Vai trò của động cơ diesel càng rõ nét hơn khi xảy ra hai cuộc khủng hoảng dầu lửa vào những năm 1970 và 1980.Dù có nhiều ưu điểm vượt trội, nhất là tiết kiệm nhiên liệu hơn động cơ xăng
TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL
Giới thiệu về động cơ diesel
Người sáng chế ra động cơ Dielsel là Rudolf Diesel Ông là kỹ sư tốt nghiệp xuất sắc tại Đại học Kỹ thuật Munich của nước Đức Động cơ đốt trong mà ông đã sáng chế ra được cấp bằng sáng chế và bảo hộ quyền tác giả vào năm 1892, động cơ mang tên diesel. Động cơ diesel đầu tiên trên thế giới của Rudolf Diesel.
Hàng trăm năm qua, động cơ diesel đã được cải tiến liên tục. Mặc dù vẫn còn nghi ngại về khả năng vận hành, độ tin cậy, mức tiêu thụ nhiên liệu…, nhưng một số công ty đã cố gắng ứng dụng động cơ diesel vào xe hơi.
Mercedes trở thành nhà sản xuất ô tô đầu tiên trên thế giới trang bị động cơ diesel cho chiếc 260D từ năm 1936 Quá trình thử nghiệm lô taxi 260D tại Đức đã thấy được hiệu quả và tuổi thọ thực sự của động cơ diesel nên động cơ diesel đã thu hút được sự quan tâm của người tiêu dùng thời bấy giờ.
Từ đó nhiều công ty tham gia sản xuất và lắp đặt động cơ diesel trên ô tô, trong đó có Audi, Cadillac, Ford, Buick, Chevrolet, Volvo và BMW Vai trò của động cơ diesel càng rõ nét hơn khi xảy ra hai cuộc khủng hoảng dầu lửa vào những năm 1970 và 1980.
Dù có nhiều ưu điểm vượt trội, nhất là tiết kiệm nhiên liệu hơn động cơ xăng khoảng 30% nhưng động cơ diesel vẫn ít phổ biến hơn động cơ xăng do những hạn chế cố hữu về tiếng ồn và khí thải.
1.2 - Động cơ diesel và động cơ xăng
Về cấu tạo, động cơ diesel không có nhiều khác biệt so với động cơ xăng Khác nhau nằm ở hệ thống cung cấp nhiên liệu và diễn biến quá trình nạp – nén – nổ – xả.
Hình 1.1 - Động cơ Diesel năm 1896
Động cơ diesel là loại động cơ đốt trong tạo hỗn hợp cháy (nhiên liệu – không khí) ngay bên trong xilanh (giống động cơ GDI), hoạt động trên nguyên tắc tự cháy (tự kích nổ) trong điều kiện môi trường áp suất cao, tỷ số nén lớn (trong khoảng 14:1 đến 25:1) mà không dùng bugi để đốt cháy hỗn hợp không khí-nhiên liệu.
Loại nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel là dầu diesel nên chỉ tiêu nhiên liệu khác với xăng Nhiên liệu diesel sử dụng chỉ số kích nổ là Cetan trong khi xăng lại là chỉ số Octan, như vậy diesel sử dụng nhiên liệu càng dễ kích nổ càng tốt giúp động cơ sẽ dễ khởi động hơn khi nhiệt độ môi trường xuống thấp.
1.3 - Hệ thống cung cấp nhiên liệu
Đối với động cơ diesel hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm các thành phần chính: Thùng nhiên liệu, bơm nhiên liệu thấp áp, bầu lọc thô, bầu lọc tinh, bơm cao áp và kim phun.
Bơm thấp áp có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng dầu qua các bầu lọc thô để cung cấp nhiên liệu cho bầu lọc tinh và bơm cao áp Bơm có hai dạng là bơm màng hoặc bơm piston.
Bơm cao áp có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho từng vòi phun đúng định lượng, thứ tự nổ theo chế độ bàn đạp ga.Bơm có dạng piston được dẫn động nhờ trục cam để điều khiển theo thứ tự nổ, được điều khiển đúng định lượng nhờ thanh răng xoay rãnh của piston thông qua dẫn động tới bàn đạp ga và bộ điều khiển theo tải nhờ quả văng ly tâm.
