Giáo trình thực tập động cơ I - Chương 2 pptx

Nó được dùng để dẫn động trên các loại ôtô buýt, ôtô tải, các loại phương tiện thương mại… NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Hỗn hợp không khí và nhiên liệu từ bên ngoài được đưa vào xy lanh động cơ

Động cơ sử dụng trên ôtô là động cơ đốt trong kiểu piston, nhiên liệu sử dụng chính là xăng hoặc diesel Về sự hoạt động, hai loại động cơ này có kết cấu và nguyên lý hoạt động gần giống nhau, chúng khác nhau về phương pháp đốt cháy nhiên liệu

Động cơ xăng và Diesel là động cơ nhiệt, chúng biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng và từ nhiệt năng biến thành cơ năng để truyền công suất cho ôtô hoạt động

Động cơ xăng có tốc độ cao, rất cơ động, công suất phát ra lớn, buồng đốt gọn, được sử dụng phổ biến

ở các loại ôtô con và ôtô tải nhỏ

Động cơ Diesel có hiệu suất nhiệt lớn, tiết kiệm nhiên liệu, tốc độ động cơ chậm hơn động cơ xăng Nó có khuyết điểm là tốc độ động cơ thấp, trọng luợng động cơ nặng, dao động mạnh và tiếng ồn lớn Nó được dùng để dẫn động trên các loại ôtô buýt, ôtô tải, các loại phương tiện thương mại…

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Hỗn hợp không khí và nhiên liệu từ bên ngoài được đưa vào xy lanh động cơ qua xú pap nạp và nó bị nén khi piston chuyển động đi lên Khi hỗn hợp được đốt cháy bởi năng lượng của bu gi, làm áp suất khí cháy trong xy lanh gia tăng mạnh Khi quá trình cháy xảy ra, hỗn hợp không khí-nhiên liệu cháy và giãn nở trong xy lanh với một áp suất rất cao

Áp suất cao đẩy piston chuyển động đi xuống Do piston được nối với thanh truyền và thanh truyền kết nối với trục khuỷu, thanh truyền sẽ biến chuyển động đi xuống của piston thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu

Bánh đà là một khối kim loại dạng tấm tròn được gắn ở đuôi trục khuỷu giúp cho trục khuỷu chuyển động đều Chuyển động quay từ động cơ được bánh đà truyền qua hệ thống truyền lực và làm cho ôtô chuyển động

B CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ

1 ĐƯỜNG KÍNH XY LANH D

Đường kính xy lanh của động cơ được tính bằng mi li mét

2 ĐIỂM CHẾT

Điểm chết: là nơi thay đổi chiều

chuyển động của piston Có hai điểm

chết: Điểm chết trên (ĐCT) và điểm

chết dưới (ĐCD)

