Nguyên lý động cơ đốt trong 1

Đây là một ngành công nghiệp tổng hợp và cũng là nơi tập trung sự hoàn thiện công nghệ và ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật cao, có tác động thúc đẩy sự phát triển của các ngành côn

ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ NGUỒN ĐỘNG LỰC

CỦA ÔTÔ HIỆN NAY 1.1Vai trò của động cơ đốt trong và ôtô đối với sự phát triển của xã hội loài người:

Kể từ khi con người phát minh được kỹ thuật biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, mà chủ yếu biến thành cơ năng (gọi là công cơ) thì sức lao động được giảm thiểu một cách kinh ngạc, năng suất lao động tăng vượt bậc và giá thành sản phẩm làm

ra ngày càng giảm

Từ đó các phương tiện giao thông vận tải cổ xưa của con người như: xe ngựa, xe bò… được cơ giới hóa thành xe tự chạy như các loại xe: ôtô, máy kéo, tàu thủy, tàu hỏa, máy bay, cho đến nay động cơ đốt trong vẫn là nguồn động lực chính dẫn động chúng Otô lại là một trong những phương tiện đường bộ di chuyển nhanh nhất, nó giúp cho việc lưu thông hàng hóa và đưa chúng ta đi từ nơi này đến nơi khác được nhanh chóng nhằm tiết kiệm thời gian và sức lực lao động của con người

Động cơ đốt trong còn chiếm một vị trí quan trọng trong quá trình cơ giới hóa sản xuất mọi lĩnh vực công, nông, lâm, xây dựng, khai thác khoáng sản, hóa chất, dầu mỏ…Ngày nay đã có nhiều loại động cơ khác nhau như : động cơ điện, tuốc bin khí, tuốc bin nước, động cơ chạy bằng nhiên liệu khí, năng lượng mặt trời… đã được nghiên cứu

và sản xuất song trên thực tế vẫn không được phổ biến và không thể thay thế hoàn toàn được động cơ đốt trong dùng nhiên liệu lỏng (xăng, diesel…) tinh chế từ dầu mỏ, đặc biệt là các loại động cơ đốt trong của ôtô và máy kéo, máy xây dựng do các lý do chủ yếu sau:

• Giá thành chế tạo cao

• Không tiện dụng

• Không nhỏ gọn

Chiếc ôtô đầu tiên được chế tạo ra năm 1893, mỗi năm thế giới sản xuất khoảng 50 triệu xe, riêng Mỹ sản xuất trên 10 triệu xe Theo thống kê của phòng thương mại Mỹ năm 1992 nền công nghiệp ôto Mỹ đã tiêu thụ 77% cao su thiên nhiên, 50% cao su tổng hợp, 67% chì, 64% gang đúc, 40% máy công cụ, 25% thủy tinh, 20% vật liệu bán dẫn, 18% nhôm, 12% thép và hàng trăm triệu tấn nhiên liệu và dầu mỡ bôi trơn Tên tuổi các hãng ôtô hàng đầu trên thế giới phải kể đến GM, FORD, TOYOTA, MERCEDES, NISSAN, RENAULT-VOLVO, FIAT…Các hãng này hàng năm sản xuất tới 35,3 triệu chiếc có giá trị khoảng 570 tỉ USD

Ở nhật bản có một loạt nhà máy sản xuất ôto như: TOYOTA, NISSAN, MITSUBISHI, MADAZ, ISUZU, HONDA, SUZUKI, DAIHATSU, SUBARU… đang

là đối thủ cạnh tranh lớn đối với các nhà sản xuất ôtô Mỹ và Tây Au Chỉ tính riêng tại thị trường Mỹ năm 1991 các hãng ôtô Nhật đã bán 3,1triệu xe Riêng hãng TOYOTA có những thời kỳ tại nhà máy lắp ráp bán tự động với qui mô mỗi 1,5 phút có một xe ôtô được xuất xưởng

Tại Nam Triều Tiên có ba hãng lớn là: HYUNDAI, DAIWOO, KIA Mỗi năm các hãng ôtô của CH Triều Tiên này sản xuất hai triệu xe các loại Chính nhờ vào công

nghiệp chế tạo ôtô mà nước này đã trở thành một trong các nước phát triển tại khu vực Châu Á Thái Bình Dương hiện nay.

Công nghiệp ôtô được coi là một ngành công nghiệp khổng lồ, giàu có nhất thế giới với sản lượng hàng năm đạt tới 600 tỷ USD Đây là một ngành công nghiệp tổng hợp và cũng là nơi tập trung sự hoàn thiện công nghệ và ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật cao, có tác động thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như: cơ khí, điện, điện tử, vi điện tử, điều khiển tự đồng, vật liệu kim loại và phi phi kim loại, vật liệu mới, hóa học, cao su, sơn, chất dẻo, thủy tinh và xăng dầu…

Trung bình một việc làm trong công nghiệp chế tạo ôtô tạo ra bảy việc làm trong các ngành công nghiệp hỗ trợ, dịch vụ bán hàng, dịch vụ bảo dưỡng và sửa chữa Chính

vì vậy công nghiệp ôtô là động lực phát triển kinh tế xã hội một cách nhanh chóng nhất

ở các nước phát triển Giá trị sản lượng của nền công nghiệp ôtô chiếm từ 7% ÷ 9% GNP

Chính vì vậy thước đo mức độ phát triển tiên tiến và hiện đại của một quốc gia trên thế giới được người ta dựa vào ba ngành mũi nhọn sau:

• Công nghệ điện tử, tin học và viễn thông

• Công nghệ sinh học

• Công nghiệp ôtô (trong đó có công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong)

Vài nét về công nghiệp ôtô-động cơ đốt trong (bao gồm các loại ôtô, máy động lực,

xe gắn máy hai bánh và các phương tiện vận tải khác gần ôtô) Việt Nam bắt đầu từ những gara bảo dưỡng và sửa chữa nhỏ, các nhà máy sửa chữa và lắp ráp xe hơi của Pháp trước năm 1954 Sau đó Liên Xô cùng các nước Đông Au cũ ở miền Bắc và Mỹ cùng các nước Tây Au ở miền Nam vào những năm 1960-1975

Hiện nay, số lượng ôtô các loại đang lưu hành trong cả nước khoảng 385.000 chiếc, trong đó có 32% lượng xe tập trung tại thành phố Hồ Chí Minh Điều này vừa đáp ứng được nhu cầu công nghiệp hóa của tp HCM tuy cũng gây ra những khó khăn trong đó có nạn ô nhiễm môi trường không khí và tắc nghẽn giao thông Nhu cầu bổ sung hàng năm khoảng 12.000 ÷ 15.000 chiếc/ năm và dự đoán sau năm 2000- 2005, số lượng xe ôtô các loại lưu hành trên cả nước sẽ lên đến trên 700.000 chiếc với nhu cầu bổ sung hàng năm là 50.000 ÷ 60.000 chiếc /năm

Tính đến đầu năm 1997, nông nghiệp Việt Nam đã được trang bị: 117200 máy kéo các loại, 44.000 động cơ tĩnh tại, 850.000 máy chế biến nông sản có sử dụng động cơ đốt trong, 21.000 ÷ 15.000 xe cơ giới nông thôn và gần 100.000 tàu thuyền cơ giới nông thôn Trong đó khu vực phía Nam có khoảng 90.000 máy kéo các loại (chiếm 77% cả nước), 371.000 động cơ tĩnh tại (chiếm 84% cả nước), 705.000 máy chế biến nông sản

có sử dụng động cơ đốt trong (chiếm 83% cả nước ), 13.550 xe cơ giới nông thôn (chiếm 64,5% cả nước) và 88.400 tàu thuyền cơ giới nông thôn (chiếm 88,4% cả nước) Đây là một lực lượng mạnh đã đảm nhiệm được 66% cơ giới hóa khâu làm đất ở ĐBSCL Trong giai đoạn 1985 – 1995, số máy kéo lớn tăng 1,5 lần, máy kéo nhỏ tăng 3,5 lần và phương tiện vận tải nông thôn 8 lần Mức độ cơ giới hóa nông nghiệp ở ĐBSCL đạt 0,59 mã lực /ha (bình quân cả nước : 0,421ha)

