Bài giảng Kết cấu động cơ đốt trong

1 Môn học 2 Nội dung môn học  Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong; cấu tạo của cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu, cơ cấu phân phối khí; cấu tạo và hoạt động của hệ thống làm mát; cấu tạo và hoạt động của hệ thống bôi trơn; cấu tạo và hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng; cấu tạo và hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel, các chế độ làm việc và điều chỉnh tốc độ động cơ. 3 Nội dung môn học  Chương 1. Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong  Chương 2. Cơ cấu Thanh truyền - Trục khuỷu  Chương 3. Các chi tiết cố định của động cơ  Chương 4. Cơ cấu phân phối khí  Chương 5. Hệ thống làm mát  Chương 6. Hệ thống bôi trơn  Chương 7. Hệ thống nuôi dưỡng động cơ xăng  Chương 8. Các chế độ làm việc và tự động điều chỉnh tốc độ động cơ 4 Tài liệu  [1]. Giáo trình  [2]. Động cơ đốt trong. PGS.TS Phạm Minh tuấn.  [3]. Kết cấu động cơ đốt trong. NXB KHKT Hà nội. 1996 5 Đánh giá  Điều kiện dự thi  Sinh viên phải đảm bảo lên lớp trên 80% số giờ lên lớp của học phần kể cả lý thuyết và thảo luận mới được dự thi kết thúc học phần.  Điểm thành phần.  Thảo luận: 20%  Thí nghiệm thực hành: 10%  Thi kiểm tra giữa kỳ: 20%  Thi kết thúc học phần: 50% 6 7 Khái niệm cơ bản  Phân loại động cơ đốt trong  Động cơ đốt trong là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay trên các phương tiện vận tải như ôtô, tầu thuỷ, đầu máy xe lửa và trên các loại xe - máy thi công như máy xúc, máy ủi, xe lu, cần cẩu tự hành, ...  Động cơ đốt trong là một dạng của động cơ nhiệt, nó chuyển hoá nhiệt năng sinh ra do quá trình đốt cháy nhiên liệu trong xy lanh thành cơ năng đáp ứng cho mọi hoạt động của các phương tiện giao thông cơ giới, như di chuyển, đào ủi, san, nâng, ... 8 Khái niệm cơ bản  Những chiếc động cơ đốt trong đầu tiên ra đời cách đây đã hơn 100 năm. Ngày nay động cơ đốt trong có rất nhiều dạng khác nhau, ta có thể phân loại nó theo một số đặc điểm như sau:  Theo số kỳ làm việc:  Động cơ hai kỳ  Động cơ bốn kỳ;  Theo cách tạo hỗn hợp cháy (nhiên liệu-không khí):  Động cơ tạo hỗn hợp ngoài (chế hoà khí và phun xăng) và động cơ tạo hỗn hợp trong (động cơ diezel);  Theo loại nhiên liệu sử dụng:  Động cơ xăng, động cơ diezel, động cơ chạy khí ga, ...; 9 Khái niệm cơ bản  Theo số xi lanh:  Động cơ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8 và nhiều xi lanh;  Theo bố trí xi lanh:  Động cơ một dãy (bố trí thẳng hàng)  Động cơ hai dãy (bố trí chữ V, đối đỉnh).  Động cơ nhiều dãy kiểu sao, ... 10 Khái niệm cơ bản  Theo phương pháp làm mát:  Động cơ làm mát bằng chất lỏng và động cơ làm mát bằng không khí. 11 Khái niệm cơ bản  Chu trình công tác.  Điểm chết  Hành trình pít tông: S  Kỳ (thì)  Thể tích buồng cháy (Vc)  Thể tích công tác (Vh) S d iVh 4 2  (lít).  