3 HÀNH TRÌNH PISTON

Hành trình piston S: là khoảng cách

giữa điểm chết trên và điểm chết

dưới

4 THỂ TÍCH CÔNG TÁC V h

Là khoảng không gian giới hạn giữa

điểm chết trên và điểm chết dưới

Khi thể tích công tác càng cao thì

công suất động cơ càng lớn

5 THỂ TÍCH BUỒNG ĐỐT V C

Là khoảng không gian giới hạn giữa nắp máy và đỉnh

piston khi piston ở điểm chết trên

6 THỂ TÍCH TOÀN PHẦN V a

Là khoảng không gian giới hạn giữa nắp máy và đỉnh

piston khi piston ở điểm chết dưới

V a = V h + V c

7 THỂ TÍCH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ V i

Thể tích công tác động cơ là tích số giữa thể tích công tác

của một xy lanh và số xy lanh của động cơ

V i = V h i

- Vơiù i là số xy lanh của động cơ

8 TỈ SỐ NÉN ε

Tỉ số nén là tỉ số giữa thể tích toàn phần và thể tích buồng

đốt của động cơ

ε = ( Vh + Vc )/ Vc = 1 + Vh/Vc

Tỉ số nén là thông số rất quan trọng của một động cơ Khi tỉ số nén của động cơ càng lớn, hiệu suất nhiệt và công suất động cơ cao Tỉ số nén của động cơ xăng ε < 12 bị giới hạn bởi hiện tượng cháy sớm và cháy kích nổ Khác với động cơ xăng, động cơ Diesel tỉ số nén động cơ phải lớn để đảm bảo áp suất và nhiệt độ trong xy lanh ở cuối kỳ nén đủ lớn, để nhiên liệu khi phun vào buồng đốt với áp suất cao có khả năng tự cháy (ε = 14 – 22 ) Ngày nay, người ta cố gắng nâng tỉ số nén của động cơ xăng bằng cách điều khiển tỉ lệ không khí nhiên liệu và thời điểm đánh lửa sớm bằng máy tính

C NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ

I ĐỘNG CƠ XĂNG 4 KỲ 1 XY LANH

Chu kỳ làm việc của động cơ xăng 4 kỳ gồm 4 quá trình Quá trình nạp, quá trình nén, quá trình cháy và quá trình thải

1 QUÁ TRÌNH NẠP

Quá trình nạp được xem là quá trình thứ nhất của động cơ

xăng 4 kỳ

Khi trục khuỷu quay, qua thanh truyền piston di chuyển từ

trên xuống dưới Xú pap nạp mở và xú pap thải đóng

Khi piston chuyển động đi xuống, không khí và nhiên liệu từ

bên ngoài vào xy lanh động cơ qua xú pap nạp do sự chênh

áp giữa bên ngoài và bên trong xy lanh

Quá trình nạp được đánh gía bằng nhiệt độ Ta và áp suất ở

cuối qúa trình nạp Pa

Quá trình nén là một quá trình quan trọng Khi áp suất nén càng cao, áp suất sinh ra trong quá trình cháy càng lớn, công suất động cơ sinh ra lớn và động cơ tiết kiệm được nhiên liệu

3 QUÁ TRÌNH CHÁY

Khi piston lên gần đến điểm chết trên ở cuối quá trình nén, lúc này tia lửa điện bu gi được cung cấp từ

Áp suất cháy trong xy lanh đạt cực đại khi piston đi qua điểm chết trên khoảng 10° Piston chuyển động đi xuống bên dưới làm cho trục khuỷu quay để sinh công Trong quá trình này xú pap nạp và xú pap thải vẫn đóng

Quá trình cháy xảy ra vào khoảng hai phần nghìn giây Khi phản ứng xảy ra, liên kết giữa các nguyên tử Hydro và Carbon bị phá vỡ Sự phá vỡ mối liên kết này sẽ giải phóng nhiệt lượng trong buồng đốt, đẩy piston xuống làm cho trục khuỷu chuyển động Khi các nguyên tử Hydro và Carbon tách ra, chúng sẽ kết hợp với ôxy của không khí để tạo thành hơi nước và khí Diôxýt Carbon

4 QUÁ TRÌNH THẢI

Khi piston xuống gần tới điểm chết dưới, xú pap nạp vẫn đóng

và xú pap thải mở, khí cháy từ trong xy lanh thoát ra bên ngoài

do chênh lệch áp suất bên trong xy lanh và môi trường

Khi piston đến điểm chết dưới, chuyển động quay của trục

khuỷu làm piston chuyển động đi lên, đầu piston đẩy khí cháy

ra môi trường qua xú pap thải Khi piston đi qua điểm chết trên

quá trình nạp của chu kỳ thứ hai tiếp diển

Quá trình thải và quá trình nạp có quan hệ mật thiết với nhau,

để nạp đầy hòa khí vào lòng xy lanh thì phải thải sạch khí

cháy ra khỏi xy lanh ở chu kỳ trước

Động cơ xăng 4 kỳ, trong một chu kỳ piston phải thực hiện 4

hành trình và trục khuỷu quay hai vòng tương ứng 720° Để

điều khiển các xú pap nạp và thải đóng mở một lần trong một

chu kỳ, trục cam thực hiện đúng một vòng

5 ĐỒ THỊ PHÂN PHỐI KHÍ

Đồ thị biểu thị góc đánh lửa sớm, góc đóng trễ mở sớm của các xú pap nạp và thải được gọi là đồ thị phân phối khí