Thực chất nước ta cho đến nay chưa có nền công nghiệp chế tạo xe, trước đây chỉ

có ngành sửa chữa và dịch vụ bảo dưỡng xe Từ năm 1990 trở lại đây Việt Nam bắt đầu

có nền công nghiệp lắp ráp xe hơi và xe gắn máy, khi bắt đầu có các liên doanh lắp ráp ôtô, xe gắn máy, máy động lực của các hãng nổi tiếng trên thế giới vào Việt Nam

Tính đến năm 1996 Việt Nam đã có 14 dự án liên doanh lắp ráp xe với các hãng nổi tiếng trên thế giới được ký kết và cấp giấy phép (xem bảng danh sách các liên doanh)

14 liên doanh trên với tổng số vốn đầu tư gần 900 triệu USD và công suất lớn nhất dự kiến là 155.000 chiếc / năm Liên doanh đầu tiên là MEKONG CAR được cấp phép hoạt động ngày 22-6-1992 và tiếp theo là Việt Nam Motor Corporation cũng cấp phép vào 8/1992, sản phẩm chủ yếu là xe du lịch, xe khách và xe vận tải cỡ trung Các hãng ôtô của CH Triều Tiên cũng là các hãng tham gia tích cực vào chương trình lắp ráp xe ở Việt Nam

Để nhập khẩu được 60.000 xe ta phải bỏ ra khoảng 1,4 tỷ USD, trong khi để lắp ráp được số xe này, chỉ cần xây dựng bốn nhà máy với khoảng vốn đầu tư để xây dựng là

200 triệu USD và vốn lưu động 40 triệu USD

Tuy nhiên lắp ráp ôtô đòi hỏi phải có kỹ thuật và công nghệ cao, đặc biệt là công nghệ hàn, sơn, kỹ thuật vật liệu cao cấp, kỹ thuật lắp ráp, thử nghiệm… Vì vậy chúng ta thiếu vốn đầu tư, lại không nắm được công nghệ kỹ thuật và phương pháp quản lý công nghiệp ôtô nên bắt buộc phải tìm các đối tác liên doanh lắp ráp và dần tiến tới chế tạo từng bước các chi tiết và cụm chi tiết của ôtô trong nước

Trọng tâm của phát triển công nghiệp ôtô Việt Nam không phải là giai đoạn lắp ráp

mà là tiến trình nội địa hóa với mục tiêu đến năm 2005 sẽ nội địa hóa 30%

CÁC LIÊN DOANH LẮP RÁP ÔTÔ TẠI VIỆT NAM

(ĐƠN VỊ VỐN ĐẦU TƯ: 1000 USD )Ngày

TỔNG VỐN ĐẦU TƯ

VỐN VIỆT NAM

ĐỊA ĐIỂM

MOTORS CORP

NHẬT BẢN

Bé

NHẬT BẢN

0

Hà Nội

Hải Hưng

VIETNAM CO,LTD

HCM2-96 VIET- SIN

AUTOMOBILE CO

1.2Động cơ đốt trong (ĐCĐT) nguồn động lực chính của ôtô hiện nay :

Động cơ: là một thiết bị (một loại máy )thực hiện việc chuyển đổi bất kỳ một dạng năng lượng nào đó sang cơ năng để dẫn động máy công tác

Trong quá trình chuyển đổi năng lượng nói trên thì hiệu suất chuyển đổi (hiệu suất

sử dụng nhiên liệu còn gọi là hiệu suất nhiệt) đóng vai trò rất quan trọng Phổ biến nhất hiện nay là động cơ đốt trong –động cơ nhiệt

Sau đây là sơ đồ nguyên lý của động cơ nhiệt:

Động cơ nhiệt làm việc theo hai quá trình:

− Đốt nhiên liệu (combustibles) dạng đặc, lỏng hoặc khí để sinh nhiệt

− Môi chất công tác thay đổi trạng thái để sinh công

Tùy thuộc hai quá trình xảy ra ở đâu mà động cơ nhiệt được chia làm hai loại:

− Động cơ đốt trong (Internal Combustion Engine)

− Động cơ đốt ngoài (External Combustion Engine)

Động cơ đốt ngoài:

Hai quá trình nêu trên xảy ra ở hai nơi, quá trình I ở bên ngoài động cơ.Cụ thể ở động cơ này nhiên liệu được đốt cháy trong lò đốt, bên ngoài động cơ Nhiệt sinh ra đun sôi nước tạo hơi, chính hơi nước có áp suất và nhiệt độ cao này được đưa vào xilanh của động cơ đẩy piston chuyển động tịnh tiến và làm trục khuỷu quay hoặc làm quay cánh tuốc bin (tuốc bin hơi nước)

Động cơ đốt trong:

Hai quá trình nêu trên xảy ra tại một nơi, trong động cơ này nhiên liệu được đốt cháy ngay trong bản thân động cơ (trong xilanh của động cơ kiểu piston) Nhiệt năng tích trong môi chất công tác là khí đã cháy (sản vật cháy) có nhiệt độ và áp suất cao đẩy piston đi xuống (môi chất công tác giản nở sinh công) làm trục khuỷu quay (cốt máy) của động cơ quay và truyền công suất cho máy công tác hoạt động

ch t giãn n sinh ấ ở công)

Máy h i n c (ki u piston) ơ ướ ể

C hai lo i đ ng c đ t trong và đ t trong này đ u có hai lo i (ki u) k t c u: ả ạ ộ ơ ố ố ề ạ ể ế ấ

ng c piston quay (Rotary Engines).

ng c Piston t nh ti n (Reciprocating Engines).

Động cơ đốt trong

Ưu điểm :

- Có hiệu suất nhiệt cao hơn:ηe

=30 45%, tmax = 25300C (tuy nhiên

chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian

rất nhỏ so với toàn bộ chu trình công

tác của động cơ ) và tiêu hao nhiệt cho

hệ thống làm mát ít hơn

- Nếu so sánh cùng công suất Ne

thì:gọn nhẹ hơn vì không các chi tiết

phụ như nồi hơi, bộ ngưng tụ…

- Dễ khởi động, khthời gian khởi

- Dùng nhiên liệu đắt tiền: xăng,

dầu diesel hoặc nhiên ở liệu thể khí

- Động cơ không tự khởi động

được

Động cơ đốt ngoàiNhược điểm:

- Hiệu suất nhiệt thấp:

• ηe ≤ 15%: máy hơi nước

• ηe ≤ 25%: tuốc bin hơi nước

tmax = 7000C, tmax này tồn tại trong suốt chu trình công tác của động cơ Vì vật liệu chế

tạo động cơ (cánh tuốc bin) không chịu được độ cao, cho nên tổn thất nhiệt cho việc tản nhiệt động cơ cao hơn

- Nặng nề và cồng kềnh hơn, vì có các thiết bị phụ: lò hơi, bộ ngưng tụ…

- Phải cần thời gian đốt lò (phải chuẩn bị hàng giờ)

- Tốn nhiều nước, vì vậy rất hạn chế khi sử dụng ở những nơi thiếu nước như sa mạc

Ưu điểm:

- Dùng loại nhiên liệu rẻ tiền, thường dùng nhiên liệu thể rắn (than,củi…)hoặc thể đặc (dầu cặn)

- Động cơ tự khởi động khi áp lực hơi nước đủ lớn

Cho đến nay động cơ đốt trong kiểu piston dùng nhiên liệu truyền thống sẵn

có như động cơ xăng và động cơ diesel vẫn là nguồn động lực chính cho ôtô vì chúng có những lợi điểm sau:

• Có hiệu suất sử dụng nhiên liệu tương đối cao

• Có độ tin cậy và độ ổn định cao

• Nhân tố động lực học của xe rất tốt, đáp ứng linh hoạt các chế độ hoạt động thường xuyên thay đổi của xe (gia tốc nhanh, quá tải tốt…)

• Kích thước khuôn khổ và trọng lượng tương đối nhỏ nên dễ bố trí lắp đặt trên xe

• Dễ sử dụng và đã được sử dụng trong một thời gian quá dài nên đã tạo ra

“thói quen” cho người sử dụng

• Nạp nhiên liệu nhanh và an toàn cao, lưu trữ và bảo quản nhiên liệu trên

• Dễ bảo trì và giá thành bảo trì thấp

Tuy nhiên cả hai loại động cơ xăng và diesel nói trên vẫn còn rất nhiều mặt hạn chế mà cho đến ngày nay tất cả các nhà chế tạo ôtô trên thế giới vẫn phải tìm mọi cách để hoàn thiện chúng Những nhược điểm lớn của các loại động cơ truyền thống mà ta phải đối mặt là:

