đáy của piston và nắp xilanh có dạng cong lồi để dẫn hướng cho hỗn hợp đất và khí xả Cửa xả, cửa thổi, cửa nạp được piston trực tiếp đóng mở khi di chuyển vì vậy động cơ cũng không có hệ thống phân phối khí độc lập. Khoang đáy các te chỉ thông với bộ chế hoà khí và thông với khoang trên piston qua cửa thổi khi piston mở cửa này. Để hoàn thành một chu trình công tác piston sẽ dịch chuyển 2 lần lên xuống trong xilanh tương ứng với 1vòng quay của trục cơ. c. Chu trình làm việc: * Hành trình thứ nhất: (piston đi từ ĐCT xuống ĐCD) Giả sử piston đang ở ĐCT, lúc này ở phía trên của piston hỗn hợp đất đã cháy. Khoang đáy các te đã chứa đầy hỗn hợp đốt được nạp vào từ bộ chế hoà khí lúc này cửa xả đóng kín, cứa nạp mở. Khi buổi bật tia lửa điện đốt cháy toàn bộ hỗn hợp đất, áp suất và nhiệt độ của khí cháy sẽ tăng vọt tạo thành áp lực tác động vào đáy piston đẩy piston đi xuống thông qua tay biên đẩy trục cơ quay thực hiện quá trình sinh công. Trong quá trình đi xuống, đầu tiên piston mở cửa xả, đồng thời đóng cửa nạp, một phần sản phẩm khí cháy tự thoát ra ngoài qua cửa xả ra ngoài (xả thuần tuý khí cháy). Lúc này khoang đáy các te là khoang kín và có thể tích giảm dần, áp suất của hỗn hợp đốt tại đây tăng dần. Piston tiếp tục đi xuống mở cửa thổi hỗn hợp đốt trong buồng các te bị nén ép dồn qua cửa thổi, thổi lên phía trên, dồn sản phẩm khí cháy ra ngoài đồng thời nạp hỗn hợp đốt cho xilanh. Quá trình này tiếp tục diễn ra đến khi piston xuống đến ĐCD kết thúc kỳ thứ nhất. * Hành trình thứ hai: (piston di chuyển từ ĐCD lên ĐCT) Piston di chuyển lên khi chưa đóng cửa thổi, hỗn hợp đất vẫn tiếp tục dồn từ các te lên phía trên đẩy khí xả ra ngoài. Piston đi lên đầu tiên đóng cửa thổi kết thúc quá trình nạp hỗn hợp đốt lên phía trên tuy nhiên cửa xả chưa đóng nên hỗn hợp đốt và khí xả tiếp tục thoát ra ngoài (xả thuần tuý lần hai). Khoang đáy các te lúc này trở thành khoang kín, có thể tích tăng dần, áp suất giảm dần. Piston tiếp tục đi lên đóng cửa xả, đồng thời mở cửa nạp. Ở khoang phía trên của piston lúc này trở thành khoang kín có thể tích giảm dần, áp suất tăng dần, động cơ bắt đầu thực hiện quá trình nén. Ở khoang phía dưới của piston (đáy cácte) do có áp suất thấp hơn áp suất khí quyển nên hút hỗn hợp đốt từ bộ chế hoà khí và0, thực hiện quá trình nạp hỗn hợp đốt vào đáy các te. Ở khoang phía trên của piston nhiệt độ 15
  16. và áp suất của hỗn hợp đốt tăng dần. Gần cuối quá trình nén, khi piston lên gần đến ĐCT thì buổi sẽ bật tia lửa điện cao áp để đốt cháy hỗn hợp đất (cách ĐCT một góc 8 - 100 tính theo góc quay của trục cơ). Đồng thời lúc đó phía dưới piston, hỗn hợp đốt đã được nạp đầy vào buồng cácte, khi piston lên đến ĐCT động cơ đã kết thúc kỳ thứ hai lúc này động cơ hoàn thành một chu trình làm việc. Tiếp sau đó lại đến một chu trình làm việc mới, cứ như vậy động cơ sẽ làm việc liên tục. 1.2.2.2. Động cơ điêzen 2 kỳ a. Định nghĩa: động cơ điêzen 2 kỳ là loại động cơ nhiệt đất trong kiểu piston chuyển động tịnh tiến có chu trình làm việc thực hiện trong 2 kỳ tương ứng với 2 lần dịch chuyển lên xuống của piston ( 1 vòng quay của trục cơ), có nhiên liệu sử dụng là dầu điêzen. b. Đặc điểm cấu tạo và hoạt động: - Ở kỳ nạp động cơ chỉ nạp không khí sạch, vì vậy loại động cơ này có khả năng nén đến nhiệt độ và áp suất cao hơn động cơ xăng. - Hỗn hợp đốt được tạo thành ngay bên trong xilanh của động cơ ở cuối kỳ nén vào thời điểm này kim phun phun tơi nhiên liệu vào trong buồng đất, nhiên liệu hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp đốt. - Phương pháp đốt cháy: hỗn hợp đốt tự bốc cháy do bị nén lại tới áp suất và nhiệt độ cao. - Để hoàn thành một chu trình công tác piston dịch chuyển hai lần lên xuống 16
  17. trong xilanh tương ứng với một vòng quay của trục cơ. - Trên nắp xilanh chỉ gia công cửa xả (hai cửa xả), các cửa này được đóng mở bởi các xupap. - Cửa nạp được bố trí ở thành xilanh, để nạp đầy không khí và dồn khí xả ra ở trước cửa nạp động cơ điêzen bố trí một máy nén khí do vậy động cơ điêzen hai kỳ chỉ sản xuất loại động cơ có công suất lớn. c. Chu trình làm việc của động cơ: * Hành trình thứ nhất: giả sử piston đang ở điểm chết trên, lúc này cả hai xupap đều đóng kín. Trong xilanh không khí đã được nén lại, nhiên liệu đã được phun vào hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp đất, hỗn hợp đốt đã cháy. Hỗn hợp đốt cháy làm nhiệt độ của khí cháy tăng đột ngột, khí cháy giãn nở tác động vào đáy piston một lực đẩy piston di chuyển xuống ĐCD, thông qua tay biên đẩy trục cơ quay thực hiện quá trình sinh công. Piston di chuyển xuống sẽ thở cửa nạp, đồng thời ở phía trên cả 2 xupap xả đều mở, quá trình sinh công kết thúc. Không khí sạch từ máy nén khí thổi vào trong xilanh dồn khí xả ra ngoài, quá trình này tiếp tục diễn ra đến khi piston xuống đến ĐCD kết thúc kỳ thứ nhất. * Hành trình thứ hai: ở kỳ này piston di chuyển từ ĐCD lên ĐCT, trước khi piston đóng cửa nạp ở phía trên không khí sạch tiếp tục nạp vào và dồn khí xả ra ngoài. Đến khi piston đóng cửa nạp, đồng thời ở phía trên cả hai xupap xả đồng thời đóng lại. Khoang xilanh lúc này trở thành khoang kín có thể tích giảm dần, áp suất và nhiệt độ của không khí tăng dần động cơ thực hiện quá trình nén. Trước khi piston lên đến ĐCT cách điểm chết trên một góc 4 - 150 lúc này kim phun phun tơi nhiên liệu vào trong buồng đốt, nhiên liệu hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp đất do nhiệt độ của hỗn hợp đốt cao nên tự bốc cháy, quá trình cháy diễn ra đến khi piston lên đến ĐCT, kết thúc một chu trình làm việc và lại tiếp tục thực hiện chu trình tiếp theo. 1.3. So sánh đặc điểm chính của các loại động cơ Để so sánh các loại động cơ ta phải so sánh trên các động cơ có cùng kích thước xilanh, có cùng số vòng quay của trục cơ. 1.3.1. So sánh động cơ hai kỳ và động cơ bốn kỳ (chỉ so sánh động cơ xăng) 1.3.1.1. So sánh giống khác nhau a. Giống nhau: - Cả hai loại động cơ đều là loại động cơ đốt trong kiểu piston chuyển động tịnh tiến sử dụng nhiên liệu lỏng. - Cùng có quá trình chuyển hoá năng lượng như nhau: hoá năng nhiệt năng cơ năng. 17
  18. - Cùng có phương pháp tạo thành và phương pháp đốt cháy hỗn hợp đất, cùng có một số hệ thống làm việc giống nhau như: cơ cấu biên tay quay, hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống đốt cháy, hệ thống khởi động, hệ thống làm mát. b. Khác nhau: - Có chu trình làm việc khác nhau: 2 - 4 kỳ, số lần sinh công khác nhau (trên cùng số vòng quay của trục cơ) do vậy công suất của hai động cơ khác nhau. Công suất của động cơ xăng 2 kỳ lớn gấp 1,6 - 1,7 lần so với động cơ 4 kỳ. Có kết cấu động cơ khác nhau: động cơ xăng 2 kỳ không có hệ thống bôi trơn độc lập, không có các chi tiết thuộc hệ thống phân phối khí (phân phối khí kiểu ngăn kéo). Kết cấu của các chi tiết thuộc cơ cấu biên tay quay khác nhau như: piston, xilanh, nắp xilanh, đáy các te. 1.3.1.2. So sánh ưu nhược điểm giữa 2 loài động cơ a. Động cơ xăng 2 kỳ: * Ưu điểm: - Có tần số sinh công lớn hơn (gấp 2 lần) nên công suất của động cơ lớn hơn 1,6 - 1,7 lần so với động cơ 4 kỳ. - Do tần số sinh công lớn hơn, tỷ số nén của động cơ thấp nên động cơ làm việc êm hơn (ít rung), trọng lượng bánh đà nhỏ hơn, khả năng tăng tốc của động cơ nhanh hơn, số vòng quay của trục cơ lớn. - Có số lượng chi tiết ít hơn: không có hệ thống bôi trơn, phân phối khí độc lập, hệ thống làm mát bằng không khí vì vậy kết cấu động cơ nhỏ gọn, nhẹ. - Động cơ xăng 2 kỳ dễ khởi động hơn. * Nhược điểm: - Hiệu suất làm việc của động cơ kém do khả năng nạp đầy xả sạch kém, tỷ số nén của động cơ thấp. - Động cơ xăng hai kỳ tiêu tốn nhiều nhiên liệu hơn do xả một phần hỗn hợp đốt ra môi trường. - Do khả năng bôi trơn của động cơ không hoàn hảo (dầu bôi trơn hoà trộn với hỗn hợp đốt sẽ bay hơi để bôi trơn cho các chi tiết) nên độ bền của các chi tiết máy thấp dẫn đến tuổi thọ của động cơ thấp, chi phí sửa chữa lớn. - Do các chi tiết thuộc cơ cấu biên tay quay có kết cấu chính xác nên chế tạo đắt tiền (đặc biệt là xilanh của động cơi. Động cơ xăng 2 kỳ có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và chi phí cho nhiên liệu đắt hơn (do đốt và xả dầu nhờn cùng nhiên liệu ra môi trường). 18
  19. b. Động cơ xăng 4 kỳ * Ưu điểm: - Động cơ có hiệu suất làm việc cao hơn, chi phí nhiên liệu thấp hơn. - Động cơ ít gây ô nhiễm môi trường hơn, nhiên liệu rẻ hơn. - Tuổi thọ của động cơ cao hơn. * Nhược điểm: - Kết cấu của động cơ cồng kềnh hơn, nhiều chi tiết, động cơ nặng hơn (khi so cùng công suất). - Động cơ làm việc rung hơn, khả năng tăng tốc chậm hơn, trọng lượng bánh đà của động cơ lớn, động cơ khó khởi động hơn. 1.3.2. So sánh động cơ xăng và động cơ điêzen (chỉ so sánh động cơ 4 kỳ có cùng công suất, cùng số vòng quay của trục cơ) 1.3.2.1. So sánh sự giống khác nhau a. Giống nhau: - Cả hai loại động cơ đều là loại động cơ đốt trong kiểu piston chuyển động tịnh tiến sử dụng nhiên liệu lỏng. - Cùng có quá trình chuyển hoá năng lượng như nhau: hoá năng nhiệt năng cơ năng. - Cùng sử dụng nhiên liệu lỏng, cùng phải có các hệ thống làm việc giống nhau như: cơ cấu biên tay quay, cơ cấu phân phối khí, hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống khởi động, hệ thống làm mát. b. Khác nhau: - Loại nhiên liệu sử dụng khác nhau nên phương pháp tạo thành hỗn hợp đất khác nhau, phương pháp đốt cháy hỗn hợp đất khác nhau. - Động cơ điêzen không có hệ thống điện cao áp. - Tỷ số nén của 2 loại động cơ khác nhau. - Hiệu suất nhiệt của 2 loại động cơ khác nhau. - Chi phí nhiên liệu khác nhau. 1.3.2.2. So sánh ưu nhược điểm: a. Động cơ điêzen: * Ưu điểm: - Nhiên liệu của động cơ rẻ hơn, dễ bảo quản, an toàn hơn với người sử dụng. - Động cơ không có hệ thống điện cao áp nên làm việc an toàn hơn. 19
