Giáo trình Máy tàu

Nội dung text: Giáo trình Máy tàu

1. BỘ GIAO THƠNG VẬN TẢI CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM GIÁO TRÌNH ĐÀO TẠO MÁY TRƯỞNG HẠNG BA MƠN MÁY TÀU Năm 2014 1
2. LỜI GIỚI THIỆU Thực hiện chương trình đổi mới nâng cao chất lượng đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa quy định tại Thơng tư số 57/2014/TT-BGTVT ngày 24 tháng 10 năm 2014 của Bộ trưởng Bộ Giao thơng vận tải. Để từng bước hồn thiện giáo trình đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa, cập nhật những kiến thức và kỹ năng mới. Cục Đường thủy nội địa Việt Nam tổ chức biên soạn “Giáo trình máy tàu”. Đây là tài liệu cần thiết cho cán bộ, giáo viên và học viên nghiên cứu, giảng dạy, học tập. Trong quá trình biên soạn khơng tránh khỏi những thiếu sĩt, Cục Đường thủy nội địa Việt Nam mong nhận được ý kiến đĩng gĩp của Quý bạn đọc để hồn thiện nội dung giáo trình đáp ứng địi hỏi của thực tiễn đối với cơng tác đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa. CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM 2
3. Phần 1. Kết cấu và nguyên lý hoạt động của động cơ Chương I Khái niệm cơ bản và nguyên lý chung 1.1. Quá trình hình thành, phát triển của động cơ: Lần đầu tiên vào năm 1680 nhà bác học Huyghenxo cĩ ý tưởng chế tạo một cỗ máy làm việc nhờ đốt cháy một lượng thuốc nổ trong xilanh động cơ. Nhưng phải đến năm 1860 kiểu động cơ đốt trong đầu tiên mới được kỹ sư người Pháp Lenuar chế tạo thành cơng. Tuy nhiên do hiệu suất của động cơ này khơng vượt quá 3% nên nĩ khơng được ứng dụng trong thực tế. Vào năm 1879, động cơ đốt trong đầu tiên cĩ khả năng làm việc đã được chế tạo theo đề án của kỹ sư cơ khí I.S Kostovik (người Nga). Động cơ này được thiết kế cho mục đích vận tải và chạy bằng xăng, đốt cháy bằng tia lửa điện cĩ cơng suất 60 KW. Đây là tiên thân của loại động cơ cĩ bộ chế hịa khí đang được sử dụng rộng rãi trong nghành giao thơng vận tải và các nghành khác của nền kinh tế. Vào đầu những năm 90 của thế kỷ XIX xuất hiện kiểu động cơ cĩ buồng cháy phụ. Loại động cơ này chạy bằng nhiên liệu nặng (như dầu thơ). Việc đốt cháy nhiên liệu trong động cơ là do nhiên liệu tiếp xúc với bề mặt kim loại được đốt nĩng của buồng cháy phụ đặt trên nắp xi lanh. Mặc dù cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao nhưng loại động cơ này khơng được ứng dụng rộng rãi vì hiệu suất thấp. Bước phát triển quan trọng của động cơ kiểu piston được đánh dấu bằng sự kiện kỹ sư người Đức Rudolf Diesel phát minh ra kiểu động cơ mới vào năm 1892 và được chế tạo vào năm 1897. Động cơ kiểu này làm việc theo nguyên tắc nhiên liệu tự bốc cháy do tiếp xúc với khơng khí cĩ nhiệt độ cao ở cuối hành trình nén trong xilanh động cơ và sau này được gọi là động cơ diesel. Vào năm 1899, nhà máy của hãng Lutvik Noben tại Pêtecbua đã sãn xuất động cơ diesel cơng suất 15 KW cĩ các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật hơn hẳn các loại động cơ thời đĩ. Năm 1903, người ta đưa vào sử dụng chiếc tàu thủy đầu tiên của nước Nga chạy bằng động cơ diesel mang tên “VANDAL” với ba động cơ, cơng suất mỗi động cơ là 88 KW. Vào năm1911 người ta bắt đầu chế tạo hàng loạt các tàu chạy bằng động cơ diesel cơng suất 450 KW. Người đặt nền tảng cho lý thuyết quá trình cơng tác của động cơ đốt trong là một giáo sư của trường cao đẳng kĩ thuật Matxcơva, ơng V.I Grineviski. Vào 3
4. năm 1907 ơng đã xuất bản tài liệu mang tên: “Tính tốn nhiệt quá trình cơng tác của động cơ đốt trong”. Tại hội nghị các nhà chế tạo động cơ tổ chức tại Petecbua vào năm 1910, ơng R. Diesel đã cơng nhận vai trị đi đầu của nước Nga trong việc sản xuất động cơ đốt trong cho tàu thủy. Sau đĩ các động cơ đốt trong với hiệu suất cao đã thay thế các loại máy hơi nước đang được sử dụng rộng rãi trong thời kì đĩ. Hiện nay, động cơ diesel được sử dụng rộng rãi, vì trong cùng một điều kiện như nhau, động cơ diesel tiêu tốn lượng nhiên liệu ít hơn cho một đơn vị cơng suất (g/ml.h). Ngồi ra, động cơ diesel cịn cĩ kích thước và trọng lượng tương đối nhỏ hơn, tuổi thọ và độ bển cao hơn so với các động cơ nhiệt khác. Các đặc tính so sánh giữa các loại động cơ nhiệt được đưa ra trong bảng dưới đây: Thiết bị hơi nước Động cơ đốt trong Thơng số Máy Tua bin Động cơ diesel Tua bin hơi nước hơi nước Thấp Trung tốc Cao tốc khí tốc Hiệu suất 10- 18 28- 35 40- 43 41- 43 35- 40 25- 27 cĩ ích (%) Suất tiêu hao nhiên liệu (g/KW.h) 680- 285- 340 201- 205- 210 211- 245 250- 300 1000 217 Khối lượng trên một đơn vị cơng suất (kg/KW) 55- 110 10- 15 5- 8 30- 35 200- 270 40- 50 1.2. Những khái niệm cơ bản về động cơ, động cơ nhiệt, động cơ đốt trong: 1.2.1. Các định nghĩa về động cơ. 1.2.1.1. Định nghĩa động cơ : Động cơ là một tổ hợp các chi tiết, thiết bị dùng để chuyển đổi một dạng năng lượng bất kỳ thành cơ năng. Tuỳ theo dạng năng lượng được chuyển đổi thành cơ năng mà động cơ được chia làm các loại như sau: Động cơ điện : Điện năng được chuyển đổi thành cơ năng. 4
5. Động cơ nhiệt : Nhiệt năng được chuyển đổi thành cơ năng. 1.2.1.2. Định nghĩa động cơ nhiệt : Động cơ nhiệt là động cơ mà ở đĩ nhiệt năng được chuyển đổi thành cơ năng. Động cơ nhiệt được chia làm hai loại chính là: Động cơ đốt ngồi : là động cơ nhiệt mà ở trong đĩ các quá trình đốt cháy nhiên liệu thành nhiệt và sự chuyển đổi từ nhiệt sang cơ được xảy ra ở hai nơi khác nhau. Động cơ đốt trong : là động cơ nhiệt mà ở trong đĩ các quá trình đốt cháy nhiên liệu thành nhiệt và sự chuyển đổi từ nhiệt sang cơ được xảy ra ở một nơi duy nhất ngay bên trong bản thân động cơ. 1.2.1.3. So sánh động cơ đốt trong với các loại động cơ nhiệt khác : * Ưu điểm: Hiệu suất cĩ ích cao, cĩ thể đạt 40 ÷52%, trong khi đĩ hiệu suất của tua bin hơi nước chỉ đạt 22 ÷28%, của máy hơi nước đạt khơng quá 16% và của tua bin khí khơng quá 30%. Kết cấu gọn, trọng lượng, kích thước nhỏ so với các loại động cơ khác cùng cơng suất. Khởi động nhanh và luơn ở trạng thái chuẩn bị khởi động.Tính cơ động cao, cĩ thể điều chỉnh kịp thời cơng suất theo phụ tải bên ngồi. Dễ tự động hố và cĩ thể điều khiển được từ xa. Ít nguy hiểm khi vận hành, ít cĩ khả năng gây ra hoả hoạn như nổ vỡ thiết bị. Nhiệt độ xung quanh động cơ tương đối thấp, tạo điều kiện làm việc tốt cho thợ máy. Sử dụng nhiên liệu lỏng nên dễ dự trữ và vận chuyển. Suất tiêu hao nhiên liệu theo cơng suất thấp, nên lượng dự trữ ít. Khơng cần khử xỉ và tro. Khơng cần nhiều người bảo dưỡng và phục vụ. * Nhược điểm: Khả năng quá tải kém (thường khơng quá 10% trong thời gian một giờ). Hoạt động khơng ổn định khi làm việc ở tốc độ thấp. Rất khĩ khởi động khi động cơ cĩ tải. Cơng suất lớn nhất của thiết bị khơng cao. Cấu tạo phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao. Dùng nhiên liệu lỏng rất đắt tiền và yêu cầu tương đối khắt khe. Thợ máy yêu cầu phải cĩ trình độ kỹ thuật cao. 5
6. Chi phí về chế tạo ban đầu tương đối đắt. Động cơ làm việc cĩ tiếng ồn lớn (nhất là những động cơ cao tốc). 1.3 Một số thuật ngữ cơ bản dùng cho động cơ đốt trong: Chu trình cơng tác: Là tổng cộng tất cả những phần của quá trình xảy ra trong thời gian của một giai đoạn (thời kì) trong một xylanh của động cơ. Khoảng thời gian đĩ được tính từ khi nạp khí mới vào cho đến khi kết thúc thải khí cũ đã cháy trong xylanh ra. Chu trình cơng tác cĩ tính chu kì. Từ tính chu kì của chu trình cơng tác mà người ta chia động cơ đốt trong ra làm hai loại là động cơ 4 kì và động cơ 2 kì. Kì : Là một phần của chu trình cơng tác xảy ra trong khoảng thời gian giữa hai vị trí của cơ cấu thanh truyền- trục khuỷu mà ở đĩ xylanh cĩ thể tích là lớn nhất và nhỏ nhất. Điểm chết :Là những vị trí của piston trong xylanh mà tại đĩ piston đổi chiều chuyển động. Cĩ hai điểm chết là điểm chết trên (Đ C T) và điểm chết dưới (Đ C D) Đ C T: Là vị trí của piston trong xylanh mà tại đĩ khoảng cách từ đỉnh piston đến đường tâm trục khuỷu là lớn nhất trong một chu trình cơng tác. Đ C D: Là vị trí của piston trong xylanh mà tại đĩ khoảng cách từ đỉnh piston đến đường tâm trục khuỷu là nhỏ nhất trong một chu trình cơng tác. Hành trình piston : Là khoảng cách giữa hai điểm chết. Kí hiệu (S) đơn vị tính (mm). Thể tích buồng đốt : Là thể tích nhỏ nhất của xylanh trong một chu trình cơng tác. Kí hiệu (Vc), đơn vị tính ( cm3 ) Thể tích cơng tác :Là hiệu số giữa thể tích lớn nhất và nhỏ nhất của xylanh trong một chu trình cơng tác. Kí hiệu Vh, Đơn vị tính (cm3 ). Vh = Vmax – Vc Thể tích cơng tác của xylanh chính là thể tích phần khơng gian trong xylanh giới hạn giữa hai điểm chết. Vh = Vmax – Vmin Tỉ số nén :là tỉ số giữa thể tích lớn nhất và nhỏ nhất của xylanh trong một chu trình cơng tác . Kí hiệu là  V  max Vc 1.3.1. Phân loại động cơ đốt trong. 6
7. Động cơ đốt trong dựa vào các đặc điểm riêng của chúng mà cĩ thể cĩ rất nhiều cách phân loại khác nhau. Dưới đây là một số cách phân loại động cơ đốt trong. 1.3.1.Dựa vào tính chu kì của chu trình cơng tác: 1.3.1.1.Động cơ 4 kì: Là động cơ đốt trong mà khi thực hiện hết một chu trình cơng tác phải cần 4 hành trình piston (ứng với 2 vịng quay trục khuỷu ). 1.3.1.2.Động cơ 2 kì: Là động cơ đốt trong mà khi thực hiện hết một chu trình cơng tác phải cần 2 hành trình piston (ứng với 1 vịng quay trục khuỷu). 1.3.2.Dựa vào nhiên liệu sử dụng cho động cơ: 1.3.2.1 Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng: Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng nhẹ (xăng, ben- zen, dầu hỏa ). Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng nặng (dầu ma- dút, dầu diesel ). 1.3.2.2 Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí: Động cơ chạy bằng khí thiên nhiên, khí nén, khí lị ga Các động cơ chính tàu thủy hầu hết sử dụng nhiên liệu lỏng nặng. 1.3.2.3 Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí + lỏng: Trong đĩ nhiên liệu chính là khí, cịn nhiên liệu lỏng làm mồi. 1.3.2.4.Động cơ chạy bằng nhiều loại nhiên liệu: Là loại động cơ cĩ thể chạy bằng nhiều loại nhiên liệu lỏng khác nhau từ nhẹ đến nặng. 1.3.3.Dựa vào phương pháp hình thành khí hỗn hợp: 1.3.3.1.Động cơ hình thành khí hỗn hợp bên ngồi: Là loại động cơ mà hỗn hợp cháy (gồm hơi nhiên liệu nhẹ với khơng khí hoặc khí ga với khơng khí) được hình thành ở bên ngồi xylanh của động cơ. 1.3.3.2.Động cơ hình thành khí hỗn hợp bên trong: Là loại động cơ mà khí hỗn hợp (gồm hỗn hợp giữa khơng khí mới với nhiên liệu và một ít sản vật cháy cịn sĩt lại của chu trình trước ) được hình thành ở bên trong xylanh của động cơ. 1.3.4.Dựa vào phương pháp nạp: 1.3.4.1.Động cơ khơng tăng áp: Là động cơ cĩ áp suất nạp nhỏ hơn áp suất khí trời (tự hút). 7
8. 1.3.4.2.Động cơ tăng áp: Là động cơ cĩ áp suất nạp lớn hơn áp suất khí trời. 1.3.5.Dựa vào cấu tạo động cơ: 1.3.5.1.Theo số xylanh: Động cơ một xylanh. Động cơ nhiều xylanh. 1.3.5.2.Theo cách phân bố xylanh: Động cơ, trong đĩ xylanh được bố trí thẳng đứng. Động cơ, trong đĩ xylanh được bố trí nằm ngang. Động cơ phân bố xylanh theo một hàng dọc (một dãy). Động cơ phân bố xylanh theo hai hàng dọc song song hoặc theo một gĩc nào đĩ (động cơ kiểu chữ V). Động cơ phân bố xylanh theo nhiều hàng với những gĩc độ khác nhau (động cơ hình chữ X, W, H, hình sao). Động cơ cĩ piston đối đỉnh. 1.3.6.Dựa vào khả năng đổi chiều quay của trục khuỷu: 1.3.6.1.Động cơ chỉ quay được một chiều: Động cơ quay phải: Trục khủyu động cơ quay theo chiều quay kim đồng hồ nếu như nhìn từ phía bánh đà hoăc nhìn từ đuơi tàu tới mũi tàu Động cơ quay trái: Trục khủyu động cơ quay theo ngược chiều quay kim đồng hồ nếu như nhìn từ phía bánh đà hoăc nhìn từ đuơi tàu tới mũi tàu 1.3.6.2.Động cơ quay được hai chiều: Trục khuỷu của động cơ cĩ thể thay đổi được chiều quay (động cơ tự đảo chiều). 1.3.7.Dựa vào tính cao tốc của động cơ: 1.3.7.1.Dựa vào số vịng quay định mức của động cơ (nđm): nđm 1000 (v/ph) : động cơ cĩ vịng quay rất lớn. 1.3.7.2.Dựa vào tốc độ trung bình của piston (cm): 8
9. Tốc độ trung bình của piston là quãng đường tịnh tiến trung bình của piston trong một đơn vị thời gian, tính bằng mét/giây (m/s): Trong đĩ: Sn c S:hành trình piston (m) m 30 n:vịng quay động cơ (v/ph) dựa vào tốc độ trung bình của piston, cĩ thể chia ra các loại sau: cm 8,5(m/s): động cơ cao tốc. 1.3.8.Dựa vào cơng dụng của động cơ: 1.3.8.1.Động cơ tĩnh tại: Động cơ đặt tĩnh ở một nơi (trạm bơm, trạm phát điện ). 1.3.8.2.Động cơ tàu thủy: Động cơ chính dùng để quay chân vịt hoặc quay máy phát điện (khi truyền động bằng điện) làm cho tàu chạy và động cơ phụ dùng để dẫn động các cơ cấu phụ của các thiết bị máy mĩc trên tàu thủy (cặp diesel- máy phát điện, diesel- máy nén ). 1.3.8.3.Động cơ tàu hỏa. 1.3.8.4.Động cơ ơ tơ, máy kéo. 1.3.8.5.Động cơ máy bay. 1.3.8.6.Động cơ dùng cho các máy mĩc nơng nghiệp, xây dựng, máy mĩc làm đường và các máy mĩc khác. 1.4. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc động cơ diesel 4 kì, 2 kì 1.4.1 Động cơ diesel 4 kì. 1.4.1.1.Định nghĩa : Động cơ diesel 4 kì là động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu là dầu diesel và khi thực hiện một chu trình cơng tác cần 4 hành trình piston (ứng với 2 vịng quay trục khuỷu ) 1.4.1.2.Nguyên lý làm việc động cơ diesel 4 kì: 9