• Gây hại cho môi trường sống

− Phát khí độc gây ônhiễm không khí

− Làm tăng nhiệt độ khí quyển (gây hiệu ứng nhà kính)

− Phá hủy tần ozon

• Sự lệ thuộc hoàn toàn vào nhiên liệu lỏng là xăng và diesel dẫn tới nguy

cơ cạn kiệt nguồn dầu mỏ một cách nhanh chóng Theo các nhà chuyên môn dự đoán nếu lượng tiêu thụ dầu cứ tiếp tục như hiện nay, thì chỉ trong vòng từ 30 đến 40 năm nữa tất cả nguồn dầu trên thế giới sẽ cạn kiệt

Đây cũng chính là những lý do bắt buộc chúng ta, những con người chuẩn

bị bước vào thế kỷ 21 phải đương đầu để bảo tồn môi trường sống quí báu mà tạo hoá đã ban tặng cho chúng ta Nhiệm vụ đặt ra cho các nhà khoa học cũng như các nhà chế tạo ôtô là nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lượng mới, các loại nhiên liệu sạch thay thế dần nhiên liệu truyền thống (xăng và diesel) mà ngày đêm đang được đốt cháy hàng triệu tấn ở khắp mọi nơi trên trái đất của chúng ta

II. PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG(ĐCĐT):

Có thể phân loại theo:

1 Dựa vào cách thức thực hiện chu trình công tác: động cơ hai kỳ, động cơ bốn kỳ

2 Dựa vào nhiên liệu dùng cho động cơ: động cơ chạy bằng xăng, dầu diesel, khí thiên nhiên

3 Dựa vào phương pháp hình thành khí hổn hợp: hình thành khí hổn hợp bên ngoài (động cơ xăng, gas), hình thành khí hổn hợp bên trong (động cơ diesel).

4 Dựa vào phương pháp đốt cháy khí hổn hợp công tác: đốt cháy cưỡng bức (dùng tia lửa điện), động cơ tự cháy (động cơ diesel)

5 Dựa vào cấu tạo động cơ: động cơ một xilanh, động cơ hai xilanh…

6 Dựa vào khả năng thay đổi chiều quay của trục khuỷu: động cơ quay một chiều (quay trái hoặc phải), động cơ quay được hai chiều

7 Dựa vào tính cao tốc của động cơ: cao tốc, trung bình tốc, thấp tốc

8 Dựa vào công dụng của động cơ: động cơ tĩnh tại, động cơ tàu thuỷ, tàu hoả…

9 Dựa vào dạng của chu trình công tác:

− Động cơ làm việc theo chu trình đẳng tích Trong đó quá trình cháy của nhiên liệu được tiến hành ở thể tích không đổi (động cơ xăng và động cơ gas)

− Động cơ làm việc theo chu trình đẳng áp: trong đó quá trình cháy của nhiên liệu được tiến hành ở áp suất không đổi Loại này nhiên liệu được khí nén phun vào, ngày nay không được chế tạo nữa (động cơ diesel phun bằng khí nén)

− Động cơ làm việc theo chu trình hổn hợp: trong đó có giai đoạn cháy đẳng tích và có giai đoạn cháy đẳng áp

10.Dựa vào phương pháp nạp:

− Động cơ không tăng áp: là loại động cơ dựa vào sự chênh lệch áp suất ngoài trời và trong xilanh để nạp không khí và hoà khí vào xilanh

− Động cơ tăng áp: là loại động cơ có dùng máy nén để nạp không khí và hòa khí vào xilanh Mục đích tăng công suất động cơ

11.Dựa vào phương thức tác dụng trên piston:

− Động cơ tác dụng đơn: là loại động cơ trong đó chu trình công tác chỉ thực hiện ở một phía đỉnh piston (khí cháy tác dụng vào đỉnh piston)

− Động cơ tác dụng kép: là loại động cơ trong đó chu trình công tác thực hiện ở hai phía piston (trên và dưới)

PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ

Phân loại động cơ đốt trong theo đặc điểm kết cấu của chúng như sau:

1 Phân loại theo số xilanh:

Căn cứ vào số xilanh, phân động cơ đốt trong làm hai loại: động cơ một xilanh và động cơ nhiều xilanh Tăng số xilanh là một trong những biện pháp tăng công suất có tính kinh tế cao Ngày nay động cơ đốt trong đã có loại có đến

54 xilanh

2 Phân loại theo vị trí tương đối của xilanh với trục khuỷu:

a Động cơ đứng: (hình 1.a) động cơ đốt trong có các xilanh đặt theo phương thẳng đứng Loại động cơ chiếm tuyệt đại bộ phận

b Động cơ nằm: (hình 1.b) động cơ đốt trong có các xilanh lắp đặt theo phương nằm ngang Kết cấu động cơ này rất đơn giản và công suất nhỏ

c Động cơ hình sao: gồm các loại động cơ mà đường tâm xilanh nằm trong các mặt phẳng thẳng góc với đường tâm của trục khuỷu Loại này

có khá nhiều xilanh, các xilanh sắp xếp theo các hình sao 3,5 hoặc 9 cánh Mỗi cánh của động cơ hình sao tương đương với một hàng xilanh Số xilanh trên mỗi hàng xilanh không quá 6 Số cánh trong hình sao không quá 9 (hình 2)

3 Phân loại theo số hàng xilanh:

Để tăng công suất động cơ, thường tăng số xilanh, nhưng số xilanh trên một hàng không quá 12 Vì vậy dùng động cơ nhiều hàng xilanh Gồm các loại sau:

a Động cơ một hàng xilanh: trong loại động cơ này, các đường tâm xilanh đều nằm trong mặt phẳng chứa đường tâm trục khuỷu hoặc song song với đường tâm trục khuỷu (loại cơ cấu khuỷu trục-bielle lệch tâm)

b Động cơ hai hàng xilanh:

• Loại động cơ này trước kia thường dùng trong máy bay (động cơ chữ V làm mát bằng nước) Sau đó được dùng rất nhiều trên ôtô và

xe tăng Có thể nói rằng động cơ chữ V (hình 3.a) đang chiếm ưu thế tuyệt đối Góc giữa hai hàng xilanh thường là 55o, 60o, 90o,

135o

• Loại động cơ đối xứng có góc giữa hai đường tâm xilanh bằng 180o

cũng có thể xếp vào loại động cơ chữ V đặc biệt Hình 3.b giới thiệu loại động cơ hai hàng xilanh cùng trong một mặt phẳng nằm ngang

c Động cơ ba hàng xilanh: Thường bố trí theo hình W (như hình 4) Góc giữa các hàng thường là 40o, 60o, 80o… Loại này trước đây thường dùng trên máy bay, ngày nay không còn được sử dụng trên máy bay nữa Một số xe tăng dùng loại động cơ W này nhưng thường đặt úp sấp

d Động cơ bốn hàng xilanh: Loại này thường dùng trong máy bay Cách

bố trí có thể theo kiểu chữ X, H hay hai chữ V chắp vào nhau (hình 5)

e Động cơ đốt trong năm hàng xilanh trở lên: đều được gọi chung là động

cơ hình sao

4 Phân loại theo số trục khuỷu:

a Động cơ có một trục khuỷu: loại này chiếm tuyệt đại đa số, phần lớn được sử dụng trong các ngành giao thông vận tải, công nghiệp và nông nghiệp…

b Động cơ có hai trục khuỷu: (hình 6) kết cấu của động cơ này do hai động cơ chữ V hợp lại với nhau mà thành Để đảm bảo tính đồng tốc, dùng bánh răng trung gian để liên kết hai động cơ với nhau

c Động cơ hai trục khuỷu theo hình 7 thường dùng cho động cơ hai kỳ

d Động cơ ba trục khuỷu trở lên: (hình 8 và hình 9) Loại động cơ này thường là động cơ hai kỳ

e Động cơ không có trục khuỷu: bao gồm các loại: động cơ piston tự do (hình 10), động cơ piston quay (động cơ WANKEL) (hình 11), động cơ dĩa…

III. CÁC HỆ THỐNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG:

1 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền:

Gồm các chi tiết chủ yếu: thân máy, nắp xilanh, piston, thanh truyền, trục khuỷu, hộp trục khuỷu, nắp hộp trục khuỷu, bánh đà

Nhiệm vụ của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là để biến chuyển động thẳng của piston thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu

2 Cơ cấu phối khí:

Cơ cấu này bao gồm các chi tiết: cặp bánh răng dẫn động, trục cam, con đội,

lò xo supap, supap, ống nạp, ống thải Nhiệm vụ của cơ cấu này đóng mở supap nạp và thải đúng thời gian qui định để thực hiện việc thay đổi môi chất công tác trong xilanh, giúp động cơ làm việc liên tục

3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu :

Hệ thống này có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu và tạo thành khí hổn hợp: nhiên liệu với không khí, đảm bảo nhiên liệu cháy tốt cho động cơ hoạt động bình thường

Hệ thống nhiên liệu động cơ (HTNLĐC) diesel khác hẳn hệ thống nhiên liệu động cơ xăng:

− HTNLĐC diesel gồm có: thùng chứa nhiên liệu, bình lọc thô, bơm

chuyển, bình lọc tinh, bơm cao áp, vòi phun

− HTNLĐC xăng gồm có: thùng chứa nhiên liệu, bơm xăng, bầu lọc, bộ chế hòa khí

4 Hệ thống đánh lửa:

Hệ thống này bao gồm những bộ phận tạo ra dòng điện có điện thế cao (hàng vạn volt) phát ra tia lửa điện có cường độ mạnh làm cháy hổn hợp khí, chỉ

có động cơ xăng, ga mới có hệ thống đánh lửa

Nó bao gồm các bộ phận: bộ tăng điện (bobin), tụ điện, bộ chia điện và bugi

− Hệ thống làm mát bằng gió bao gồm: các phiến tản nhiệt trên thân máy, nắp xilanh, quạt gió, các bản hướng gió và cơ cấu dẫn động quạt gió.

6 Hệ thống bôi trơn:

Nhiệm vụ của hệ thống này là đưa dầu nhờn đến các mặt ma sát trong động

cơ để làm giảm ma sát, tẩy sạch các mặt ma sát, làm mát ổ trục Hệ thống bôi trơn gồm: cacte chứa dầu nhờn, bơm dầu, bình lọc thô và tinh, két dầu, đồng hồ

đo áp suất và đường ống dẫn

CHƯƠNG 2:

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

PHẦN 1: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

§ I.ĐỊNH NGHĨA CÁC DANH TỪ KỸ THUẬT CƠ BẢN

2 Chu trình công tác:

Chu trình công tác của động cơ là tổng cộng tất cả những phần của quá trình xảy ra trong thời gian của một giai đoạn (hoặc thời kỳ) trong một xilanh của động cơ

Khái niệm về chu trình công tác là nói sự thay đổi môi chất công tác trong xilanh động cơ Tính chu kỳ của chu trình công tác được đặc trưng bằng số hành trình của piston cần thiết để thực hiện chu trình đó Vì vậy đối với động cơ đốt trong hiện nay có thể chia làm hai loại:

a Bốn kỳ: phải cần bốn hành trình piston mới hoàn thành được một chu trình công tác của động cơ

b Hai kỳ: chỉ cần hai hành trình của piston thì hoàn thành một chu trình công tác của động cơ

3 Kỳ (hay thì) (stroke):

Là một phần của chu trình xảy ra giữa hai vị trí của cơ cấu bielle-trục khuỷu

có thể tích lớn nhất và nhỏ nhất (tức là trong thời gian một hành trình của piston)

4 Điểm chết (tử điểm-point mort):

Là vị trí mà khi piston ở các vị trí đó dù ta có tác dụng một lực nào trên piston cũng không làm cho trục khuỷu của động cơ quay( tức là không sinh ra moment quay)

− Điểm chết mà ở đó trục khuỷu hướng từ tâm trục vào phía trong của cơ cấu (hướng về phía piston) thì gọi là” điểm chết trong”

− Điểm chết mà ở đó trục khuỷu hướng từ tâm ra ngoài cơ cấu gọi là “điểm chết ngoài”

Khi xilanh được bố trí trên đường tâm trục khuỷu người ta gọi là “điểm chết trong” là điểm chết trên (ĐCT) hoặc tử điểm thượng (TĐT) (point Mort Haut – PMH) (TDC) và “điểm chết ngoài” là điểm chết dưới hoặc tử điểm hạ (ĐCD or TĐH) (Point Mort Bat) (PMB or BDC)

5 Hành trình của piston(s):

Là khoảng cách giữa hai điểm chết

6 Thể tích buồng nén (Vc):

Hay còn gọi là thể tích buồng cháy Thể tích không gian nén Vc là thể tích

bé nhất của xilanh đối với một chu trình

7 Thể tích công tác của xilanh (Vh):

Là hiệu số giữa thể tích lớn nhất của xilanh và thể tích buồng nén

V = V – V

Đôi với xilanh chỉ có một piston thì thể tích công tác được tính như sau:

V h D S

4

2 π

h c

V V

V V V

II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ 4 KỲ KHÔNG TĂNG ÁP:

.NLLV Của Động Cơ Diesel Bốn Kỳ Được Tiến Hành Như Sau:

ư1 = góc mở sớm suppap nạp (Sn)

ư2 = góc đóng muộn Sn

ư1-2 = toàn bộ góc mở của Sn

ư2-3 = góc ứng với quá trình nén

ư3 = góc phun sớm

ư3-4-5 = góc ứng với quá trình cháy và giãn nở

ư5 = góc mở sớm suppap thải (St)

ư5-6 = toàn bộ góc mở của St

S

CD Đ

D

HÀNH TRÌNH THỨ NHẤT: HÀNH TRÌNH NẠP

− Ơ đầu hành trình này (lúc piston ở ĐCT) toàn bộ VC chứa SVC còn sót lại

ở chu trình trước và được gọi là khí sót (điểm r) áp suất khí sót Pr gần bằng

piston tiếp tục đi xuống từ ĐCT đến ĐCD không gian phía trên piston tăng trong xilanh hình thành chân không  không khí được hút vào xilanh qua SN trong suốt quá trình nạp Lúc này ST đóng.trên đồ thị công: hành trình nạp ứng với rr’a

− THỰC TẾ :SN mở sớm hơn trước khi piston tới ĐCT (điểm d1) góc ứng với đoạn d1r = góc ư1 gọi là góc mở sớm SN, đồng thời SN đóng muộn hơn so với ĐCD (điểm d2), góc ứng với đoạn ad2 = góc ư2= góc đóng muộn SN

Vì vậy thời gian thực tế của quá trình nạp lớn hơn thời gian của hành trình nạp

− Ơ cuối quá trình nén (điểm 3’), nhiên liệu được phun vào xilanh nhờ kim phun Góc ứng với đoạn c’c” hoặc góc ư S = góc phun sớm

HÀNH TRÌNH THỨ BA: HÀNH TRÌNH CHÁY VÀ GIẢN NỞ

− Piston đi từ ĐCT đến ĐCD Hành trình này gồm:quá trình cháy + quá trình giản nở

− Nhiên liệu được cháy nhanh, áp suất và nhiệt độ tăng mãnh liệt Sau đó nhiên liệu được cháy đều hơn

− Đoạn Z’Z = cháy đẳng áp quá trình cháy kết thúc tại x

− Sau đó là quá trình giản nở

− Hành trình này sinh công có ích do đó được gọi là hành trình công tác

Đoạn d1r’ được gọi là thời kỳ trùng điệp của SN và ST Ơ đó cả hai SN và ST

đều mở Góc (ư1+ư6) = góc trùng điệp của supap

− Sau khi kết thúc thải động cơ đã hoàn tất một chu trình công tác

.NLLV Của Động Cơ Xăng Bốn Kỳ Được Tiến Hành Như Sau:

HÀNH TRÌNH THỨ NHẤT: HÀNH TRÌNH NẠP

Giống như động cơ Diezel nhưng:

Piston tiếp tục đi xuống từ ĐCT đến ĐCD  không gian phía trên piston tăng  trong xilanh hình thành chân không  hỗn hợp khí (gồm hơi xăng + không khí) được hút vào xilanh qua SN trong suốt quá trình nạp Lúc này ST đóng

ϕ 2-3

CT Đ

CT Đ

HÀNH TRÌNH THỨ HAI: HÀNH TRÌNH NÉN

Giống như động cơ Diezel nhưng:

Ơ cuối quá trình nén (điểm 3’), bugi bật tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp khí Góc ứng với đoạn c’c’’ hoặc góc ư3 = góc đánh lửa sớm