  20. - Tỷ số nén của động cơ cao hơn nên hiệu suất nhiệt của động cơ cao hơn, chi phí nhiên liệu thấp hơn. - Hệ thống cung cấp nhiên liệu chế tạo chính xác hơn (lọc qua nhiều cấp), nên độ bền lớn hơn. - Nhiên liệu của động cơ ít gây ô nhiễm môi trường hơn. - Tuổi thọ của động cơ cao hơn. * Nhược điểm: Do tỷ số nén lớn nên kích thước của các chi tiết thuộc cơ cấu biên tay quay tăng lên, bánh đà có trọng lượng lớn hơn. Số lượng chi tiết của hệ thống cung cấp nhiên liệu nhiều, kết cấu phức tạp do vậy kết cấu của động cơ điêzen 4 kỳ cồng kềnh hơn, năng nề hơn. Động cơ làm việc rung hơn (diễn biến áp suất trong xilanh thay đổi trong biên độ rộng nhất là ở kỳ sinh công), khả năng tăng tốc của động cơ chậm, số vòng quay của trục cơ thấp hơn. Động cơ khó khởi động hơn. b. Động cơ xăng: * Ưu điểm: Kết cấu của động cơ nhỏ gọn hơn, trọng lượng bánh đà và tổng thể cả động cơ nhẹ hơn (trên đơn vị công suất). - Số vòng quay của trục cơ lớn hơn, khả năng tăng tốc của động cơ nhanh hơn. Động cơ dễ khởi động hơn. - Giá thành chế tạo động cơ rẻ hơn. * Nhược điểm: Nhiên liệu đắt tiền hơn, khó bảo quản hơn, dễ gây ô nhiễm môi trường, chi phí nhiên liệu cao hơn, hiệu suất nhiệt của động cơ thấp hơn. Tuổi thọ của động cơ thấp hơn, không chế tạo được loại động cơ có công suất rất lớn. - Khả năng an toàn của động cơ thấp hơn (nguy cơ cháy động cơ cao). 1.4. Động cơ nhiều xilanh Các loại động cơ một xilanh đều có chung các nhược điểm như sau: - Không có khả năng tăng công suất. - Số vòng quay của trục cơ thấp, trục cơ quay không đều. 20
  21. - Khả năng tăng tốc chậm. - Động cơ làm việc rung không cân bằng. - Trọng lượng của bánh đà lớn. Để khắc phục các nhược điểm trên của động cơ một xilanh người ta chế tạo động cơ nhiều xilanh. 1.4.1. Định nghĩa động cơ nhiều xilanh Động cơ nhiều xilanh là động cơ bao gồm nhiều cụm piston - xilanh có cùng kích thước lắp chung trên một thân động cơ, có chung trục cơ, có chung các hệ thống làm việc khác. 1.4.2. Chu trình làm việc của động cơ nhiều xilanh Để thiết lập chu trình làm việc của động cơ nhiều xilanh nhằm khắc phục các nhược điểm của động cơ một xilanh như: giảm độ rung, giảm kích thước của bánh đà, tăng số vòng quay của trục cơ, tạo diều kiện để trục cơ quay đều hơn và thay đổi khả năng tăng tốc cho động cơ người ta phân đều các kỳ giống nhau của các xilanh trong động cơ trên tổng góc quay của một chu trình. Gọi góc lệch nhau của các kỳ giống nhau của động cơ trên một chu trình là ép (đây cũng là góc lệch giữa các cổ biên của trục cơ) ta có thể tính ϕ theo công thức sau: ϕ = (Tổng góc quay của một chu trình làm việc)/ (Tổng số xilanh) 7200 Với động cơ 4 kỳ: φ = i 3600 Với động cơ 2 kỳ: φ = (trong đó i là số xilanh của động cơ). i Tuy nhiên với động cơ nhiều xilanh thì chiều dài của trục cơ lớn vì vậy cần phải bố trí các kỳ sinh công của động cơ (kỳ có tác động lực lớn nhất lên trục cơ) để lực tác động lên trục cơ phân bố đều tránh tác động cục bộ gây nên mômen xoắn trên trục. Do vậy cần phải chọn một trật tự làm việc hợp lý cho các xilanh của động cơ để phân bố đều các lực này. Trật tự này do các nhà máy thiết kế, chế tạo động cơ tính toán chọn lựa trước khi chế tạo. Ví dụ: - Với động cơ 4 kỳ 2 xilanh có thể chọn các trật tự: 1-2 -0 -0, hoặc 1-0 -0 -2. - Với động cơ 4 kỳ 4 xilanh có thể chọn các trật tự: 1- 3 - 4 - 2, hoặc 1-2 -4 -3. - Với động cơ 4 kỳ 6 xilanh thường có trật tự: 1- 5 - 3 - 6 - 2 - 4. - Với động cơ 4 kỳ 8 xilanh thường có trật tự: 1- 5 - 4 - 2 - 6 - 3 - 7 - 8. Các xilanh của động cơ nhiều xilanh có thể được bố trí thành 1 hay nhiều 21
  22. hàng, các động cơ có xilanh bố trí thành nhiều hàng các hàng xilanh có thể xếp với nhau thành hình chữ V, hình Y, Ұ. Sau khi đã có trật tự làm việc của động cơ ta có thể lập bảng chu trình làm việc của động cơ. Ví dụ với động cơ 4 xilanh 4 kỳ có trật tự làm việc 1- 3 - 4 - 2 ta có bảng chu trình làm việc của động cơ như sau: Xilanh Góc quay 1 2 3 4 1800 Sinh công Xả Nén Nạp Vòng quay thứ nhất 3600 Xả Nạp Sinh công Nén 1800 Nạp Nén Xả Sinh công Vòng quay thứ hai 3600 Nén Sinh công Nạp Xả Với động cơ 4 xilanh 4 kỳ có trật tự làm việc 1- 5 - 3 - 6 - 2 - 4 ta có bảng chu trình làm việc như sau: Xilanh 1 2 3 4 5 6 Góc quay 600 Nạp Sinh công Nén 0 120 0 Vòng quay thứ 180 Sinh công Nạp Nén Xả Nạp nhất Sinh công 2400 3000 Xả Nén 3600 Sinh công Nạp Nén Xả 600 1200 Nạp 1800 Sinh công Vòng quay thứ hai Sinh công Xả Nén Nạp 2400 0 300 Nén Xả Nạp Sinh công Nén Xả 3600 Với động cơ 4 kỳ 8 xilanh có trật tự làm việc 1- 5 - 4 - 2 - 6 - 3 - 7 - 8 ta có thể lập bảng chu trình làm việc của động cơ như sau: Xilanh 1 2 3 4 5 6 7 8 Góc quay 900 Nạp Xả Nén SC SC Nén Nạp Xả 1800 Vòng quay thứ nhất Nén Nạp SC Xả 2700 Xả SC Nén Nạp 3600 SC Nén Xả Nạp 900 Nạp Xả SC Nén 1800 Vòng quay thứ hai Xả SC Nạp Nén 2700 Nén Nạp Xả SC 3600 Nạp Xả Nén SC 22
  23. (Ghi chú SC: sinh công) Căn cứ vào trật tự làm việc mà các xưởng sản xuất sẽ thiết kế hình dạng của trục cơ, thiết kế các hệ thống làm việc khác của động cơ. Dưới đây là sơ đồ làm việc của một số dạng động cơ nhiều xilanh có các trật tự làm việc và sự bố trí xilanh khác nhau a - Sơ đồ động cơ 4 xilanh xếp thành một hàng thẳng có trật tự làm việc 1-3-4-2 b - Sơ đồ động cơ 8 xilanh xếp thành 2 hàng vuông góc với nhau (trật nhàm việc 15426378) 2. CƠ CẤU BIÊN TAY QUAY 2.1. Nhiệm vụ chung, phân loại 2.1.1. Nhiệm vụ của cơ cấu biên tay quay Cơ cấu biên tay quay của động cơ có nhiệm vụ hình thành nên buồng làm việc của động cơ, thực hiện chu trình làm việc của động cơ, biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục cơ thực hiện quá trình sinh công (chuyển hoá nhiệt năng thành công cơ năng). 2.1.2. Phân loại Căn cứ vào cấu trúc, cách làm việc ta có thể phân ra các loại cơ cấu biên tay quay như sau: - Cơ cấu biên tay quay của động cơ xăng 2 kỳ. - Cơ cấu biên tay quay của động cơ xăng 4 kỳ. - Cơ cấu biên tay quay của động cơ điêzen 4 kỳ. - Cơ cấu biên tay quay của động cơ điêzen 2 kỳ. - Cơ cấu biên tay quay của động cơ 4 kỳ có tăng áp hoặc không có tăng áp. - Cơ cấu biên tay quay của động cơ điêzen 4 kỳ có hoặc không có buồng đất trước. 23
  24. 2.2. Cấu tạo các bộ phận thuộc cơ cấu biên tay quay Cơ cấu biên tay quay nói chung bao gồm các chi tiết sau: Nắp xilanh, xilanh, cụm piston (thân piston, vòng găng, chốt piston, phanh hãm), tay biên, trục cơ, thân động cơ, đáy các te, bánh đà. 2.2.1. Nắp xilanh 1, 4, 5, 11, 12. Cửa nạp, xả; 3. Buồng đốt trước; 2. Cửa dẫn nước làm mát; 7. Gioăng mặt máy; 10. Lỗ lắp kim phun nhiên liệu; 13,14. Nắp đậy dàn đòn gánh; 15. Lỗ lắp đũa đẩy. a. Nhiệm vụ: nắp xilanh cùng với xilanh, piston hình thành nên buồng làm việc cho động cơ. b. Cấu tạo: Nắp xilanh là một chi tiết phức tạp được chế tạo bằng gang hoặc hợp kim nhôm mặt dưới của nắp xilanh được gia công phẳng, nhẵn để lắp khít với mặt trên của xilanh, giữa nắp xilanh và thân động cơ có lắp một thoáng kín khít có thể được chế tạo bằng các lớp amiang và kim loại thành 1- 3 lóp. Nắp xilanh của động cơ xăng 2 kỳ trên nắp chỉ có lỗ khoan để lắp buổi và gia 24
  25. công các cánh tản nhiệt. Nắp xilanh của động cơ xăng 4 kỳ trên nắp có lỗ khoan để lắp buổi, các cửa nạp, xả, đường dẫn hỗn hợp đốt từ bộ chế hoà khí đến, đường dẫn khí xả, các ổ đặt cửa các xupap, lỗ khoan để lắp bạc dẫn hướng cho xupap, các đường dẫn dầu bôi trơn cho các xupap. Để tản nhiệt cho nắp xilanh đối với động cơ nhỏ trên.nắp xilanh có gia công các cánh tản nhiệt, với động cơ cỡ lớn trên nắp xilanh có khoan ngầm các rãnh dẫn nước làm mát. Nắp xilanh của động cơ điezen 4 kỳ trên nắp có lỗ khoan để lắp kim phun nhiên liệu, các cửa nạp, xả, đường dẫn hỗn hợp đốt từ bầu lọc không khí đến, đường dẫn khí xả các ổ đặt của các xupap, lỗ khoan để lắp bạc dẫn hướng cho xupap, các đường dẫn dầu bôi trơn cho các xupap. Để tản nhiệt cho nắp xilanh trên nắp xilanh có khoan ngầm các rãnh dẫn nước làm mát ở một số loại động cơ trên nắp xilanh có gia công các buồng đất trước, tại đây nhiên liệu và không khí sẽ được hoà trộn để tạo thành hỗn hợp đốt. c. Điều kiện làm việc, những hư hỏng thường gặp: Nắp xilanh thường xuyên phải tiếp xúc với nhiệt độ, áp suất cao và thay đổi liên tục, chịu tác động ăn mòn của các chất hoá học (ở mặt dưới của nắp xilanh). Do các tác động này dẫn đến nắp xilanh có thể bị rạn, nứt, rỗ mặt phía dưới, cong, vênh Nếu mặt phía dưới bị mòn, rỗ ta có thể sửa chữa bằng cách mài, rà lại bề mặt làm việc. Để tháo lắp nắp xilanh ta phải tuân thủ theo quy trình: khi tháo ta nới dần các ê cu từ ngoài vào theo dạng xoáy trôn ốc, nới các ê cu theo đường ché0, khi lắp cần xiết dần các ê cu từ trong ra theo hướng ngược lại cho đến khi đạt đến lực xiết theo quy định. 2.2.2. Xilanh a. Nhiệm vụ: xilanh cùng với nắp xilanh và piston hình thành buồng làm việc của động cơ, xilanh dẫn hướng cho piston trong quá trình làm việc b. Cấu tạo: xilanh có cấu tạo chung là dạng hình trụ rỗng, xilanh được chế tạo bằng thép, hoặc gang hợp kim. Mặt trong của xilanh được gia công nhăn đánh bóng đạt đến độ bóng nhất định nên gọi là mặt gương xilanh. Xilanh của động cơ xăng hoặc điêzen 2 kỳ trên thành xilanh có khoét các cửa nạp (với động cơ điên 2 kỳ), cửa nạp, cửa xả, cửa thổi (với động cơ xăng 2 kỳ). 25