10. *Sơ đồ cấu tạo : Hình 1- 1. Sơ đồ cấu tạo động cơ diesel 4 kì 1- Trục khuỷu 2- Thanh truyền 3- Piston 4- Xylanh 5- Vịi phun 6- Xupap nạp 7- Xupap thải 8- Đường ống nạp 9- Đường ống thải *Nguyên lý làm việc : Một chu trình cơng tác của động cơ được thực hiện sau 4 hành trình của piston như sau: Hàn trình I: Hành trình nạp. Khi piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD xupap thải đĩng, xupap nạp mở. Thể tích trong xylanh động cơ tăng, dẫn đến áp suất giảm, nhờ sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngồi xylanh, khơng khí ở bên ngồi cĩ áp suất lớn hơn tự động tràn qua đường ống hút và xupap nạp vào xylanh động cơ trong suốt hành trình này. Vì vậy hành trình này được gọi là hành trình nạp. Piston xuống tới ĐCD thì chấm dứt hành trình thứ nhất. Thực tế để tăng thêm lượng khơng khí nạp vào trong xylanh động cơ thì xupap nạp được mở sớm một gĩc 1 và đĩng muộn một gĩc 2 .Vì vậy thời 0 0 gian thực tế của quá trình nạp lớn hơn hành trình: 1 + 180 + 2 > 180 Hành trình II: Hành trình nén. Khi piston đi từ dưới lên cả hai xupap nạp và thải đều đĩng. Thể tích trong xylanh giảm, khơng khí bị nén trong xylanh dẫn đến áp suất và nhiệt độ tăng. Khi piston lên gần tới điểm chết trên áp suất và nhiệt độ của khơng khí đủ điều kiện cho nhiên liệu cháy (p= 30÷45 at; T = 400÷600 0C ) nhiên liệu được phun vào buồng đốt với gĩc phun sớm 3. Piston lên tới điểm chết trên thì chấm dứt hành trình thứ hai, hành trình nén. 10
11. Thực tế thời gian quá trình nén chỉ được tính khi các xupap đã đĩng hồn 0 0 tồn. Vì vậy thời gian thực tế quá trình nén nhỏ hơn hành trình: 180 - 2 < 180 a) b) c) d) Hình 1.2.các quá ttình làm việc của động cơ diesel 4 kì. a.Quá trình nạp b.Quá trình nén c.Quá trình cháy giãn nở d.Quá trình thải - Hành trình III: Cháy giãn nở sinh cơng. Ở cuối hành trình thứ hai khi nhiên liêu được phun vào buồng đốt, nhiên liêu gặp áp suất và nhiệt độ cao của khơng khí nén trong buồng đốt nên tự bốc cháy. Quá trình cháy xảy ra mãnh liệt nhất khi piston ở ĐCT, nhiệt độ trong buồng đốt cĩ thể đạt tới 1600 ÷ 2000 oC; áp suất cĩ thể đạt tới 90 ÷ 120 at. Ap lực của khí cháy trực tiếp tác động lên đỉnh pis ton đẩy piston đi xuống làm quay trục khuỷu thực hiện quá trình giãn nở sinh cơng. Piston xuống tới điểm chết dưới thì chấm dứt hành trình thứ ba. Thực tế để giảm bớt cơng cản trong quá trình thải và nhằm thải được sạch khí cháy thì xupap thải được mở sớm một gĩc 4 và đĩng muộn một gĩc 5. Như 0 vậy thời gian thực tế quá trình cháy giãn nở nhỏ hơn hành trình: 180 - 4 < 1800. 11
12. Hành trình IV: Hành trình thải. Ở hành trình này pis ton đi từ ĐCD lên ĐCT. Xupap thải mở, xupap nạp đĩng. Ở cuối hành trình thứ ba khi xupap thải mở, khí cháy ở trong lịng xylanh cĩ áp suất lớn hơn bên ngồi tự động thốt ra ngồi, phần cịn lại của sản vật cháy sẽ được piston khi đi từ dưới lên trên đẩy nốt ra ngồi qua xupap thải. Piston lên tới ĐCT thì chấm dứt hành trình thứ tư, chấm dứt một chu trình cơng tác của động cơ. Chu trình tiếp theo được lặp lại y như vậy. Thực tế do xupap thải được mở sớm một gĩc 4 và đĩng muộn một gĩc 5, vì vậy thời gian thực 0 0 tế của quá trình thải lớn hơn hành trình : 4 + 180 + 5 > 180 Nạp Nén Cháy giãn nở Thải Hình 1.3. Các quá trình làm việc thực tế của động cơ diesel 4 kì theo gĩc quay trục khuỷu. a. Điểm mở xupap nạp b. Điểm đĩng xupap nạp 1: Gĩc mở sớm xupap nạp 2: Gĩc đĩng muộn xupap nạp c. điểm phun nhiên liệu 3: Gĩc phun sớm nhiên liệu d.Điểm mở sớm xupap thải. 4: Gĩc mở sớm xupap thải e. Điểm đĩng muộn xupap thải 5: Gĩc đĩng muộn xuppap thải 12
13. 1.4.1.2.Kết luận: Qua phân tích nguyên lý làm việc của động cơ diesel 4 kì như trên ta cĩ thể đưa ra một số kết luận sau : + Tồn bộ một chu trình cơng tác của động cơ được thực hiện sau bốn hành trình, trong bốn hành trình đĩ chỉ cĩ hành trình thứ ba là sinh cơng, cịn ba hành trình (nạp, nén, thải) khơng sinh cơng mà phải tiêu hao cơng mới thực hiện được. Năng lượng để phục vụ cho ba hành trình này là nhờ năng lượng dự trữ của trục khuỷu, bánh đà và của các xylanh khác. + Thời điểm mở, đĩng của các xupap nạp và thải cũng như thời điểm phun nhiên liệu khơng trùng với các điểm chết, được gọi là thời điểm phân phối khí của động cơ. 1.4.2.Động cơ diesel 2 kì. 1.4.2.1.Định nghĩa, đặc điểm của động cơ diesel hai kì : *Định nghĩa: Động cơ diesel 2 kì là động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu là dầu diesel và khi thực hiện một chu trình cơng tác cần hai hành trình piston (ứng với một vịng quay trục khuỷu ) *Đặc điểm của động cơ diesel hai kì : Động cơ diesel 2 kì về nguyên tắc làm việc trong một chu trình cũng phải thực hiện các quá trình: nạp, nén (cuối nén phun nhiên liệu), cháy giãn nở, thải. Nhưng tất cả các quá trình này chỉ thực hiện trong hai hành trình piston, do đĩ về mặt kết cấu cần cĩ những đặc điểm khác biệt so với động cơ 4 kì: - Động cơ diesel hai kì muốn làm việc được bắt buộc phải cĩ bơm khí quét (hoặc máy nén) hút khí ngồi trời tạo áp suất cao thổi vào xylanh qua các hàng cửa nạp, dùng khí mới đuổi khí cũ đi và khí mới chiếm chỗ luơn trong đĩ; thực hiện việc vừa nạp vừa thải gọi là quét khí . - Động cơ hai kì cĩ thể khơng cĩ xupap hoặc chỉ cĩ xupap thải. Tuỳ theo hình dạng của dịng khí quét và việc bố trí các cửa khí mà ở động cơ diesel hai kì cĩ rất nhiều kiểu quét khí khác nhau. Dưới đây ta xét nguyên lí làm việc của động cơ diesel 2 kì quét thẳng qua xupap. Đĩ là loại động cơ diesel hai kì khá phổ biến dưới tàu thuỷ. 13
14. 1.4.2.2. Nguyên lý làm việc động cơ diesel hai kì quét thẳng qua xupap: *Sơ đồ cấu tạo: Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo động cơ diesel 2 kì quét thẳng qua xupap. 1. Bơm khí quét 2. Xylanh 3. Vịi phun 4. Xupap thải 5. Cửa nạp 6. Piston 7. Thanh truyền *Nguyên lý làm việc: Trên sơ đồ như hình vẽ các cửa nạp được bố trí xung quanh thành xylanh ở về phía dưới, xupap thải được bố trí trên nắp xylanh. Việc đĩng, mở xupap cũng thơng qua một hệ thống cơ cấu cam, con đội như động cơ bốn kì, cịn các cửa nạp đĩng, mở là nhờ piston đảm nhiệm. Bơm khí quét 1, nén khơng khí vào khơng gian chính, sau đĩ vào xylanh quét sạch khí xả ra ống thải và nạp đầy khí mới vào xylanh. Một chu trình cơng tác được thực hiện như sau: Hành trình I: Thải - nạp – nén. Piston đi từ ĐCD lên ĐCT. Khi piston ở ĐCD lúc này cả cửa nạp và xupap thải đều mở, khơng khí ở bên ngồi được bơm quét đưa vào qua hàng cửa nạp đi lên phía trên đuổi khí cháy ra ngồi qua xupap thải, đồng thời khí mới chiếm chỗ trong đĩ (thực hiện quá trình vừa nạp, vừa thải ), piston đi lên, để tránh hiện tượng dị lọt khí nạp và gĩp phần nạp thêm khí nạp vào trong xylanh động cơ thì xupap thải được đĩng trước khi piston đĩng cửa nạp một gĩc từ 3 ÷ 5 o gĩc quay trục khuỷu. Khi pis ton đĩng kín hàng cửa nạp thì bắt đầu quá trình nén khí, áp suất và nhiệt độ của khơng khí trong lịng xylanh tăng lên. Khi piston lên gần tới điểm chết trên áp suất và nhiệt độ trong lịng xylanh đủ điều kiện cho nhiên liệu cháy (áp suất đạt 30 ÷ 45 at; nhiệt độ đạt 400 ÷ 600 oC), nhiên liệu được phun vào buồng đốt. Piston lên tới ĐCT thì chấm dứt hành trình thứ nhất. Như vậy ở hành trình thứ nhất trong lịng xylanh động cơ đã xảy ra các quá trình nạp, thải, nén và phun nhiên liệu. 14
15. Hành trình II: Cháy giãn nở – thải - nạp Ở cuối hành trình thứ nhất khi nhiên liệu được phun vào buồng đốt. Do gặp áp suất và nhiệt độ cao của khí nén trong buồng đốt, nhiên liệu tự bốc cháy. Quá trình cháy xảy ra mãnh liệt nhất khi pis ton ở ĐCT, nhiệt độ cĩ thể đạt tới 1600 ÷ 2000 oC; áp suất cĩ thể đạt 90 ÷ 120 at. Ap lực của khí cháy tác động lên đỉnh piston đẩy piston đi xuống thực hiện quá trình giãn nở sinh cơng. Piston xuống gần mở cửa nạp thì xupap thải được mở trước, khí cháy trong lịng xylanh cĩ áp suất lớn hơn khí trời tự động thốt ra ngồi (giai đoạn thải tự do). Khi piston mở cửa nạp áp suất trong lịng xylanh đã giảm xuống xấp xỉ bằng áp suất do bơm quét tạo ra, khơng khí ở bên ngồi được bơm quét đưa vào qua hàng cửa nạp, đuổi khí cháy ra ngồi qua xupap thải và khí mới chiếm chỗ trong đĩ (thực hiện việc vừa nạp, vừa thải). Piston xuống tới điểm chết dưới thì chấm dứt hành trình thứ hai, chấm dứt một chu trình cơng tác của động cơ. Như vậy ở hành trình thứ hai trong lịng xylanh động cơ đã xảy ra các quá trình cháy giãn nở, thải tự do, quét khí và nạp khí mới. Khi piston tiếp tục đi lên thì chu trình tiếp theo được lặp lại giống như thứ tự đã nĩi ở trên. Quét Nén Cháy giãn nở Quét Hình 1.5. Các qúa trình làm việc của động cơ diesel 2 kì 1.4.2.3.Kết luận : Qua phân tích nguyên lý làm việc của động cơ diesel 2 kì như trên ta cĩ thể đưa ra một số kết luận sau : + Tồn bộ một chu trình cơng tác của động cơ được thực hiện trong hai hành trình của piston. Trong hai hành trình đĩ chỉ cĩ một hành trình là sinh cơng, cịn hành trình kia dùng để nén khí nạp, do đĩ khơng sinh cơng mà phải tiêu hao cơng mới thực hiện được . + Ap suất khơng khí quét phải lớn hơn áp suất khí trời. Do đĩ phải cĩ bơm quét khí (hoặc máy nén khí) do trục khuỷu dẫn động. + Cĩ một phần hành trình của piston dùng vào việc thải và quét khí. 15
16. + Khi quét khí, cĩ một bộ phận khí nạp mới bị hao hụt do cĩ lẫn trong sản vật cháy đi theo ra ở đường thải. 1.5.Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ xăng 4 kì, 2 kì 1.5.1.Động cơ xăng 4 kì. 1.5.1.1.Định nghĩa : Động cơ xăng 4kì là động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu lỏng nhẹ(xăng) và khi thực hiện hết một chu trình cơng tác phải cần 4 hành trình piston (ứng với 2 vịng quay trục khuỷu ) 1.5.1.2.Sơ đồ cấu tạo, ngyên lý hoạt động: Khác với động cơ diêzen đơng cơ xăng là loại động cơ mà khí hỗn hợp được hình thành ở bên ngồi và mơi chất đưa vào xi lanh trong quá trình nạp khơng phải thuần là khơng khí mà là một hỗn hợp khí gồm khơng khí và hơi nhiên liệu nhẹ .để tránh hiện tượng cháy kích nổ của nhiên liệu nhẹ thì hỗn hợp khí này khơng được nén tới mức độ cĩ thể tự bốc cháy ,vì vậy ở động cơ xăng cần thiết phải sử dụng phương pháp đốt cháy cưỡng bức .Đối với động cơ xăng cũng như đối với tất cả các loại động cơ mà khí hỗn hợp được hình thành ở bên ngồi ,hiện nay đều dùng phương pháp đốt cháy bằng tia lửa điện phát ra giữa hai cực của nến điện (bugi) *Sơ đồ cấu tạo Hình 1- 6. Sơ đồ cấu tạo động cơ xăng 4 kì 1- Ống hút 2- Họng các buya- ratơ 3- Ziclơ 4- Buồng phao 5- Bướm ga 6- Bugi *Nguyên lý hoạt động: Ta xét chuẩn piston đang ở điểm chết trên. Như vậy một chu trình cơng tác của động cơ được thực hiện sau 4 hành trình của piston như sau: - Hành trình I: Hành trình nạp. Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, ở hành trình này xupap nạp mở, xupap thải đĩng . Khi piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới thể tích trong xi lanh động cơ tăng dẫn đến áp suất giảm ,dưới sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngồi xi lanh, khơng khí ở bên ngồi cĩ áp suất lớn hơn tự động 16
17. tràn vào xi lanh qua ống hút 1 và qua ống khuếch tán 2 (họng các buya- ratơ), ziclơ 3 đặt ở chỗ tiết diện nhỏ nhất của ống khuyếch tán .Tốc độ khơng khí qua ống khuyếch tán càng nhanh (số vịng quay n của động cơ càng lớn ) thì áp suất trước lỗ phun của ziclơ 3 càng thấp .Ap suất trong buồng phao 4 của cac buya – ratơ bằng áp suất khí trời và nhờ cĩ phao nên mức xăng khơng thay đổi .Do sự chênh lệch áp suất nên xăng phụt ra khỏi ziclơ và bị luồng khơng khí thổi thành từng hạt nhỏ, bốc hơi nhanh hồ trộn với khơng khí đi vào xilanh của động cơ trong suốt hành trình này . vì vậy hành trình này được gọi là hành trình nạp (nạp hỗn hợp nhiên liệu và khơng khí ) . Piston xuống tới điểm chết dưới thì chấm dứt hành trình thứ nhất .Nhưng thực tế để tăng thêm lượng khơng khí nạp vào trong xi lanh động cơ thì xupap nạp được mở sớm một gĩc 1 và đĩng muộn một gĩc 2 .Vì vậy thời gian thực tế của quá trình nạp lớn hơn hành trình. a) b) c) d) Hình 1.7.các quá ttình làm việc của động cơ xăng 4 kì. a.Quá trình nạp b.Quá trình nén c.Quá trình cháy giãn nở d.Quá trình thải - Hành trình II: Hành trình nén. Ở hành trình này piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, cả hai xupap nạp và thải đều đĩng . Khi piston đi từ dưới lên trên thể tích trong xi lanh giảm dẫn đến áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp khí trong xi lanh tăng. Pis ton lên gần tới điểm chết trên áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp đạt giá trị (p= 7- 20 at; T=350- 450 0C ) bugi đánh lửa với gĩc đánh lửa sớm trước ĐCT một gĩc 3 .Piston lên tới điểm chết trên thì chấm dứt hành trình thứ hai ,hành trình nén (nén khí hỗn hợp) . 17