HÀNH TRÌNH THỨ BA: HÀNH TRÌNH CHÁY VÀ GIẢN NỞ

Giống như động cơ Diezel nhưng không có đoạn zz’mà chỉ có cháy đẳng tích

3 Thời điểm đóng và mở các supap cũng như thời điểm phun nhiên liệu hoặc tia lửa điện không trùng với ĐCT và ĐCD của piston gọi là thời điểm phối khí

§II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ 2 KỲ :

Động cơ hai kỳ là động cơ trong đó chu trình công tác được hình thành trong hai hành trình của piston (hoặc một vòng quay của trục khuỷu)

.NLLV Của Động Cơ Diesel Hai Kỳ:

HÀNH TRÌNH THỨ NHẤT:

Ơ hành trình này piston đi từ ĐCD  ĐCT diễn ra các quá trình sau:

− Piston chưa đóng cửa quét nên không khí được máy nén bơm vào với áp suất vào khoảng 1,2  1,5 at Không khí sạch vào đẩy khí cháy ra khỏi xylanh và một phần không khí cũng thoát ra ngoài( gọi là phần khí nạp tổn thất)

− Khi piston đi lên đóng cửa quét và supap thải đóng lại bắt đầu thời kỳ nén Kết thúc quá trình nén là lúc piston đến ĐCT Ap suất cuối quá trình nén lên đến Pc = 35 50 at và nhiệt độ Tc = 900  1100 0K trục khuỷu quay 1800 (1/2 vòng ) Một phần nhiên liệu được phun vào xilanh  cháy

HÀNH TRÌNH THỨ HAI:

Khi piston lên đến ĐCT, không khí bị nén ép có áp suất và nhiệt độ cao Nhiên liệu được phun vào buồng đốt tự bốc cháy đẩy piston từ ĐCT ĐCD Hành trình này diễn ra các quá trình sau đây:

− Cháy giản nở( sinh công) Ap suất lên tới Pz = 80 at Nhiệt độ Tz =1700 

2200 0K

− Khi piston xuống gần vị trí mở cửa nạp thì đồng thời supap thải cũng được

mở ra, khí cháy có áp suất cao hơn khi trời nên thoát ra ngoài thực hiện quá trình thải khí

− Bơm máy nén khí đẩy không khí sạch vào xilanh Cuối hành trình này áp suất Pb = 3  8 at và nhiệt độ Tb = 1000  1200 0K trục khuỷu quay 360

0( một vòng)

− Sau khi piston đến ĐCD lại tiếp tục đi lên và chu trình khác được thực hiện (lặp lại) Chu trình công tác của động cơ diezel hai kỳ cũng được biểu diễn trên đồ thị P-V và P-ư

.NLLV Của Động Cơ Xăng Hai Kỳ:

HÀNH TRÌNH THỨ NHẤT:

Piston từ ĐCD  ĐCT đóng dần lỗ thay khí (lỗ quét 8) và lỗ thải khí (3) và bắt đầu thời kỳ nén ép hoà khí Ap suất cuối quá trình nén ép từ 6  10 at và nhiệt độ vào khoảng 473 573 0K (thấp hơn áp suất và nhiệt độ động cơ xăng bốn kỳ)

Khi piston lên đến gần ĐCT mép dưới của thân piston mở lỗ nạp khí (4) do

áp suất trong cacte lúc này nhỏ hơn áp suất khí trời nên không khí qua cacbuarator hoà trộn với xăng thành hoà khí đi vào cacte (cacte hoàn toàn kín).Khi piston lên đến ĐCT  bugi bật tia lửa điện đốt cháy hoàkhí  sinh áp lực lớn đẩy piston đi xuống Trục khuỷu quay quay 1800 (1/2 vòng)

Như vậy trong hành trình này xảy ra các quá trình:

− Nạp hoàkhí vào xilanh

Piston đi xuống trước tiên phần thân đóng dần lỗ nạp (11) kết thúc việc nạp khí vào cactte và mở dần lỗ thải khí (7) Ta thấy hoà khí trong carte bị nén theo đường (7) đi vào xi lanh Do dạng đỉnh piston lồi nên hoà khí nạp đầy xi lanh và đẩy khí ra ngoài Có một phần hoà khí cùng thất thoát ra ngoài, bởi vậy động cơ hai thì tốn nhiên liệu hơn động cơ bốn thì hiệu suất thấp

Piston đến ĐCD kết thúc chu trình công tác của động cơ xăng hai kì.Trục khuỷu quay trọn một vòng (3600)

Như vậy hành trình này thực hiện các quá trình sau:

• Vẫn có quá trình nạp hoà khí vào carte

• Nạp hoà khí vào xi lanh

• Cháy và giản nở

• Thải khí

Như vậy, với một vòng quay trục khuỷu và hai hành trình của piston thực hiện xong chu trình công tác của động cơ xăng hai kì

Đồ thị P-V và P-ư có dạng gần giống động cơ diesel hai kì Tuy nhiên quá trình cháy đẳng tích nên đồ thị dốc hơn.

4 Có một phần hành trình của piston dùng vào việc thải và quét khí

5 Khi quét khí, có một phần khí nạp mới bị hao hụt do có lẫn SVC

đi ra ngoài cửa thải

§IV SO SÁNH ĐỘNG CƠ 2 KY VÀ 4 KỲ

1 Nếu kích thước D, S, như nhau thì về mặt lý thuyết công suất 2 kỳ lớn gấp đôi 4 kỳ nhưng thực tế chỉ lớn hơn (1,6-1,8) lần vì thực hiện quá trình thải, quét và dẫn động bơm nén

2 Quá trình quét sạch khí thải và nạp ở động cơ 4 kỳ tốt hơn 2 kỳ vì được tiến hành trong 4 hành trình của piston

3 Trong trường hợp quét khí bằng cửa thì cấu tạo của hai kỳ đơn giản hơn nhiều so với 4 kỳ (vì không có supap)

4 Ở động cơ 2 kỳ, momen quay đều đặn hơn vì toàn chu trình được thực hiện trong hai hành trình của piston

5 Động cơ dễ chọn góc phân phối khí tốt nhất so với hai kỳ vì chỉ cần thay đổi vị trí của mặt cam trên trục cam là biến đổi góc sớm hoặc muộn khác nhau

6 Góc ứng với các quá trình: nạp, nén, cháy-giản nở, thải của bốn kỳ lớn hơn hai kỳ (bốn kỳ =140o, hai kỳ=100 – 120o)

7 Bằng phương pháp tăng áp có thể tăng công suất bốn kỳ một cách dễ dàng vì ứng suất nhiệt trong xilanh nhỏ hơn hai kỳ và hệ thống tăng áp của nó cũng đơn giản hơn so hai kỳ

8 Tính kinh tế động cơ hai kỳ và bốn kỳ diezel gần như nhau

§V SO SÁNH ĐỘNG CƠ DIEZEL VÀ ĐỘNG CƠ XĂNG:

I VỀ CẤU TẠO

Về cơ bản động cơ diezel và động cơ xăng giống nhau ở các chi tiết cố định (thân máy, xi lanh, carter, joint, bạc lót…), các chi tiết di động (trục khuỷu, bielle…), hệ thống làm mát, hệ thống phối khí…

Khác nhau cơ bản là: xăng có hệ thống đánh lửa, hệ thống nhiên liệu (hình thành hoà khí từ bên ngoài xilanh bằng một thiết bị gọi là carburator) Ơ động cơ diesel chỉ có hệ thống nhiên liệu (bơm cao áp và kim phun…), ở động cơ diesel

2 kỳ có trang bị máy nén làmbơm quét, còn động cơ diesel bốn kỳ có tăng áp bằng turbine Ơ động cơ xăng hai kỳ, bốn kỳ coi như không có tăng áp Ngoài ra

diesel lớn hơn nhiều xăng

II QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC

Hút Hút thanh khí (không khí) vào

Cháy

giản nở

Nhiên liệu phun vào xilanh hoà

trộn với không khí tự bốc cháy

Tia lửa điện nẹt ra ở bugi, hoà khí bốc cháy

Thải Khí thải được thải ra ngoài bằng

cửa thải hoặc supap thải

Khí thải được thải ra ngoài bằng cửa thải hoặc supap thải

III ƯU KHUYẾT ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL SO VỚI ĐỘNG CƠ XĂNG Ưu

• Hiệu suất động cơ diesel lớn hơn 1,5 lần so với động cơ xăng

• Nhiên liệu DO rẻ tiền hơn xăng, 1l DO cho 8755 calori còn 1l xăng cho

8140 calori

• Suất tiêu hao nhiên liệu riêng (ge ) ge diesel = 180 g/ml.h, ge xăng = 250 g/ml.h