  26. Với động cơ 4 kỳ xilanh của động cơ có dạng hình trụ có thể chế tạo liền với thân động cơ (xilanh liền) hoặc chế tạo rời. Xilanh rời ở phía trên có gia công gờ chặn để lắp lên thân động cơ, ở mặt bên ngoài phía dưới có gia công các rãnh để lắp thoảng chắn nước làm mát không cho nước từ áo nước làm mát xung quanh xilanh lọt xuống đáy các te. c. Điều kiện làm việc và các hư hỏng thường gặp: Khi làm việc xilanh thường xuyên chịu tác động của nhiệt độ, áp suất cao và thay đổi liên tục, ngoài ra xilanh liên tục chịu sự ăn mòn của các chất hoá học và chịu sự mài mòn do ma sát của piston trong quá trình làm việc. Vì chịu các dạng tác động trên nên sau một khoảng thời gian làm việc nhất định xilanh thường bị mòn ở mặt phía trong. Xilanh bị mòn theo 2 dạng chính: - Mòn theo dạng hình côn (dọc), xilanh bị mòn sâu nhất tại điểm chết trên và nông dần xuống đến điểm chết dưới. - Mòn theo dạng ôvan: xilanh bị mòn rộng ra theo hướng vuông góc với trục cơ về hai phía. Để sửa chữa ta phải doạ rộng xilanh để ống xilanh trở lại thành hình trụ sau đó đánh bóng trở lại, mỗi lần sửa chữa đường kính xilanh tăng lên 0,25 mm và phải thay cụm piston khác có kích thước phù hợp. 2.2.3. Cụm piston a. Nhiệm vụ: piston cùng với xilanh và nắp xilanh tạo thành buồng làm việc của động cơ, cụm piston trực tiếp thực hiện chu trình làm việc của động cơ, nhận lực tác động của khí cháy để chuyển thành công cơ năng. b. Cấu tạo: cụm piston bao gồm các chi tiết: thân piston, các xéc măng (vòng găng), chết piston. * Thân piston được chế tạo bằng hợp kim gang, thép, nhôm với mỗi loại hợp kim sẽ có các ưu nhược điểm nhất định như về mức độ giãn nở vì nhiệt, trọng lượng, mức độ truyền nhiệt. Thân piston có hình dạng chung là hình trụ, hơi côn về phía trên. Thân piston được chia thành 3 phần: đáy, phần ép sát (lắp các vòng găng), phần dẫn hướng (đuôi piston). * Đáy piston của động cơ xăng 4 kỳ là đáy phẳng, động cơ xăng 2 kỳ hơi cong lồi lên phía trên, đáy piston của động cơ điêzen 4 kỳ thường là đáy lõm để làm buồng đất. * Phần ép sát nằm ở phía trên của piston, ở phần này trên thân piston có khoét các rãnh vòng để lắp các vòng găng. Với động cơ xăng 2 kỳ chỉ có lắp 2 vòng găng hơi, với động cơ xăng và điêzen 4 kỳ ở phần này có các rãnh khoét để lắp cả vòng găng hơi và vòng găng dầu, số lượng vòng găng hơi tuỳ thuộc vào diễn biến 26
  27. áp suất của khí cháy trong xilanh (áp suất trong xilanh càng lớn thì số lượng vòng găng hơi càng nhiều). Tại rãnh khoét để lắp vòng găng dầu có lỗ khoan xuyên tâm để thoát dầu vào phía trong của piston. Trên phần dẫn hướng của piston (đường kính lớn hơn ở phía trên) mặt trong gia công thêm một phần kim loại tại đây có khoan lỗ để lắp chết piston (để chịu lực). * Vòng găng: vòng găng bao gồm 2 loại vòng găng hơi và vòng găng dầu. Vòng găng là vòng tròn được chế tạo bằng gang hở miệng đối với vòng găng hơi để giảm ma sát ở lưng của vòng găng có mạ thêm một lớp Crôto hoặc Ni ken. + Vòng găng hơi có nhiệm vụ làm kín khít khe hở giữa piston và xilanh để không lọt hơi từ khoang trên piston xuống phía dưới, truyền nhiệt từ piston ra xilanh. Tuỳ thuộc vào diễn biến áp suất ở khoang phía trên của piston mà số vòng găng nhiều hay ít. Đối với piston của động cơ xăng 2 chỉ lắp 2 vòng găng hơi, đối với piston của động cơ xăng và điêzen 4 kỳ có lắp từ 2 đến 3 hoặc 4 vòng găng hơi tuỳ thuộc công suất của động cơ. Khi tháo lắp ta cần chú ý xoay các miệng vòng găng lệch nhau và lệch vị trí lỗ lắp chốt piston. + Vòng găng dầu: (chỉ có ở động cơ xăng 4 kỳ và động cơ điêzen) có nhiệm vụ xoa đều và kẻo dầu bôi trơn do trục cơ và tay biên vung lên để bôi trơn cho xilanh sau đó gạt dầu thừa bám trên thành xilanh xuống đáy các te. Vòng găng dầu thường được chế tạo thành hai hoặc 3 lớp ghép lại với nhau ở giữa có khe hở để thoát dầu bôi trơn vào phía trong, nếu chế tạo liền xung quanh vòng găng có khoét các lỗ thủng để giảm ma sát và thoát dầu nếu vòng găng gồm 3 lớp thông thường lớp giữa có dạng lò xo. Trên mỗi piston có thể lắp 2 hoặc 3 vòng găng dầu. Sau một khoảng thời gian làm việc các vòng găng sẽ bị mòn nhiều ở phần lưng, khi vòng găng bị mòn thì khe 27
  28. hở miệng của vòng găng tăng lên đến 2 hoặc 3 tâm thì cần phải thay vòng găng hoặc sửa chữa piston, xilanh. * Chốt piston: dùng để nối thân piston với tay biên. Thân chốt piston được chế tạo bằng thép dạng hình trụ rỗng, mặt ngoài mạ Crôto hoặc Ni ken để giảm ma sát với tay biên. Chốt piston lắp với quả piston theo một trong các cách sau: - Chốt lắp lỏng với quả piston, lắp chặt với đầu trên của tay biên. - Chốt lắp lỏng với đầu trên tay biên và lắp chặt với quả piston. - Chốt lắp lỏng với cả tay biên và quả piston (lắp kiểu bơi). Thông thường cách lắp lỏng với đầu trên tay biên và lắp chặt với quả piston là phổ biến, do vậy để lắp chốt vào quả piston thông thường phải luộc quả piston trong dầu để piston giãn nở rồi mới lắp chốt (không được lắp nguội nếu không sẽ làm xước lỗ của quả piston). Ở 2 đầu chốt piston phía trong lỗ có khoét rãnh vòng để lắp phanh hãm chốt không cho chốt có khả năng dịch dọc trong quá trình làm việc vì vậy khi tháo ta phải tháo phanh hãm trước khi tháo chết còn khi lắp thì lắp xong chốt rồi mới lắp phanh hãm chốt. Phanh hãm chốt có dạng lò xo khi lắp xong sẽ lọt ở xuống lỗ khoét ở lỗ chết piston còn 1/2 sẽ nổi lên để chặn chết. 2.2.4. Tay biên a. Nhiệm vụ: tay biên nhận lực tác động từ piston truyền xuống trục cơ, biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay. b. Cấu tạo Cấu tạo của tay biên được chia thành 3 phần: phần đầu trên, phần thân biên và phần đầu dưới Phần đầu trên tay biên sẽ lắp với chết piston, phần đầu dưới sẽ lắp với cổ biên của trục cơ. Trong quá trình làm việc tay biên sẽ có chuyển động tương đối với cả quả piston và trục cơ vì vậy để làm giảm ma sát tại các vị trí lắp với chốt piston và trục cơ sẽ lắp vòng bi hoặc bạc lót. Với động cơ cỡ nhỏ, công suất thấp (thường là động cơ xăng) có thể sử dụng vòng bi còn động cơ cỡ lớn và động cơ điêzen phải dùng bạc. Thông thường bạc đầu trên biên được chế tạo bằng hợp kim đồng chì và có dạng ống hình trụ liền. Để bôi trơn cho bạc đầu trên biên ở một số loại động cơ dầu bôi trơn được bơm lên từ trục cơ qua lỗ khoan xuyên tâm dọc theo thân tay biên. Thân của tay biên là chi tiết chịu lực do vậy thường được chế tạo bằng thép và có tiết diện hình chữ I. Đầu dưới của tay biên được cắt rời thành 2 mảnh để lắp vào trục cơ (trừ loại trục cơ chế tạo rời có thế tháo rời má trục). Đầu dưới tay biên có thể được cắt ngang hoặc chéo (nghiêng 450) bạc đầu dưới tay biên cũng được cắt thành 2 nửa theo dạng của đầu tay biên. Bạc đầu dưới biên thường xuyên được tiếp xúc với dầu bôi trơn.nên nhiệt độ của bạc thấp, tuy 28
  29. nhiên bạc phải chịu được mài mòn trong quá trình làm việc do vậy thường sử dụng loại bạc hợp kim chì thiếc (babit). Hai nửa đầu dưới của tay biên được lắp với nhau nhờ bu lông biên, lực xiết bu lông biên được quy định sẵn cho mỗi loại động cơ, sau khi xiết chặt phải hãm các bu lông biên nhờ các long đen hãm hoặc chốt chẻ Trước khi lắp bạc đầu trên cũng như đầu dưới biên cần phải được rà tròn theo chết piston và cổ biên, cổ chính theo lực xiết tăng dần của bi lông biên. c. Điều kiện làm việc và các hư hỏng thường gặp Tay biên là chi tiết chịu các loại lực như kẻ0, nén, uốn, xoắn vì vậy trong quá trình làm việc tay biên có thể bị hư hỏng theo các dạng: cong, vênh, xoắn. Để sửa chữa ta tháo tay biên gá lên các thiết bị kiểm tra chuyên dùng sau đó sửa chữa (thường dùng các biện pháp uốn, nắn nguội). 2.2.5. Trục cơ (trục khuỷu) a. Nhiệm vụ: trục cơ có nhiệm vụ nhận lực tác động từ piston thông qua tay biên, biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay ở kỳ sinh công. Nhận mômen quay được tích trữ ở bánh đà từ kỳ sinh công điều khiển sự di chuyển của các piston ở các kỳ còn lại để thực hiện chu trình làm việc của động cơ. 1. Rãnh lắp tay quay; 2,3. Puli; 4. Bánh răng trục cơ; 5. Hốc lọc dầu bôi trơn; 6. Cổ biên; 7. Cổ chính; 8. Má trục và đối trọng; 9. Bạc cổ chính; 10. Vành chặn; 11. Ren dầu hồi; 12,13. Bánh đà và vành răng khởi động; 14. Phớt chắn dầu; 15. Nắp cổ chính. b. Cấu tạo: trục cơ được chế tạo bằng thép hợp kim được đúc liền sau đó gia công các cổ trục cổ biên bằng phương pháp mài, đánh bóng. Trục cơ được chia thành 3 phần chính: cổ biên (cổ lắp nối với tay biên), cổ chính (cổ láp trong ổ đỡ của thân động cơ), má trục (phần nối cổ chính và cổ biên). Các cổ chính và cổ 29
  30. biên thường được mài tròn đến một kích thước nhất định sau đó đánh bóng. Số cổ biên bằng số xilanh khi các xilanh xếp thành một hàng thẳng, với các động cơ có các xilanh xếp thành nhiều hàng thì một cổ biên có thể chung cho nhiều xilanh. Số cổ chính có thể nhiều hơn hoặc ít hơn cổ biên 1 cổ tuỳ thuộc vào loại động cơ. Trong thân trục cơ có khoan ngầm các lỗ khoan để dẫn dầu bôi trơn từ cổ chính sang cổ biên, ở một số loại trục cơ trong cổ biên có khoan hốc dùng để lọc dầu bôi trơn trong quá trình làm việc (lọc theo phương pháp ly tâm). Đầu của trục cơ có gia công cổ có rãnh then để lắp bánh răng truyền động cho các hệ thống làm việc khác của động cơ. Cuối của trục cơ có gia công mặt bích chặn để lắp với bánh đà. c. Điều kiện làm việc và hư hỏng thường gặp Trong quá trình làm việc trục cơ liên tục chịu lực va đập, chịu sự mài mòn từ các bạc cổ chính, cổ biên vì vậy trục cơ có thể bị cong, xoắn và bị mòn các cổ. Khi bị hư hỏng ta phải kiểm tra bằng các thiết bị chuyên dùng sau đó nắn lại hoặc mài trên máy mài chuyên dụng. 2.2.6. Bánh đà a. Nhiệm vụ: bánh đà có nhiệm vụ tích trữ công cơ năng từ kỳ sinh công để truyền cho trục cơ ở các kỳ còn lại, giúp cho trục cơ quay đều và cân bằng, ngoài ra bánh đà còn giúp cho việc lấy đà khi khởi động với các động cơ điêzen. b. Cấu tạo: bánh đà được đúc bằng gang với các động cơ có tốc độ quay của trục cơ thấp, đúc bằng thép hợp kim với các động cơ có số vòng quay của trục cơ > 4500 vòng/phút. Bánh đà có dạng đĩa tròn, phần ngoài rìa của đĩa được gia công dầy để tăng mômen quán tính, mặt sau của bánh đà thường được gia công phẳng, nhẵn để làm bề mặt tựa cho đĩa ma sát của ly hợp. Với các động cơ đặt tĩnh tại trên bánh đà có lắp phủ để truyền mômen quay đến máy công tác. 2.2.7. Thân động cơ 30