18. Nhưng thực tế thời gian quá trình của sản vật cháy sẽ được pis ton khi đi nén chỉ được tính khi các suppap đã từ dưới lên trên đẩy nốt ra ngồi qua đĩng hồn tồn .vì vậy thời gian thực xupap thải.Piston lên tới điểm chết tế quá trên thì chấm dứt hành trình thứ tư trình nén nhỏ hơn hành trình . - Hành trình III: Cháy giãn nở sinh cơng .Ở ,chấm dứt một chu trình cơng tác của cuối hành trình thứ hai khi bugi bật tia động cơ, chu trình tiếp theo được lặp lửa điện đốt cháy khí hỗn hợp quá lại y như vậy . trình cháy bắt đầu xảy ra . Quá trình Trên thực tế do xupap thải được cháy xảy ra mãnh liệt nhất khi piston ở ĐCT, nhiệt độ trong buồng đốt cĩ mở sớm một gĩc 4 và đĩng muộn thể đạt tới 2000 – 2500 0C ;áp suất cĩ một gĩc 5, vì vậy thời gian thực tế thể đạt tới 30 - 50 at. Ap lực của khí của quá trình thải lớn hơn hành trình. cháy trực tiếp tác động lên đỉnh pis Nạp Nén ton đẩy pis ton đi xuống làm quay trục Cháy giãn nở Thải khuỷu thực hiện quà trình giãn nở sinh cơng .Piston xuống tới điểm chết Hình 1.8. Các quá trình làm việc thực dưới thì chấm dứt hành trình thứ ba. tế của động cơ xăng 4 kì theo gĩc Nhưng thực tế để giảm bớt cơng quay trục khuỷu. cản trong quá trình thải và nhằm thải a. Điểm mở xupap nạp được sạch khí cháy thì suppap thải b. Điểm đĩng xupap nạp được mở sớm một gĩc 4 và đĩng muộn một gĩc 5. Như vậy thời gian 1: Gĩc mở sớm xupap nạp quá trình cháy giãn nở nhỏ hơn hành 2: Gĩc đĩng muộn xupap nạp trình . c. Điểm đánh lửa - Hành trình IV:Hành trình thải .Ở hành trình này piston đi từ ĐCD lên 3: Gĩc đánh lửa sớm ĐCT xupap thải mở, xupap nạp đĩng . d.Điểm mở sớm xupap thải. Ở cuối hành trình thứ ba khi 4: Gĩc mở sớm xupap thải xupap thải mở khí cháy ở trong lịng e. Điểm đĩng muộn xupap thải xi lanh cĩ áp suất lớn hơn bên ngồi tự động thốt ra ngồi ,phần cịn lại 5: Gĩc đĩng muộn xuppap thải 18
19. Kết luận :Qua phân tích nguyên lý Động cơ xăng 2 kì về cấu tạo v làm việc của động cơ xăng 4 kì như nguyn lý lm việc tương tự như động trên ta cĩ thể đưa ra một số kết luận cơ diesel 2 kì, nhưng khác ở đây do là sau : động cơ xăng nên hỗn hợp khí được + Tồn bộ một chu trình cơng tác của hình thnh ở bn ngồi (mơi chất được động cơ được thực hiện sau bốn hành nạp trong quá trình nạp l hỗn hợp giữa trình ,trong bốn hành trình đĩ chỉ cĩ khơng khí v hơi nhiên liệu nhẹ), do đĩ hành trình thứ ba là sinh cơng, cịn ba trên động cơ cũng phải cĩ các buya- hành trình kia (nạp, nén ,thải) khơng ratơ (bộ chế hịa khí) v trn nắp xilanh sinh cơng mà phải tiêu tốn cơng mới khơng cĩ vịi phun m l bugi. thực hiện được ,ba hành trình này là Trong qu trình nạp khi bơm quét để phục vụ cho hành trình thứ ba. hút khơng khí ngồi trời sẽ đi qua các Năng lượng để phục vụ cho ba hành buya – ratơ hút theo hơi xăng, hơi trình này là nhờ năng lượng dự trữ của xăng sẽ hịa trộn đều với khơng khí và trục khuỷu ,bánh đà và của các xi lanh được đưa vào xilanh qua hàng cửa khác. nạp. Cuối quá trình nn khi p suất v + Các điểm đĩng ,mở xupap và điểm nhiệt độ của hỗn hợp khí trong xilanh bật tia lửa điện đốt cháy khí hỗn hợp đạt giá trị cần thiết thì bugi bật tia lửa khơng trùng với các điểm chết . Sự điện đốt cháy hỗn hợp khí này. lệch do với điểm chết này gọi là pha Trong động cơ hai kì m khí hỗn phân phối khí của động cơ, mỗi một hợp hình thnh bn ngồi , dng hịa khí để động cơ cĩ một pha phân phối khí quét xilanh, khơng tránh khỏi việc riêng do nhà chế tạo qui định ,khi sử mất mát một phần hịa khí cng khí xả dụng người thợ phải tuân thủ pha thốt ra đường thải, vì vậy động cơ hai phân phối khí này . kì thường chỉ dùng cho động cơ + Do khơng nén khí hỗn hợp tới mức diesel. Trường hợp một số động cơ tự bốc cháy cho nên tỉ số nén của cơng suất nhỏ (xe máy, thuyền máy động cơ xăng nhỏ hơn so với động cơ nhỏ ) do yêu cầu về cấu tạo đơn diêzen, và kết quả là hiệu suất của giản và gọn nhẹ cao hơn so với tính động cơ xăng thấp hơn hiệu suất của kinh tế nên người ta thường dùng động cơ diêzen. động cơ xăng. 1.5.2.Động cơ xăng 2 kì. 1.6 So sánh ưu nhược điểm của các loại động cơ đốt trong: 1.5.2.1.Định nghĩa : Động cơ xăng 2kì là động cơ đốt trong, sử dụng So sánh động cơ diesel hai kì và bốn nhiên liệu lỏng nhẹ(xăng) và khi thực kì ta thấy: hiện hết một chu trình cơng tác phải a. Nếu các kích thước đường kính cần 2 hành trình piston (ứng với 1 xylanh (D), hành trình pis ton (S) và vịng quay trục khuỷu ) số vịng quay (n) như nhau thì về mặt 1.5.2.2.Ngyên lý hoạt động: lý thuyết, cơng suất của động cơ hai kì cĩ thể lớn gấp đơi cơng suất của động cơ bốn kì. Thực tế chỉ lớn hơn 1,6 đến 19
20. 1,8 lần, vì một phần hành trình piston áp của nĩ cũng đơn giản hơn so với của động cơ hai kì phải dùng để thực động cơ hai kì . hiện quá trình thải và quét. Ngồi ra h. Tính kinh tế của động cơ bốn kì và để dẫn động bơm quét khí cũng phải hai kì gần như nhau trừ trường hợp cá tốn 5 ÷ 10% cơng suất chỉ thị của biệt đối với động cơ diesel bốn kì tăng động cơ. Đặc biệt đối với loại động cơ áp cao cĩ thể đạt mức tiêu hao nhiên hai kì quét thải qua cửa cịn xảy ra liệu khoảng 140g/cv.h; Ngồi ra cịn hiện tượng dị lọt khí . tuỳ vào phạm vi và mục đích sử dụng b. Quá trình thải sạch khí thải và nạp mà hiệu quả của chúng cĩ khác nhau. ở động cơ bốn kì tiến hành tương đối 1.7. Những chỉ tiêu kỹ thuật, các hồn hảo hơn so với động cơ hai kì vì đơn vị đo lường dùng cho động cơ các quá trình này ở động cơ bốn kì đốt trong. tiến hành trong hơn hai hành trình của pis ton. 1.7.1. Những chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ. c.Trường hợp quét khí bằng cửa thì cấu tạo của động cơ hai kì đơn giản 1.7.1.1. Cơng suất: hơn nhiều so với động cơ bốn kì vì - Cơng suất chỉ thị (N i): Cơng suất khơng cĩ các xupap thải, xupap nạp chỉ thị của động cơ là cơng suất ứng và bộ phận dẫn động chúng . với cơng chỉ thị của chu trình (cơng d. Ở động cơ hai kì mơ men quay đều do khí sinh ra trong xilanh đối với đặn hơn vì một chu trình cơng tác một chu trình được xác định bằng đồ được thực hiện trong hai hành trình thị cơng). của piston. Trong khi đĩ ở động cơ - Cơng suất cĩ ích (Ne): Cơng suất bốn kì một chu trình cơng tác được cĩ ích là cơng suất đo được tại đầu ra thực hiện trong bốn hành trình của của trục khuỷu. Cơng suất cĩ ích nhỏ piston. hơn cơng suất chỉ thị một trị số bằng e. So với động cơ hai kì, động cơ bốn tất cả các lực cản tác dụng trong các kì dễ chọn gĩc phân phối khí tốt nhất cơ cấu của động cơ. vì chỉ cần thay đổi vị trí của mặt cam Tổng số cơng trong một giây của tất trên trục phân phối là cĩ thể biến đổi cả các lực cản đĩ hợp thành cơng suất gĩc sớm hoặc muộn khác nhau. cơ giới (N m). Do đĩ cơng suất cĩ ích f. Gĩc ứng với quá trình cháy và giãn sẽ là: Ne = Ni – Nm. nở của động cơ bốn kì lớn hơn của Ngồi ra trong qu trình khai thác và sử động cơ hai kì (ở động cơ bốn kì dụng động cơ tàu thủy người ta cịn khoảng 140o, cịn ở động cơ hai kì phn biệt cc cơng suất sau: khoảng 100 ÷ 120o gĩc quay trục - Cơng suất cực đại: Là cơng suất cĩ khuỷu) ích lớn nhất mà động cơ cĩ thể phát ra g. Bằng phương pháp tăng áp cĩ thể được trong một khoảng thời gian giới tăng cơng suất của động cơ bốn kì hạn (trường hợp quá tải). một cách dễ dàng, vì ứng suất nhiệt của xylanh nhỏ hơn và hệ thống tăng 20
21. - Cơng suất định mức: Là cơng suất cĩ ích lớn nhất mà động cơ cĩ thể N  e phát ra được trong một thời gian kéo e Gnl .Qh daì ở vịng quay định mức. Đây là cơng suất nhà chế tạo cam đoan, trong đĩ cĩ tính đến những điều kiện sử - Hiệu suất cơ giới (m): Là tỉ số giữa dụng của động cơ. cơng suất cĩ ích và cơng suất chỉ thị: - Cơng suất vận hành: Là cơng suất trong khi khai thác cĩ tính tới các vấn N e  m đề về kinh tế, gới hạn tuổi thọ và tính N i an tồn của hệ động lực tàu thủy. Thường cơng suất vận hành bằng 85 ÷ 90% cơng suất định mức. Như vậy: e = i . m . - Cơng suất cực tiểu: Là cơng suất 1.7.1.3. Suất tiêu hao nhiên liệu: cĩ ích của động cơ ứng với vịng quay Suất tiêu hao nhiên liệu là lượng ổn định nhỏ nhất. nhiên liệu tiêu hao để phát ra một đơn 1.7.1.2. Hiệu suất: vị cơng suất trong một đơn vị thời gian. - Hiệu suất chỉ thị ( i): Hiệu suất chỉ thị của động cơ là tỉ số giữa nhiệt Suất tieu hao nhin liệu cĩ thể tính lượng tương đương với cơng chỉ thị bằng : gam / m lực . giờ (g/ml.h). chia cho số nhiệt lượng do nhiên liệu Hoặc tính bằng : ki lơ gam / ốt . giây phát ra: (kg/w.s); ki lơ gam / ki lơ ốt . giây (kg/kw.s). N - Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị  i i (g ): Là lượng nhiên liệu tiêu hao cho Gnl .Qh i một ốt chỉ thị trong một giây. Trong đĩ: - Suất tiêu hao nhiên liệu cĩ ích (ge): Là lượng nhiên liệu tiêu hao cho một Gnl : Lượng tiêu hao nhiên ốt cĩ ích trong một giây. liệu trong một giây. 1.7.1.4. Độ tin cậy: Qh : Nhiệt trị của nhiên liệu tương ứng. Độ tin cậy của động cơ cũng như hệ động lực tàu thủy là một hệ - Hiệu suất cĩ ích ( e): Hiệu suất cĩ thống phức tạp các chỉ tiêu, chúng ích của động cơ là tỉ số giữa nhiệt thay đổi theo thời gian và cĩ thể khơi lượng tương đương với cơng cĩ ích phục lại trong khai thác bằng chăm chia cho số nhiệt lượng do nhiên liệu sĩc kỹ thuật và sửa chữa. Các chỉ tiêu phát ra: đĩ là: - Khả năng làm việc khơng hỏng hĩc: Đây là phẩm chất của sản phẩm 21
22. giữ được khả năng làm việc trong 4,182w khoảng thời gian làm việc nào đĩ Áp Niutơn N/m2 1N/m2 = khơng cần khoảng nghỉ bắt buộc. suất trên mét Bar 1Pa - Độ bền: Là phẩm chất của sản phẩm vuơng (Pascal) At giữ được khả năng làm việc đến trạng Bar 1 bar = thái giới hạn (tới mức phải bỏ đi) kG/cm2 5 2 Atmốtphe 10 N/m trong một khoảng thời gian nào đĩ = 750 cùng với những khoảng nghỉ để chăm Kilơgam mm Hg sĩc kỹ thuật và sửa chữa. lực trên psi 1at = cm vuơng mm - Khả năng cĩ thể sửa chữa: Là khả 0,981 bar H O năng cho phép cĩ thể dự đốn, phát Pound 2 = 10 mm hiện và khắc phục hỏng hĩc bằng con lực trên mm Hg H2O đường chăm sĩc kỹ thuật và sửa chữa. inch 1 kG/cm2 - Khả năng co thể bảo quản: Là vuơng = 1at = phẩm chất của sản phẩm cĩ thể giữ Minimét 735,5 được các chỉ tiêu khai thác trong nước mm Hg khoảng thời gian bảo quản, vận Minimét chuyển. thủy ngân - Tuổi thọ đơng cơ: Là thời gian sử 1psi = dụng động cơ giữa hai kì đại tu. 6895 Pa = 0,07 at 1.7.2. Một số đơn vị đo lường dùng cho động cơ đốt trong: 1 mm = 0,1 at 1 mmHg Đại Đơn vị Ký Hệ số = lượng đo hiệu chuyển 0,00136 đổi at Cơng Oat W 1w = 1 j / Nhiệt 0C = (0F suất Sức ngựa cv 1s độ (jun/giây) Độ 5 Sức ngựa hp Xenxiut 0C – 32) Anh 1cv = 9 kGm/s 736 w Kilơgam kcal/s lực mét 1hp = 0K 0K = 273 trên giây 1,014 cv Độ + 0C = 745,7 Kelvin Kilơcalo w 0F trên giây 0 1kGm/s F = Độ 0 = 9,81w 1,8 C + Farenheit 32 1kcal/s = Lượng Pound b / hp.h 1b/hp.h = 22
23. tiêu trên mã g / 608,27 Ở phương pháp tăng áp này khi hao lực giờ kw.h g/kw.h động cơ làm việc, trục khuỷu của nhiên Gam trên 1g/kw.h động cơ kéo theo một máy nén khí liệu kilơoat = 0,735 thơng qua cơ cấu truyền động. Máy giờ g/hp.h nén khí hút khơng khí ngồi trời từ áp suất po nén tới áp suất p k, sau đĩ qua = bộ phận 0,001644 làm mát và b/hp.h cuối cùng được nạp vào xylanh 1.8.Tăng áp cho động cơ 4 kì. động cơ Tăng áp cho động cơ tức là làm qua xupap tăng áp suất của khơng khí nạp, qua nạp trong đĩ tăng khối lượng khơng khí nạp vào suốt quá xylanh động cơ trong quá trình nạp trình nạp. tương ứng với việc tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình cơng tác. Tăng áp là phương pháp tốt nhất 1.8.2.Tăng làm tăng cơng suất của động cơ, trên áp bằng cơ sở giữ nguyên số xylanh, kích tua bin khí thước của động cơ. thải: Như vậy muốn tăng áp cho động Hình 3.19. cơ cần cĩ máy nén khí để nén khơng Tăng áp khí từ áp suất po đến áp suất pk rồi đưa bằng tua bin khí thải vào xylanh động cơ. Tuỳ theo phương 1- ống thốt pháp dẫn động máy nén khí, mà hệ 2- đường ống dẫn khí thải đến tua bin thống tăng áp cho động cơ 4 kì được chia ra làm các loại như sau: 3- tua bin 1.8.1.Tăng áp kiểu truyền động cơ 4- máy nén khí giới: Hình 3.18. Tăng áp kiểu truyền động cơ giới 1- trục máy nén khí 2- máy nén khí 3- bộ phận làm mát khí nén 4- đường ống 5- xupap nạp 6- động cơ 23