ƒ Khi piston gần điểm chết trên ở cuối quá trình thải, xú pap nạp mở Góc này được gọi là góc mở sớm của xú pap nạp Mục đích của việc mở sớm xú pap nạp là khi piston ở điểm chết trên, độ mở của xú pap nạp đủ lớn để đảm bảo nạp đầy hỗn hợp

ƒ Ở quá trình nạp, khi piston xuống điểm chết dưới, áp suất trong xy lanh vẫn bé hơn áp suất của môi trường Vì vậy, để nạp thêm người ta thực hiện xú pap nạp đóng trễ sau điểm chết dưới để tận dụng sự chênh áp và quán tính của dòng không khí nạp Ở đồ thị trên, góc mở sớm của xú pap nạp là 6° và đóng trễ là 40°

ƒ Ở quá trình nén, khi piston lên gần đến điểm chết trên, tia lửa điện bu gi nẹt ra Góc đánh lửa trước điểm chết trên được gọi là góc đánh lửa sớm Mục đích của việc đánh lửa sớm là đảm bảo áp suất cháy đạt cực đại sau điểm chết trên một góc là 10° để công suất của động cơ đạt được tối

ưu nhất

ƒ Ở quá trình cháy, khi piston xuống gần đến điểm chết dưới, xú pap thải mở để khí cháy thoát ra ngoài do sự chênh áp, góc này được gọi là góc mở sớm của xú pap thải Khi piston đi lên đỉnh piston tiếp tục đẩy khí cháy ra ngoài qua xú pap thải Quá trình thải kết thúc khi piston đi qua điểm chết trên một góc nào đó, góc này gọi là góc đóng trễ của xú pap thải Mục đích của việc đóng trễ là tận dụng quán tính của dòng khí thải để thải sạch Đồ thị trên, góc mở sớm của xú pap thải là 31°trước điểm chết dưới và góc đóng trễ là 9° sau điểm chết trên

ƒ Ở cuối quá trình thải và đầu quá trình nạp có các thời điểm xú pap nạp và thải đều mở, góc này được gọi là góc trùng điệp của xú pap Theo đồ thị góc này là 15°

II ĐỘNG CƠ DIESEL 4 KỲ 1 XY LANH

Động cơ xăng, hỗn hợp không khí-nhiên liệu bị nén và sau đó được đốt cháy bởi năng lượng của tia lửa điện bu gi Còn ở động cơ Diesel, nhiên liệu bị đốt cháy bởi nhiệt độ của không khí bị nén Nhiệt độ không khí bị nén trong buồng đốt của động cơ Diesel khoảng 500°C hoặc cao hơn, do tỉ số nén của động cơ Diesel là rất lớn ( 15/1 – 22/1 )