  31. 1. Giá đỡ thân động cơ; 3,8. Mặt bích trước và sau của động cơ; 4. Đường dầu bôi trơn; 5. Đũa đẩy đòn gánh; 6. Gugiông mắp xilanh; 9. Nắp cổ chính; 10,11,12. Gioăng, đáy cacte, ốc xả cặn dầu nhờn a. Nhiệm vụ: thân động cơ là nơi lắp các hệ thống, các chi tiết của động cơ, trên thân động cơ có gia công các chi tiết để tản nhiệt cho các bộ phận thuộc cơ cấu biên tay quay. b. Cấu tạo: thân động cơ được đúc bằng gang xám hoặc gang hợp kim hoặc bằng nhôm hợp kim. Mặt phía trên của thân động cơ được gia công phẳng nhẵn để lắp với nắp xilanh, phía dưới trên thân động cơ có gia công các ổ đặt để lắp trục cơ. Với một số loại động cơ có xilanh liền trên thân động cơ có khoan các ống xilanh. Để làm mát che xilanh, piston trên thân động cơ có gia công các cánh tản nhiệt với các động cơ nhỏ, với các động cơ lớn trong thân động cơ có các khoảng trống để chứa nước làm mát. Với các động cơ 4 kỳ trong thân động cơ có gia công mạch dầu bôi trơn chính và các đường khoan ngầm dẫn dầu bôi trơn từ mạch dầu bôi trơn chỉnh lên mạch dầu bôi trơn cho hệ thống trục đòn gánh, xupap trên nắp xilanh. Trong thân động cơ còn gia công các ổ đặt để lắp trục cam của cơ cấu phân phối khí, hệ thống cung cấp nhiên liệu 2.2.8. Đáy các te Đáy các te là nơi để chứa dầu nhờn bôi trơn cho các chi tiết thuộc cơ cấu biên tay quay đối với động cơ 4 kỳ và động cơ điêzen 2 kỳ, còn với động cơ xăng 2 kỳ đây là nơi chứa hỗn hợp đốt. Với động cơ 4 kỳ và động cơ điêzen 2 kỳ đáy các te 31
  32. được chế tạo rời lắp vào thân động cơ, để kiểm tra lượng dầu nhờn có trong đáy các te thông thường tại đây có lắp thước thăm dầu. Trên động cơ xăng 2 kỳ đáy các te chế tạo liền với thân động cơ và ở đầu trục cơ có thoảng chặn không để cho dấu nhờn lọt vào. Hình 1.13. Cơ cấu dẫn động đầu trục cơ 1. Bánh răng phân phối khí; 2. Bánh răng trung gian; 3. Bánh răng cung cấp nhiên liệu; 4. Bánh răng trục cơ; 5. Bánh răng bơm dầu nhờn. 2.2.9. Cơ cấu dẫn động đầu trục cơ Trong quá trình làm việc, trục cơ dẫn động để các hệ thống làm việc khác hoạt động đồng bộ với nó. Mômen quay từ trục cơ sẽ điều khiển các hệ thống làm việc, để truyền mômen quay ở đầu trục cơ có lắp bánh răng hoặc đĩa xích. Để đảm bảo các hệ thống khác làm việc đúng thời điểm định trước, các bánh răng hoặc đĩa xích khi lắp phải xcm dầu trên bánh răng hoặc địa xích để các dấu này trùng nhau. 3. CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 3.1. Nhiệm vụ, phân loại 3.1.1. Nhiệm vụ Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ đóng mở các cửa nạp xả vào những thời điểm nhất định theo đúng trật tự làm việc để thực hiện công việc nạp xả cho các xilanh của động cơ. 3.1.2. Phân loại Căn cứ vào phương pháp làm việc của hệ thống có thể phân loại hệ thống như sau: - Cơ cấu phân phối khí kiểu ngăn kéo (động cơ xăng 2 kỳ). 32
  33. - Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap (động cơ 4 kỳ). - Cơ cấu phân phối khí kiểu phối hợp ngăn kéo - xupap (động cơ điêzen 2 kỳ). Căn cứ vào phương pháp bố trí xupap có thể phân ra các loại sau: a. Kiểu xupap đặt bên. b. Kiểu xupap treo 1. Trục cam; 2. Con đội; 3. Lò xo xupap; 4. Xupap; 5. Nắp xilanh; 6. Thân động cơ; 7. Đũa đẩy; 8. Trục đòn gánh; 9. Đòn gánh - Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap treo hình 1.1.4b. - Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap đặt bên hình 1.19a. - Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap kết hợp (1 xupap treo, 1 xupap đặt bên). 3.2. Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí Gồm có trục cam, hệ thống con đội, đũa đẩy (xích cam), hệ thống các vít điều chỉnh khe hở nhiệt, đòn gánh, hệ thống xupap, lò xo, đĩa tựa lò xo, móng hãm, bạc dẫn hướng, cơ cấu điều khiển xoay xupap, cơ cấu giảm áp. Sơ đồ cấu tạo của hai loại hệ thống phân phối khí kiểu xupap treo và xupap đặt bên được thể hiện trên hình 1.14. Với cơ cấu phân phối khí kiểu xupap đặt bên thì chiều cao của động cơ thấp, kết cấu của nắp xilanh đơn giản, số lượng chi tiết của cơ cấu phân phối khí ít, kết cấu của hệ thống đơn giản. Tuy nhiên hình dạng của buồng đất bị kéo dài nên tỷ số nén nhỏ, thời gian cháy của nhiên liệu kéo dài, hiệu suất nhiệt của động cơ thấp. Với cơ cấu phân phối khí kiểu xupap treo thì hình dạng của buồng đốt gọn, tỷ 33
  34. số nén cao, quá trình cháy hoàn thiện hơn nên hiệu suất nhiệt của động cơ cao.Tuy nhiên hệ thống phân phối khí dạng này làm tăng chiều cao của động cơ, số lượng chi tiết trong hệ thống nhiều hơn, kết cấu phức tạp, điều kiện làm việc khó khăn, đòi hỏi phải bôi trơn tốt. Hoạt động của hệ thống như sau: trục cam nhận mômen quay từ trục cơ, các mấu cam quay sẽ tác động lực lên con đội, đẩy con đội lên phía trên. Từ con đội thông qua hệ thống truyền lực, lực tác động từ trục cam sẽ truyền đến xupap, đè xupap xuống (nén thêm lò xo lại) mở cửa trên nắp xilanh để thực hiện quá trình nạp hoặc xả cho xilanh. Khi trục cam không tác động lực nữa xupap không bị đè xuống, do sức căng của lò xo xupap bị kẻo lên phía trên đóng kín ổ đặt. Nhiệm vụ, cấu tạo của các bộ phận làm việc chính của hệ thống như sau: 3.2.1. Trục cam a. Nhiệm vụ: trục cam nhận mômen quay từ trục cơ để điều khiển sự đóng mở của các xupap trong quá trình làm việc b. Cấu tạo: trục cam được chế tạo bằng thép, trên trục cam có gia công các mấu cam, tuỳ thuộc vào loại trục cam mà các mấu cam có các biên dạng cam lồi, cam lõm, cam phẳng. Mỗi trục cam có số mấu cam tương ứng với số xupap của động cơ (gấp 2 hoặc 4 lần số xilanh của động cơ), ở đầu trục cam có lắp bánh răng để nhận mômen quay từ trục cơ trong quá trình làm việc trục cam quay đồng bộ với trục cơ với số vòng quay bàng 1/2 số của trục cơ (trục cơ quay 2 vòng thì trục cam quay 1 vòng). Thông thường trên trục cam của động cơ nhiều xilanh các mấu cam được bố trí theo quy luật để hai cam điều khiển xupap nạp ở hai đầu trục, ví dụ với động cơ 4 kỳ 2 xilanh thì vị trí các mấu cam là: nạp - xả - xả - nạp; còn với động cơ 4 kỳ có 4 xilanh thì vị trí các mấu cam sẽ là: nạp - xả - xả- nạp - nạp - xả - xả - nạp. 3.2.2. Con đội: nhận lực tác động từ mấu cam để điều khiển xupap biến chuyển động quay của trục cam thành chuyển động tịnh tiến. Con đội được chế tạo bằng thép và có nhiều dạng khác nhau như con đội dạng con lăn, con đội tự xoay. 3.2.3. Đũa đẩy: do khoảng cách từ trục cam đến trục đòn gánh xa nên phải dùng đũa đầy để truyền lực, đầu dưới lọt vào lỗ đẩy của đũa đẩy, đầu trên lọt vào vít điều chỉnh khe hở nhiệt, ở một số loại động cơ người ta dùng bộ truyền xích, bộ truyền đai để truyền mômen từ trục cơ đến hệ thống trục đòn gánh lắp trên nắp xilanh. 3.2.4. Vít điều chỉnh khe hở nhiệt: được lắp ở đuôi của đòn gánh dùng để điều chỉnh khe hở giữa đầu đòn gánh và đuôi xu páp. Khe hở nhiệt là khe hở giữa đầu đòn gánh và đuôi xu bặp khi máy nguội, mỗi lần 34
  35. tháo lắp khi sửa chữa động cơ ta cần phải điều chỉnh lại khe hở nhiệt. Thông thường trong quá trình làm việc do nhiệt độ của xu páp xả lớn hơn nhiệt độ của xu páp nạp nên khe hở nhiệt của xu páp xả lớn hơn của xu páp nạp. Ví dụ với một số động cơ điêzen 4 kỳ khe hở nhiệt của xu páp nạp là 0,25 mm còn của xu páp xả là 0,35-0,45 mm. Khe hở nhiệt cần phải điều chỉnh đúng nếu không sẽ dẫn đến việc kênh xu páp, lọt hơi khi khe hở nhiệt quá bé hoặc làm cho các xu páp mở muộn đi, đóng sớm lên dẫn đến thời gian nạp xả bị co ngắn lại do vậy quá trình nạp sẽ không đầy xả không sạch nên động cơ bị giảm công suất. 3.2.5. Đòn gánh: là chi tiết truyền lúc nó trực tiếp điều khiển sự đóng mở của các xu páp Như vậy mỗi xu gặp phải có 1 đòn gánh điều khiển. Đòn gánh được chế tạo bằng thép. đòn gánh lắp khớp bản lề với trục của nó. Trục đòn gánh lắp trên nắp xilanh, trục đòn gánh được chế tạo rỗng chứa dầu bôi trơn để bôi trơn cho hệ thống đòn gánh. Dầu bôi trơn được bơm từ dưới đáy cacte lên theo rãnh khoan ngầm trong thân động cơ. Thông thường khoảng cách từ tâm của trục đến đầu đòn gánh gấp 2 lần khoảng cách từ tâm trục đến đuôi của đòn gánh. 3.2.6. Cơ cấu giảm áp: cơ cấu giảm áp có nhiệm vụ cưỡng bức mở xu páp để tạo đà khi khởi động động cơ, thông thường cơ cấu giảm áp sẽ cưỡng bức mở các xu páp nạp. 3.2.7. Xupap Xupap được chế tạo bằng thép và chia làm 3 phần đuôi, thân, địa xu páp: * Đuôi là phần liên kết xu gặp với phần hệ thống treo, đuôi xu páp có thể liên 35
  36. kết với hệ thống treo (lò xo xu páp) qua chốt hãm hoặc qua móng hãm do vậy đuôi xu páp có thể khoan lỗ để lắp chết hoặc khoét rãnh vòng để lắp móng hãm. * Thân xu páp được cấu tạo dạng hình trụ, để loại trừ khả năng bị kẹt thân xu gặp ở bạc hướng dẫn khi động cơ làm việc, đường kính thân xu gặp ở vị trí gần đưa được chế tạo nhỏ hơn một chút. * Đĩa xu páp được gia công các mặt vát để ăn khớp với mặt vát gia công trên nắp xi lanh, trong quá trình làm việc các mặt vát này có thể bị rỗ vì vậy cần phải rà lại, có thể rà xu páp bằng máy chuyên dùng hoặc rà bằng tay. Để rà xu páp bằng tay ta tháo nắp xi lanh sau đó đặt xu páp vào trong o đặt dùng chụp cao su chụp vào đáy của đĩa xu páp, cho bột rà vào sau đó ta vừa giã vừa xoay xu páp trong ổ đặt cho đến khi bề mặt của mặt vát trên đĩa và trên ổ khít với nhau. * Đĩa tựa lò xo: có nhiệm vụ liên kết đuôi xu gặp với hệ thống lò xo thông qua chốt hoặc thông qua móng hãm. * Móng hãm: lò xo dùng để liên kết đuôi xu gặp với địa tựa lò xo, móng hãm được chế tạo bằng thép dạng hình trụ tròn rỗng được cát làm 2 nửa. Mặt trong của móng hãm có gia công gờ nổi để ăn khớp với rãnh khoét trên đuôi xu páp, mặt ngoài của móng hãm có gia công mặt côn để ăn khớp với mặt côn trên địa tựa lò xo. Để lắp xu páp ta dùng kìm chuyên dùng nén đĩa tựa lò xo cùng với lò xo xuống sau đó đặt 2 nửa móng hãm để ăn khớp với rãnh khoét trên đuôi xu páp sau đó thả lò xo ra, thông qua địa tựa lò xo sẽ đẩy 2 nửa móng hãm bấu chặt lấy đuôi xu páp nâng xu páp lên đóng kín trong ổ đặt. Để tháo xu páp ta làm theo tiến trình ngược lại. * Lò xo: có nhiệm vụ treo xu gặp trên nắp xi lanh, mỗi xu páp lắp 1 hoặc 2 lò xo, trong trường hợp lắp 2 lò xo lồng vào nhau thì 2 lò xo này phải có chiều soạn ngược nhau. * Bạc dẫn hướng: lắp ở nắp xi lanh có nhiệm vụ dẫn hướng cho xu páp chuyển động trong khi làm việc. 3.3. Biểu đồ pha phân phối khí a. Khái niệm: là biểu đồ biểu diễn thời điểm đóng, mở của các xu páp, thời điểm đánh lửa (phun nhiên liệu) theo góc quay của trục cơ. Nói cách khác biểu đồ này biểu diễn chu trình làm việc thực tế của động cơ theo góc quay trục cơ. Theo chu trình lý thuyết: Các kỳ nạp - xả kéo dài 1800 theo góc quay trục cơ nghĩa là mở ở điểm chết và đóng ở điểm chết nhưng với khoảng thời gian này thì động 36