24. 5- bộ phận làm mát khí nén 6- đường ống dẫn khí nén 6- ống hút 7- bộ truyền động. po: áp suất khí trời Ở phương pháp tăng áp này khi p : áp suất khí sau máy nén động cơ làm việc, cả máy nén truyền k động cơ giới và máy nén tua bin khí Ở phương pháp tăng áp này thải cùng hút khơng khí ngồi trời cĩ người ta lợi dụng năng lượng cịn lại áp suất po nén tới bình chứa chung và của khí thải để làm quay tua bin khí sau khi được làm mát sẽ được nạp vào gắn đồng trục với máy nén khí. Đây là xylanh động cơ qua xupap nạp trong biện pháp tốt nhất để làm tăng cơng suốt quá trình nạp. suất và nâng cao các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ. 1.8.3.2.Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp: Khí thải sau khi ra khỏi động cơ được đưa về tua bin khí. Năng lượng Nối tiếp thuận: của khí thải làm quay tua bin, kéo Ở phương pháp tăng áp này khi theo máy nén khí. Máy nén khi hút động cơ làm việc máy nén tua bin khí khơng khí ngồi trời từ áp suất p o nén thải hút khơng khí ngồi trời cĩ áp tới áp suất pk, sau đĩ qua bộ phận làm suất po nén qua bộ phận làm mát và mát và cuối cùng được nạp vào đưa tới máy nén truyền động cơ giới. xylanh động cơ qua xupap nạp trong Tại đây khơng khí được nén một lần suốt quá trình nạp. nữa tới áp suất pk và được nạp vào 1.8.3.Tăng áp hỗn hợp: xylanh động cơ qua xupap nạp trong suốt quá trình nạp. Tăng áp hỗn hợp là biện pháp sử dụng cùng một lúc cả máy nén truyền Hình 3.21. Tăng áp hỗn hợp nối động cơ giới và máy nén tua bin khí tiếp thuận thải. Tuỳ theo việc bố trí các máy nén mà tăng áp hỗn hợp được chia ra làm các loại như sau: 1.8.3.1.Tăng áp hỗn hợp lắp song song: Hình 3.20. Tăng áp hỗn hợp lắp song song. 1- đường ống dẫn khí thải 2- tua bin khí thải 3- máy nén kiểu tua bin khí thải 4- bộ phận làm mát khí nén 5- máy nén kiểu truyền động cơ giới 24
25. 1- đường ống dẫn khí thải 2- tua bin khí thải 3- máy nén kiểu tua bin khí thải 4- bộ phận làm mát khí nén 5- máy nén kiểu truyền động cơ giới 6- đường ống dẫn khí nén 7- bộ truyền động. Nối tiếp ngược: Hình 3.22. Tăng áp hỗn hợp nối tiếp ngược 1- đường ống dẫn khí thải 2- tua bin khí thải 3- máy nén kiểu tua bin khí thải 4- bộ phận làm mát khí nén 5- máy nén kiểu truyền động cơ giới 6- đường ống dẫn khí nén 7- bộ truyền động. Ở phương pháp tăng áp này khi động cơ làm việc máy nén truyền động cơ giới hút khơng khí ngồi trời cĩ áp suất po nén qua bộ phận làm mát và đưa tới máy nén tua bin khí thải. Tại đây khơng khí được nén một lần nữa tới áp suất pk và được nạp vào xylanh động cơ qua xupap nạp trong suốt quá trình nạp. 25
26. Để các gujơng được kéo đều, đệm Chương II kín dều và tránh cong vênh nắp thì việc Kết cấu động cơ diezen 4 kỳ tháo và siết các đai ốc nắp xylanh phải theo qui định.Trên hình 2.1, 2.2 giới thiệu nắp xylanh của động cơ cĩ buồng 2.1.Nắp xilanh. cháy thống nhất. 2.1.11.Vị trí, cơng dụng: Hình 2.1. Nắp xylanh động cơ 2 kì quét thẳng qua xupap. Nắp xylanh nằm trên thân xylanh. Cùng với xylanh và piston tạo thành thể tích làm việc của động cơ. Lắp các chi tiết như vịi phun, xupap, cơ cấu giảm áp, các thiết bị đo lường, một số chi tiết của hệ thống phân phối khí 2.1.2.Điều kiện cơng tác: Chịu nhiệt độ và áp suất cao của khí cháy. Chịu ăn mịn của sản phẩm cháy và nước làm mát. Chịu ứng suất nhiệt do sự chênh lệch nhiệt độ. 1- Đệm kín Chịu lực nén khi xiết đai ốc nắp xylanh 2- Ống nước làm mát 2.1.3.Đặc điểm kết cấu : 3- Nắp xi lanh Nắp xylanh của động cơ diesel rất phức tạp, tuỳ theo kết cấu buồng đốt mà nắp xylanh cĩ kết cấu khác nhau sao cho phù hợp với loại buồng đốt đĩ. Nắp xylanh của động cơ diesel thường được chế tạo thành từng cụm hoặc riêng mỗi xylanh một nắp. Khi được làm mát bằng nước, nắp xylanh cịn được bố trí các ống dẫn hoặc lỗ khoan cĩ vịng đệm kín nước. Để kín khí giữa nắp xylanh và thân xylanh thường dùng các tấm đệm bằng đồng đỏ hoặc amiăng; đối với động cơ cỡ vừa và nhỏ người ta dùng đệm nhơm kín khí chung cho tất cả các 4- Lỗ xupap xylanh. 5- Khoang nước làm mát 6- Lỗ vịi phun 26
27. Hình 2.2. Nắp xylanh động cơ 4 kì. 27
28. 2.2. Thân động cơ 2. Lỗ Lắp lĩt xylanh 2.2.1.Vị trí, cơng dụng: 3. Gu jơng Nằm phía trên bệ máy, dưới nắp xylanh. Lắp các chi tiết, bộ phận của các hệ thống phục vụ động cơ. Lắp bàn trượt (đối với động cơ cĩ bàn trượt). Là nơi bố trí các cửa xả, cửa nạp, - Hai cầu dọc 1 để lắp bu lơng cố định bầu gĩp khí quét đối với động cơ 2 thân máy với bệ máy. kì. - Các lỗ 2 để lắp lĩt xylanh. Tạo thành hộp trục và giữ kín dầu trong cácte. - Các gu jơng 3 để cố định thân máy với nắp xylanh. 2.2.2.Điều kiện cơng tác: 2.3.Lĩt xylanh (sơ mi xylanh). Chịu ăn mịn do nước làm mát. 2.3.1.Vị trí, cơng dụng: Chịu lực kéo của các gu jơng, chịu nén do trọng lượng của các chi tiết Nằm trong thân máy (blơc). lắp trên nĩ. Cùng với piston, nắp xylanh tạo Chịu ứng suất nhiệt. thành thể tích làm việc của động cơ. 2.2.3.Đặc điểm kết cấu : Làm bàn trượt cho piston. Thân máy cĩ nhiều loại, thường được đúc làm 2 phần: phần thân Bố trí các cửa khí trong động cơ xylanh và phần thân máy, sau đĩ được hai kì. ghép với nhau bằng các gu jơng; hoặc 2.3.2.Điều kiện cơng tác: đúc liền thành một khối rồi bắt với bệ máy bằng bulơng. Hình 2.3 giới thiệu một loại thân máy đúc liền khối, bao gồm: Hình 2.3. Thân máy 1. Cầu dọc 28
29. Chịu ma sát trong điều kiện bơi trơn khĩ khăn. Chịu nhiệt độ cao và áp lực của khí cháy. Chịu ăn mịn. Chịu ứng suất nhiệt. 2.3.3.Đặc điểm kết cấu : Lĩt xylanh là một ống hình trụ rỗng được gia cơng chính xác và được lắp với thân máy bằng miệng ghép trung gian. Mặt trong của ống lĩt được gia cơng chính xác, được mài bĩng và phủ lớp crơm xốp hoặc được ni tơ hố gọi là mặt gương xylanh. Phía trên cùng của ống lĩt cĩ vai tựa để lắp với thân máy. Đối với ống lĩt của động cơ hai kỳ cịn cĩ các cửa khí. Kết cấu của thân máy phụ thuộc rất nhiều vào kiểu lĩt xylanh. Thân máy cĩ thể dùng lĩt xylanh khơ, lĩt xylanh ướt hoặc khơng dùng lĩt. 29
30. dẫn đến tăng được tuổi thọ của ống lĩt. Đ ộ cứng vững cao, vì vậy cĩ thể chế tạo mỏng a) tiết kiệm được vật liệu làm ống lĩt. b) Khơng bị rị nước xuống cácte Hình 2.4. Lĩt xylanh vì vậy khơng cần phải cĩ joăng kín a) Lĩt xylanh khơ. nước. 2.3.4.2.Nhược điểm: b) Lĩt xy lanh ướt. Khả năng làm mát kém. 2.3.3.1.Lĩt xylanh khơ:(Hình 2.4. a) Nhiều bề mặt gia cơng chính xác Lĩt xylanh khơ là loại ống lĩt lắp vì vậy khĩ khăn trong việc chế tạo và vào trong lỗ xylanh. Mặt ngồi tiếp sửa chữa thay thế. xúc với mặt lỗ xylanh, vì vậy cũng 2.4. Bệ đỡ động cơ được gia cơng rất chính xác. 2.4.1.Vị trí , cơng dụng : 2.3.3.2.Lĩt xylanh ướt: (Hình 2.4. b) Bệ máy (cácte) là chi tiết nằm ở Lĩt xylanh ướt là loại ống lĩt lắp vị trí dưới cùng của động cơ. Nĩ cĩ vào vỏ thân, mặt ngồi trực tiếp tiếp cơng dụng: xúc với nước làm mát. Để tránh lọt nước xuống cácte thường dùng vịng Hứng hoặc chứa dầu bơi trơn. joăng cao su cĩ tiết diện hình trịn lắp Lắp bệ đỡ trục khuỷu. trong các rãnh ở phía dưới của lĩt Đỡ tồn bộ trọng lượng của máy. xylanh. 2.3.4.So sánh ưu, nhược điểm giữa Cố định máy tàu thuỷ để đảm lĩt xylanh khơ với lĩt xylanh ướt: bảo ổn định cho máy khi tàu hoạt động, khai thác. 2.3.4.1.Ưu điểm: 2.4.2.Điều kiện cơng tác : Khơng tiếp xúc với nước làm mát, vì vậy khơng bị ăn mịn của nước Chịu lực nén lớn. làm mát và giảm được ứng suất nhiệt Chịu rung động do các lực quán tính và mơ men khơng cân bằng. 30
31. Chịu chấn động của vỏ tàu khi Để tăng độ vững chắc trên bệ khai thác. máy cĩ các gân gia cường. Phần đáy của bệ máy dùng để gom hoặc chứa Chịu một phần áp lực của khí dầu bơi trơn cháy. 2.5.Bệ đỡ trục khuỷu. 2.4.3.Đặc điểm kết cấu : 2.5.1.Vị trí, cơng dụng : Hình 2.5. Bệ máy Các bệ đỡ trục khuỷu được bố 1. Dầm dọc trí trong những hõm của bệ đỡ chính 2. Đà ngang động cơ. Nĩ cĩ cơng dụng: 3, 4. Lỗ bu lơng Đặt, đỡ trục khuỷu và các chi tiết Về kết cấu bệ máy của mỗi động trong bộ phận động. cơ cĩ những điểm khác nhau, song Tạo điều kiện cho trục khuỷu chúng cĩ những đặc điểm chung là: quay trơn trong đĩ. 2 dầm dọc (1) được nối với nhau 2.5.2.Điều kiện cơng tác: bởi các đà ngang(2), các lỗ bu lơng(3) Chịu lực ma sát lớn để nối với thân máy, lỗ bu lơng (4) để nối với bệ máy dưới tàu Chịu va đập, chấn động do các lực quán tính và các mơ men khơng Các đà ngang cĩ gu jơng để lắp cân bằng của các chi tiết chuyển động bệ đỡ trục khuỷu . Số lượng đà ngang bằng i+ 1 (i là số xylanh). Để đưa dầu 2.5.3.Đặc điểm kết cấu: bơi trơn vào các ổ trục, người ta lắp Bệ đỡ trục khuỷu cĩ nhiều loại: đường dẫn dầu dọc bệ máy và phân Bệ đỡ đặt, bệ đỡ treo nhưng kết cấu nhánh đến từng ổ trục chung được chia làm các phần chính Bề mặt phía trên của dầm dọc là :Nửa dưới, nửa trên và bạc lĩt. được gia cơng chính xác và thường 2.5.3.1.Nửa dưới: mặt phẳng này trùng với đường tâm trục khuỷu Chính là các đà ngang, thường được đúc liền với bệ máy (trừ bệ đỡ 31
32. treo), đường tâm của tất cả các đà 2.6.1. Piston ngang cùng nằm trên một đường 2.6.1.1Vị trí, cơngdụng : thẳng. Nằm trong lịng xy lanh và 2.5.3.2.Nửa trên: chuyển động lên xuống trong đĩ . Là nắp bệ đỡ được ghép với nửa Cùng với nắp xy lanh và sơ mi dưới bằng các bu lơng hoặc các gu xy lanh tạo thành thể tích làm việc cuả jơng trên đà ngang ở bệ máy. động cơ. Đối với loại bệ đỡ treo thì nửa Là nơi trực tiếp nhận áp lực của trên được chế tạo liền với thân máy và khí cháy truyền cho trục khuỷu thơng nửa dưới được chế tạo riêng rồi ghép qua thanh truyền để biến nhiệt thành với nhau. cơ. 2.5.3.3.Bạc lĩt: Tham gia việc trao đổi mơi chất Để thuận lợi cho việc lắp ghép trong xy lanh. với trục khuỷu, bạc lĩt được chế tạo làm hai nửa. Làm nhiệm vụ đĩng mở các cửa khí trong động cơ hai kỳ. Mặt trong của bạc lĩt cĩ phay rãnh chứa dầu bơi trơn. Nơi tiếp giáp Là nơi lắp xec măng, chốt piston. giữa hai nửa cĩ phay rãnh chứa dầu và 2.6.1.2.Điều kiện làm việc : đề phịng giãn nở khi ép bạc. Chịu áp lực của khí cháy . Khi lắp ghép với nhau hai nửa bạc lĩt được ngăn cách bởi những miếng đệm Chịu các lực quán tính . bằng đồng đỏ để điều chỉnh và cĩ chốt Chịu nhiệt độ cao. để định vị hai nửa bạc. Chịu ma sát trong điều kiện bơi Hình 2.6. Bệ đỡ trục khuỷu. 1.Nửa dưới 2.Gu jơng 3.Nửa trên 4.Chốt định vị 5.Bạc lĩt 6.Lỗ dầu 7.Mặt tráng hợp kim chống mịn 8.Miếng căn đệm 2.6. Piston, xécmăng trơn, làm mát khĩ khăn. 32
33. Bị mài mịn, ăn mịn. 33
34. 2.6.1.3.Đặc điểm kết cấu: Đầu piston được tính từ đỉnh tới rãnh xéc măng dầu thứ nhất. Trên phần đầu piston cĩ lắp các xéc măng khí để làm kín buống cháy; số lượng xéc măng khí thường dùng 38 chiếc tùy thuộc vào loại động cơ. Ngồi ra phần đầu piston cĩn cĩ tác dụng truyền nhiệt từ piston ra ngồi. 2.6.1.3.3.Thân piston: Phần cịn lại gọi là thân piston, phần thân piston cĩ tác dụng dẫn hướng cho piston chuyển động trong xylanh. Trên phần thân cĩ lắp các xéc măng dầu để gạt dầu lên bơi trơn cho piston và ngăn khơng cho dầu nhờn lên buồng đốt. Phần thân piston cịn Hình 2.7. Piston cĩ lỗ chốt để lắp ghép chốt piston. 1/ Phần đỉnh piston 2.6.2.Xéc măng (cịn gọi là vịng 2/ Phần đầu piston găng hay bạc piston). 3/ Phần thân piston 2.6.1.Vị trí, cơng dụng: 4/ Rãnh xéc măng khí Nằm trong rãnh xéc măng của 5/ Rãnh xéc măng dầu piston. 6/ Bệ chốt Bao kín buồng cháy, ngăn khơng cho khí cháy lọt xuống cácte (xéc măng khí) Gạt dầu lên bơi trơn cho piston- Kết cấu của piston được chia làm ba xy lanh, đồng thời ngăn khơng cho phần như sau: dầu nhờn lên buồng đốt (xéc măng 2.6.1.3.1.Đỉnh piston: dầu). Là phần trên cùng củapiston, đây Truyền nhiệt cho piston. là nơi trực tiếp nhận áp lực của khí 2.6.2.Điều kiện làm việc: cháy; đỉnh piston cùng với xylanh và nắp xylanh tạo thành thể tích làm việc Chịu uốn, chịu ma sát. của động cơ. Tuỳ thuộc vào kết của Chịu nhiệt độ cao (nhất là các buồng đốt, loại động cơ mà đỉnh xéc măng khí ở phía trên cùng). piston cĩ các dạng: đỉnh bằng, đỉnh Chịu va đập (do piston chuyển lồi và đỉnh lõm. động với vận tốc cao và luơn đổi 2.6.1.3.2.Đầu piston: chiều chuyển động). 34
35. Bị mài mịn, ăn mịn. mặt cắt xéc măng khí 2.6.3.Đặc điểm kết cấu: + Các dạng miệng cắt của xéc măng như hình 2.10: Miệng cắt bằng (h.a) Hình 2.8. Xéc măng. Miệng cắt xiên (h.b) Miệng cắt hình chữ z (h.c) Xéc măng cĩ kết cấu rất đơn giản. Nĩ cĩ dạng một vịng kim loại Miệng cắt cĩ chốt định vị (h.d) hở miệng (hình 2.8) Đường kính D của xéc măng là đường kính ngồi của xéc măng ở trạng thái lắp ghép trong xylanh. Mặt 1 là mặt đáy, mặt 2 là Hình 2.10. Các dạng miệng cắt xéc mặt lưng và mặt 3 là mặt bụng, chiều măng. dày t của xéc măng là khoảng cách Các miệng cắt theo thứ tự từ a, b, c giữa mặt lưng và mặt bụng, chiều cao khả năng kín khí tăng dần nhưng khĩ h của xéc măng là khoảng cách giữa chế tạo. hai mặt đáy. Phân theo nhiệm vụ, xéc Miệng cắt cĩ chốt được sử dụng trong măng chia thành hai loại là: động cơ hai kỳ. Xec măng khí (bạc hơi) và xéc + Các dạng mặt cắt xéc măng dầu măng dầu (bạc nhớt). (hình 2.11) + Các dạng mặt cắt của xéc măng khí (hình 2.9) Hình 2.9. Các dạng 35