Kim phun có nhiệm vụ tiếp nhận nhiên liệu từ bơm cao áp cung cấp và tán nhuyễn tạo thành sương, phun vào buồng đốt của động cơ với áp suất cao và nhờ hình dạng của đỉnh piston tạo thành vùng xoáy lốc để hòa trộn đều với không khí.
1.4 - Quá trình nhiên liệu đốt cháy
Ở động cơ xăng, hỗn hợp cháy được đưa vào động cơ để thực hiện hành trình nén và được kích nổ nhờ bu-gi đánh lửa tạo quá trình cháy, dãn nở và sinh công Do đặc điểm như vậy nên động cơ xăng có thêm hệ thống đánh lửa Đối với động cơ diesel, sau khi kim phun nhiên liệu thực hiện phun với tốc độ và áp suất cao kết hợp với buồng xoáy lốc
Hình 1.2 - Quá trình phun nhiên liệu và tự bốc cháy trong buồng đốt trên đỉnh piston tạo ra hỗn hợp cháy Hỗn hợp này được nén với tỷ số nén cao và tự bốc cháy, dãn nở và sinh công.
Hiệu suất của động cơ diesel lớn hơn khoảng 1,5 lần so với động cơ xăng Nhiên liệu diesel thường rẻ hơn xăng, 1 lít diesel khi cháy hoàn toàn nhận được khoảng 8.755 calo trong khi 1 lít xăng cháy hoàn toàn cho khoảng 8.140 calo Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ diesel là
200-285g/kWh nhỏ hơn của động cơ xăng là
1.5 - Các công nghệ hiện đại trang bị trong động cơ diesel
Khái niệm và cấu tạo, phân loại động cơ trên xe Hyundai Santafe
1 Khái niệm, đặc điểm cấu tạo, kết cấu của các chi tiết trên động cơ diesel ( Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền )
1.1 – Khái niệm các chi tiết
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là phần chuyển động của động cơ bao gồm các chi tiết: piston, xéc măng, chốt piston, thanh truyền và trục khuỷu Ba bộ phận này hoạt động theo một quy trình đã được lắp đặt sẵn và liên kết chặt chẽ với nhau, nhờ đó động cơ mới có thể vận hành.
TÌM HIỂU NHÓM CHI TIẾT TRỤC KHUỶU, PISTON,
Khái niệm, đặc điểm cấu tạo, kết cấu của các chi tiết trên động cơ diesel ( Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền )
1.1 – Khái niệm các chi tiết
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là phần chuyển động của động cơ bao gồm các chi tiết: piston, xéc măng, chốt piston, thanh truyền và trục khuỷu Ba bộ phận này hoạt động theo một quy trình đã được lắp đặt sẵn và liên kết chặt chẽ với nhau, nhờ đó động cơ mới có thể vận hành.
1.2 – Đặc điểm cấu tạo, kết cấu của các chi tiết
Cấu tạo chính của trục khuỷu bao gồm 6 phần:
Chốt khuỷu nối liền với thanh truyền để nhận lực.
Cổ khuỷu có dạng hình trụ và là trục quay chính.
Hình 1.6 – Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
1- Chốt piston 2- Xéc măng 3- Piston 4- Thanh truyền
5- Bu lông thanh truyền 6- Trục khuỷu 7- Bạc đầu to thanh truyền
Má khuỷu làm phần liên kết giữa cổ và chốt khuỷu để truyền lực giữa 2 bộ phận.
Đuôi trục khuỷu là phần cuối gắn liền với bánh đà bên trong động cơ xe.
Trục khuỷu liền: Đây là loại trục khuỷu có cổ trục, cổ biên, má khuỷu được chế tạo thành một khối, không thể tháo rời Thường được dùng trong động cơ loại nhỏ và trung bình.
Trục khuỷu ghép: Loại trục này có các bộ phận như cổ trục, cổ biên và má khuỷu được chế tạo riêng biệt và ghép nối lại với nhau thành 1 trục Loại này được dùng nhiều trong động cơ loại lớn và ở một số động cơ công suất nhỏ, ít xi lanh và đầu to thanh truyền không cắt đôi.
Có thể nói cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là thành phần chính cấu tạo nên động cơ Để động cơ có thể hoạt động ổn định thì nhất định phải có bộ phận này Đặc biệt, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền đóng vai trò vô cùng quan trọng với động cơ đốt trong.