  37. cơ nạp sẽ không đầy, xả không hết (sạch) do vậy cần phải kéo dài thời gian nạp - xả ra bằng cách cho các xu páp mở sớm lên (trước điểm chết) và đóng muộn đi (sau điểm chết) so với các điểm chết. - a là góc mở sớm của xu páp nạp. - b là góc đóng muộn của xu páp nạp. Tổng thời gian mở của xu páp nạp theo góc quay trục cơ là: 1800+ α0 + β0 - γ là góc mở sớm của xu páp xả. - δ là góc đóng muộn của xu páp xả. Tổng thời gian mở của xu páp xả theo góc quay trục cơ là: 1800 + γ0 + δ0 b. Ý nghĩa của biểu đồ: - Cho biết tổng thời gian mở của các xu páp - Cho biết thời điểm đóng mở của xu páp, thời điểm đất hoặc phun nhiên liệu. - Qua biểu đồ này thiết kế được hình dạng của các mấu cam điều khiển các xu páp. 4. HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU 4.1. Nhiệm vụ - phân loại 4.1.1. Nhiệm vụ Hệ thống cung cấp nhiên liệu tạo thành một lượng hỗn hợp đốt có thành phần phù hợp với chế độ làm việc của động cơ, cung cấp cho động cơ lượng hỗn hợp đất cũng phù hợp với chế độ làm việc của động cơ, theo đúng trật tự làm việc của động cơ. - Thành phần: nhiên liệu ⇔ phù hợp với chế độ làm việc. - Lượng ⇔ hỗn hợp cũng phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. - Thời điểm cung cấp nhiên liệu của động cơ xăng là trong suốt thời gian nạp, với động cơ điêzen là thời điểm phun nhiên liệu. 4.1.2. Phân loại - Với động cơ xăng có hai dạng hệ thống cung cấp nhiên liệu: kiểu bộ chế hoà khí và kiểu phun xăng điện tử. - Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ điezen: bơm Piston,và bơm phân phối. 4.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu 4.2.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu bơm nhánh của động cơ điêzen Nhiên liệu từ trùng chứa lự cháy đến bình lọc thô, tại đây nhiên liệu được lọc các tạp chất có kích thước lớn từ 0,04 - 0,09 mm, sau đó nhiên liệu cung cấp dấn bơm áp suất thấp. Bơm áp suất thấp sẽ bơm nhiên liệu đến áp suất từ 3 - 4 kg/cm2 đủ để thắng 37
  38. sức cản trên bình lọc tinh cung cấp nhiên liệu cho bơm cao áp nhiên liệu qua bình lọc tinh sẽ được loại bỏ các tạp chất có kích thước nhỏ để tránh kẹt bơm cao áp, kim phun. Vào thời điểm cung cáp nhiên liệu bơm cao làm việc sẽ đẩy một lượng nhiên liệu nhất định với áp suất cao đến kim phun, do áp lực của dầu lớn nên van triệt hồi mở để nhiên liệu đi theo ống dẫn cao áp vào khoang cao áp của cối kim phun, nâng kim phun lên, phun tơi nhiên liệu vào trong buồng đốt. Khi bơm cao áp ngừng cung cấp nhiên liệu theo ống dẫn dầu thừa trở về bình lọc tinh, dầu thừa trên kim phun theo ống dẫn riêng trở về thùng chứa nhiên liệu. Các bộ phận chính của hệ thống có nhiệm vụ cụ thể như sau: * Bình lọc thô: có nhiệm vụ loại bỏ những tạp chất cơ học lớn có ở trong nhiên liệu trước khi cung cấp đến cụm bơm áp suất thấp. 1. Thùng dầu; 2. Vít xả cặn; 3. Khoá nhiên liệu; 4,7. Bình lọc thô; 5. Bơm áp suất thấp (bơm tiếp vận) và bơm tay; 6. Cụm bơm cao áp; 8. Bình lọc tinh; 9. Bình lọc không khí; 10. Nắp xilanh; 11. Kim phun nhiên liệu; 12,14 Đường dầu thừa; 13. Ống dẫn nhiên liệu cao áp. 38
  39. * Cụm bơm áp suất thấp: có nhiệm vụ cung cấp lượng nhiên liệu nhất định với áp suất (P) = 3 - 4kg/cm2 đủ để thắng sức cản trên bình lọc tinh. * Bơm tay: có nhiệm vụ bơm nhiên liệu lên bình lọc tinh khi động cơ chưa làm việc. * Bình lọc tinh và van xả khí: có nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất có kích thước nhỏ có ở trong nhiên liệu để tránh làm kẹt bơm cao áp và kim phun khi làm việc. Thông thường bình lọc tinh có 2 ngăn làm việc độc lập giữa 2 ngăn có một khoá 3 ngả có thể cho từng ngăn hoạt động ngăn còn lại để sửa chữa hoặc thay thế khi cần thiết. - Van xả khí có nhiệm vụ xả không khí có trong hệ thống trước khi cho động cơ làm việc. * Cụm bơm cao áp: có nhiệm vụ bơm nhiên liệu với 1 áp suất cao trong khoảng 110 - 180 kg/cm2 để cung cấp cho các xilanh lượng hỗn hợp đất phù hợp với chế độ làm việc của mỗi động cơ vào các thời điểm nhất định theo trật tự làm việc của động cơ. * Bộ điều tốc: có nhiệm vụ tự động điều chỉnh sự làm việc của các bơm cao áp nhằm duy trì chế độ làm việc của động cơ. * Kim phun: có nhiệm vụ phun tơi nhiên liệu vào trong buồng đất dưới dạng sương mù để nhiên liệu bốc hơi, hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp đất. 4.2.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu bơm phân phối Hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu bơm phân phối sử dụng một bơm cao áp có một xilanh và hai piston bơm tự d0, nhiên liệu cao áp được phân phối nhờ một rô to quay. Bơm cao áp loại này thích hợp cho loại động cơ điêzen cao tốc vì có các mi điểm sau: 1. Thùng nhiên liệu; 2. Bơm tiếp vận; 3. Lọc thô; 4. Van điều áp; - Kết cấu bơm đơn giản 5. Bơm chuyển vân; 6. Van phân lượng; 7. Cần gia tốc; 8. Rôto; không có vòng bi, bánh 9. Đáy đẩu; 10. Piston bơm; 11. Cam vòng; 12. Trục dẫn răng. Số chi tiết di động chủ động; 13. Lỗ phân phối trên rôto; 14. Kim phun. yếu của bơm không tăng s. Áp suất tiếp vâm; F. Áp suất chuyển vận; D. Áp suất phân lượng; l. Áp suất phun dầu. R. Áp suất dầu về thùng chứa. theo số xilanh của động cơ. 39
  40. - Kết cấu bơm nhỏ gọn hơn so với hệ thống bơm cao áp kiểu bơm nhánh. - Năng suất làm việc cao, độ chính xác lớn, tuyệt đối kín không bị hở hay lọt khí vào trong hệ thống. áp suất thường trực trong bơm ngăn chặn không cho không khí lọt vào trong hệ thống. - Không cần bôi trơn cho bơm, công việc bôi trơn cho các chi tiết được thực hiện nhờ chính nhiên liệu lưu thông liên tục khi bơm làm việc với một áp suất nhất định. Bơm có thể làm việc tốt khi lắp theo chiều thẳng đứng hoặc lắp theo chiều nằm ngang, đặc tính này rất tiện lợi cho loại động cơ điêzen cỡ nhỏ. Loại bơm cao áp dạng này được sử dụng phổ biến trên các loại máy kéo cỡ lớn, vừa và nhỏ của các hãng Kubota, Ford, Landini, Jonh deere v.v Kết cấu và hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu bơm phân phối: Bơm nhiên liệu áp suất thấp được chế tạo hèn với bầu lọc sơ cấp, bơm được truyền mômen quay từ trục cam động cơ. Bơm hút nhiên liệu từ thùng chứa cung cấp đến bầu lọc sơ cấp sau khi lọc sạch nhiên liệu được cung cấp cho bơm cao áp. Nhiên liệu được bơm cao áp bơm với áp suất cao và. được van phân phối cung cấp đến ống dẫn nhiên liệu cao áp và đưa đến cho một kim phun của động cơ. Từ kim phun nhiên liệu thừa được dẫn về thùng chứa theo hệ thống ống dẫn dầu thừa. Kết cấu của hệ thống bơm cao áp kiểu bơm phân phối bao gồm: hệ thống bơm cung cấp nhiên liệu áp suất thấp và điều chỉnh nhiên liệu áp suất thấp, hệ thống định lượng, hệ thống tạo áp suất cao và phân phối nhiên liệu cao áp, hệ thống điều tốc và hệ thống đầu phun sớm tự động. 1. Bình xăng; 2. Bình lọc nhiên liệu; 3. Bơm đẩy: 4. Chế hoà khí; 5. Giclơ cung cấp; 6. Miệng vòi phun; 7. Van điều tiết hỗn hợp. 4.2.3. Hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hoà khi Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí được trình bày trên hình 1.26. Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng bộ chế hoà khí sử dụng trên các loại động cơ xăng 2 kỳ và 4 kỳ. Hệ thống hoạt động như sau: xăng từ thùng chứa 1 được bơm 3 hút qua lọc 2 đến buồng nhiên liệu hay còn gọi là buồng phao 4 của bộ chế hoà khí. Cơ cấu van kim - phao giữ cho mức xăng trong buồng nhiên liệu 40
  41. ổn định trong quá trình làm việc. Trong quá trình nạp, không khí được hút vào động cơ phải lưu động qua họng khuếch tán 6 có tiết diện bị thu hẹp. Tại đây, do tác dụng của độ chân không, gọi là Δph, xăng được hút ra từ buồng phao qua giclơ 5. Thực chất, giclơ là một chi tiết được chế tạo chính xác để có thể tiết lưu định lượng lưu lượng xăng hút ra đúng như thiết kế. Sau khi ra họng khuếch tán, nhiên liệu được dòng không khí xé tơi đồng thời bay hơi và được hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp nạp vào động cơ. Lượng hỗn hợp đi vào động cơ được điều chỉnh nhờ bướm ga 7. Các bộ phận chính trong hệ thống có nhiệm vụ như sau: * Bơm xăng: có nhiệm vụ cung cấp liên tục một lượng xăng với một áp suất nhất định từ bình lọc đến bộ chế hoà khí. * Bộ chê hoà khí: có nhiệm vụ hoà trộn xăng với không khí theo tỷ lệ phù hợp với chế độ làm việc của động cơ nhằm cung cấp cho các xilanh lượng hỗn hợp đất theo chế độ làm việc của động cơ. Thời điểm cung cấp hỗn hợp đất vào kỳ nạp của các xilanh và tuân theo trật tự làm việc của động cơ. 4.3. Thành phần hỗn hợp đất, các chế độ làm việc của động cơ 4.3.1. Thành phần hỗn hợp đốt - Hỗn hợp đốt bao gồm có nhiên liệu và không khí hoà trộn với nhau theo 1.tỷ lệ nhất định. - Để đốt hết lkg xăng cần 13,9- 15 kg không khí (21% O2) đây là lượng không khí lý thuyết ký hiệu là Llt (kg). Gọi lượng không khí hòa trộn lkg xăng khi động cơ làm việc là lượng không khí thực tế ký hiệu là Llt (kg). Nếu α 1: hỗn hợp đất nghèo (thiếu xăng, thừa không khí). 4.3.2. Các chế độ làm việc của động cơ * Chế độ khởi động: khi khởi động nhiệt độ của động cơ thấp, nhiệt độ tại bộ chế hoà khí thấp, độ mở của cửa cung cấp hỗn hợp nhỏ, khả năng bốc hơi của xăng kém, lượng hỗn hợp đốt nạp vào trong xilanh ít, số vòng quay của trục cơ thấp. Do vậy để có thể khởi động được động cơ ta phải cung cấp vào trong xilanh 1.lượng hỗn hợp đốt rất giàu, α = 0,6 - 0,7 và phải có mạch cung cấp xăng riêng (mạch xăng khởi động). 41