1 QUÁ TRÌNH NẠP

Khi trục khuỷu chuyển động, thanh

truyền kéo piston dịch chuyển từ trên

xuống, xú pap nạp mở và xú pap thải

đóng Độ chân không trong xy lanh

hút không khí sạch từ bên ngoài đi

qua xú pap nạp để nạp vào xy lanh

động cơ

2 QUÁ TRÌNH NÉN

Piston từ điểm chết dưới di chuyển

lên điểm chết trên Xú pap nạp và

thải đều đóng Khi piston đi lên

không khí bên trong xy lanh bị nén

áp suất đạt tới 30 kg/cm2 và nhiệt độ

khoảng từ 500 - 800°C

3 QUÁ TRÌNH CHÁY

Không khí trong xy lanh bị đẩy vào

buồng đốt phụ ở bên trong nắp

máy Ở cuối quá trình nén, kim

phun mở và nhiên liệu được phun

vào buồng đốt phụ với áp suất rất

cao và nhiên liệu sẽ tự bốc cháy

Khi nhiên liệu cháy làm cho áp

suất và nhiệt độ trong buồng đốt

phụ tăng nhanh và nó bị đẩy ra

buồng đốt chính Tại buồng đốt

chính, nhiên liệu hoà trộn với

không khí và tiếp tục cháy trong

thời gian rất nhanh chóng

Áp suất cháy sẽ đẩy piston di

chuyển và qua trung gian của thanh

truyền sẽ làm cho trục khuỷu quay

để truyền công suất cho ôtô

4 QUÁ TRÌNH THẢI

Piston từ điểm chết dưới di chuyển

lên điểm chết trên, xú pap nạp

đóng và xú pap thải mở Khi piston

đi lên đỉnh piston sẽ đẩy khí cháy

trong xy lanh qua xú pap thải thoát

ra ngoài

Khi piston dịch chuyển từ trên

xuống quá trình nạp được thực hiện

và chu kỳ thứ hai được tiếp diển

Khi động cơ thực hiện 4 kỳ: nạp, nén, nổ và thải, trục khuỷu quay hai vòng và chỉ có một lần sinh công Nên nó được gọi là động cơ Diesel 4 kỳ

Động cơ Diesel có ưu điểm là hiệu suất nhiệt và tuổi thọ động cơ cao, ít hư hỏng và momen xoắn được giữ không đổi trong một khoảng tốc độ nên nó dễ sử dụng hơn động cơ xăng

Có khuyết điểm là phát ra tiếng ồn lớn, rung động mạnh khi làm việc, hệ thống nhiên liệu có độ chính xác cao và cấu trúc động cơ phải vững chắc

SO SÁNH ĐỘNG CƠ XĂNG VÀ DIESEL

Kỳ nạp Nạp hỗn hợp không khí và nhiên liệu Chỉ nạp không khí

Kỳ nén Piston nén hỗn hợp không khí nhiên liệu Piston nén không khí đạt được nhiệt độ và áp suất cao Kỳ nổ Bu gi đốt cháy hỗn hợp nén Nhiên liệu phun với áp suất cao và bị đốt cháy bởi nhiệt độ của không khí

Kỳ thải Lực piston đẩy khí cháy ra khỏi xy lanh Lực piston đẩy khí cháy ra khỏi xy lanh Điều tiết công

suất Điều khiển lượng hỗn hợp không khí – nhiên liệu cung cấp Điều khiển lượng nhiên liệu phun

III ĐỘNG CƠ NHIỀU XY LANH TRÊN ÔTÔ

Trên ôtô, động cơ thường có nhiều xy lanh Số xy lanh có thể là 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12… Khi số xy lanh càng tăng thì công suất của động cơ càng cao Các xy lanh của động cơ có thể bố trí thành một hàng, theo hình chữ V, hình sao hoặc bố trí đối xứng

Chu kỳ công tác động cơ nhiều xy lanh thực hiện được trong hai vòng quay Mỗi xy lanh của động cơ đều thực hiện đầy đủ 4 kỳ trong hai vòng quay trục khuỷu

Thứ tự nổ mỗi xy lanh được bố trí lệch nhau một góc đều đặn là 720°/ i (i là số xy lanh của động cơ)

1 ĐỘNG CƠ 4 KỲ- 4 XY LANH THẲNG HÀNG

Ở động cơ 4 xy lanh, 4 kỳ, thứ tự công tác 1 – 3 – 4 – 2 Góc lệch công tác = 720° : 4 = 180°.Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền của động cơ này có dạng như sau

0 180 360 540 720°

2 ĐỘNG CƠ 4 KỲ, 6 XY LANH THẲNG HÀNG

Động cơ 4 kỳ, 6 xy lanh, thứ tự công tác thông dụng là 1–5–3–6–2–4 Góc lệch công tác 720° : 6 = 120°