• Nhiên liệu DO không bốc cháy ở nhiệt độ thường  ít nguy hiểm

• Động cơ Diesel ít bị hư hỏng lặt vặt vì không có bộ đánh lửa và Cacburator

Khuyết

• Trọng lượng động cơ đối với công suất lớn hơn xăng

• Những chi tiết của hệ thống nhiên liệu như bơm cao áp, kim phun, được chế tạo rất chính xác vàtinh xảo với dung sai bằng 1/1000 mm

• Tỉ số nén () lớn đòi hỏi vật liệu chế tạo nắp tốt như culasse, xilanh Các yếu tố trên động cơ diesel đắt tiền hơn trên động cơ xăng

• Sửa chữa hệ thống nhiên liệu cần phải có máy chuyên dụng, dụng cụ đắt tiền và thợ chuyên môn cao

• Tốc độ động cơ diesel nhỏ hơn động cơ xăng (vì công suất lớn, chi tiết nặng đặt biệt là piston)

3 Hệ thống khởi động

Tương tự như động cơ xăng Ngoài ra còn có phương pháp khởi động bằng gió nén, bằng động cơ xăng…

4 Hệ thống xông máy

Hệ thống này chỉ có ở động cơ dầu dùng để sấy nóng không khí hoặc nhiên liệu (thường dùng cho động cơ diesel có thấp), có buồng cháy ngăn cách.

5 Hệ thống tăng áp

Động cơ diesel hai kỳ tăng áp để quét khí cháy và nạp khí mới (tăng áp bằng khí máy nén)

Động cơ diesel bốn kỳ tăng áp bằng turbine

Động cơ xăng cũng có tăng áp nhưng ít

§VI PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ DIESEL

Cũng như động cơ xăng, động cơ diesel được phân làm hai loại chính là động cơ diesel hai kỳ và động cơ diesel bốn kỳ Ngoài ra ta cũng có thể dựa vào các yếu tố sau đây để phân loại, gọi tên động cơ

1 Dựa vào số xi lanh : ta có động cơ 1 xilanh, 2 xi lanh, 4 xi lanh, 8 xi

lanh v.v

2 Dựa vào nhãn hiệu và dung tích xi lanh :ví dụ: động cơ Perkin

6.354, Austin 2,2 lít, 3,4 lít, 5,1 lít có nghĩa là động cơ hiệu Pekin 6 xi lanh có dung tích xi lanh là 354 cubic inch Hoặc động cơ ô tô Austin máy BMC dung tích xi lanh là 2,2l, 3,4l.v.v…

3 Dựa vào nhãn hiệu và công suất : ví dụ : F4, F5, F10 hoặc D3,

GA70H, GA90H có nghĩa là động cơ do hãng YANMAR (VINAPRO lắp ráp) công suất là 4, 5, 10 mã lực hoặc do KOBUTA (VIKINO lắp ráp) công suất 3, 7, 9 mã lực

4 Dựa vào tải trọng :ví dụ REO I, REO II, REO III hoặc HUYNDAI

HD72, HINO 260 PS có nghĩa là động cơ hãng REO CONTINENTAL :

 REO I : Tải trọng 7 tấn còn gọi là REO 7 thường dùng ở các đầu kéo rơmóc

 REO II : Tải trọng 5 tấn còn gọi là REO 5 thường dùng kéo chở gỗ

 REO III : Tải trọng 2,5 3 tấn thường dùng các xe vận tải

5 Dựa vào công dụng chuyên dùng : Ví dụ như động cơ diesel tàu

thuỷ, động cơ diesel phát điện, động cơ diesel tàu hoả, động cơ diesel máy kéo.v.v

Chương 3

NHIÊN LIỆU – PHẢN ỨNG HOÁ HỌC KHI NHIÊN LIỆU CHÁY

3.1.CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐCĐT

Chỉ số octane cao cho ta biết được khả năng kích nổ không xảy ra dễ dàng Động cơ có áp suất nén thấp thì dùng xăng có chỉ số octane thấp và ngược lại động cơ có áp suất nén cao thì dùng xăng có chỉ số octane cao Sau đây là một

số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kích nổ

• Hoà khí loãng cháy chậm hơn hoà khí đậm nên nhiệt độ cháy cao hơn làm nhiên liệu chưa bị đốt cháy có khuynh hướng kích nổ trước khi bắt lửa

• Đánh lửa quá sớm làm áp suất trong xi lanh tăng cao ở ĐCT cũng gây hiện tượng kích nổ

• Tỉ số nén cao thì áp suất nén trong xilanh cũng tăng theo nên lại càng nhạy nổ

• Thời điểm đóng mở của supap hút và thải đều ảnh hưởng đến áp suất và kích nổ Supap hút mở càng lâu để nạp hoà khí càng nhiều cũng làm tăng

áp suất và tăng cơ hội kích nổ

• Động cơ trang bị turbo (tăng áp) nên khí trời nạp vào động cơ bị dồn nén chặt trong xilanh (không khí nạp có áp suất cao hơn 1 KG/cm2) làm cho nhiệt độ và áp suất cuối quá trình nén tăng lên dẫn đến tình trạng dễ kích nổ

• Muội than bám trong buồng đốt, trên đầu piston và supap, vừa làm cản trở

sự giải nhiệt vừa làm tăng tỉ số nén cũng gây kích nổ

• Giải nhiệt cho động cơ không tốt cũng dễ gây ra kích nổ

2 Dễ bay hơi

Xăng vốn dĩ rất dễ bay hơi, song vấn đề là ở chổ khả năng thực tế lượng xăng bốc hơi có tương ứng với khí trời nạp vào để hoà trộn với nhau không Nếu muốn cho sự cháy trọn vẹn, chắc chắn thì nhiên liệu phải bốc hơi trọn vẹn Khả năng bốc hơi của xăng đều ảnh hưởng đến mọi tính năng hoạt động của động cơ trong mọi điều kiện, cụ thể như sau:

• Khởi động máy còn nguội khó khăn và thời gian hâm nóng còn chậm là do sự bốc hơi chưa nhanh và không khí nguội lạnh Trong lúc thời tiết nóng thì xăng lại bốc hơi nhanh quá tạo thành các nút hơi, hay bọt xăng làm tắt nghẽn sự lưu thông của xăng trong đường ống dẫn, trong bơm xăng, khiến cho máy yếu đi Cho nên sự bốc hơi của nhiên liệu phải thích hợp cho từng mùa, bảo đảm cho sự vận hành của động cơ.

• Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến sự bay hơi Có hai loại xăng màkhả năng bốc hơi khác nhau Xăng dùng cho mùa đông hay ở nhiệt độ thấp thì khả năng bốc hơi nhanh hơn so với xăng dùng cho mùa hè hay ở nơi nhiệt độ cao Tất nhiên, loại xăng dùng cho mùa đông có hiệu suất thấp hơn (Việt Nam chỉ có

1 loại xăng theo mùa hè)

• Khả năng bay hơi còn tuỳ thuộc vào độ cao nên cần phải sử dụng đúng loại xăng thích hợp dành riêng cho xe hoạt động ở vùng cao đó

• Ngăn ngừa hiện tượng đông lạnh trong bộ chế hoà khí Các ôtô đời mới không gặp hiện tượng này nhưng hầu hết lại thường xảy ra khi nhiệt độ xung quanh giảm từ 28oF đến 55oF (-2 đến -13 độ C), vào lúc đó hơi ẩm trong không khí tăng 65% và ngưng tụ hơi nước thành đá Trong trường hợp máy sẽ chết ngay khi đang chạy cầm chừng Loại xăng có khả năng bốc hơi ở mức độ trung bình cao khi gặp lạnh vẫn có khả năng bay hơi nhiều hơn và được tính bằng tỉ lệ phần trăm Cho nên sư bốc hơi của xăng ở nhiệt độ 212oF là yếu tố quan trọng góp phần vào việc làm giảm sự đông lạnh trong bộ chế hoà khí tới mức tối thiểu

• Làm loãng nhớt trong carte Khi hơi xăng trong buồng hút không bay hơi trọn vẹn sẽ ngưng đọng thành giọt làm rách màng nhớt ở trên vách xilanh không những làm cho sự bôi trơn không được điền đầy đầy đủ mà còn len lỏi xuống carte nhớt làm cho nhớt phân hủy thành sình bùn, tích luỹ thêm chất dầu bóng cáu bám trên các bộ phận (bị ố vàng) cũng như làm giảm đặc tính của nhớt