Vật liệu chế tạo trục khuỷu
Trục khuỷu thường được chế tạo từ các vật liệu là thép hoặc gang gra-phit cầu Gia công bằng cách tiện nguyên khối hoặc chế tạo từng bộ phận rồi lắp ghép với nhau.
Điều kiện làm việc của trục khuỷu
Phải chịu sự tác dụng của lực khí thể và lực quán tính của nhóm piston – thanh truyền gây ra.
Chịu sự tác dụng của lực quán tính li tâm của các khối lượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷu và thanh truyền.
Thanh truyền là một thiết bị giúp dẫn truyền lực được tạo ra bởi Pit-tông truyền đến trục khuỷu.
Thanh truyền có cấu tạo từ 3 bộ phận gồm đầu to, đầu nhỏ, và thân.
Đầu to được thiết kế để gắn vào trục khuỷu và thường được chia ra làm 2 nửa giúp cho quá trình lắp đặt và sửa chữa diễn ra thuận lợi 2 nửa được gắn với nhau nhờ vào chốt ốc bu lông.
Hình 1.7 – Cấu tạo trục khuỷu
Đầu nhỏ là một khối trụ tròn được liên kết với pit-tông bởi thanh chốt Ở những nơi tiếp xúc đều được bọc lớp bạc giúp giảm tối đa lực ma sát và nâng cao độ bền của nó.
Thân thanh truyền là một phần kim loại gắn kết với hai đầu thanh truyền.
Vật liệu chế tạo thanh truyền sẽ phụ thuộc vào tốc độ của động cơ sử dụng thanh truyền đó:
Đối với các động cơ có tốc độ thấp, thanh truyền sẽ được chế tạo từ vật liệu là thép ít cacbon hoặc thép cacbon trung bình.
Đối với động cơ ô tô máy kéo và động cơ tàu thủy cao tốc, thanh truyền sẽ được làm từ thép cacbon trung bình hoặc thép hợp kim crôm, niken.
Đối với động cơ cao tốc và cường hóa, thanh truyền sẽ được làm từ thép hợp kim đặc biệt có nhiều thành phần hợp kim như mănggan, niken, vônphram.
Piston là một chi tiết chuyển động tịnh tiến trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền và đảm nhận các nhiệm vụ sau:
Tạo hình cần thiết cho buồng đốt, đảm bảo độ kín cho khoang công tác.
Chuyển đổi áp lực khí cháy thành lực đẩy lên thanh truyền để quay trục khuỷu.
Hình 1.8 – Cấu tạo thanh truyền
1- Đầu nhỏ 2- Bạc lót đầu nhỏ 3- Thân 4- Đầu to
5- Bạc lót đầu to 6- Đầu to 7- Đai ốc 8-
Thực hiện quá trình hút, nén hỗn hợp và xả khí cháy.
Bộ phận Piston có hình dạng bao gồm đỉnh, đầu và thân liền cùng một khối.
Đỉnh piston: Nhiệm vụ chính là nhận áp suất khí đốt nên có tính chịu nhiệt cao Hiện có 3 dạng chính là đỉnh lõm, đỉnh bằng và đỉnh lồi.
Đầu piston: Bao gồm các rãnh lắp xéc măng khí và xéc măng dầu Đồng thời, ở đáy rãnh xéc măng có các lỗ nhỏ sâu vào bên trong Chúng đóng vai trò cấp thoát dầu cho động cơ.
Thân piston: Được nối liền với thanh truyền để tạo lực quay trục khuỷu Chúng có nhiệm vụ là điều hướng chuyển động trong xi lanh.
Xéc măng là từ phiên âm tiếng việt của chữ gốc trong tiếng Anh là Segment, còn có tên gọi khác là bạc piston Đây là
Hình 1.10 – Kết cấu Xéc măng chi tiết rất quan trọng của động cơ các loại máy móc như xe máy, ô tô…
Xéc măng là những vòng tròn hở được làm bằng kim loại, thường là chất liệu gang xám hoặc gang hợp kim, hay hạt thép mịn Xéc măng được lắp ở trong các rãnh ở ngay phía trên piston.