Thể tích toàn phần (Va) 12 Khái niệm cơ bản  Tỷ số nén: c a V V   Đối với động cơ xăng, tỷ số nén nằm trong khoảng từ 5  10, còn đối với động cơ diezel- khoảng 15  18.  Để có thể đốt cháy nhanh và triệt để lượng nhiên liệu trong xi lanh cần phải hoà trộn thật tốt nhiên liệu với không khí để tạo thành hỗn hợp khí cháy với tỷ lệ chính xác. 13 Khái niệm cơ bản  Do vậy để đánh giá chất lượng của hỗn hợp khí cháy (tỷ lệ giữa lượng nhiên liệu và lượng không khí) người ta sử dụng hệ số dư không khí . o t l l   tl : khối lượng không khí có thực để đốt cháy 1 kg nhiên liệu .  0l : khối lượng không khí cần thiết theo lý thuyết lo để đốt cháy hết 1 kg lượng nhiên liệu. 14 .Khái niệm cơ bản  Trong các động cơ xăng, hỗn hợp khí cháy được đốt cháy bằng tia lửa điện của bugi, còn trong các động cơ diezel thì hỗn hợp tự bắt cháy ở cuối kỳ nén do nhiệt độ cao đạt được nhờ có tỷ số nén lớn. 15 Cấu tạo động cơ đốt trong  Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền  Có nhiệm vụ tiếp nhận áp lực khí do quá trình cháy tạo nên trong xi lanh và biến chuyển động tịnh tiến của pít tông thành chuyển động quay của trục khuỷu. 16 Cấu tạo động cơ đốt trong  Cơ cấu phối khí  Có nhiệm vụ cấp khí nạp (hỗn hợp khí cháy) vào trong xi lanh và đẩy khí thải ra ngoài vào những thời điểm tuyệt đối chính xác theo chu kỳ làm việc. 17 Cấu tạo động cơ đốt trong  Hệ thống nhiên liệu  Đối với động cơ xăng có nhiệm vụ hoà trộn nhiên liệu với không khí tạo thành hỗn hợp cháy, còn đối với động cơ diezel thì nhiên liệu được hoà trộn với không khí ngay trong xi lanh. 18 Cấu tạo động cơ đốt trong  Hệ thống đánh lửa  Được sử dụng trong các động cơ xăng, có nhiệm vụ phát tia lửa điện trong buồng đốt vào thời điểm chính xác trong chu trình làm việc của động cơ để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu. 19 Cấu tạo động cơ đốt trong  Hệ thống bôi trơn  Đảm nhận việc cấp dầu bôi trơn đến tất cả các bề mặt làm việc của động cơ nhằm mục đích giảm ma sát, thoát nhiệt và giảm mài mòn cho các chi tiết làm việc. 20 Cấu tạo động cơ đốt trong  Hệ thống làm mát  Có nhiệm vụ thoát nhiệt cho các chi tiết bị nóng trong quá trình làm việc và đảm bảo chế độ nhiệt tối ưu cho động cơ. 21 Cấu tạo động cơ đốt trong  Hệ thống khởi động  Dùng để khởi động động cơ. 22 Nguyên lý làm việc  Động cơ bốn kỳ:  Là loại động cơ hoàn thành một chu trình công tác sau bốn hành trình pít tông (hai vòng quay trục khuỷu)  Kỳ nạp  Kỳ nén  Kỳ cháy giãn nở  Kỳ thài 23 Nguyên lý làm việc  Kỳ nạp (hút)  Pít tông di chuyển từ ĐCT tới ĐCD.  Xu páp nạp mở (trước ĐTC góc ), xu páp xả đóng. Thể tích của khoang phía trên pít tông tăng dần tạo nên độ chân không, nhờ đó mà hỗn hợp khí cháy được hút vào xi lanh qua xu páp nạp.  Kỳ hút kết thúc sau khi pít tông đã đi qua điểm chết dưới và đi ngược trở lại một đoạn ứng với góc quay của trục khuỷu là  24 Nguyên lý làm việc  Kỳ nén.  Pít tông di chuyển từ ĐCD lên ĐCT, các xu páp nạp và xả đều đóng.  