• Sự bốc hơi kém của nhiên liệu ảnh hưởng đến sự phân phối hoà khí cho từng xilanh động cơ vì hơi xăng bốc lên sẽ bay đi khắp nơi làm phát sinh các sản phẩm của khí thải và phát sinh các hiện tượng bất thường khi xe đang chạy

3 Hàm lượng lưu huỳnh.

Lượng lưu huỳnh có trong xăng làm cho động cơ và ống khói bị ăn mòn Bởi vì khí hydrogen của nhiên liệu bị đốt cháy với khí trời tạo một trong sản phẩm của khí thải là nước Trong lúc động cơ hoạt động, hơi nước theo khói thải

ra ngoài nên không thể ngưng tụ thành nước, nhưng lúc tắt động cơ, động cơ nguội dần làm cho hơi nước ngưng tụ thành giọt bám trên các bộ phận của động

cơ, trong carte và ở ống bô Lượng nước này đọng lại kết hợp với lưu huỳnh đã

bị đốt cháy tạo thành (sulfur dioxide) tạo thành sulfuric axit có nồng độ gặm mòn cao làm cho supap thoát bị rỗ và làm hỏng pô Nếu ống pô có bộ phận hoá khử (Catalysts) thì rất tối kỵ Sulfur Dioxide nhất là đang hâm nóng máy Để giảm sự ăn mòn do Sulfuric axit gây ra nên hàm lượng lưu huỳnh đã bị giới hạn

ít hơn, dưới 0.01%

4 Chất phụ gia:

Nhiều chất phụ gia được pha trộn vào xăng để làm giảm các khí độc hại như chất chống oxit hóa, chất tẩy, chất chống rỉ sét, chất giảm hoạt tính, chất chống kích nổ…

II. CÁC LOẠI XĂNG:

Theo hàm lượng chì thì có hai loại xăng cơ bản là xăng không pha chì và xăng pha chì

1 Xăng pha chì :

Đây là loại xăng có khả năng chống kích nổ cao và được dùng cho động cơ

có tỉ số nén cao Ngoài ra xăng pha chì còn có tác dụng bôi trơn làm cho supap

và bệ của nó lâu mòn hơn Chất chì trong xăng có hai loại: chì TEL (Tetra Ethyl Lead) và chì TML (Tetra Methyl Lead) Hai loại chì trên cải thiện khả năng chống kích nổ và là vua chống kích nổ Chì thêm vào xăng làm tăng chỉ octane

từ 6 đến 16 đơn vị trị octane (g/l) Hiện nay người ta cấm pha chì vào trong xăng

để bảo vệ môi trường

2 Xăng không pha chì:

Tuân thủ luật bảo vệ và chống gây ô nhiễm môi trường, các nhà chế tạo xe trang bị cho oto đời mới bộ hoá khử để xử lý khí thải và sử dụng xăng không pha chì Xăng không pha chì không có khả năng chống kích nổ Từ năm 1975, các loại xe nội địa Mỹ đều được trang bị bộ hoá khử thì lượng chì bắt buộc phải giới hạn tới 0.06 gram chì trong xăng Cho đến khi không còn một tí chì nào để pha vào xăng thì lại ảnh hưởng đến chỉ số octane Cho nên để duy trì chỉ số octane người ta trộn lẫn vào xăng một hợp chất metylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl viết tắt là MMT(C9H7MnO3-(CH3C5H4)Mn(CO)3, vừa ứng hợp với bộ hóa khử vừa cải thiện được chỉ số octane tốt hơn đối với xăng không pha chì Tăng chỉ số octane mà không dùng chì có các biện pháp sau:

− Sử dụng các hydrocarbon có chỉ số octane cao Các hydrocarbon hình chuổi: Parafin, Naphtalen…các Hydro mạch vòng: Benzel và Ozon

− Sử dụng các Ete (Ethers) và cồn (Alcohols) có chỉ số octane cao

xăng pha chì vì nó làm tăng độ mòn supap và bệ của nó

− Đối với xe sử dụng xăng không pha chì thì khi thay mới hoặc đóng bệ supap thì phải chọn supap và bệ supap theo đúng loại qui định

− Để đảm bảo cho xe sử dụng loại xăng không pha chì, nhà chế tạo xe thường gắn một đèn báo trước mặt tài xế ghi nắp thùng xăng với hàng chữ UNLEAD FUEL ONLY tức là chỉ dùng xăng không pha chì.

3.1.1.2.DIESEL

Động cơ diesel, nhiên liệu được đánh giá theo tính tự cháy, vì yếu tố thời gian đóng vai trò quan trọng hơn là yếu tố nhiệt độ Để đánh giá tính tự cháy của nhiên liệu người ta dùng các phương pháp sau:

Thông thường nhiên liệu diesel có số Cetanne trong khoảng (40 ÷ 65)

3.1.2.NHIÊN LIỆU KHÍ.

I ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ NHIÊN LIỆU THỂ KHÍ:

I.1.Đặc điểm chung:

Nhiên liệu khí dùng cho động cơ đốt trong bao gồm nhiên liệu khí lấy từ các mỏ khi, khí công nghiệp lấy từ việc tinh chế dầu mỏ, từ các lò luyện cốc, lò cao và lò gas và lấy từ các nhiên liệu rắn trong các thiết bị đặc biệt Bất kỳ loại khí thiên nhiên nào bao giờ cũng chứa một hỗn hợp của nhiên liệu khí cháy và khí trơ khác nhau

Thành phần của nhiên liệu khí bao gồm: CO, CH4 , Cm Hn, CO2, H2S…

Chúng ta có tỉ lệ khác nhau về thành phần, thành phần của từng chất trong một kmol (m3) nhiên liệu khí biểu thị bằng công thức hoá học CmHnOr và có thành phần xác định bằng một công thức sau:

CmHnOr + N2 = 1kmol

• m : số nguyên tử Cacbon

• n : số nguyên tử Hydro

• r : số nguyên tử Oxi

I.2 Phân loại nhiên liệu thể khí

1 Căn cứ vào nhiệt trị thấp nhiên liệu khí

Có ba loại như sau:

• Nhiên liệu có nhiệt trị lớn:

QH = 23 –28 MJ/m3 ( hoặc 1000 – 3500 Kcal/ m3)

Loại khí này bao gồm khí thiên nhiên và các khí thu được từ dầu mỏ Thành phần chủ yếu của khí này là metan chiếm khoảng 80 – 90% Loại khí này được dùng phổ biến cho động cơ đốt trong, dùng nó làm nhiên liệu thay thế cho xăng, ngày nay người ta dùng khí này để tinh luyện lại thu được thành phần khí

mà có thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng cho các động cơ, tránh được những nhược điểm mà nhiên liệu lỏng thường gặp, đó là đốt sạch, loại bỏ được chất độc hại của lưu huỳnh, chì… đồng thời nâng cao được nhiệt trị của nhiên liệu khí đốt lên khoảng 1200 Kcal/ m3

Đặc biệt là loại nhiên liệu khí được sử dụng rộng rải trong nhiều năm nay, ở trong nước cũng như ở các nước khác trên thế giới, là hỗn hợp khí đốt mà thành phần chủ yếu là hợp chất Propane (C3H8) –Butane (C4H10) Hợp chất này thu được từ khí đồng hành khai thác dầu thô trong các nhàmáy lọc dầu.