  42. * Chế độ chạy không (không tải): không kéo ga, lúc này động cơ bắt đầu làm việc, khả năng bốc hơi của xăng tốt hơn, độ mở của cửa cung cấp hỗn hợp nhỏ lượng hỗn hợp nạp vào trong xilanh ít, số vòng quay của trục cơ thấp. Để động cơ có thể duy trì được chế độ này phải cung cấp vào trong xilanh hỗn hợp đất giàu có trị số α = 0,75 - 0,85. * Chế độ tải trung bình: chế độ này kéo ga để mở cửa cung cấp hỗn hợp khoảng 50 - 75%, ở chế độ này nhiệt độ của động cơ ổn định, số vòng quay của động cơ lớn, quán tính của động cơ lớn, chế độ này làm việc chiếm nhiều thời gian nhất. Do vậy để tăng tính tiết kiệm cho động cơ người ta sử dụng hỗn hợp đốt nghèo có trị số α = 1,15 - 1,2 (thừa không khí, ít xăng). * Chế độ toàn tải: Ở chế độ này độ mở của cửa cung cấp hỗn hợp là 100%, lúc này lượng cung cấp hôn hợp cho động cơ là tối đa, số vòng quay của động cơ là cao nhất. Do vậy thời gian nạp - xả bị thu ngắn lại, quá trình nạp - xả không hoàn thiện, hỗn hợp cháy đốt không hết. Do vậy động cơ có xu hướng tự giảm chế độ làm việc (tự giảm số vòng quay). Để động cơ có thể duy trì được ở chế độ này lúc này phải cung cấp vào trong xilanh 1.hỗn hợp đốt giàu α = 0,8 - 0,9. * Chế độ quá tải: ở chế độ này động cơ (xe) gặp phải chướng ngại vật đột ngột, động cơ bị quá tải tức thời, số vòng quay của trục cơ giảm nhanh có xu hướng dẫn đến chết máy. Để động cơ tiếp tục làm việc tức thời lúc này phải cung cấp vào trong xilanh một lượng hồn hơn đốt rất giàu, hệ số α = 0,6 - 0,65. 4.4. Bộ phận làm việc chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng 4.4.1. Cấu tạo - hoạt động của bộ chế hoà khí đơn giản 4.4.1.1. Cấu tạo Bộ chế hoà khí đơn giản chia thành 2 phần là buồng phao và bộ phận khuy ếch tán, được chế tạo bằng kim loại có điện trở cao, tránh gây cháy tại bộ phận chế hoà khí khi động cơ làm việc. - Buồng phao là nơi chứa xăng, trong buồng phao có hệ thống phao xăng, van gồm có kim van 3 cạnh, phao xăng được lắp khớp bản lề với thành của buồng phao, trên phao xăng có thiết kế 1 lưỡi gà để làm điểm tựa cho kim 3 cạnh, trên nắp của buồng phao có khoan lỗ nhằm duy trì áp suất trên mặt thoáng của xăng trong buồng phao bằng áp suất khí quyển. Trong buồng phao có thể khoan lỗ để lắp 1- 2 - 3 giclơ để cung cấp xăng đến cho các mạch xăng làm việc của động cơ. Trong quá trình làm việc nhờ có phao và kim 3 cạnh nên mức xăng trong buồng phao luôn duy trì ở một mức độ nhất định. - Bộ phận khuếch tán, có dạng ống hình trụ, 1 cửa của bộ phận khuếch tán nối với bình lọc không khí tại đây có lắp 1 van điều tiết lượng không khí đi vào. 42
  43. - Cửa còn lại của bộ phận khuếch tán nối với cửa nạp của động cơ, tại cửa này có lắp 1 van điều tiết hỗn hợp (ga) với chức năng là điều tiết tương hỗn hợp đất cung cấp vào trong xilanh. Ở khoảng giữa của bộ phận khuếch tán có 1 phần thắt lại của đường ống gọi là họng khuếch tán, tại đây có lắp vòi phun xăng vòi phun xăng nối với giclơ chính có nhiệm vụ phun xăng để hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp đất. Miệng vòi phun cao hơn mức xăng trong buồng phao từ 1- 2 mm. 4.4.1.2. Hoạt động 1. Cửa cung cấp không khí sạch; 2. Họng khuếch tán; 3. Lỗ thông khí; 4.Lưỡi gà; 5. Van cung cấp; 6. Kim van cung cấp (van 3 cạnh); 7. Phao xăng; 8. Giclơ; 9. Cửa cung cấp hỗn hợp đốt; 10. Van điều tiết hỗn hợp; 11. Vòi phun xăng. Ban đầu khi trong buồng phao chưa có xăng, phao xăng hạ xuống phía dưới do vậy kim van 3 cạnh mở, xăng từ thùng hoặc từ bơm xăng sẽ chảy vào trong buồng phao, mức xăng trong buồng phao nâng dần lên, kim van 3 cạnh đóng dần lại. Khi mức xăng trong buồng phao đã đủ thì phao đẩy kim van 3 cạnh hoàn toàn 43
  44. ngừng quá trình cung cấp vào buồng phao. Vào kỳ nạp của động cơ khi xu páp nạp mở thì áp suất trong xilanh của động cơ thấp năm trong khoảng 0,25 -0,35 kg/cm2. Áp suất này thấp hơn áp suất khí quyển nên sẽ hút không khí đi vào bộ chế hoà khí khi không khí đi qua họng khuếch tán do tiết diện của đường ống thắt lại, vận tốc dòng khí tại đây tăng lên đột ngột, áp suất giảm sẽ hút xăng từ buồng phao lên, xăng sẽ bốc hơi dần hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp đốt nạp vào trong xilanh. Do xăng bị hút lên nên mức xăng trong buồng phao hạ xuống, phao xăng hạ xuống kim 3 cạnh mở, xăng từ thùng lại chảy vào trong buồng phao, khi kỳ nạp kết thúc không khí không bị hút qua bộ chế hoà khí nữa tại họng khuếch tán không còn giảm áp đo vậy xăng không bị hút lên nữa mức xăng trong buồng phao nâng dần lên, phao sẽ đẩy kim 3 cạnh đóng lại khi mức xăng tại đây đã đủ bộ chế hoà khí ngừng làm việc. 4.4.2. Các hệ thống phụ trợ của bộ chế hoà khí 4.4.2.1. Hệ thống giảm độ chân không sau giclơ chính (hình 1.21) Trong hệ thống này ngoài giclơ chính còn có giclơ không khí. Khi bộ chế hoà khí chưa làm việc xăng chưa được hút ra ở vòi phun nhưng mức xăng ở vòi phun được nâng dần lên. Khi có giảm áp tại họng khuếch tán xăng được phun ra ở vòi phun, lúc này mặt thoáng trong ống sự giảm áp suất trên mặt làm xuất hiện dòng không khí vào khoang 3 và đi ra v xuống đột ngột vì vậy lượn hỗn hợp đốt giàu lên. 4.4.2.2 Hệ thống chính có giclơ bổ sung Hình 1.22 trình bày một kiểu hệ thống chính có giclơ bổ sung. Thực chất của loại hệ thống chính này gồm hai giclơ nhiên liệu tạo thành hai hệ thống cung cấp nhiên liệu độc lập vào họng khuếch tán. Hệ thống thứ nhất có thể coi như là hệ thống chính kiểu giảm độ chân không sau giclơ chính xét ở trên bao gồm giáo 1 và giclơ không khí có tiết diện thông qua bằng ∞. Hệ thống thứ hai với giclơ 2 thực chất là một bộ chế hòa khí đơn giản. Đặc tính của hộ chế hòa khí được xây dựng như sau: Khi Δph còn nhỏ, cũng giống như hệ thống chính giảm độ chân không sau giclơ chính xăng chưa được hút ra nhưng mức xăng ờ vòi phun được nâng dần lên. 44
  45. Từ khi Δph = γnlΔph trở đi, xăng được phun ra, khi đó hai hệ thống làm việc như một bộ chế hòa khí đơn giản (hỗn hợp đậm dần), đồng thời mặt thoáng y trong ống 3 từ từ hạ xuống cho đến khi y = H. Từ đó trở đi Δph tiếp tục tăng nhưng lưu lượng nhiên liệu qua giclơ 1 không đổi (vì chỉ phụ thuộc vào độ H), do đó cho hỗn hợp nhạt dần. Tổng hợp lại trên cơ sở lựa chọn tương quan các thông số của hai giclơ hỗn hợp cung cấp cho động cơ từ khi y = H sẽ nhạt dần đáp ứng đặc tính lý tưởng của bộ chế hòa khí. 4.4.2.3. Hệ thống chính điều chỉnh độ chân không ở họng khuếch tán Hình 1.23 trình bày nguyên tắc của một số hệ thống chính thay đổi độ chân không ở họng khuếch tán. Khi bướm ga mở đến một mức độ nào đó nhằm tăng tải, độ chân không ở họng khuếch tán đủ lớn sẽ mở các lá lò xo hay van để bổ sung không khí làm cho hỗn hợp nhạt dần nhằm đáp ứng đặc tính lý tưởng của bộ chế hòa khí. 4.4.2.4. Hệ thống chính thay đổi tiết diện giclơ kết hợp với hệ thống không tải Theo nguyên tắc này, hệ thống không tải luôn làm việc kể cả ở vùng tải trọng lớn. Khi bướm ga 5 mở dần, qua hệ thống đòn dẫn động, kim 6 đi lên làm tăng tiết diện giclơ nhiên liệu 1, hỗn hợp sẽ đậm lên. Tuy nhiên khi đó độ chân không sau bướm ga giảm dần nên hệ thống không tải sẽ cho hỗn hợp nhạt dần. Khi thiết kế người ta lựa chọn tương quan các thông số của các giclơ, sao cho kết quả tổng hợp với hỗn hợp nhạt dần. Nguyên tắc này được áp dụng cho xe máy. 4.4.2.5. Hệ thống không tải Khi động cơ chạy không tải, bướm ga đóng gần kín, lưu lượng không khí qua họng khuếch tán nhỏ khiến cho độ chân không tại đây nhỏ nên khả năng hút xăng cũng như xé tơi và hòa trộn xăng với không khí kém. Do đó hệ thống chính không có khả năng cung cấp hỗn hợp 45
  46. cho động cơ chạy không tải. Trong khi đó độ chân không sau bướm ga lớn nên được tận dụng để hút xăng ra họng khuếch tán và tạo thành hỗn hợp cho động cơ chạy không tải, cụ thể xăng được hút từ buồng phao qua giáo nhiên liệu 6 còn không khí được hút qua giclơ 5 vào ống hỗn hợp 4. Tại đây xăng hòa trộn sơ bộ với không khí tạo thành dạng nhũ tương tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bay hơi và hòa trộn của xăng với không khí tạo thành hỗn hợp. Cuối cùng, hỗn hợp được hút qua lỗ 1 phun vào không gian sau bướm ga. Quá trình bay hơi và hòa trộn của xăng với không khí tiếp tục diễn ra trên đường nạp vào xilanh động cơ. Khi động cơ chuyển từ chế độ không tải về chế độ có tải, bướm ga mở to dán. Độ chân không sau bướm ga giảm đi dẫn tới lượng hỗn hợp cung cấp qua hệ thống không tải giảm trong khi hệ thống chính chưa hoạt động vì độ chân không ở họng khuếch tán còn nhỏ khiến cho động cơ có thể bị chết máy. Để khắc phục hiện tượng này, trong hệ thống không tải có lỗ chuyển tiếp 2. Khi bướm ga mở đến vị trí nào đó sao cho lỗ 2 ở vào vị trí phía sau buồm ga, lúc đó lỗ 2 sẽ trở thành lỗ bổ sung hỗn hợp cho chế độ chuyển tiếp. Còn ở chế độ không tải, lỗ 2 đóng vai trò cung cấp không khí vào ống hỗn hợp 4. Chế độ không tải được điều chỉnh sao cho động cơ làm việc ổn định ở số vòng quay nhỏ nhất có thể nhằm tiết kiệm nhiên liệu. Thông thường chế độ không tải - được điều chỉnh theo trình tự sau đây. Đầu tiên vít điều chỉnh hỗn hợp 3 được vặn chặt rồi nới ra theo qui định của nhà chế tạo "ví dụ đối với xe máy Dream II là 2(1/8) vòng". Vít kim ga 7 được vặn vào một chút để tăng độ mở của bướm ga. Sau đó cho động cơ khởi động. Nếu không tác động lên cơ cấu điều khiển bướm ga, động cơ sẽ chạy không tải ở tốc độ cao. Nối dần vít 7 bướm ga sẽ đóng nhỏ lại, tốc độ động cơ giảm đi cho đến khi động cơ đạt được tốc độ không tải ổn định nhỏ nhất. 4.4.2.6. Hệ thống làm đậm Hệ thống làm đậm cung cấp thêm nhiên liệu làm đậm hỗn hợp để động cơ phát ra công suất cao hơn (có hai phương pháp dẫn động hệ thống làm đậm là dẫn động cơ khí và dẫn động chân không). * Hệ thống làm đậm cơ khí Khi động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ và trung bình, bướm ga 5 mở chưa lớn nên chỉ có hệ thống chính làm việc cung cấp hỗn hợp phạt dần cho động cơ làm việc ở chế độ kinh tế nhất, để đơn giản chỉ thể hiện giclơ 2 và vòi phun đến họng khuếch tán đại diện cho hệ thống chính. Khi bướm ga mở đủ lớn, qua hệ thống đòn dẫn động 4, kim điều chỉnh 3 được nâng lên làm 46