0 180 360 540 720°

3 ĐỘNG CƠ 4 KỲ, 8 XY LANH BỐ TRÍ DẠNG CHỮ V

Người ta bố trí động cơ hình chữ V với mục đích là rút ngắn chiều dài của động cơ Ở động cơ chữ V8 có rất nhiều thứ tự công tác

Thứ tự công tác: 1 – 8 – 2 – 7 – 4 – 5 – 3 – 6

Hình trên, động cơ V8 xy lanh có góc lệch giữa hai đường tâm xy lanh là 90° Động cơ trên sử dụng thanh truyền đồng dạng, trên một chốt khuỷu bố trí hai thanh truyền Góc lệch công tác là 90°

0 180 360 540 720°

Xyl 1 Nổ Thải Nạp Nén Nén Nổ Thải Nạp Thải Nạp Nén Nổ Nạp Nén Nổ Thải Nạp Nén Nổ Thải Thải Nạp Nén Nổ Nén Nổ Thải Nạp Nổ Thải Nạp Nén 2

3

4

5

6

7

8

IV NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ XĂNG 2 KỲ 1 XY LANH

Động cơ xăng 2 kỳ có các đặc điểm sau:

ƒ Dùng các cửa thải và nạp để thay thế cho các xú pap

ƒ Hỗn hợp không khí nhiên liệu nạp vào xy lanh do sự nén hỗn hợp từ các-te của động cơ

ƒ Để bôi trơn piston, xéc măng và xy lanh người ta dùng biện pháp pha nhớt vào xăng

ƒ Các-te của động cơ dùng để chứa hỗn hợp khí

1 KỲ THỨ 1

ƒ Giả sử piston ở ngay thời điểm đánh lửa sớm, tia lửa điện bu gi nẹt ra đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu Khi nhiên liệu cháy, áp suất cháy đẩy piston di chuyển từ trên xuống

ƒ Khi piston đi xuống đầu piston mở cửa thải và khí cháy từ trong xy lanh thoát ra ngoài ống giảm thanh do sự chênh lệch áp suất Giai đoạn này được gọi là thải tự do

ƒ Cũng trong giai đoạn này, khi piston đi xuống đuôi piston đóng cửa nạp và bắt đầu nén hỗn hợp không khí-nhiên liệu bên dưới các-te Khi đầu piston mở cửa nối thông từ xy lanh đến cater thì hỗn hợp sẽ được nạp vào xy lanh động cơ và nó sẽ tiếp tục quét khí cháy từ trong xy lanh thoát ra ngoài Giai đoạn này được gọi là thải cưỡng bức

2 KỲ THỨ 2

ƒ Năng lượng từ bánh đà làm piston tiếp tục chuyển động Khi piston đi lên, đầu piston đóng cửa

thải, nó bắt đầu nén không khí và nhiên liệu trong xy lanh

ƒ Trong thời kỳ này, khi đuôi piston bắt đầu mở cửa nạp, không khí và nhiên liệu từ bên ngoài được nạp đầy vào các-te, do độ chân không bên trong các-te được hình thành khi piston chuyển động đi

lên

ƒ Khi piston ở cuối kỳ nén ngay thời điểm đánh lửa sớm, tia lửa điện bu gi lại nẹt ra đốt cháy hỗn hợp không khí – nhiên liệu và chu kỳ thứ hai tiếp diển

V ĐỘNG CƠ PISTON QUAY

Năm 1954 NSU-Wankel chế tạo thành công động cơ Wankel có piston hình tam giác chuyển động quay, nhiên liệu sử dụng là xăng Nó được chế tạo nhằm để khắc phục các nhược điểm của động cơ kiểu piston như trong cơ cấu không có các chi tiết chuyển động tịnh tiến, trục khuỷu động cơ đơn giản hơn, số lượng chi tiết giảm đi rất nhiều