Thể tích làm việc trong xi lanh giảm xuống, áp suất tăng lên, do đó nhiệt độ của hỗn hợp khí bị nén cũng tăng lên. 25 Nguyên lý làm việc  Cháy giãn nở  Khi pít tông cách ĐCT góc , bugi bật tia lửa điện làm hỗn hợp khí bốc cháy. Khi pít tông đi qua điểm chết trên thì quá trình cháy xảy ra mãnh liệt nhất, áp suất trong xi lanh tăng lên đột ngột.  Áp suất khí cháy tạo áp lực lên đỉnh pít tông và đẩy pít tông đi từ ĐCT về ĐCD, đây chính là quá trình sinh công hữu ích. 26 Nguyên lý làm việc  Kỳ xả (thải)  Khi pít tông còn cách ĐCD khoảng  tính theo góc quay của trục khuỷu thì xu páp xả mở, sản phẩm cháy bắt đầu bị đẩy ra ngoài.  Sau đó, khi pít tông đã qua ĐCD và đi về phía ĐCT thì chính pít tông làm nhiệm vụ tiếp tục dồn khí thải ra ngoài.   Tới cuối kỳ xả, trong buồng đốt vẫn còn sót lại một lượng khí thải nhất định, để đảm bảo thải sạch sản phẩm cháy ra ngoài xu páp xả đóng sau ĐTC góc  27 Nguyên lý làm việc Đồ thị pha phân phối khí 28 Nguyên lý làm việc  Đồ thị công c z b a b' 0 Vc Va p V po r r' b'' r'' c' c z b a b' 0 Vc Va p V po r r' b'' r'' c' z' Động cơ xăng Động cơ diesel 29 Nguyên lý làm việc  Động cơ xăng hai kỳ  Là loại động cơ hoàn thành một chu trình công tác sau hai hành trình pít tông (một vòng quay trục khuỷu).  Động cơ xăng hai kỳ thường gặp chủ yếu là các động cơ có công suất nhỏ.  Động cơ xăng hai kỳ có nhiều dạng, với những nguyên lý làm việc khác nhau  Động cơ hai kỳ quét khí vòng  Động cơ hai kỳ quét thẳng qua xu páp thải 30 Nguyên lý làm việc  Động cơ hai kỳ quét khí vòng  Đây là loại động cơ được sử dụng phổ biến hơn cả trong các loại động cơ hai kỳ.  Động cơ loại này không có các xu páp mà pít tông đảm nhiệm luôn vai trò đóng mở các đường nạp và xả. 31 Nguyên lý làm việc Hành trình thứ nhất Hành trình thứ hai 32 Nguyên lý làm việc  Động cơ hai kỳ quét thẳng qua xu páp thải (đọc tài liệu) 33 Nguyên lý làm việc  Hoạt động của động cơ nhiều xy lanh  Góc công tác: i ct   180  i: Số xy lanh  Số kỳ 34 Nguyên lý làm việc  Hoạt động của động cơ 4 kỳ một hàng 4 xy lanh  Cơ cấu thanh truyền trục khuỷu - Xác định góc lệch công tác: 0180 4 4.180180  i ct  Vì vậy các khuỷu trục lệch nhau 1800  Thứ làm việc:    0 0 0 0 0 0 180 180 360 180 540 180 2431 hoặc 1-2-4-3 \ 35 Nguyên lý làm việc  Cơ cấu thanh truuyền trục khuỷu 1, 4 2, 3 1 2 3 4 36 Nguyên lý làm việc  Diễn biến hoạt động trong từng xy lanh Xy lanh 1 2 3 4 ñoä      Naïp Neùn C-GN Thaûi Naïp Neùn C-GN Thaûi Naïp Neùn C-GN Thaûi Naïp C-GN Neùn Thaûi 37 Nguyên lý làm việc Hoạt động của động cơ một hàng 6 xy lanh:  Thứ tự làm việc: 1-5-3-6-2-4  Cơ cấu thanh truyền trục khuỷu - Xác định góc lệch công tác: 0120 6 4.180180  i ct  Vì vậy các khuỷu trục lệch nhau 1200  Thứ làm việc:    0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 120 120 240 120 360 120 480 120 600 180 426351 38 Nguyên lý làm việc  Cơ cấu thanh truuyền trục khuỷu   39 Nguyên lý làm việc  Diễn biến hoạt động trong từng xy lanh Xy lanh 1 2 3 4 5 6      (ñoä) Naïp Neùn C-GN Thaûi