36. Chịu uốn, chịu xoắn. 2.6.3.3.Đặc điểm kết cấu: Chốt piston là những hình trụ rỗng hoặc đặc. Vật liệu chế tạo bằng thép các bon hoặc thép hợp kim cĩ thành phần các bon thấp để cĩ độ dẻo nhất định, mặt bên ngồi được xử lý để cĩ độ bĩng, độ cứng cao. Hình 2.11. Các dạng mặt cắt xéc mă Trên hình là các ng dạng mặt cắt dọc dầu của chốt piston Hình 2.13. Các dạng mặt cắt dọc chốt piston 2.6.3.4.Các phương pháp ghép chốt piston: Để lắp ghép chốt với bệ chốt và Hình 2. 12. Các Phương án bố trí lỗ đâù nhỏ thanh truyền ta cĩ các gạt dầu bơi trơn trên rãnh xéc măng phương pháp sau: dầu Ghép cố định với bệ chốt : (h 2.14. 2.6.3.Chốt piston: a) 2.6.3.1.Vị trí, cơng dụng: Ghép cố định với đầu nhỏ: (h 2.14. Chốt piston nằm trong bệ chốt ở phần thân piston. Nối piston với thanh truyền. Truyền lực khí cháy cho thanh truyền và trục b) khuỷu. Ghép tự do : (h 2.14. c) 2.6.3.2.Điều kiện cơng tác: Chịu áp lực khí cháy lớn. Chịu các lực quán tính, va đập. Chịu ma sát trong điều kiện bơi trơn khĩ khăn. 36
37. Ghép cố định với bệ chốt : (h 2.14. a) Hình 2. 12. Các Phương án bố trí lỗ Ghép cố định với đầu nhỏ: (h 2.14. gạt dầu bơi trơn trên rãnh xéc măng b) dầu Ghép tự do : (h 2.14. c) 2.6.3.Chốt piston: 2.6.3.1.Vị trí, cơng dụng: Chốt piston nằm trong bệ chốt ở phần thân piston. Nối piston với thanh truyền. Truyền lực khí cháy cho thanh truyền và trục khuỷu. 2.6.3.2.Điều kiện cơng tác: Chịu áp lực khí cháy lớn. Chịu các lực quán tính, va đập. Chịu ma sát trong điều kiện bơi trơn khĩ khăn. Chịu uốn, chịu xoắn. 2.6.3.3.Đặc điểm kết cấu: Chốt piston là những hình trụ rỗng hoặc đặc. Vật liệu chế tạo bằng thép các bon hoặc thép hợp kim cĩ thành phần các bon thấp để cĩ độ dẻo nhất định, mặt bên ngồi được xử lý để cĩ độ bĩng, độ cứng cao. Trên hình là các dạng mặt cắt dọc của chốt piston Hình 2.13. Các dạng mặt cắt dọc chốt piston 2.6.3.4.Các phương pháp ghép chốt piston: Để lắp ghép chốt với bệ chốt và đâù nhỏ thanh truyền ta cĩ các phương pháp sau: 37
38. Hình 2. 14. Các phương pháp ghép Biến chuyển động tịnh tiến của piston chốt piston thành chuyển động quay của trục a.Ghép cố định với bệ chốt khuỷu. b.Ghép cố định với đầu nhỏ 2.7.2.Điều kiện cơng tác: c.Ghép tự do Thanh truyền (hay cịn gọi là tay biên) là chi tiết chịu lực rất phức tạp, 2.7.Thanh truyền. trong quá trình làm việc nĩ vừa tham 2.7.1.Vị trí, cơng dụng: gia chuyển động tịnh tiến vừa tham gia chuyển động quay, thanh truyền Nằm giữa piston và trục khuỷu. chịu các lực cơ bản như sau: Truyền áp lực của khí cháy từ piston Chịu uốn, chịu nén, kéo, xoắn. cho trục khuỷu. Chịu va đập. Chịu ma sát. 38
39. 2.7.3.Đặc điểm kết cấu: Thanh truyền cĩ kết cấu cơ bản như hình và được chia làm các phần như sau: Hình 2.15. Thanh truyền 1- Đầu nhỏ 2- Bạc lĩt 3- Đầu to 4- Bu lơng 5- Thân 6- Chiều dài thanh truyền Hình 2. 16. Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền. 2.7.3.2.Thân: 2.7.3.1. Đầu nhỏ :được lắp ghép với chốt piston, kích thước và kết cấu đầu nhỏ phụ thuộc vào kích thước và phương pháp ghép chốt; bạc lĩt đầu nhỏ được chế tạo liền hoặc 2 nửa và được ép vào đầu nhỏ thanh truyền. 39
40. Tiết diện mặt cắt ngang của thân thanh hợp lý, do đĩ trọng lượng thanh truyền thường cĩ hình dạng như hình truyền nhỏ mà độ cứng vững của 2.17: thanh truyền lớn. Hình 2.17. Mặt cắt ngang thân thanh 2.7.3.3.Đầu to :Kích thước đầu to truyền. thanh truyền phụ thuộc vào đường Thân thanh truyền cĩ tiết diện kính và chiều dài cổ tay quay hình trịn (hình 2.17. c,d) thường được Đầu to được chế tạo làm hai nửa để dùng trong động cơ thấp tốc; loại này lắp ghép với trục khuỷu. cĩ ưu điểm là đơn giản, dễ chế tạo. Nửa trên được chế tạo liền với Nhưng cĩ nhược điểm là sử dụng vật thân hoặc chế tạo rời rồi lắp ghép với liệu khơng hợp lý. nhau bằng bu lơng hoặc gu jơng Thân thanh truyền cĩ tiết diện Nửa dưới ghép với nửa trên bằng hình chữ nhật và hình ơ van (hình bu lơng. 2.17. g, h ) thường sử dụng trong các động cơ cỡ nhỏ, loại thân này cũng cĩ Bạc lĩt đầu to cũng được chế tạo kết cấu khá đơn giản và dễ chế tạo. làm hai nửa, mặt trong cĩ tráng lớp Nhưng kết cấu chưa được hợp lý lắm. hợp kim chịu mịn. Trong trường hợp khơng dùng bạc lĩt thì lớp hợp kim Thân thanh truyền cĩ tiết diện chịu mịn được tráng trực tiếp lên mặt hình chữ I (hình 2.17. a, b, i) được sử trong đầu to thanh truyền (mặt ma dụng nhiều trong động cơ cao tốc. sát). Loại này khá phức tạp. Nhưng cĩ kết cấu chịu lực và sử dụng vật liệu rất 40
41. 2.8.Trục khuỷu. Kết cấu trục khuỷu được chia làm 3 2.8.1.Vị trí, cơng dụng: phần: Đầu, thân và đuơi trục - Trục khuỷu nằm trong các bệ đỡ Hình 2. 16. Kết cấu đầu nhỏ thanh trục trên bệ máy. truyền. - Cơng dụng của trục khuyủ là tiếp 2.7.3.2.Thân: nhận lực tác dụng trên piston truyền Tiết diện mặt cắt ngang của thân qua thanh truyền và biến chuyển động thanh truyền thường cĩ hình dạng như tịnh tiến của piston thành chuyển hình 2.17: động quay của trục để đưa cơng suất Hình 2.17. Mặt cắt ngang thân thanh ra ngồi (dẫn động các máy cơng tác truyền. hoặc lai chân vịt tàu thuỷ). Thân thanh truyền cĩ tiết diện 2.8.2.Điều kiện làm việc: hình trịn (hình 2.17. c,d) thường được - Chịu tác dụng của áp lực khí cháy. dùng trong động cơ thấp tốc; loại này - Chịu các lực quán tính của các chi cĩ ưu điểm là đơn giản, dễ chế tạo. tiết động. Nhưng cĩ nhược điểm là sử dụng vật liệu khơng hợp lý. - Chịu uốn, chịu xoắn, chịu ma sát, chịu mỏi. Thân thanh truyền cĩ tiết diện hình chữ nhật và hình ơ van (hình 2.10.3.Đặc điểm kết cấu : 2.17. g, h ) thường sử dụng trong các Trục khuỷu là chi tiết máy rất động cơ cỡ nhỏ, loại thân này cũng cĩ quan trọng, cĩ cường độ làm việc lớn kết cấu khá đơn giản và dễ chế tạo. nhất và giá thành cao nhất trong động Nhưng kết cấu chưa được hợp lý lắm. cơ. Vì vậy trục khuỷu cần phải cĩ kết Thân thanh truyền cĩ tiết diện cấu hợp lý, đủ độ cứng vững, đảm bảo hình chữ I (hình 2.17. a, b, i) được sử sức bền và tuổi thọ cao. Trục khuỷu dụng nhiều trong động cơ cao tốc. cĩ thể chế tạo bằng cách đúc liền hoặc Loại này khá phức tạp. Nhưng cĩ kết ghép . 41
42. cấu chịu lực và sử dụng vật liệu rất 2.10.3.Đặc điểm kết cấu : hợp lý, do đĩ trọng lượng thanh Trục khuỷu là chi tiết máy rất truyền nhỏ mà độ cứng vững của quan trọng, cĩ cường độ làm việc lớn thanh truyền lớn. nhất và giá thành cao nhất trong động 2.7.3.3.Đầu to :Kích thước đầu to cơ. Vì vậy trục khuỷu cần phải cĩ kết thanh truyền phụ thuộc vào đường cấu hợp lý, đủ độ cứng vững, đảm bảo kính và chiều dài cổ tay quay sức bền và tuổi thọ cao. Trục khuỷu Đầu to được chế tạo làm hai nửa để cĩ thể chế tạo bằng cách đúc liền hoặc lắp ghép với trục khuỷu. ghép . Kết cấu trục khuỷu được chia làm 3 Nửa trên được chế tạo liền với phần: Đầu, thân và đuơi trục thân hoặc chế tạo rời rồi lắp ghép với nhau bằng bu lơng hoặc gu jơng Nửa dưới ghép với nửa trên bằng bu lơng. Bạc lĩt đầu to cũng được chế tạo làm hai nửa, mặt trong cĩ tráng lớp hợp kim chịu mịn. Trong trường hợp khơng dùng bạc lĩt thì lớp hợp kim chịu mịn được tráng trực tiếp lên mặt trong đầu to thanh truyền (mặt ma sát). 2.8.Trục khuỷu. 2.8.1.Vị trí, cơng dụng: - Trục khuỷu nằm trong các bệ đỡ trục trên bệ máy. - Cơng dụng của trục khuyủ là tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục để đưa cơng suất ra ngồi (dẫn động các máy cơng tác hoặc lai chân vịt tàu thuỷ). 2.8.2.Điều kiện làm việc: - Chịu tác dụng của áp lực khí cháy. - Chịu các lực quán tính của các chi tiết động. - Chịu uốn, chịu xoắn, chịu ma sát, chịu mỏi. 42
43. a) b) Hình 2. 18. Trục khuỷu. a.Trục khuỷu khơng cĩ đối trọng b. Trục khuỷu cĩ đối trọng 2.8.3.1.Đầu trục : Đầu trục là đầu tự do, khi lắp trên tàu thuỷ nĩ quay về phía mũi tàu. Đầu trục khuỷu cĩ hạ bậc dùng để lắp các bánh răng để dẫn động các bơm, hệ thống phân phối khí, các puli. 2.8.3.2.Thân trục: Là phần nằm trong hộp trục. Đây là phần quan trọng nhất của trục khuỷu, nĩ gồm một hoặc nhiều đơn vị trục khuỷu hợp thành. Một đơn vị của phần thân ( một đơn vị trục khuỷu) bao gồm các thành phần: Cổ trục, cổ tay quay, má khuỷu, đối trọng. 43
44. Má khuỷu ( tay quay): Là phần nối giữa cổ trục và cổ tay quay. Việc bơi trơn cho cổ trục, cổ tay quay và chốt piston được tiến hành Hình 2.19. Một đơn vị trục. như sau: Dầu bơi trơn cĩ áp suất theo 1.Cổ trục các đường ống tới bơi trơn cho các cổ trục, đi theo các lỗ trong má khuỷu tới 2.Cổ tay quay bơi trơn cho cổ tay quay và tiếp tục 3.Má khuỷu theo lỗ trong thân thanh truyền đến 4.Đường dẫn dầu bơi trơn bơi trơn cho chốt piston và làm mát piston. 5.Đối trọng - Đối trọng: Đối trọng được lắp ở Cổ trục : Là phần nằm trong bệ phần đuơi má khuỷu (phía đối diện đỡ trục, cĩ dạng hình trụ rỗng hoặc với cổ tay quay) nhằm mục đích cân đặc. Tất cả các cổ trục của các xylanh bằng các lực và mơ men lực quán tính cĩ chung kích thước đường kính và khơng cân bằng của động cơ, giảm chiều dài, tâm các cổ trục nằm trên phụ tải cho các cổ trục, cân bằng các một đường thẳng. mơ men tác động lên khung động cơ. Số lượng các cổ trục thường bằng 2.8.3.3.Đuơi trục : số xylanh của động cơ cộng 1, cá biệt Là phần hướng về phía lái tàu. số cổ trục bằng số xylanh của động cơ Phần đuơi trục khuỷu của động cơ Cổ tay quay ( cổ biên hoặc cổ thường lắp với các chi tiết máy của cơ khuỷu):Là phần lắp với đầu to thanh cấu truyền dẫn cơng suất (bánh đà, truyền, cổ tay quay cũng cĩ dạng hình khớp nối, bánh đai truyền ) để nối trụ rỗng hoặc đặc. Đường kính và với hộp đảo chiều hoặc hệ trục chân chiều dài các cổ tay quay cũng bằng vịt. nhau. Đường kính cổ tay quay cĩ thể bằng hoặc nhỏ hơn đường kính cổ trục. Đường tâm các cổ tay quay nằm trên các đường thẳng song song với nhau và song song với đường tâm cổ trục. Số lượng cổ tay quay bằng số xylanh của động cơ. 44
45. ChươngIII 8- Nấm xupap HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 9- Cửa khí 3.1. Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống phân phối khí 3.1.1. Nhiệm vụ: 3.2.2.Nguyên lí hoạt động: Hệ thống phân phối khí dùng để Khi trục khuỷu quay, thơng qua thực hiện quá trình thay đổi khí: Thải cơ cấu dẫn động trục cam và các cam sạch khí thải khỏi xylanh và nạp đầy trên trục cùng quay theo. Khi con lăn khơng khí mới vào xylanh để động cơ tiếp xúc với phần hình trụ của cam thì làm việc được liên tục. xupap đĩng kín vào đế xupap nhờ sức căng của lị xo. Khi con lăn tiếp xúc 3.1.2.Yêu cầu: với phần vấu cam (phần lồi của cam) Đĩng mở các cửa khí đúng thời cam tác động vào con đội, thơng qua điểm qui định, thứ tự làm việc của đũa đẩy, đẩy một đầu địn gánh (cị động cơ. mổ) đi lên, đầu kia đi xuống tác động vào đuơi xupap, thắng được sức căng Độ mở các cửa khí đủ lớn, sức cản của lị xo xupap đẩy xupap đi xuống trên đường nạp và thải phải nhỏ để mở thơng cửa khí, bắt đầu quá trình dịng khí dễ lưu thơng. trao đổi khí. Khi con lăn qua hết vấu Khi đĩng phải kín khít. cam con đội đi xuống, lị xo xupap Làm việc an tồn, tin cậy . giãn ra kéo xupap đi lên đĩng kín cửa khí chấm dứt quá trình trao đổi khí. Dễ dàng trong việc sử dụng, bảo quản và sửa chữa. 3.3.Các kiểu quét khí trong động cơ diesel hai kì. 3.2 Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống phân phối khí Động cơ diesel hai kì khơng cĩ động cơ diezen 4 kỳ khả năn 3.2.1.Sơ đồ cấu tạo: g tự Hình 3. 1.Cơ cấu phân phối khí trên hút động cơ diesel 4 kì mà muố 1- Cam n 2- Trục cam làm việc 3- Con đội đượ 4- Đũa đẩy c bắt 5- Vít điều chỉnh buộ c 6- Cị mổ phải 7- Lị xo cĩ 45
46. bơm giĩ (hoặc máy nén) hút khí ngồi trời tạo áp suất cao đưa vào xylanh qua các hàng cửa nạp, dùng khí mới đẩy khí cũ ra ngồi và khí mới chiếm chỗ luơn trong đĩ; thực hiện việc vừa nạp vừa thải gọi là quét khí . Tuỳ theo phương hướng vận động của dịng khí quét và việc bố trí các cửa khí mà ở động cơ diesel hai kì cĩ thể được chia ra làm các kiểu quét khí như sau: 3.3.1.Quét khí thẳng: Ở kiểu quét khí này dịng khơng khí quét chỉ đi theo một chiều hoặc từ dưới lên trên, hoặc từ trên xuống dưới. Tuỳ vào việc thải qua cửa hoặc qua xupap mà quét thẳng được chia ra làm hai loại như sau: 3.3.1.1.Quét thẳng qua cửa: Hình 3.2. quét khí thẳng qua cửa 1- piston 2- xylanh 3- cửa nạp 4- cửa thải 5- vịi phun 46