Sau một khoảng thời gian ứng dụng và phát triển, động cơ này không được phát triển vì nó có quá nhiều khuyết điểm như khả năng làm kín giữa piston và xy lanh kém, khó làm trơn…

Hình A: Cạnh AC: Quá trình nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu

Cạnh AB: Quá trình cháy và giãn nở

Cạnh BC: Quá trình thải

Hình B: Cạnh AB: Quá trình nén

Cạnh BC: Sự giãn nở của hỗn hợp cháy làm piston chuyển động

Khi piston quay một vòng, mỗi cạnh của piston thực hiện các quá trình: nạp không khí và nhiên liệu, nén hỗn hợp khí, cháy giãn nở và thải Điều này có nghĩa, khi piston thực hiện đúng một vòng thì động

cơ thực hiện 3 lần sinh công

D CẤU TRÚC CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG

Động cơ xăng bao gồm các bộ phận chính và các hệ thống phụ

Bộ phận chính bao gồm: Thân máy, nắp máy, piston, thanh truyền, trục khuỷu, bánh đà… và cơ cấu phân phối khí

Các hệ thống phụ gồm: Hệ thống làm trơn, hệ thống làm mát, hệ thống nạp và thải, hệ thống nhiên liệu và hệ thống điện động cơ

Bộ phận chính có thể chia làm các bộ phận cố định, các bộ phận di động và cơ cấu phân phối khí

Bộ phận chính Trục khuỷu và bánh đà

Các-te chứa nhớt

Động cơ xăng

Hệ thống phụ Hệ thống nạp và thải

I CÁC BỘ PHẬN CỐ ĐỊNH

Các bộ phận cố định bao gồm: Nắp máy, thân máy, các-te

1 THÂN MÁY

Thân máy là thành phần chính của động cơ, nó được chế tạo bằng gang hoặc hợp kim nhôm

Thân máy có chức năng như một cái khung, nó dùng để bố trí các chi tiết và để giải nhiệt Thân máy chứa các xy lanh và piston chuyển động lên xuống trong xy lanh

Thân máy được đậy kín bởi nắp máy, ở giữa chúng có một joint làm kín Hộp trục khuỷu được bố trí bên dưới thân máy, nó chứa đựng trục khuỷu Các-te chứa nhớt được kết nối ở bên dưới thân máy Mạch dầu làm trơn được bố trí bên trong thân máy Một số động cơ, thân máy còn chứa trục cam, trục cân bằng và một số chi tiết khác

Thân máy có dạng thẳng hàng hoặc chữ V tuỳ theo cách bố trí xy lanh Ở động cơ chữ V các xy lanh được bố trí theo hai nhánh hình V nhưng chúng chỉ có một trục khuỷu Người ta chế tạo động cơ chữõ V với mục đích rút ngắn chiều dài thân máy Số xy lanh ở loại này có thể là 6 hoặc 8 đôi khi có tới 12…

ỐNG LÓT XY LANH

Động cơ xăng, xy lanh thường được chế tạo liền với thân máy Ởø động cơ Diesel thường dùng ống lót

Ống lót khô không trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát Nó được ép chặt vào xy lanh

Ống lót ướt được lắp tiếp xúc với nước làm mát Loại này phải làm kín tốt để ngăn ngừa nước làm mát rò rỉ xuống hộp trục khuỷu Ống lót ướt rất dễ dàng sửa chữa thay thế

HỘP ĐỠ TRỤC KHUỶU

Hộp đỡ trục khuỷu dùng để gá lắp trục khuỷu Số lượng các ổ trục chính để gá lắp trục khuỷu phụ thuộc vào chiều dài của trục khuỷu và sự bố trí xy lanh

3 JOINT NẮP MÁY

Joint nắp máy được đặt giữa khối xy lanh và nắp máy Nó dùng để làm kín buồng đốt, làm kín đường nước làm mát và dầu nhớt làm trơn

Joint nắp máy chịu được nhiệt độ cao và áp suất lớn Cấu trúc của nó gồm một lớp thép mỏng đặt ở