Trên thị trường hiện nay có khá nhiều loại xéc măng và chúng được chia làm hai loại chính gồm:
Xéc măng khí (hay xéc măng hơi)
Xéc-măng dầu Đối với xéc măng khí, lại được chia làm 2 loại bao gồm:
Xéc măng lửa: Là vòng nằm trên cùng (tính từ trên đỉnh đầu piston rồi đếm xuống), tiếp xúc trực tiếp với luồng khí cháy (hỗn hợp xăng) Loại xéc măng này thường có cả mặt trên và mặt dưới, mặt ngoài được mạ một lớp crom để tăng độ bền bỉ nên thường có màu trắng xung quanh.
Xéc măng ép: Hay còn được gọi là xéc măng làm kín. Chính là cái vòng thứ hai nằm ở giữa, ngay kế tiếp với vòng xéc măng lửa ở bên trên Có hình dáng giống với xéc măng lửa, cũng được mạ crom hoặc không mạ, có màu xám đậm.
Còn xéc măng dầu là vòng nằm cuối cùng, bên dưới 2 vòng xéc măng khí Được tạo thành từ 2 vòng thép mỏng bên ngoài và có kẹp 1 vòng đàn hồi hướng tâm ở ngay chính giữa Vòng đàn hồi hướng tâm là vòng có thiết kế phay các khe rãnh, tạo thành các khe nhỏ bên trên bề mặt và tiếp xúc với thành xylanh Xéc măng dầu cũng được phân nhỏ làm 2 loại chính gồm:
Xéc măng có lò-xo
Công dụng của xéc măng
Xéc măng có 4 nhiệm vụ cơ bản sau:
Duy trì nén khí giữa hai bộ phận piston và thành xi lanh.
Tạo lớp màng dầu bôi trơn tối thiểu cần thiết để ngăn ngừa trầy xước trong khi máy đang vận hành.
Làm nhiệm vụ truyền nhiệt lượng từ piston đến xi lanh.
Ngăn chặn, không để xảy ra hiện tượng piston gõ vào thành xi lanh.
Tuy nhiên, với mỗi loại xéc măng sẽ có những chức năng riêng biệt.
Công dụng của xéc măng khí:
Thường được dùng để bao kín buồng đốt, đảm nhiệm chức năng ngăn cách giữa hai phần không gian bên trong xylanh (buồng đốt) với phía bên dưới của buồng đốt.
Vai trò của các chi tiết ( Cơ cấu trục thanh truyền )
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có vai trò tiếp nhận năng lượng nhiệt từ khi cháy chuyển hóa thành cơ năng làm quay trục khuỷu trong khi nổ Sử dụng mô men quay của trục khuỷu để thực hiện các quá trình hút, nén và xả.
TÌM HIỂU VAI TRÒ, NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG, ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN XE HYUNDAI SANTAFE
Vai trò
Cung cấp nhiên liệu cần thiết cho động cơ
Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel sẽ bao gồm các bộ phận như xi lanh và piston được lắp đặt trực tiếp trong thân bơm phun Nhiên liệu sẽ được nén đến áp suất cao rồi đưa đến các kim phun và phân tán vào các buồng đốt của động cơ.
Điều chỉnh lượng nhiên liệu
Lượng không khí nạp vào động cơ diesel gần như không đổi, nó cũng không phụ thuộc vào tốc độ quay hay tải trọng Bởi vì công suất động cơ tỷ lệ thuận với lượng phun nhiên liệu Thế nên, khi hệ thống phun nhiên liệu động cơ diesel thay đổi lượng phun, cả công suất và mức tiêu thụ nhiên liệu đều sẽ thay đổi.
Điều chỉnh thời gian phun
Hệ thống động cơ diesel sẽ đảm nhận việc bơm nhiên liệu vào các xi-lanh vào đúng thời điểm Do đó, máy nổ diesel có thể đốt cháy nhiên liệu một cách dễ dàng và nhanh chóng.
Nguyên lí hoạt động
Kỳ nạp - Hút không khí vào xy lanh :
Trong giai đoạn này, piston di chuyển xuống và van hút mở. Động cơ sử dụng piston để tạo một áp suất thấp trong xy lanh, làm cho không khí từ môi trường bên ngoài được hút vào buồng đốt.
Kỳ nén – Nén khí đến áp suất và nhiệt độ cao :
Sau khi không khí đã bị hút vào xy lanh, piston bắt đầu di chuyển lên, nén không khí trong buồng đốt Trong quá trình này, không khí bị nén lại và dẫn đến tăng áp suất và nhiệt độ lên một mức cao.