47. Kiểu quét khí này được sử dụng (Phần 2 mục IV chương I). trong loại động cơ cĩ piston đối đỉnh 3.3. 2. Quét khí cong: (hai piston ở hai đầu của một xylanh). Ở quét khí cong khơng khí quét Hai hàng cửa được bố trí ở hai đầu đổi chiều chuyển động trong lịng của xylanh, đầu này bố trí cửa nạp thì xylanh. Tuỳ theo việc bố trí các cửa đầu kia bố trí cửa thải hoặc ngược lại. khí mà quét khí cong được chia làm Mỗi piston đảm nhận việc đĩng, mở các loại như sau: một hàng cửa. 3.3.2.1.Quét Khi cả hai piston mở hai hàng khí cong đơn: cửa, khí quét đi vào ở hàng cửa nạp sẽ đi thẳng về phía hàng cửa thải thực hiện việc quét khí. Khi hai piston đi Hình 3.3. quét lên đĩng hai hàng cửa thì bắt đầu quá khí cong đơn trình nén khí, hai piston tiếp tục đi lên 1- piston áp suất và nhiệt độ của khơng khí 2- xylanh trong lịng xylanh tăng lên, khi hai piston lên gần tới điểm chết trên áp 3- cửa nạp suất và nhiệt độ trong lịng xylanh dủ 4- cửa thải điều kiện cho nhiên liệu cháy (áp suất đạt 30- 45 at; nhiệt độ đạt 400 ÷ 600 5- vịi phun oC) nhiên liệu được phun vào buồng đốt và tự bốc cháy, quá trình cháy xảy Ở kiểu quét khí này cửa nạp và ra mãnh liệt nhất khi pis ton ở ĐCT, cửa thải được bố trí xung quanh theo nhiệt độ cĩ thể đạt tới 1600 ÷ 2000 chu vi của xylanh, mép trên của cửa o C; áp suất cĩ thể đạt 90 ÷ 120 at. Ap thải cao hơn mép trên của cửa nạp. lực của khí cháy tác động lên đỉnh hai piston đẩy hai pis ton đi xuống thực Khi piston ở điểm chết dưới lúc này hiện quá trình giãn nở sinh cơng, làm cả cửa thải và cửa nạp đều mở, khơng quay trục khuỷu, hai pis ton đi xuống khí ở bên ngồi được bơm quét đưa tới khi mở cả hai hàng cửa thì bắt đầu vào đi lên phía bên trên rồi quay trở quá trình quét khí. lại theo hướng cửa thải thực hiện việc quét khí. Piston đi lên đĩng cửa nạp Để tránh hiện tượng khí cháy đi trước, nhưng lúc này cửa thải cịn mở ngược lại phía bơm quét thì khi đi vì vậy xảy ra hiện tượng dị lọt khí, xuống piston chắn cửa thải mở sớm khi piston đĩng hồn tồn cửa thải bắt hơn so với piston chắn cửa nạp. Đồng đầu thực hiện việc nén khí, piston tiếp thời để giảm hiện tượng dị lọt khí và tục đi lên áp suất và nhiệt độ khơng để nạp thêm một lượng khí nạp vào khí trong lịng xylanh tăng lên, khi xylanh động cơ thì cửa thải cũng sẽ piston lên gần tới điểm chết trên nhiên được đĩng sớm hơn một chút so với liệu được phun vào buồng đốt và tự cửa nạp. bốc cháy. 3.3.1.2.Quét thẳng qua xupap: 47
48. Quá trình cháy xảy ra mãnh liệt Ở hai kiểu quét khí trên ta thấy nhất khi piston ở điểm chết trên, áp cĩ hiện tượng khi piston đi lên đĩng lực của khí cháy đẩy piston đi xuống cửa nạp rồi nhưng cửa thải cịn mở vì thực hiện quá trình giãn nở sinh cơng. vậy xảy ra hiện tượng dị lọt khí nạp Piston đi xuống mở cửa thải trước, trong giai đoạn này. Vì vậy để tránh sản vật cháy trong lịng xylanh cĩ áp hiện tượng dị lọt trong giai đoạn này suất lớn hơn khí trời tự động thốt ra thì cửa thải phải được đĩng trước ngồi qua cửa thải (giai đoạn thải tự hoặc cùng lắm là bằng với đĩng cửa do), tới khi piston mở cửa nạp áp suất nạp. Nhưng như vậy lại nảy sinh vấn trong lịng xylanh đã giảm xuống xấp đề là khi piston đi xuống sẽ mở cửa xỉ bằng áp suất bơm quét, khơng khí ở nạp trước, lúc này áp suất của sản vật bên ngồi được bơm quét đưa vào cháy trong xylanh cịn rất lớn (lớn thực hiện việc quét khí. Piston xuống hơn áp suất khí quét), vì vậy để khí tới điểm chết dưới thì chấm dứt một cháy khơng đi ngược lại phía bơm chu trình cơng tác của động cơ, chu quét, khi đĩ trên hàng cửa nạp phải cĩ trình sau tiếp tục lặp lại như vậy. van một chiều tự động, van này chỉ 3.3.2.2. Quét khí cong một bên: mở khi áp suất trong xylanh nhỏ hơn áp suất khơng khí do bơm Hình 3.4. Quét khí cong một bên quét tạo ra. 1- piston 2- xylanh 3- cửa nạp 4- cửa thải 5- vịi phun Ở kiểu quét khí này cửa nạp và cửa thải được bố trí về một bên của thành xylanh, cửa thải bố trí trên cửa Hình 3.5. Quét khí cong cửa nạp cao nạp. Piston đảm nhận việc đĩng mở hơn cửa thải các cửa khí, cửa nạp đĩng trước và 1- piston mở sau so với cửa thải. Quá trình quét 2- xylanh khí và nguyên tắc làm việc của kiểu quét khí này tương tự như kiểu quét 3- cửa nạp khí cong đơn. 4- cửa thải 3.3.2.3. Quét khí cong cĩ mép trên 5- vịi phun cửa nạp cao hơn mép trên cửa thải: 6- van một chiều tự động 48
49. Khi piston ở điểm chết dưới lúc này cả cửa thải và cửa nạp đều mở, khơng khí ở bên ngồi được bơm quét đưa vào đi lên phía bên trên rồi quay trở lại theo hướng cửa thải thực hiện việc quét khí. Piston đi lên đĩng cửa thải trước, nhưng lúc này cửa nạp cịn mở, vì vậy người ta lợi dụng giai đoạn này để nạp thêm khí nạp vào trong xylanh động cơ, khi piston đĩng hồn tồn cửa nạp bắt đầu thực hiện việc nén khí, piston tiếp tục đi lên áp suất và nhiệt độ khơng khí trong lịng xylanh tăng lên, khi piston lên gần tới điểm chết trên nhiên liệu được phun vào buồng đốt và tự bốc cháy. Quá trình cháy xảy ra mãnh liệt nhất khi piston ở điểm chết trên, áp lực của khí cháy đẩy piston đi xuống thực hiện quá trình giãn nở sinh cơng. Piston đi xuống mở cửa nạp trước, nhưng do cĩ van một chiều vì vậy khí cháy khơng đi ngược lại phía bơm quét được. Khi piston mở cửa thải sản vật cháy trong lịng xylanh cĩ áp suất lớn hơn khí trời tự động thốt ra ngồi qua cửa thải (giai đoạn thải tự do), áp suất trong lịng xylanh giảm xuống tới khi nhỏ hơn áp suất khí quét van một chiều tự động mở, khơng khí ở bên ngồi được bơm quét đưa vào thực hiện việc quét khí. Piston xuống tới điểm chết dưới thì chấm dứt một chu trình cơng tác của động cơ, chu trình sau tiếp tục lặp lại như vậy. 49
50. 3.3.2.4. Quét khí cong cĩ hàng cửa 3.4.1.Cụm suppáp: nạp phụ: 3.4.1.1.Vị trí, cơng dụng: Cụm xupap thường được đặt trên Hình 3. 6. Quét khí cong cĩ hàng cửa nạp phụ 1- piston 2- xylanh 3- cửa nạp chính 4- cửa thải 5- vịi phun 6- cửa nạp phụ 7- van một chiều tự động nắp xylanh của động cơ. Nĩ cĩ nhiệm vụ đĩng mở các cửa khí theo sự điều khiển của trục cam. Ở kiểu quét khí này người ta bố trí hai hàng cửa nạp, một hàng cửa Cụm xupap gồm một số chi tiết như: thải. Hàng cửa nạp phụ bố trí phía bên xupap, lị xo xupap, đĩa chặn lị xo, trên hàng cửa nạp chính, mép trên của mĩng hãm hàng cửa thải cao hơn mép trên của Dưới đây (hình 3.7) là kết cấu của hàng cửa nạp chính và thấp hơn mép một cụm xupap điển hình ( xupap trên hàng cửa nạp phụ. treo). Quá trình quét khí và nguyên tắc làm việc của kiểu quét khí này tương Hình 3.7. tự như kiểu quét khí cong cĩ mép trên Cụm cửa nạp cao hơn mép trên cửa thải, xupap nhưng ở đây chỉ cần lắp van một chiều tự động cho hàng cửa nạp phía 1- nấm trên (hàng cửa nạp phụ) để ngăn xupap khơng cho khí cháy đi ngược lại phía 2- ống bơm quét. dẫn 3.4. Hệ thống phân phối khí loại hướng supap treo, supap đặt 3- thân Các chi tiết chính trong hệ xupap thống phân phối khí (supap, địn 4- mĩng gnh, ống trượt, lị xo, đũa đẩy, con hãm đội, vít điều chỉnh khe hở nhiệt, trục cam và cam) 5- đĩa chặn lị xo 50
51. 6- lị xo bằng nhau, hoặc cĩ khi nấm xả nhỏ hơn nấm hút một chút để tăng hệ số nạp. Kết cấu của nấm xupap thường cĩ ba loại như sau: 3.4.1.2.Đặc điểm kết cấu của xupap: Nấm bằng: (hình 3. 9. a). Kết cấu của xupap được chia làm ba Cĩ ưu điểm đơn giản, dễ chế tạo, phần chính là: nấm xupap (đầu); thân diện tích tiếp xúc với nhiệt nhỏ, cĩ thể xupap và đuơi xupap. dùng cho cả xupap nạp và thải. Nhưng kết cấu Hình 3.8. Xupap khơng phù 1- Nấm xupap hợp để 2- Thân xupap tạo vận động 3- Đuơi xupap của dịng *Nấm xupap: khí. Nấm xupap cĩ ý nghĩa quyết Nấ định tiết diện lưu thơng của dịng khí. m Mặt làm việc quan trọng là mặt cơn lõm: với gĩc cơn thường từ 30  45 o. (hìn Trong đĩ gĩc = 45 o thường được h dùng nhiều hơn, đặc biệt là các xupap 3.9. b). xả hầu như chỉ dùng một loại gĩc = Khĩ chế tạo, diện tích tiếp xúc 45o . Kích thước của nấm xupap xả và với nhiệt lớn. Nhưng bán kính gĩc hút trên cùng một động cơ thường lượn giữa phần nấm và thân lớn, tạo điều kiện cho dịng khí nạp lưu thơng tốt, mặt khác do cĩ phần lõm nên cĩ thể tạo được vận động rối của khơng khí cuối quá trình nén. Vì vậy loại này thường được dùng làm xupap nạp. Nấm lồi: (hình 3.9. c). Khĩ chế tạo, diện tích tiếp xúc với nhiệt lớn. Nhưng do cĩ phần lồi nên cải thiện được điều kiện lưu thơng Hình 3.9. Các dạng nấm xupap của dịng khí thải. Vì vậy loại này thường được dùng làm xupap thải. a.Nấm bằng b.Nấm lõm c.Nấm lồi *Thân xupap: Thân xupap cĩ dạng hình trụ đặc hoặc rỗng, cĩ nhiệm vụ dẫn hướng và 51
52. tản nhiệt cho xupap. Một số động cơ 1- Đuơi xupap cao tốc xupap thải chế tạo cĩ phần 2- Dĩa chặn lị xo dưới thân và nấm rỗng, bên trong cĩ chứa kim loại Na giúp tản nhiệt tốt 3- Mĩng hãm hơn. Để tránh hiện tượng xupap mắc kẹt trong ống dẫn hướng khi bị đốt 3.4.2.Con đội: nĩng, đường kính của thân xupap ở phần nối tiếp với nấm thường làm nhỏ 3.4.2.1.Vị trí và cơng dụng: đi một chút hoặc khoét rộng lỗ của Con đội nằm giữa cam và đũa ống dẫn hướng ở phần này (như hình đẩy, nĩ là chi tiết truyền lực trung 3.9). gian để dẫn động xupap. *Đuơi xupap: 3.4.2.2.Đặc điểm kết cấu: Phần đuơi xupap cĩ dạng đặc Kết cấu con đội gồm hai phần : biệt để lắp ghép với đĩa chặn lị xo. phần dẫn hướng (thân con đội) và Mặt trên của đuơi xupap được tơi phần mặt tiếp xúc với cam phối khí. cứng, đơi khi người ta tráng hoặc dán, Thân con đội đều cĩ dạng hình trụ cịn chụp lên phần này một lớp thép hợp phần mặt tiếp xúc thường cĩ nhiều kim cứng (stenlit) để giảm mài mịn dạng khác nhau. Con đội cĩ thể được khi va đập tiếp xúc với con đội hoặc chia làm 3 loại chính là: 1) con đội cị mổ. Tuỳ theo cách lắp ghép mà kết hình nấm, hình trụ; 2) Con đội con cấu của đuơi xupap cĩ hình dạng khác lăn; 3) Con đội thủy lực. Trên động cơ nhau (hình 3.10.). diesel tàu thủy chủ yếu sử dụng hai loại đầu. - Con đội hình nấm, hình trụ: (Hình 3.11) Hình 3.10. Kết cấu phần đuơi xupap và phương pháp lắp ghép lị xo xupap 52
53. và cam xảy ra khơng đều, nên ảnh hưởng đến thời điểm đĩng mở xupap. Để con đội tiếp xúc với cam được tốt và để tránh hiện tượng mịn vẹt mặt con đội (hoặc mặt cam) khi đường tâm con đội khơng thẳng gĩc với đường tâm trục cam thì mặt tiếp xúc của con đội hình nấm và hình trụ thường khơng phải là mặt phẳng mà là mặt cầu cĩ bán kính khá lớn (R = 500 ÷ 1000 mm). Ngo ài ra, để thân con đội và mặt nấm mịn đều, ta thường lắp con đội lệch với mặt cam một khoảng e = 1 ÷ 3 mm (hình 3.12.). Như vậy trong quá trình làm việc con đội vừa chuyển động tịnh tiến, vừa chuyển động xoay xung quanh đường tâm của nĩ. Hình 3.12. Quan hệ lắp ghép giữa con đội và cam Hình 3.11. Con đội hình nấm, hình trụ. Con đội Con đội hình nấm, hình trụ cĩ con lăn kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Nhưng :(Hình ma sát giữa con đội và cam là ma sát 3.13) trượt, vì vậy sự mài mịn giữa con đội Do ở con đội con lăn ma 53
54. sát giữa con đội và cam là ma sát lăn, động cơ cịn cĩ các cam nhiên liệu, vì vậy ưu điểm của loại con đội này là cam khởi động ma sát nhỏ, truyền chuyển động chính Cam được chế tạo liền với trục xác, mặt tiếp xúc mài mịn đều. hoặc chế tạo rời rồi cố định với trục Nhược điểm của loại con đội này bằng then, then hoa, vít định vị hoặc là kết cấu phức tạp và phải cĩ rãnh bulon. Khi cam chế tạo liền với trục định vị để tránh hiện tượng kẹt con thì đường kính cổ trục bao giờ cũng lăn. lớn hơn kích thước chiều cao cam để thuận tiện cho việc tháo lắp trục cam. Ngược lại khi cam chế tạo rời với trục, kích thước cam cĩ thể lớn hơn đường kính cổ trục. Bạc của trục loại này là bạc hai nửa. Hình 3.13. Con đột con lăn. 3.5.CÁC PHƯƠNG PHÁP DẪN 3.4.3. Các phương pháp dẫn động ĐỘNG TRỤC CAM: trục cam: Để truyền chuyển động từ trục 3.4.3.1.Vị trí và cơng dụng: khuỷu đến trục cam người ta sử dụng Trục cam thường được đặt trong các phương pháp sau: thân máy, bên hơng thân máy hoặc 3.5.1.Phương pháp dùng bánh trên nắp xylanh. Nĩ dùng để dẫn động răngthẳng: các xupap đĩng mở theo qui luật nhất định. Ở phương pháp này người ta lắp trên đầu trục khuỷu một bánh răng, 3.4.3.2.Đặc điểm kết cấu: trên đầu trục cam một bánh răng. Hai bánh răng này cĩ thể liên kết trực tiếp Hình 3. 14. Trục cam 1- Trục 2- Cổ trục 3- Cam Trên trục cĩ các cam nạp, cam thải và các cổ trục. Ngồi ra ở một số 54
55. với nhau hoặc thơng qua một, vài 4- Bộ phận ép tự động bánh răng trung gian. Tỉ số truyền từ trục khuỷu đến trục cam đối với động cơ 4 kì là 2 :1, đối với động cơ 2 kì là Khi trục khuỷu quay thơng qua 1 : 1. các bánh răng và dây xích chuyển động từ trục khuỷu sẽ được truyền cho trục cam. Hình 3.15. Phương pháp dùng bánh Phương pháp này cĩ ưu điểm là răng trụ dẫn động trục cam truyền chuyển động đi xa, làm việc ít 1- Bánh răng trên đầu trục khuỷu ồn. Nhưng cĩ nhược 2- Bánh răng trung gian điểm là điều kiện bơi trơn kém, khi xích bị 3- Bánh răng trên đầu trục cam giãn, bị trùng truyền chuyển động mất chính xác. Khi trục khuỷu quay thơng qua các bánh răng chuyển động từ trục 3.5.3.Phương pháp khuỷu sẽ được truyền cho trục cam. dùng bánh răng cơn: Phương pháp này cĩ ưu điểm là Ở phương pháp truyền chuyển động chính xác, làm này người ta lắp trên việc chắc chắn, độ bền cao, điều kiện đầu trục khuỷu một bơi trơn tốt. Nhưng cĩ nhược điểm là bánh răng cơn, trên làm việc cĩ tiếng ồn lớn, khơng thích đầu trục cam một hợp khi truyền chuyển động đi xa vì bánh răng cơn. Hai khi đĩ phải dùng nhiều bánh răng bánh răng cơn này trung gian, hệ thống rất cồng kềnh, được liên kết với phức tạp. nhau bởi hai bánh răng cơn nắp trên hai 3.5.2.Phương pháp dùng xích: đầu của một trục phụ. Ở phương pháp này người ta lắp trên đầu trục khuỷu một bánh răng, trên đầu trục cam một bánh răng. Hai Hình 3.17. Phương bánh răng này được liên kết với nhau pháp dùng bánh răng bởi một dây xích. Để cho xích luơn cơn dẫn động trục cam được căng, người ta sử dụng bộ phận 1- Bánh ép tự động. răng trên Hình 3.16. Phương pháp dùng xích đầu dẫn động trục cam trục cam 1- Bánh răng trên đầu trục khuỷu 2- Trục 2- Bánh răng trên đầu trục cam phụ 3- Dây xích 55