  47. tăng tiết diện thông qua của giclơ làm đậm 1, bổ sung thêm nhiên liệu vào hệ thống chính để làm đậm hỗn hợp. Hỗn hợp được làm đậm nhất khi giclơ 1.được mở to nhất ứng với vị trí mở cực đại của bướm ga. Lúc này động cơ phát ra công suất cực đại Tuy nhiên như đã nói ở phần đặc tính lý tưởng của bộ chế hòa khí, tính kinh tế của động cơ giảm. Hệ thống làm đậm dẫn động cơ khí có ưu điểm là đơn giản, nhưng có nhược điểm là thời điểm hắt đầu làm đậm chỉ phụ thuộc độ mở bướm ga mà không phụ thuộc tốc độ vòng quay n nên ảnh hưởng đến đặc tính tải của động cơ ở chế độ này. Công suất của động cơ tăng do làm đậm tại 80% độ mở bướm ga trở đi. Khi n lớn công suất động cơ tăng nhanh theo độ mở bướm ga nên làm đậm ở 80% là hợp lý. Còn ở chế độ nhỏ, công suất của động cơ tăng chậm nên khi làm đậm ở 80%, công suất tăng rất ít. Tốt nhất nên làm đậm sớm hơn. Ví dụ, khoảng 50% độ mở bướm ga. * Hệ thống làm đậm chân không Hình vẽ 1.26 trình bày sơ đồ kết cấu của hệ thống làm đậm dẫn động chân không. Khi bướm ga mở nhỏ, độ chân không sau bướm ga lớn, tác dụng lên không gian trên piston thắng sức căng lò xo 7 kẻo piston đi lên. Lò xo phục hồi của hệ kim điều chỉnh 4 đóng giclơ làm đậm 2. Khi đó chỉ có hệ thống chính cung cấp hỗn hợp với thành phần nhạt dần. Khi bướm ga mở lớn, độ chân không sau bướm ga giảm, lò xo 7 đẩy piston 6 đi xuống thông qua hệ thống đòn dẫn động 5 nâng kim 4 mở giclơ 2 bổ sung thêm nhiên liệu vào hệ thống chính làm đậm hỗn hợp. Độ chân không sau bướm ga không những phụ thuộc vào độ mở bướm ga mà còn phụ thuộc tốc độ vòng quay n của động cơ Khi n tăng, độ chân không sau bướm ga cũng tăng. Do đó thời điểm bắt đầu làm đậm không chỉ phụ thuộc vào độ mở bướm ga mà còn phụ thuộc số vòng quay n. Tại chế độ n nhỏ, với độ mở bướm ga còn nhỏ, độ chân không sau bướm ga đã đủ nhỏ nên lò xo 7 đẩy Piston 6 đi xuống điều khiển giclơ 2 làm đậm hỗn hợp. Đây chính là ưu điểm của kiểu dẫn động chân không so với kiểu dẫn động cơ khí nói trên. Tuy nhiên độ ổn định của hệ thống này kém. Vì vậy, một số bộ chế hòa khí sử dụng đồng thời hai hệ thống làm đậm cơ khí và làm đậm chân không để tận dụng ưu điểm của hai hệ thống này. 4.4.2.7. Hệ thống khởi động Khi khởi động, tốc độ vòng quay của động cơ rất nhỏ thường chỉ khoảng 50 đến 100 v/ph nên tốc 47
  48. độ không khí qua họng khuếch tán rất nhỏ, nhiên liệu phun vào ít và chất lượng phun kém. Mặt khác, động cơ khi đó lạnh nên xăng khó bay hơi và dễ tạo thành màng trên thành ống nạp, hỗn hợp tạo thành thực tế rất loãng và động cơ khó khởi động. Vì vậy để khởi động động cơ dễ dàng phải cung cấp thêm nhiên liệu làm đậm hỗn hợp. Hình vẽ 1.27 trình bày kết cáu một hệ thống khởi động đơn giản nhưng rất phổ biến trong thực tế. Trong khi khởi động, bướm gió 4 đóng lại, do đó độ chân không trong họng khuếch tán cũng như độ chân không sau bướm ga 1đều lớn. Hệ thống chính 3 và hệ thống không tải 2 đồng thời làm việc cung cấp cho động cơ hỗn hợp rất đậm để khởi động. Khi động cơ đã nổ, dưới tác dụng của đó chân không lớn sau bướm gió 5, van an toàn 4 sẽ mở ra cung cấp thêm không khí tránh cho hỗn hợp quá đậm dẫn tới động cơ có thể bị chết máy ngay sau khi nổ. Sau khi khởi động, bướm gió 4 được mở cực đại để giảm tối đa tổn thất khí động cục bộ tại đây. 4.4.2.8. Hệ thống tăng tốc Khi cần thiết phải tăng nhanh tốc độ hay tải trọng động cơ phải mở đột ngột bướm ga. Khi ấy, 1- ương không khí vào động cơ tăng nhanh nhưng lượng nhiên liệu không tăng kịp do quán tính của xăng lớn hơn nhiều so với quán tính của không khí nên hỗn hợp nhạt đi đột ngột có thể làm chết máy. Để khắc phục hiện tượng này, trên bộ chế hòa khí bố trí hệ thống tăng tốc. Khi bướm ga mở đột ngột, qua hệ thống đòn dẫn động 2 và lò xo 6 đẩy piston 4 đi xuống áp suất bên dưới piston 4 tăng lên đột ngột nên van 3 đóng lại, nhiên liệu không trở lại buồng tán qua vòi phun 7 bổ sung cưỡng bức một lượng nhiên liệu cho quá trình tăng tốc động cơ. Khi tăng tải từ từ, bướm ga mở chậm, nhiên liệu lọt qua khe hở piston - xilanh và qua van bi 3 trở lại buồng phao, quá trình bơm tăng tốc không xảy ra. Khi đóng bướm ga, piston 4 đi lên, nhiên liệu qua van bi 3 nạp vào không gian bên dưới piston 4. Trong quá trình mở đột ngột bướm ga, lò xo 6 bị nén lại. Khi quá trình này kết thúc lò xo sẽ giãn ra từ lừ có tác dụng kéo dài quá trình phun nhiên liệu một thời gian nữa. Do đó có thể tránh được hiện tượng động cơ rồ máy lên đột ngột rồi chết máy do hồn hợp lại nhạt đi đột ngột vì hệ thống chính chưa kịp cung cấp nhiên liệu theo yêu cầu của động cơ. 48
  49. 4.5. Các bộ phận trong hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ điêzen 4.5.1. Các bộ phận trong hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu bơm nhánh 4.5.1.1.Bình lọc dầu Trong dầu Gas- oil có lẫn nhiều tạp chất cứng và nước. Mặc dù các tạp chất này rất nhỏ nhưng vẫn có thể phá hỏng bơm cao áp và vòi phun do các chi tiết chính của các bộ phận này được chế tạo với độ chính xác rất cao < 1/1000 mm. Ngoài ra nước có lẫn trong nhiên liệu sẽ làm cho nhiên liệu không cháy được lúc phun vào buồng đốt, đồng thời làm cho piston bơm, kim phun kẹt cứng trong xy lanh bơm và trong cối kim phun gây nên gẫy hỏng các chi tiết của hệ thống. Do đó, nhiên liệu dùng cho động cơ điezen cần phải lọc thật kỹ trước khi đưa vào bơm cao áp. Thông thường trên động cơ điezen nhiên liệu phải qua ba lần lọc: lọc sơ cấp (thô), lọc thứ cấp (tinh) và lọc lần cuối nơi kim phun. * Lọc sơ cấp (thô) Bình lọc sơ cấp đặt giữa thùng nhiên liệu và bơm tiếp vận. Lõi của bình lọc thường được làm bằng lưới thau có lỗ thưa khoảng 0,1mm, quanh lõi lọc có một cái cào. Khi ta xoay núm phía dưới bầu lọc, cào sẽ làm rơi các cặn bẩn quanh lõi lọc xuống đáy báu lọc. Nút xả cặn bẩn và nước được bố trí phía dưới đáy bầu lọc. * Lọc thứ cấp (tinh) 49
  50. Lõi lọc thứ cấp thường được làm bằng giấy xốp gấp thành nhiều lớp để tăng diện tích tiếp xúc với nhiên liệu. Có loại làm bằng vải hay nỉ, có loại làm bằng sợi to quấn quanh ống đục lỗ. Lõi lọc thứ cấp có hai loại: loại rửa được và có thể sử dụng lại và loại phải thay mới sau một thời gian sử dụng. Trên hình 1.29 giới thiệu cấu tạo của loại bình lọc sơ cấp và thứ cấp. Ngoài ra trong một số bình lọc, để tránh hiện tượng bị tắc bình lọc do tách parafin trong nhiên liệu ở thời tiết lạnh, người ta còn lắp thêm bộ sưởi điện. 4.5.1.2. Bơm chuyển nhiên liệu (tiếp vận) Trong các loại hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ điêzen có sử dụng nhiều loại bơm áp suất thấp khác nhau như bơm màng, bơm piston, bơm bánh răng, bơm cánh gạt kiểu piston được sử dụng phổ biến trong hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu bơm nhánh (bơm hệ Bosch). Trong khuôn khổ chương trình chúng tôi chỉ giới thiệu loại bơm áp suất thấp kiểu piston trong hệ thống cung cấp nhiên liệu của bơm cao áp hệ bosch. a. Cấu tạo Cụm bơm áp suất thấp loại này bao gồm hai hệ thống: bơm tay (dùng trong trường hợp khi động cơ chưa làm việc) và bơm máy. Cụm bơm tay bao gồm piston và xilanh bơm, nắp của bơm tay có gia công ren để vặn chặt với xilanh bơm khi không làm việc. Cụm bơm máy bao gồm piston bơm tựa trên cần đẩy, piston bơm chia xilanh thành 2 khoang A và B. Khoang phía trên của piston nối với đường dầu nạp vào trong bơm, tại của nạp có lắp van để chỉ cho dầu đi vào trong khoang bơm mà không cho đi ngược trở ra. Khoang này thông với khoang phía dưới của piston qua van xả, khoang phía dưới của piston thông với cửa xả, nối với bình lọc tinh của hệ thống. Phía trên piston có lắp một lò xo đẩy, lò xo này có sức căng tương đương với áp lực dầu bơm. Phía dưới piston tựa trên cần đẩy, cần đẩy tựa trên con đội, con đội được điều khiển bởi một trục cam lệch tâm, trong quá trình làm việc cam lệch tâm quay đồng bộ vai chế độ làm việc của động cơ. 50
  51. Hình 1.30. Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của cụm bơm áp xuất thấp 1. Piston bơm; 2. Thân bơm; 3. Van xả; 4. Bu lông nối với đường dầu xả; 5. Con đội; 6. Cần đẩy; 7. Xilanh bơm tay; 8. Nắp bơm tay; 9. Piston bơm tayl 10. Van nạp; 11. Lò xo bơm; 12. Cửa nạp. b. Hoạt động Khi động cơ chưa làm việc nếu cần bơm dầu lên bình lọc tinh ta phải sử dụng bơm tay, để bơm dầu ta vặn mở nắp bơm tay điều khiển piston bơm. Khi piston bị kẻo lên phía trên thể tích khoang xilanh tăng lên áp suất dầu tại đây giảm do vậy van nạp mở dầu từ đường ống sẽ nạp vào trong khoang xilanh bơm. Khi đẩy piston xuống trước tiên van nạp đóng lại, do thể tích khoang xilanh giảm áp suất dầu tại đây tăng lên khi áp suất dầu đủ lớn sẽ đẩy van xả mở ra để dầu đi lên bình lọc tinh. Sau khi đã bơm đủ áp suất dầu xắn thiết ta vặn chặt nắp đậy bơm tay để dầu không chảy ra ngoài khi động cơ làm việc. Khi động cơ làm việc trục cam điều khiển bơm làm việc, khi cam tác động thông qua con đội và cần đẩy piston bơm bị đẩy lên phía trên nén lò xo bơm lại, lúc này thể tích khoang phía trên của piston bị giảm, vạn nạp đóng khi áp lực của đầu đủ lớn sẽ đẩy van xả mở ra để dầu đi từ khoang phía trên của piston xuống khoang phía dưới (do thể tích của khoang phía dưới tăng lên nên áp suất dầu tại 51