• Nhiên liệu có nhiệt trị trung bình:

QH = 16 –23 MJ/m3 ( hoặc 3500 – 5500 Kcal/ m3)

Loại khí này bao gồm các khí công nghiệp, khí thấp, thành phần chủ yếu là Hydro chiếm khoảng 40 – 60% còn lại là CH4 vàCO Khí này không được sử dụng làm nhiên liệu cho đông cơ, chỉ là khí sùng để điều chế các chất hoá học khác từ các nhà máy sản xuất khí hoá học dùng cho việc điều chế ở các phòng thí nghiệm

• Nhiên liệu có nhiệt trị thấp:

QH = 4 –16 MJ/m3 ( hoặc 1000 – 3500 Kcal/ m3)

Loại khí này bao gồm các khí lò cao Thành phần chủ yếu là CO và H2

chiếm khoảng 60%, còn là khí trơ N2

2 Căn cứ vào phương pháp lưu trữ khí, khí thiên nhiên được chia làm ba loại:

• Khí nén (CNG)

Khí nén được nén vào bồn chứa với áp suất cao khoảng 250 bar, bằng một máy nén khí Máy nén khí này lấu khí từ đường ống hay từ trạm điều áp, và được nén với áp suất yêu cầu của bồn chứa Việc sử dụng bồn chứa khí nén cũng giống như việc dùng bình chứa khí nén trong xe, mỗi bình chứa có dung tích 40 50 lít, có từ 12 15 kg khí nén ở áp suất là 250 bar

• Khí hoá lỏng (LNG)

Khí hoá lỏng được nạp vào bồn chứa với áp suất 130 PSI (8.9 bar) với dung tích lưu trữ từ 1420 4500 lít, những bồn chứa lớn được thiết kế bằng những vách đôi và với chất cách nhiệt với môi trường bên ngoài

• Khí hấp thụ (ANG):

Khí hấp thụ là một khí thiên nhiên có thểlưu trữ hoàn toàn trong ống mao dẫn cacbon hoạt tính Ap suất lưu trữ cho khí hấp thụ từ 3 4 Mpa thấp hơn so với áp suất khí nén Vì vậy, bình chứa ở các trạm này yêu cầu không cao Vốn đầu tư và chi phí cho hoạt động cho việc nạp khí hấp thụ là thấp so với khí nén Khí hấp thụ mới chỉ đang trong giai đoạn phát triển

II.ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ ĐỐT HOÁ LỎNG

Là hỗn hợp Propane –Butane thu được từ khí đồng hành khi khai thác dấu thô hoặc các nhà máy lọc dầu, nó được chế từ dầu mỏ có thành phần hỗn hợp như sau:

− Hơi Butane (C4H10) 89% trong đó có 64% Normal và 25% Iso

− 6% hơi Butilen (C4H8)

− 2% hơi Iso Pentan (C5H12)

Hơi này bốc ra từ trong quá trình khai thác dầu và chưng cất dầu thô, tại đây người ta biến nó thành thể lỏng để lưu trữ và có thành phần chủ yếu là Propane -Butane

Thành phần khí đốt hoá lỏng: khí đốt hoá lỏng mà hiện nay chúng ta đang

sử dụng có thành phần chủ yếu là Propane và Butane theo tỉ lệ thể tích 50:50Tuỳ theo nhu cầu sử dụng và tính năng làm việc ở từng đơn vị nhập khẩu

mà thành phần tỉ lệ của Propane và Butane khác nhau, chúng có thể là 50:50; 60:40; 70:30

Đối với việc dùng làm nhiên liệu cho động cơ thì tỉ lệ giữa Propane và Butane cũng không ảnh hưởng nhiều đến tính năng làm việc của động cơ, tuy nhiên nếu hàm lượng của Propane lớn hơn Butane thì quá trình bốc hơi của nhiên liệu nhanh hơn, khi động cơ làm việc nồng độ CO trong khí thải ít hơn do lượng Cacbon của Propane nhỏ hơn Butane và ngược lại

II.1 Lý tính

LPG được bảo tồn và bảo quản như một chất lỏng trong bình chứa có áp suất không cao (khoảng 4 18 KG/cm2) nhờ đó mà 5000 lít khí hóa lỏng có thể chứa trong bình dung tích 20 lít

LPG là loại chất đốt có nhiệt lượng cao (12000 Kcal/Kg), nhiệt độ ngọn lửa cao (19002000oC)

Bên trong bình chứa LPG có hai trạng thái: lỏng và hơi, chất lỏng nằm dưới phần đáy và hơi nằm ở phần trên bình chứa

Thông thường các bình chứa chỉ đươc chứa gas lỏng tối đa khoảng từ 8085%, còn lại từ 1520% cho phần hơi giản nở do nhiệt độ tăng Do LPG

có hai trạng thái lỏng và hơi nên các bình chứa khí dùng trên oto được lắp đặt hai van tiêu thụ, một van dẫn hơi hóa lỏng, một van dẫn khí hóa lỏng

Đặc tính của Propane và Butane

− Không màu, không mùi, trong suốt nhưng tạo mùi để dễ phát hiện.

− Tỉ trọng khí hóa lỏng nhẹ hơn nước: 0,54  0,56 kg/lít

− Nhiệt trị thấp: QH = 12000 Kcal/kg ( hoặc 46 MJ/kg ) là loại chất đốt có nhiệt lượng cao( gần 12000 Kcal)

Nhiệt độ ngọn lửa cao:

− Butane = 1900oC

− Propane = 1935oC

Tỉ lệ hóa hơi của khí hóa lỏng này trong không khí thể tích tăng lên 250 lần

− Là loại chất đốt sạch do hàm lượng lưu huỳnh gần như không đáng kể (dưới 0,02%) và cũng không chứa các chất độc hại khác như: chì, cacbuahydro (chứa trong sản vật cháy còn độc hơn cả CO) do đặc tính cháy hết nên không tạo mụi than, khói, khí CO

− Là loại khí có khả năng hoá lỏng ở áp suất không cao (từ 315 kg/cm3), nhờ đó 5000 lít có thể hóa lỏngtrong một bình chứa khỏng 20 lít, do vậy nó thuận tiện hơn trong việc chuyên chở Theo kết của giám định của công ty Gas Sài Gòn Petro ta có được bảng đặc tính khí đốt hóa lỏng:

102

0,5592Khối lượng riêng trong không khí

Thể tích không khí cần thiết để đốt cháy

(m3 không khí /m3nhiên liệu)

Đặc tính của chùm tia phun ở nhiệt độ 20oC, áp suất phun 12 Kg/cm2 của

các loại khí :

− Propane: khi phun là một chùm tia nếu góc phun gần 40o, chiều

dài tia phun ngắn hơn

− Butane: khi phun là một chùm tia mảnh, với góc phun khoảng 3o,

với chiều dài kim phun dài hơn so với Propane

− LPG: khi phun cũng là một chùm tia với góc phun khoảng 20o, tia

phun càng về phần ngọn càng rộng, so với tia phun xăng thì ngắn hơn

II.2 HÓA TÍNH.

Hỗn hợp Propane –Butane:

Đều là những Hydrocacbon no (Ankan) chúng có thể là mạch thẳng (Ankan

thường) hay mạch nhánh (iso Ankan)

a Propane: có công thức cấu tạo ở dạng mạch thẳng do vậy mà khả

năng chống kích nổ kém

Propane không có đồng vị của một iso Ankan

b.Butane: Có công thức cấu tạo mạch thẳng và mạch nhánh:

II.3 Chỉ số Octane.

Nhiên liệu khí hóa lỏng có chỉ số Octane nghiên cứu (RON) cao, dễ dàng

đạt đến trị số 98, chỉ số Octane động cơ (MON) cũng cao hơn xăng

h n h p ( Iso - Butane, n - Butane) ỗ ợ

n–Butane 95 92

3.1 CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG

TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 3.2.1.NHIỆT TRỊ.

Nhiệt trị của nhiên liệu:

• Nhiên liệu lỏng: Công thức MENDELEEV:

Được đánh giá bằng chỉ số octane Chỉ số octane của xăng là đơn vị đo

lường khả năng kích nổ Chỉ số Octane của xăng là số phần trăm chất Iso Octane

(C8H18) tính theo thể tích có trong hỗn hợp với chất Heptane (C7H16) Iso Octane

có chỉ số Octane là 100 và Heptane (C7H16) có chỉsố Octane là 0

Từ tỉ số nén động cơ chọn loại nhiên liệu có chỉ số Octane phù hợp (xem

3.2.3 Tính tự cháy của nhiên liệu dùng cho động cơ diesel.

Động cơ diesel, nhiên liệu sử dụng được đánh giá theo tính tự cháy, vì yếu

tố thời gian đóng vai trò quan trọng hơn là yếu tố nhiệt độ Để đánh giá tính tự

cháy của nhiên liệu người ta dùng các phương pháp sau:

− Theo tỉ số nén có lợi

− Theo số xetan (cetane)

− Theo số xeten

− Theo hằng số độ nhớt- trọng lượng W

Số Cetane của nhiên liệu diesel là số phần trăm tính theo thể tích của chất

cetane có trong hỗn hợp: C16H34 (số cetane của chất này là 100) và

Alphamethylnaptalin α-C10H7CH3 (số cetane của chất này là 00)

Thông thường nhiên liệu diesel có số Cetane trong khoảng 40  65