56. 3- Bánh răng trên đầu trục khuỷu Khi trục khuỷu quay thơng qua các bánh răng cơn và trục phụ chuyển động từ trục khuỷu sẽ được truyền cho trục cam. Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của hai phương pháp trên. Tuy nhiên khi các cặp bánh răng cơn vào ăn khớp sẽ sinh ra lực dọc trục vì vậy phải cĩ ổ đỡ chặn để chống lực dọc trục. Phương pháp dùng bánh răng cơn thường dùng cho động cơ cĩ trục cam đặt trên nắp xylanh trực tiếp điều khiển xupap. 56
57. Chương IV Nhiên liệu phun vào trong buồng đốt phải ở trạng thái sương, càng HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN sương càng tốt. Thể tích các hạt LIỆU sương phải đều nhau, mật độ các hạt sương ở mọi nơi trong buồng đốt là 4.1.Nhiệm vụ, yêu cầu. như nhau. 4.1.1.Nhiệm vụ: Bắt đầu và kết thúc phun phải dứt khốt, tránh hiện tượng nhỏ giọt. Cung cấp một lượng nhiên liệu cho mỗi chu trình cơng tác của động 4.1.2.4.Yêu cầu chung đối với hệ cơ. thống: Lọc sạch nước và các tạp chất Hoạt động lâu bền, cĩ độ tin cậy (cơ học ) cĩ lẫn trong nhiên liệu. cao. Chứa một lượng nhiên liệu đảm Dễ dàng và thuận tiện trong sử bảo cho động cơ hoạt động trong suốt dụng, bảo dưỡng và sửa chữa. hành trình của tàu. Dễ chế tạo, giá thành hạ. 4.1.2.Yêu cầu: 4.2.Sơ đồ, nguyên lý lm việc của hệ 4.1.2.1.Định lượng: thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel tàu thủy. Lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi xylanh phải đúng với yêu cầu cần 4.2.1.Sơ đồ nguyên lý: thiết cho mỗi chu trình cơng tác của động cơ và điều chỉnh được theo yêu cầu của phụ tải bên ngồi. Trong một chu trình cơng tác lượng nhiên liệu cung cấp cho các xylanh phải bằng nhau 4.1.2.2.Định thời: Nhiên liệu phun vào xylanh phải đúng thời điểm qui định và đúng qui luật làm việc, thứ tự làm việc của động cơ. Trong thời gian qui định phải phun hết lượng nhiên liệu. 4.1.2.3.Định áp và trạng thái phun: Ap suất phun phải đủ lớn để nhiên liệu tới được mọi nơi trong buồng đốt. 57
58. Hình 4.3.Một số chi tiết trên hệ thống. 4.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu 4.3.1.Bơm chuyển nhiên liệu : 1- Két trực nhật 2- Lọc thơ 4.3.1.1.Bơm chuyển nhiên liệu kiểu 3- Bơm tay 4- Bơm chuyển piston: nhiên liệu *Sơ đồ cấu tạo: 5- Van tràn 6- Lọc tinh 7- Bơm cao áp 8- Vịi phun 9- Đường dầu dư 4.2.2.Nguyên lý làm việc: Nhiên liệu từ két trực nhật được bơm chuyển nhiên liệu hút qua bầu lọc thơ, qua bầu lọc tinh tới cung cấp cho bơm cao áp. Tại đây nhiên liệu được nén một lần nữa tới áp suất cao, cung cấp cho vịi phun, phun vào buồng đốt của động cơ. Van tràn để ổn định áp lực của nhiên liệu, các đường dầu dư từ bơm cao áp, vịi phun trở về két. Trứơc khi khởi động ta sử dụng bơm tay đưa nhiên liệu điền đầy hệ thống đuổi hết khơng khí ra. 58
59. Hình 4.2. Bơm chuyển nhiên liệu áp suất giảm) cịn một phần theo kiểu piston đường ống đi cung cấp cho bơm cao 1- Cam 2- Con lăn áp.3- Như Lị vậyxo ở hành 4-trình Trụ này đẩy mặt trên piston đẩy cịn mặt dưới hút. Piston 5- Đường dẫn nhiên liệu lên6- tới Piston ĐCT thì chấm 7- Van dứt thốt hành trình 8- Lị xo 9- Nắp bơm thứ10- hai. Ống Cứ hútnhư vậy 11- khi Vanbơm hútlàm việc một mặt piston hút, mặt kia đẩy và 12- Khoang chứa nhiên liệu 13- Xylanh bơm 14- Ống thốt ngược lại *Nguyên tắc hoạt động: Khi bơm cao áp cần ít nhiên liệu, - Hành trình I: Piston từ ĐCT đi áp lực nhiên liệu tại đường ống thốt xuống (cam quay từ cao xuống thấp). tăng lên, áp lực này tác động lên mặt Khi cam quay từ cao xuống thấp, dưới của piston thắng được sức căng lị xo (8) đẩy piston đi từ trên xuống của lị xo (8) đẩy piston tách rời khỏi dưới. Thể tích khơng gian phía trên trụ đẩy, lúc này dù cam vẫn quay piston tăng dẫn đến áp suất giảm (nhỏ nhưng bơm khơng làm việc, chỉ khi hơn bên ngồi). Do cĩ sự chênh lệch nào áp lực tại đường ống thốt giảm áp suất giữa bên trong và bên ngồi xuống nhỏ hơn sức căng của lị xo (8), nên van thốt đĩng, van hút mở. lị xo (8) đẩy piston đi xuống tiếp xúc Nhiên liệu ở bên ngồi tràn qua van với trụ đẩy bơm mới trở lại làm việc. hút vào chiếm chỗ tại khơng gian phía 4.3.1.2.Bơm chuyển nhiên liệu kiểu trên piston trong suốt hành trình này. phiến gạt: Đồng thời lúc này khơng gian phía *S dưới piston thể tích giảm dẫn đến áp ơ suất tăng, nhiên liệu tại đây bị đẩy qua đồ ống dẫn (5) tới đường thốt đi cung cấ cấp cho bơm cao áp. Như vậy ở hành u trình này mặt trên piston hút cịn mặt tạo dưới đẩy. Piston xuống tới ĐCD thì : chấm dứt hành trình thứ nhất. - Hành trình II: Piston từ ĐCD đi lên (cam quay từ thấp lên cao). Khi cam quay từ thấp lên cao, thơng qua con lăn và trụ đẩy, đẩy piston đi từ dưới lên trên. Khơng gian phía trên pis ton thể tích giảm dẫn đến áp suất tăng van hút đĩng, van thốt mở. Nhiên liệu tại khơng gian phía trên pis ton được ép qua van thốt ra đường ống thốt. Tại đây một phần nhiên liệu theo đường ống (5) tràn về chiếm chỗ tại khơng gian phía dưới piston ( lúc này thể tích ở đây tăng và 59
60. Cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết với áp suất cao cho mỗi chu trình cơng tác phù hợp với chế độ làm việc Hình 4. 3. Bơm chuển nhiên liệu kiểu của động cơ. phiến gạt Cung cấp nhiên liệu đồng đều 1- Vỏ bơm 2- Trục bơm vào các xylanh của động cơ. 3- Lị xo Cung cấp nhiên liệu vào các xylanh 4- Phiến gạt đúng thời điểm và theo qui luật đã 5- Đường ống thốt định. 6- Khoang thốt 4.3.2.2.Bơm cao áp kiểu bosch: 7- Đường dầu hồi *Đặc điểm chung và phân loại : 8- Van an tồn 9- đường ống hút Mặc dù cĩ nhiều loại bơm cao 10- Khoang hút áp, nhưng hầu hết các động cơ diesel ngày nay đều sử dụng loại bơm cao áp *Nguyên tắc hoạt động: thay đổi lượng nhiên liệu bằng rãnh Khi trục bơm quay theo chiều xéo trên piston (bơm Bosch). mũi tên như trên hình vẽ, các phiến Ở loại bơm này khi làm việc gạt quay theo và luơn ép lên vỏ bơm. hành trình tồn bộ của piston bơm Khơng gian khoang hút (sau phiến khơng thay đổi, nhưng khi ta xoay gạt) thể tích tăng, áp suất giảm, nhiên piston làm cho vị trí của rãnh xéo thay liệu tại đường ống hút được hút vào đổi so với cửa nhiên liệu trên xylanh chiếm chỗ tại khoang hút (10). Đồng bơm, dẫn đến hành trình cĩ ích của thời khơng gian khoang thốt (trước piston bơm thay đổi và như vậy sẽ phiến gạt) thể tích giảm, áp suất tăng, làm thay đổi lượng nhiên liệu cung nhiên liệu tại đây bị ép ra đường ống cấp cho mỗi chu trình cơng tác của thốt đi cung cấp cho bơm cao áp. động cơ. Khi bơm cao áp cần ít nhiên liệu, Dựa vào thời điểm điều chỉnh nhiên áp lực nhiên liệu tại đường ống thốt liệu mà bơm Bosch được chia làm các tăng lên, thắng được sức căng của lị loại sau: xo van điều áp, van điều áp mở, nhiên liệu từ đường ống thốt quay trở về Thay đổi thời điểm kết thúc phun đường ống hút. Ap lực nhiên liệu tại (piston cĩ rãnh xéo dưới) đường ống thốt giảm xuống nằm Thay đổi thời điểm bắt đầu phun trong giới hạn cho phép. (piston cĩ rãnh xéo trên) 4.3.2.Bơm cao áp kiểu bosch: Thay đổi thời điểm cả lúc bắt 4.3.2.1.Vị trí, cơng dụng của bơm đầu và kết thúc phun (piston cĩ rãnh cao áp: xéo cả trên và dưới). Bơm cao áp được đặt sau bơm chuyển *Đặc điểm cấu tạo và nguyên tắc nhiên liệu, trước vịi phun; nĩ cĩ cơng làm việc: dụng: 60
61. Hình 4.5. Bộ đơi piston – xylanh bơm cao áp 1- Xylanh bơm cao ap 2- Piston bơm cao ap a,b- Cửa nhiên liệu d- Rãnh thẳng e- Rãnh xéo Piston đi xuống, thể tích trong xylanh bơm tăng, áp suất giảm. Khi đỉnh piston mở hai cửa (a, b) nhiên liệu từ bên ngồi tràn vào chiếm chỗ trong xylanh bơm. Pis ton xuống tới điểm thấp nhất thì chấm dứt quá trình nạp nhiên liệu cho xylanh bơm. Piston Hình 4. 4. Bơm cao áp đi lên, thời gian đầu nhiên liệu bị đẩy 1- xylanh bơm cao áp từ khơng gian phía trên piston qua các cửa (a, b) đi ra. Khi đỉnh piston đĩng 2- piston bơm cao áp hai cửa (a, b), áp suất nhiên liệu trong 3- van cao áp xylanh bơm tăng nhanh, đẩy mở van 4- bệ van cao áp moat chiều cao áp theo đường ống cao áp tới cung cấp cho vịi phun (Bắt đầu 5- đầu nối ống cao áp quá trình cấp nhiên liệu). Khi rãnh 6- lị xo van cao áp xéo (e) mở cửa (b) nhiên liệu trong 7- ống xoay xylanh bơm theo cửa (b) tràn ra ngồi, áp suất trong xylanh bơm giảm xuống, 8- vành răng van cao áp đĩng lại (Chấm dứt quá 9- thanh răng trình cấp nhiên liệu dù piston vẫn đi lên). Như vậy hành Dưới đây (hình 4.5) là đặc điểm trình kết cấu và nguyên tắc làm việc của bộ cĩ đơi piston – xylanh bơm cao áp kiểu ích Bosch loại piston cĩ rãnh xéo dưới. của bơm 61
62. được tính từ khi đỉnh piston đĩng hai Như vậy điều chỉnh lượng nhiên cửa (a,b) tới khi rãnh xéo (e) mở cửa liệu phun vào xylanh động cơ ta chỉ (b). Do đĩ muốn thay đổi lượng nhiên cần tác động vào thanh răng (9) làm liệu cung cấp cho mỗi chu trình cơng xoay vành răng (8) cố định với ống tác của động cơ, ta chỉ việc thay đổi xoay (7), ống xoay (7) quay theo kéo thời điểm rãnh xéo (e) mở cửa (b) piston (2) xoay quanh tâm của nĩ làm bằng cách xoay pis ton quanh trục của thay đổi hành trình cĩ ích của piston nĩ. bơm dẫn tơí lượng nhiên liệu phun *Phương pháp điều chỉnh lượng vào xylanh động cơ thay đổi. nhiên liệu: 4.3.3.Van một chiều cao áp: Như trên theo đặc điểm cấu tạo và nguyên tắc làm việc ta đã thấy khi 4.3.3.1.Vị trí, cơng dụng: xoay piston làm cho vị trí của rãnh Van một chiều cao áp nằm ngay tại xéo (e) thay đổi so với cửa (b) thì đầu ra của bơm cao áp, trước vịi hành trình cĩ ích của piston thay đổi, phun. dẫn đến lượng nhiên liệu cung cấp Nĩ cĩ tác dụng làm tăng, giảm đột cho mỗi chu trình cơng tác của động ngột áp suất nhiên liệu lúc bắt đầu và cơ thay đổi. Nếu triển khai phần đầu piston như trên hình 4. 6 ta thấy : Các chiều cao (h) ở đây chính là các hành trình cĩ ích của piston ở những vị trí khác nhau của rãnh xéo (e) so với cửa (b). Chiều cao này được tính từ đỉnh piston tới mép trên của rãnh xéo (e), nĩ tương ứng với thời gian cấp nhiên liệu. kết thúc phun tránh hiện tượng nhỏ giọt ở các giai đoạn này. Hình 4.6 Triển khai đầu piston bơm cao áp Ở vị trí (0) nhiên liệu khơng được cấp tới vịi phun. Ở vị trí này rãnh thẳng (d) trùng với cửa (b) Ở các vị trí từ (1) (2) (3) hành trình cĩ ích của piston tăng dần (h1>h2>h3), lượng nhiên liệu cung cấp tới vịi phun tăng dần. 62
63. 4.3.3.2.Đặc điểm kết cấu và nguyên cĩ trên thân van tràn lên đường ống tắc làm việc: cao áp. Khi nhiên liệu trên đường ống cao áp tới vịi phun đạt áp suất qui định sẽ nâng kim nhiên liệu được phun vào buồng đốt. Khi bơm cao áp ngừng cấp nhiên liệu, áp suất trong xylanh bơm giảm lị xo (5) đẩy van đi xuống. Khi phần hình trụ (3) ngăn cách đường ống cao áp với phía dươí van, van tiếp tục đi xuống, tới khi phần mặt cơn (4) tì lên đế van van mới dừng lại. Trong lúc đi xuống như vậy thể tích tại đường ống cao áp tăng lên, dẫn đến áp suất giảm. Khử được áp suất dư khi phun, tránh được hiện tượng nhỏ giọt khi kết thúc phun. Hình 4.7. Van một chiều cao áp 1.Đế van 2.cánh dẫn hướng 3Phần hình trụ 4.Phần mặt cơn 5.lị xo 6.Vỏ van Về đặc điểm cấu tạo van một chiều cao áp khác các van một chiều thơng thường khác ở chỗ ngồi phần mặt cơn (4), thì thân van cịn cĩ thêm phần hình trụ (3). Nguyên tắc làm việc của van như sau: Bình thường dưới tác dụng của lị xo (5) van được đĩng kín. Khi bơm cao áp nén nhiên liệu, áp suất nhiên liệu trong xylanh bơm tăng lên thắng được sức căng của lị xo van, đẩy tồn bộ van đi lên, mặc dù phần mặt cơn (4) rời khỏi đế van nhưng do cĩ phần hình trụ (3) cho nên van chưa mở. Bơm cao áp tiếp tục nén nhiên liệu, chỉ tới khi nào phần hình trụ (3) rời khỏi đế van nhiên liệu theo các rãnh 63