  52. khoang này không thay đổi trong suốt quá trình di chuyển lên của piston). Khi cam thôi không tác động lúc này do sức căng của lò xo bơm piston bị đẩy xuống phía dưới, thể tích khoang phía trên tăng lên áp suất dầu tại đây giảm nên van xả đóng lại van nạp mở ra dầu từ ống dầu nạp đi vào khoang xilanh. Khoang phía dưới của piston lúc này có thể tích giảm dần, áp suất tại đây tăng lên nên sầu bị đẩy lên bình lọc tinh. Khi áp suất dầu trên bình lọc tinh đã đủ lớn và cân bằng với sức căng của lò xo thì piston không bị đẩy xuống dưới nữa, dầu không bơm lên nữa trong khi bơm vẫn làm việc (cần đẩy và piston tách rời nhau nên cần đẩy di chuyển nhưng piston vẫn đứng yên) đây là hành trình không bơm của cụm bơm. Khi áp suất của dầu trên bình lọc tinh giảm xuống nhỏ hơn sức căng của lò xo bơm piston lại bị đẩy xuống và dầu lại được bơm đi bơm dầu lại trở về trạng thái làm việc bình thường. 4.5.1.3. Bơm cao áp Bơm cao áp có nhiệm vụ cung cấp vào buồng đốt một lượng nhiên liệu nhất định phù hợp với chế độ làm việc của động cơ dưới một áp suất nhất định và ở một thời điểm nhất định. Yêu cầu quan trọng với bơm nhiên liệu áp suất cao của động cơ nhiều xilanh là phải đảm bảo cung cấp vào mỗi xilanh phải đều nhau và phải thay đổi phù hợp với tải trọng thay đổi của động cơ và thời điểm cung cấp vào mỗi xilanh phải cố định nhằm mục đích nhận được tải trọng đều nhau trong các xilanh, phòng ngừa sự quá tải trong mỗi xilanh riêng biệt. Hiện nay trong các loại động cơ điêzen dùng cho máy kéo và thô có hai loại bơm nhiên liệu cao áp phổ biến là: bơm nhiên liệu có nhiều piston - xilanh và bơm nhiên liệu một piston. Loại bơm nhiều cụm piston - xilanh thì mỗi nhánh bơm sẽ cung cấp nhiên liệu cho một xilanh, loại này có hai dạng: dạng thứ nhất khống chế thời điểm bắt đầu phun còn thời điểm kết thúc phụ thuộc vào lượng 'nhiên liệu cung cấp nhiều hay ít, dạng thứ hai thì khống chế thời điểm kết thúc phun nhiên liệu. Hai dạng bơm này đều có những ưu nhược điểm riêng biệt về thời điểm và thời gian phun nhiên liệu nhất là khả năng tự điều chỉnh góc phun sớm theo góc quay của trục cơ. Trên các loại động cơ điêzen sử dụng phổ biến trong nông nghiệp hiện nay thường dùng loại bơm cao áp dạng bơm nhánh nên trong tài liệu này chúng tôi chỉ giới thiệu kết cấu của loại bơm này. Cấu tạo của cụm piston - xilanh và van triệt hồi của bơm được thể hiện trên hình 1.31. 52
  53. a. Cấu tạo Cụm bơm cao áp bao gồm hai phần lớn đó là cụm các chi tiết của bơm và bộ điều tốc. Bộ điều tốc có nhiệm vụ tự động điều chỉnh sự làm việc của bơm cao áp theo chế độ làm việc của động cơ, cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ phận này chúng tôi sẽ giới thiệu ở mục sau. Cụm các chi tiết của bơm bao gồm hai phần là các chi tiết bơm và van triệt hồi. Các chi tiết bơm bao gồm piston bơm, xilanh bơm, hệ thống điều khiển piston bơm, cam bơm Xilanh bơm được chế tạo bằng thép và chế tạo thành từng cặp với piston bơm, mặt trong của xilanh được gia công phẳng, nhẵn, mặt ngoài của bơm được gia công thành hai phần hình trụ có đường kính khác nhau để lắp lên thân bơm. Phần hình trụ lớn ở phía trên có gia công lỗ để lắp vít định vị. để không cho xilanh xoay trong quá trình bơm làm việc. Trên phần này có khoan hai lỗ thông vào phía trong để nạp và xả dầu, hai lỗ này cùng thông với rãnh nạp hình chữ n, rãnh nạp nối với đường dầu từ bình lọc tinh đến. Lỗ nạp trên xilanh bơm nằm ở vị trí cao hơn lỗ xả. Mặt phía trên của xilanh được gia công phẳng, nhẵn để kín khít với bề mặt phía dưới của van triệt hồi. Piston bơm có dạng chung là hình trụ, mặt ngoài của piston được gia công phẳng, nhẵn, khe hở giữa piston và xilanh bơm là 1/1000 mm. Đầu phía trên của piston có khoan lỗ xuyên tâm, bên hông của piston có gia công lỗ khoan ngang thông với lỗ khoan xuyên tâm từ trên xuống. Bắt đầu từ lỗ khoan ngang trên bề mặt của piston 53
  54. có gia công rãnh xoắn, nhiên liệu từ phía trên của piston theo lỗ 'khoan, theo rãnh xoắn thoát ra cửa xả khi rãnh xoắn tiếp xúc với cửa này. Để bôi trơn cho cụm chi tiết piston và xilanh bơm phải sử dụng trực tiếp bằng nhiên liệu do khe hở giữa piston quá nhỏ, để giữ nhiên liệu bôi trơn ở phần thân phía dưới của piston có gia công 2 trình vòng để chứa nhiên liệu. Trên phần đuôi của piston bơm có gia công mặt tựa để lắp đĩa tựa lò xo bơm, đuôi của bơm có thế gia công dạng thước hình chữ L hoặc có lắp bạc liên kết với vành răng điều khiển. Thông qua bạc lắp ở phần đuôi piston, piston liên kết với tay thước điều khiển, thông qua bộ điều tốc nối với tay hoặc chân ga để điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ nhằm thay đổi chế độ làm việc của động cơ. Thông qua con đội piston bơm tựa trên mấu cam điều khiển, trong quá trình làm việc khi mấu cam tác động piston bị đẩy lên còn khi mấu cam không tác động thì piston sẽ bị lò xo đẩy xuống. Van triệt hồi lắp ở phía trên piston với nhiệm vụ chỉ cho nhiên liệu với áp suất nhất định đi qua và không cho nhiên liệu từ ống dẫn cao áp quay trở lại bơm. Van bao gồm phần yên van được lắp tỳ sát vào phía trên của xilanh bơm, mặt trong của yên van có dạng hình côn, phía dưới của yên van có khoan lỗ để dẫn hướng cho thân van chuyển động và cho dầu đi qua. Thân van chia thành 2 phần, phần đuôi có tiết diện cắt ngang hình chữ thập để dẫn hướng chuyển động cho thân van và cho nhiên liệu đi lên phía trên, phía trên của đuôi van có gia công 1.mặt bích phẳng để nhận lực tác động của áp suất dầu khi bơm làm việc. Phần thân van có gia công dạng mặt côn để khớp với mặt côn trên yên van nhằm làm kín khít và để đóng mở cho nhiên liệu đi qua hay không: Ở phía trên của yên van có lắp một lò xo với tác dụng luôn đẩy yên van đóng kín trong ổ đặt khi bơm không làm việc, sức căng của lò xo được chọn tương thích với áp suất bơm dầu. b. Hoạt động Khi cam không tác động (ở các kỳ làm việc như sinh công, xả, nạp) piston bơm bị lò xo đẩy xuống phía dưới. cửa nạp trên xilanh bơm mở dầu từ rãnh nạp nạp vào trong xilanh bơm. Vào thời điểm cần cung cấp nhiên liệu mấu cam tác động đẩy piston di chuyển lên phía trên, trước tiên piston đóng cửa nạp lúc này khoang xilanh phía trên của piston là khoang kín nên nhiên liệu bị nén lại khi áp lực của nhiên'iệu đủ lớn nhiên liệu tác động vào mặt bích trên đuôi van triệt hồi đẩy thân van triệt hồi lên phía trên (nén lò xo lại), van triệt hồi mở, nhiên liệu được cung cấp đến kim phun. Quá trình này tiếp tục diễn ra đến khi mặt vát trên thân piston tiếp xúc với cửa xả, lúc này nhiên liệu từ phía trên của piston đi qua lỗ khoan xuyên tâm qua lỗ khoan ngang qua rãnh vát thoát ra cửa xả nhiên liệu ở phía trên của piston không còn áp suất. Do sức căng của lò xo van triệt hồi lập tức đóng lại ngừng quá trình cung cấp nhiên liệu trong khi piston vẫn di chuyển lên phía trên. Để điều chỉnh lượng nhiên liệu bơm lên kim phun- thông qua bộ điều tốc ta xoay tay thước để xoay piston bơm với mục đích để cho mặt vát trên piston tiếp xúc với của xả sớm 54
  55. hay muộn để nhiên liệu thoát trở về cửa xả nhanh hay chậm. 5.1.3. Bộ điều tốc Khi thực hiện các công việc khác nhau trong sản xuất tải trọng của động cơ máy kéo luôn thay đổi. Nếu khi máy kéo đang làm việc ta giữ tay thước nhiên liệu của động cơ ở một vị trí nhất định thì khi tải trọng của động cơ thay đổi sẽ dẫn đến số vòng quay của trục cơ sẽ thay đổi theo đo vậy tốc độ di chuyển của máy kéo cũng thay đổi ở một số truyền nhất định. Tốc độ chuyển động của máy kéo thay đổi làm ảnh hưởng đến xấu đến chất lượng làm việc của máy nông nghiệp liên hợp với nó. Để giữ tốc độ chuyển động của máy kéo ở một số truyền nhất định không thay đổi thì phải giữ số vòng quay của trục cơ không đổi. Điều này chỉ có thể thực hiện được khi ta có thể thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp vào trong mỗi xilanh của động cơ tuỳ theo sự thay đổi tải trọng của động cơ Nhưng do tải trọng của động cơ thay đổi liên tục đo sức cản trên đường mà người lái máy không thể điều chỉnh lượng nhiên liệu kịp theo sự thay đổi tải trọng này mà phải nhờ qua một hệ thống tự động gọi là bộ điều tốc (còn gọi là máy điều chỉnh). Bộ điều tốc áp dụng nhiều phương pháp làm việc khác nhau như: điều tốc bằng thuỷ lực, khí lực, ly tâm và phối hợp (ly tâm kết hợp với khí lực). Theo số chế độ điều chỉnh vận tốc, bộ điều tốc ly tâm chia thành các loại như: điều tốc ly tâm một chế độ, hai chế độ hay nhiều chế độ. - Bộ điều tốc ly tâm một chế độ là bộ điều tốc chỉ duy trì ở một chế độ làm việc nhất định của động cơ ứng với số vòng quay trục cơ động cơ nhất định, thông thường là giới hạn số vòng quay cực đại của động cơ. - Bộ điều tốc ly tâm hai chế độ là bộ điều tốc duy trì được hai chế độ làm việc của động cơ là chế độ vòng quay cực đại và cực tiểu của trục cơ động cơ. - Bộ điều tốc ly tâm nhiều chế độ là bộ điều tốc duy trì số vòng quay ở trục cơ của động cơ không thay đổi ở mọi chế độ làm việc của động cơ bằng cách thay đổi sức căng của lò xo. Bộ điều tốc ly tâm nhiều chế độ có những Ưu điểm so với bộ điều tốc hai chế độ như: - Tiết kiệm nhiên liệu khi máy kéo làm việc với tải trọng không đầy. Điều này đạt được nhờ việc máy kéo làm việc ở số truyền cao và giảm số vòng quay của trục cơ để có vận tốc như trước. Vì vận tốc thấp, công suất của động cơ không thay đổi, những động cơ làm việc với số vòng quay trục cơ thấp thì chi phí nhiên liệu giờ sẽ thấp đi. - Khi máy kéo vượt các chướng ngại vật, nó cho phép người lái máy kéo chạy với vận tốc thấp hơn, do đó máy không bị hư hỏng. - Làm tăng năng suất liên hợp máy vì giảm thời gian dừng máy để thay đổi số 55
  56. truyền khi quay vòng. - Tạo điều kiện cho người lái điều khiển máy được nhẹ nhàng hơn, nhanh chóng thay đổi chế độ vận tốc và công suất động cơ. Vì có những Ưu điểm trên đây nên bộ điều tốc ly tâm nhiều chế độ được dùng phổ biến ở động cơ điezen của máy kéo và mô. a. Bộ điều chỉnh ly tâm hai chế độ Khi động cơ làm việc ở vùng chạy không, lực ly tâm của quả váng cân bàng với sức căng của lò xo. Tần số quay giảm làm cho cơ cấu điều chỉnh dịch chuyển theo chiều hướng tăng lượng nhiên liệu cung cấp tương ứng với tăng mômen quay (hình 40). Ở khoảng không điều chỉnh trọng lượng của quả văng được giữ cố định do lực ly tâm của nó nhỏ hơn sức căng của lò xo. Sự thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp nhờ tay đòn 4. Khi tốc độ quay đủ lớn để lực ly tâm thắng sức căng của lò xo ở vị trí tương quan mới và dịch chuyển về phía giảm lượng cung cấp nhiên liệu tương ứng với việc giảm mômen quay. b. Bộ điều chỉnh ly tâm mọi chế độ - Chế độ khởi động, tay đòn 4 tỳ vào vít tựa 3, thanh trung gian được lò xo 7 kẻo tỳ vào vít điều chỉnh 13, lò xo 5 kẻo tay thước 2 hết về phía bên trái đảm bảo làm giàu khi khởi động. - Chế độ chạy không, tay đòn 4 lật về bên phải tỳ vào vít 6, lò xo 7 hết căng 56