Kỳ sinh công – Sinh năng lượng :
Khi áp suất và nhiệt độ trong buồng đốt đạt mức cao, nhiên liệu Diesel được phun vào buồng đốt thông qua cơ cấu phun nhiên liệu Do áp suất và nhiệt độ cao, nhiên liệu tự sáng cháy mà không cần tia lửa từ Bugi như động cơ xăng Qúa trình đốt nhiên liệu tạo ra áp suất và nhiệt độ cực cao, đẩy piston xuống Điều này tạo ra công suất và làm cho động cơ hoạt động.
Kỳ xả - Xả khí thải ra ngoài :
Cuối cùng, sau khi piston đạt đáy, van xả mở và khí thải ( bao gồm khí nitơ , khí cacbon dioxit và hơi nước ) được đẩy ra khỏi buồng đốt và xy lanh thông qua hệ thống xả Đây là bước cuối cùng trong chu trình.
Ưu, nhược điểm
Hình 1 11 – Nguyên lí hoạt động của động cơ Diesel
- Hiệu suất cao ở tốc độ xe cao
- Khả năng chạy trong môi trường khắc nhiệt
- Nhiên liệu dễ bị nhiễm bẩn
- Dễ bị oxy hóa dầu
- Khởi động xe khó khăn
- Ống xả đầy khối đen
NHỮNG ĐIỀU CẦN LƯU Ý KHI SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ TRONG CUỘC SỐNG
SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ TRONG CUỘC SỐNG
Sử dụng nhiên liệu chất liệu cao
Kiểm tra hệ thống làm mát
Kiểm tra dầu bôi trơn
Kiểm tra hệ thống điện
An toàn khi bơm xăng
Tuân thủ quy tắc vận hành
Giao thông công cộng : Xe tải và xe buýt công cộng
Ô tô cá nhân : Hyundai Santafe , Toyota ,…
Hàng hải : Các tàu biển và tàu cá
Công nghiệp : Máy nén khí, máy phát điện, máy đào,…
Nông nghiệp : Máy cày, máy gặt,…
Công trình xây dựng : Máy xúc, máy ủi,…
Hình 1.1 - Động cơ Diesel năm 1896 4
Hình 1.2 – Qúa trình phun nhiên liệu và tự bốc cháy trong buồng 7
Hình 1.3 – Qúa trình nhiên liệu bốc cháy 8
Hình 1.4 – Động cơ diesel trên xe Hyundai Santafe 10
Hình 1.5 – Cấu tạo động cơ diesel 11
Hình 1.6 – Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 13
Hình 1.7 – Cấu tạo trục khuỷu 16
Hình 1.8 – Cấu tạo thanh truyền 17
Hình 1.10 – Kết cấu Xéc măng 19
Hình 1.11 – Nguyên lí hoạt động của động cơ Diesel 24
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL 4
1 Giới thiệu về động cơ diesel 4
Lịch sử phát triển 4 Động cơ diesel và động cơ xăng 5
Hệ thống cấp nhiên liệu 6
Qúa trình nhiên liệu đốt cháy 7
Các công nghệ hiện đại trang bị trong động cơ diesel 8
Tương lai của động cơ diesel trên ô tô 9
2 Khái niệm và cấu tạo, phân loại động cơ trên xe Hyundai Santafe 10
Cấu tạo động cơ diesel trên xe Hyundai Santafe 11
Phân loại động cơ diesel 12
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU NHÓM CHI TIẾT TRỤC KHUỶU, PISTON,
THANH TRUYỀN, XÉC MĂNG TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL 13
1 Khái niệm, đặc điểm cấu tạo, kết cấu của các chi tiết trên động cơ diesel( Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền ) 13
Khái niệm các chi tiết 13 Đặc điểm cấu tạo, kết cấu của các chi tiết 14
2 Vai trò của các chi tiết ( Cơ cấu trục thanh truyền ) 22
CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VAI TRÒ, NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG, ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN XE HYUNDAI SANTAFE 22
CHƯƠNG 4: NHỮNG ĐIỀU CẦN LƯU Ý KHI SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ DIESELVÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ TRONG CUỘC SỐNG 25 https://powerturbo.vn/tim-hieu-dong-co-diesel-tren-o- to.html