64. 4.3.4.Vịi phun nhiên liệu: Vịi phun là chi tiết cuối cùng trong hệ thống cung cấp nhiên liệu (Thường nằm trên nắp xylanh động cơ), nĩ cĩ cơng dụng chính là tạo ra trạng thái phun sương và phân bố đều nhiên liệu vào thể tích buồng cháy. Vịi phun được chia làm các loại như sau: 4.3.4.1.Vịi phun hở: Loại này rất đơn giản, như một ống dẫn nhiên liệu đặc biệt. Ở loại vịi phun này chất lượng phun khơng đảm bảo, nhất là lúc bắt đầu và kết thúc phun cĩ hiện Hình 4.8. Các loại đầu vịi phun kín tượng nhỏ giọ, vì vậy hiện nay rất ít một lỗ phun được sử dụng . 1) Kim phun 2) 4.3.4.2.Vịi phun kín: Vịi phun kín Khơng gian chứa nhiên liệu của vịi được chia làm các loại là loại dùng phun van và loại dùng kim phun. 3) Miệng lỗ phun 4) Trong đĩ loại dùng kim phun là Đầu kim phun cĩ nhiều ưu điểm hơn cả và hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất. 5) Mặt cơn kim phun 6) Đường dẫn nhiên liệu Căn cứ vào đặc điểm của đầu vịi phun thì vịi phun kín dùng kim phun Các loại đầu vịi phun này chỉ được chia làm các loại là : đầu vịi khác nhau ở hình dạng của đầu kim phun một lỗ phun và đầu vịi phun phun, cịn về nguyên tắc phun nhiên nhiều lỗ phun. liệu đều giống nhau : *Đầu vịi phun một lỗ phun: Nguyên tắc phun Đầu vịi phun một lỗ phun được chia Khi bơm cao áp bắt đầu cấp làm các loạisau: nhiên liệu, nhiên liệu cĩ áp suất cao trên đường ống cao áp theo đường dẫn Đầu vịi phun một lỗ đầu kim phun nhiên liệu (6) tới khơng gian (2). Tại nhọn : (hình 4. 8. a) đây áp lực nhiên liệu tiếp tục tăng (do Đầu vịi phun một lỗ đầu kim phun bơm cao áp nén), áp lực này tác động hình trụ : (hình 4. 8. b) vào mặt cơn (5), tới khi thắng được Đầu vịi phun một lỗ đầu kim phun sức căng của lị xo vịi phun đẩy kim hình thang : (hình 4. 8. c) phun đi lên mở thơng miệng lỗ phun, bắt đầu quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt. Khi bơm cao áp khơng nén nhiên liệu nữa, áp lực nhiên liệu tác 64
65. động vào mặt cơn (5) giảm xuống, lị xo đẩy kim phun đi xuống đĩng kín Hình 4.9. Vịi phun kín nhiều lỗ phun miệng lỗ phun chấm dứt quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt. 1) Kim phun 2) Khơng gian chứa nhiên liệu của vịi Các loại đầu vịi phun một lỗ phun đều cĩ ưu điểm là đầu vịi phun đơn giản, dễ chế tạo; đường kính lỗ phun 3) Miệng lỗ phun 4) lớn nên ít bị tắc và chất lượng nhiên Đầu kim phun liệu khơng cần cao lắm. Nhưng cũng 5) Mặt cơn kim phun 6) do đường kính lỗ phun lớn, gĩc phun Đường dẫn nhiên liệu nhỏ nên cĩ nhược điểm là nhiên liêu Nguyên tắc phun : Khi bơm cao áp phun khơng sương sự hồ trộn giữa bắt đầu cấp nhiên liệu, nhiên liệu cĩ nhiên liệu và khơng khí kém, vì vậy áp suất cao trên đường ống cao áp loại vịi phun này được sử dụng nhiều theo đường dẫn nhiên liệu (6) tới trong động cơ cĩ buồng cháy ngăn khơng gian (2). Tại đây áp lực nhiên cách. liệu tiếp tục tăng (do bơm cao áp nén), *Đầu vịi phun nhiều lỗ phun: áp lực này tác động vào mặt cơn (5), Dưới đây là đặc điểm kết cấu và tới khi thắng được sức căng của lị xo nguyên tắc phun nhiên liệu của loại kim phun đẩy kim phun đi lên mở vịi phun kín dùng kim phun đầu vịi thơng miệng lỗ phun, bắt đầu quá phun cĩ nhiều lỗ phun. trình phun nhiên liệu vào buồng đốt. Khi bơm cao áp khơng nén nhiên liệu nữa, áp lực nhiên liệu tác động vào mặt cơn (5) giảm xuống, lị xo đẩy kim phun đi xuống đĩng kín miệng lỗ phun chấm dứt quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt. 4.3.5. Bầu lọc nhiên liệu: Để đảm bảo cho quá trình cháy xảy ra được hồn thiện, đồng thời bảo vệ cho bơm cao áp và vịi phun, nhiên liệu phải được các bầu lọc lọc sạch trước khi đưa tới bơm cao áp và vịi phun để phun. Bộ phận quan trọng nhất của bầu lọc là lõi lọc , vật liệu để làm lõi lọc cĩ thể là kim loại, đá xốp, len, dạ, lụa .Trên hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ diesel thường lắp đặt hai loại bầu lọc là bầu lọc thơ và bầu lọc tinh. Bầu lọc thơ thường đặt ở vùng thấp áp (trước bơm chuyển 65
66. nhiên liệu, sau két trực nhật ), bầu lọc mức độ bẩn của nhiên liệu và vật liệu tinh đặt ở vùng trung áp (sau bơm chế tạo lõi lọc mà ta phải súc rửa hay chuyển nhiên liệu, trước bơm cao áp). thay lõi lọc mới. Ngồi ra trên một số động cơ cịn cĩ 4.4.Các kiểu buồng cháy. bầu lọc cao áp đặt ở vùng đường ống cao áp (sau bơm cao áp, trước vịi Buồng cháy (buồng đốt), là phần phun). khơng gian cịn lại của xylanh động cơ khi piston ở vị trí phun nhiên liệu. Trên hình 4. 10 giới thiệu một Đây chính là nơi xảy ra quá trình cháy loại lọc thơ cĩ lõi lọc làm bằng kim của nhiên liệu. Vì vậy buồng cháy của loại và một loại lọc tinh nhiên liệu cĩ động cơ diesel phải đạt được những lõi lọc làm bằng sợi bơng. yêu cầu sau: Hình dạng, kích thước buồng cháy phải phù hợp với hình dạng, kích thước, số lượng và phương hướng các tia nhiên liệu phun vào buồng cháy. Phải tạo được vận động xốy lốc mạnh của dịng khơng khí ở cuối quá trình nén trong khơng gian buồng cháy để cho các hạt nhiên liệu bốc hơi được nhanh và hồ trộn đều với khơng khí. Buồng cháy trong động cơ diesel được chia làm các loại như sau: 4.4.1.Buồng cháy thống nhất: Hình 4.10. Bầu lọc nhiên liệu 1- Đầu ra 2- Đầu vào 3- Lõi lọc 4, 5- Phiến kim loại Khi nhiên liệu đi qua lõi lọc, những tạp chất cĩ kích thước lớn hơn khe hở của lõi lọc được giữ lại tại lõi lọc. Khe hở của lõi lọc ở bầu lọc thơ thường vào khoảng 0,05  0,1 mm; Khe hở của lõi lọc ở bầu lọc tinh nhỏ hơn nhiều nhờ đĩ cĩ thể lọc được các tạp chất cĩ kích thước nhỏ hơn. Sau một thời gian sử dụng tuỳ thuộc vào 66
67. buồng cháy thống nhất thành bốn nhóm sau: a- Buồng cháy đặt trên đỉnh piston: Sơ đồ 1, 2, 3, 11, 12 (hình 4.10) b- Buồng cháy đặt trên nắp xylanh: Sơ đồ 4, 5, 6, 10 (hình 4.10) c- Buồng cháy đặt trên đỉnh piston và trên nắp xylanh: Sơ đồ 7 (hình 4.10) d- Buồng cháy đặt giữa hai đỉnh piston: Sơ đồ 8, 9 (hình 4.10) 4.4.2.Buồng cháy ngăn cách: Buồng cháy ngăn cách là buồng cháy mà trong đó toàn bộ thể tích của buồng cháy được chia làm nhiều không gian (phần lớn chia làm hai không gian). Những không gian ấy được nối với Hình 4. 10. Các dạng buồng cháy thống nhau bởi một hoặc vài đường thông nhất nhỏ. Buồng cháy thống nhất là buồng cháy Hiện nay buồng cháy ngăn cánh trong mà trong đó toàn bộ thể tích của buồng động cơ diesel có các loại sau: cháy nằm trong một không gian thống 4.4.2.1.Buồng cháy dự bị: nhất. Không gian này có thể được giới hạn bởi: đỉnh piston, mặt dưới của nắp xylanh và thành xylanh; hoặc được giới hạn bởi hai mặt đỉnh của hai piston và thành xylanh (trong động cơ có piston đối đỉnh). Hình Trong buồng cháy thống nhất nhiên 4.11. liệu được phun trực tiếp vào không gian Buồng của buồng cháy. Việc hoà trộn giữa cháy dự nhiên liệu và không khí trong buồng bị cháy thống nhất được thực hiện bằng 1- buồng nhiều phương pháp khác nhau tuỳ thuộc cháy vào loại động cơ, số vòng quay và công chính dụng của động cơ. Trên đây là sơ đồ 2- buồng của một số buồng cháy thống nhất điển cháy dự hình. bị Dựa vào địa điểm đặt phần chủ yếu 3- vị trí đặt vòi phun của thể tích buồng cháy có thể chia 4- đường thông 67
68. Trong động cơ có buồng cháy dự bị toàn bộ thể tích của buồng cháy được chia làm hai phần là: buồng cháy dự bị đặt trên nắp xylanh chiếm khoảng 25  40% toàn bộ thể tích buồng cháy, phần còn lại là buồng cháy chính đặt trực tiếp trong không gian của xylanh. Buồng cháy dự bị có hình dạng của một vật tròn xoay được nối với buồng cháy chính bằng một hoặc vài đường thông nhỏ. Trên đường tâm của buồng cháy dự bị đặt vòi phun một lỗ. Trong quá trình nén, không khí từ không gian buồng cháy chính được đẩy vào không gian buồng cháy dự bị. Do chênh lệch áp suất giữa hai không gian buồng cháy, nên tốc độ của dòng khí tương đối mạnh, gây ra vận động rối của không khí trong buồng cháy dự bị, vì vậy khi nhiên liệu được phun vào đây sẽ được hoà trộn đều với không khí và tự bốc cháy tại không gian buồng cháy dự bị trước. Sau khi nhiên liệu bốc cháy nhiệt độ và áp suất khí thể trong buồng cháy dự bị tăng nhanh, vì vậy phần nhiên liệu chưa cháy cùng với sản vật cháy từ buồng cháy dự bị được phun vào buồng cháy chính với tốc độ rất lớn, tạo điều kiện tốt để xé tan nhiên liệu chưa cháy thành những hạt nhỏ và hoà trộn đều với không khí trong buồng cháy chính. Số nhiên liệu này sẽ tiếp tục cháy hết trong buồng cháy chính. Trong quá trình làm việc, miệng phun của buồng cháy dự bị nơi có các đường thông giữa buồng cháy dự bị và buồng cháy chính thường rất nóng, vì vậy đã tạo điều kiện cho nhiên liệu bốc hơi nhanh và giảm thời gian cháy trễ. 68
69. 4.4.2.2.Buồng cháy xoáy lốc: Hình 4.12. Buồng cháy xoáy lốc 1- buồng cháy chính 2- buồng cháy dự bị 3- vịtrí đặt vòi phun 4- đường thông Trong động cơ có buồng cháy xoáy lốc toàn bộ thể tích của buồng cháy được chia làm hai phần là: buồng cháy xoáy lốc có dạng hình trụ hoặc hình cầu đặt trên nắp xylanh hoặc trong thân động cơ chiếm khoảng 50  80% toàn bộ thể tích buồng cháy, phần còn lại là buồng cháy chính đặt trực tiếp trong không gian của xylanh. Buồng cháy xoáy lốc được nối 4.4.2.3.Buồng cháy không khí: với buồng cháy chính bằng một hoặc vài đường thông lớn đặt tiếp tuyến với buồng cháy xoáy lốc, nhiên liệu được phun vào buồng cháy xoáy lốc. Trong quá trình nén, không khí Hình 4.13. Buồng cháy không khí từ xylanh động cơ được đẩy vào buồng 1- buồng cháy chính cháy xoáy lốc với tốc độ lưu động lớn. 2,3- buồng cháy không khí Dòng khí lưu động theo hướng tiếp 4- vòi phun tuyến nên tạo ra vận động xoáy lốc mạnh của không khí trong buồng cháy Trong động cơ có buồng cháy xoáy lốc làm cho khối lượng nhiên liệu không khí toàn bộ thể tích của buồng đang phun vào buồng cháy lúc ấy được cháy được chia làm hai phần là: buồng xé nhỏ và hỗn hợp đều với không khí. cháy không khí nằm trên nắp xylanh và Sau khi nhiên liệu bốc cháy, áp buồng cháy chính nằm trong xylanh suất và nhiệt độ của môi chất trong động cơ. Trong loại động cơ có buồng buồng cháy xoáy lốc tăng lên nhanh và cháy không khí vòi phun không đặt trở nên lớn hơn so với buồng cháy trong buồng cháy không khí mà đặt chính. Vì vậy sản vật cháy, không khí trong buồng cháy chính đối diện với và nhiên liệu chưa có điều kiện bốc đường thông giữa buồng cháy chính và cháy được phun ra buồng cháy chính và buồng cháy không khí. Trên đây là một tiếp tục cháy trong xylanh động cơ. loại buồng cháy không khí điển hình nhất: đó là buồng cháy La nô va. 69
70. Buồng cháy này gồm có buồng cháy • Chất lượng nhiên liệu đòi hỏi chính (1) và buồng cháy không khí. không phải khắt khe lắm Buồng cháy không khí lại được chia •- Nhược điểm: thành hai buồng nhỏ là buồng (2) và • Diện tích buồng cháy lớn, làm buồng (3). Tổng thể tích các buồng giảm hiệu suất nhiệt động cơ không khí chiếm khoảng 25% toàn bộ • Cấu tạo nắp xylanh hoặc thân thể tích buồng cháy, trong đó buồng (3) máy tương đối phức tạp chiếm từ 5  10% còn lại là buồng (2). • Động cơ khó khởi động (thường Buồng (2) được nối với các buồng (1) phải dùng bugi xông máy) và (3) bằng một đường thông nhỏ. • Suất tiêu hao nhiên liệu tương Trong quá trình nén không khí từ đối lớn buồng cháy chính đi vào buồng không khí với hiệu số áp suất giữa hai buồng 4.5.Tính chất lí hoá của nhiên liệu và cháy không lớn lắm. Cuối quá trình nén ảnh hưởng của nó đến quá trình làm vòi phun (4) phun nhiên liệu vào buồng việc của động cơ diesel tàu thuỷ. cháy chính (1) hướng tới miệng đường Các tính chất lí hoá của nhiên thông vào buồng (2). Một phần nhiên liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến quá liệu theo không khí chui vào buồng (2), trình làm việc của động cơ diesel tàu quá trình cháy bắt đầu xảy ra tại đây, thuỷ gồm có: độ nhớt, tỉ trọng, nhiệt độ do thể tích buồng (2) rất nhỏ nên áp tự bốc cháy, chỉ số xê tan, hàm lượng suất trong buồng (2) tăng rất nhanh, lưu huỳnh, cốc, tro xỉ, hợp chất cơ học ngọn lửa cháy tràn vào buồng (3), áp và nước trong nhiên liệu suất tại đây cũng tăng nhanh. Dưới sự - Độ nhớt là một trong những chênh lệch áp suất lớn, môi chất từ đặc tính cơ bản của nhiên liệu nặng, nó buồng (2) và buồng (3) phun ra buồng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng (1) với tốc độ rất mạnh, tạo điều kiện phun sương và quá trình cháy của nhiên tốt cho quá trình hoà trộn khí hỗn hợp liệu, độ nhớt thường đo bằng độ và quá trình cháy trong buồng cháy xăngxitôc (cst) hoặc độ Engler (oE). chính. Buồng cháy chính có dạng hình - Tỉ trọng của nhiên liệu đánh số 8 có tác dụng làm tăng vận động giá một cách gián tiếp các tính chất hoá xoáy lốc của môi chất từ buồng không học, thành phần và khả năng bay hơi, khí phun ra làm cho nhiên liệu và cũng như khả năng phân li và làm sạch không khí được hoà trộn tốt hơn. của nhiên liệu. Ngoài tỉ trọng vật lí 4.4.2.4.Ưu, nhược điểm của buồng (đơn vị đo- kg/m3), trong thực tế hàng cháy ngăn cách so với buồng cháy hải người ta còn sử dụng tỉ trọng tương thống nhất: đối. - Ưu điểm: - Nhiệt độ tự bốc cháy là nhiệt • Aùp suất phun nhỏ, sử dụng vòi độ thấp nhất mà hỗn hợp khí tự bốc phun một lỗ ít bị tắc cháy được. Nhiệt độ tự bốc cháy phụ • Nhiên liệu và không khí hoà trộn thuộc vào loại nhiên liệu và thông đều hơn, quá trình cháy xảy ra tốt hơn 70