Máy xây dựng
Chương Thiết bị động lực 3.1 Động đốt 3.1.1 Công dụng phân loại Động đốt loại động nhiệt hoạt động theo nguyên lý biến nhiệt (đốt cháy nhiên liệu xi lanh) thành (quay trục khuỷu) Động đốt dùng nhiều máy làm đất (máy xúc, máy ủi, máy cạp), máy trục ôtô, máy kéo Phân loại theo sử dụng nhiên liệu: động xăng (dùng buzi đốt cháy hoà khí) động điêzen (dùng vòi phun để phun nhiên liệu vào không khí nóng có áp suất cao để đốt cháy nhiên liệu) Phân loại theo số kỳ hay hành trình: Động bốn kỳ: chu trình làm việc động hoàn thành sau bốn hành trình píttông hai vòng quay trục khuỷu Động hai kỳ: chu trình làm việc động hoàn thành sau hai hành trình píttông vòng quay trục khuỷu Ngoài ra, phân loại động theo công dụng, tỷ số nén, phương pháp tạo hoà khí đốt cháy, phương pháp làm mát, số vòng quay trục khuỷu, dung tích làm việc, số cách đặt xi lanh 3.1.2 Cấu tạo chung thông số động đốt Cấu tạo chung Trong phạm vi chương trình, nghiên cứu hai loại đông đốt chủ yếu động điêzen động xăng Hình 3.1 thể cấu tạo chung thông số động đốt Các thông số động đốt Khi trục khuỷu quay, píttông chuyển động lên, xuống xi lanh trình đó, đỉnh píttông lên tới điểm cao (điểm A hình 3.1) gọi điểm chết (ĐCT) xuống tới điểm thấp (điểm B hình 3.1) gọi điểm chết (ĐCD) a) Hành trình píttông, S: khoảng dịch chuyển píttông từ điểm chết đến 47 điểm chết (đoạn AB hình 3.1) b) Dung tích buồng đốt, Vc: thể tích phần không gian bên nắp xi lanh đỉnh píttông píttông ĐCT c) Dung tích công tác xi lanh, Vs: phần thể tích bên xi lanh ứng với hành trình làm việc S píttông: Vs = A πD S; đó: B D - đường kính xi lanh d) Dung tích toàn phần xi lanh, Vlv: thể tích phần không gian bên nắp xi lanh đỉnh píttông píttông ĐCD, đó: Vtp = Vc + Vs e) Tỷ số nén động cơ, ε: tỷ số dung tích toàn phần dung tích buồng cháy: ε= Vtp Vc = VS +1 Vc Hình 3-1 Thông số động đốt trong:1- Trục khuỷu, 2- Xi lanh, 3- Xéc măng, 4- Xupáp nạp, 5- Vòi phun buzi, 6- Xupáp xả, 7- Píttông, 8- Thanh truyền A - Điểm chết (ĐCT), B - Điểm chết (ĐCD) AB - Hành trình píttông Tỷ số nén biểu thị hoà khí (không khí) bị nén nhỏ lần píttông từ ĐCD→ĐCT Nó có ảnh hưởng đến công suất hiệu suất (xăng = 3,5 ÷ 11; điêzen = 13 ÷ 22) 3.1.3 Cấu tạo nguyên lí làm việc động đốt Động bốn kỳ a) Động xăng bốn kỳ: động xăng bốn kỳ có cấu tạo nguyên lý làm việc hình 3-2, trục khuỷu quay (theo chiều mũi tên), truyền nối lề với trục khuỷu píttông Píttông chuyển động tịnh tiến xi lanh Mỗi chu trình làm việc động xăng bốn kỳ bao gồm bốn hành trình nạp, nén, nổ xả, có hành trình sinh công (nổ) Píttông phải dịch chuyển lên xuống bốn lần trục khuỷu phải quay hai vòng, từ 00 ÷ 720° Mỗi lần píttông di chuyển lên xuống gọi hành trình hay kỳ 48 thời Chu trình làm việc xi lanh động xăng bốn kỳ sau: Hành trình nạp: hành trình nạp hay hút (hình 3-2a), trục khuỷu quay, píttông dịch chuyển từ điểm chết (ĐCT) xuống điểm chết (ĐCD), xupáp nạp mở, xupáp xả đóng làm cho áp suất xi lanh giảm hoà khí, gồm xăng hỗn hợp với không khí, từ chế hoà khí (cácbuaratơ) 5, qua ống nạp hút vào xi lanh Cuối hành trình nạp, áp suất nhiệt độ khí nạp xi lanh là: + Pa = 0,08 0,09 MN/m2 ; Ta = 330 3800K Hành trình nén: hành trình nén (hình 3-2b), xupáp nạp xả đóng Píttông dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, hoà khí xi lanh bị nén, áp suất nhiệt độ tăng lên Cuối hành trình nén, buzi hệ thống đánh lửa phóng tia lửa điện để đốt cháy hoà khí a) b) c) d) Hình 3-2 Cấu tạo hành trình làm việc động xăng bốn kỳ: 1- Trục khuỷu, 2- Xi lanh, 3- Píttông, 4- ống nạp, 5- Bộ chế hoà khí, 6- Xupáp nạp, 7- Buzi, 8- Xupáp xả, 9- Thanh truyền Cuối hành trình nén, áp suất nhiệt độ hoà khí xi lanh là: + Pc = 1,10 1,20 MN/m2; Tc = 500 7000 K Hành trình nổ: hành trình nổ hay sinh công (hình 3-2c), xupáp nạp xả đóng Do hoà khí buzi đốt cháy cuối kỳ nén, nên píttông vừa đến ĐCT tốc độ cháy hoà khí nhanh, làm cho áp suất khí cháy tăng lên, píttông bị đẩy từ ĐCT xuống ĐCD, qua truyền làm quay trục khuỷu sinh công Cuối hành trình nổ, áp suất nhiệt độ khí cháy xi lanh là: + Pz = MN/m2; Tz = 2200 25000K 49 Hành trình xả: hành trình xả (hình 3-2d), xupáp nạp đóng, xupáp xả mở Píttông dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí cháy qua xupáp theo ống xả Cuối hành trình xả, áp suất nhiệt độ khí xả là: + Pr = 0,01 0,12 MN/m2; Tr = 900° 1200°K Sau hành trình xả kết thúc, động xăng bốn kỳ xi lanh hoàn thành chu trình làm việc Nếu động tiếp tục làm việc hay trục khuỷu quay, chu trình làm việc lại lặp lại b) Động điêzen bốn kỳ: chu trình làm việc động điêzen bốn kỳ tương tự động xăng bốn kỳ, nghĩa píttông phải thực bốn hành trình nạp, nén, nổ xả Nhưng động điêzen bốn kỳ trình nạp nén không khí (không phải hoà khí) Nhiên liệu phun vào xi lanh cuối hành trình nén không khí nén có nhiệt độ cao nên tự bốc cháy (không dùng tia lửa điện) Chu trình làm việc động điêzen bốn kỳ xi lanh sau: a) b) c) d) Hình 3-3 Cấu tạo nguyên lý làm việc động điêzen bốn kỳ 1- Trục khuỷu, 2- Xi lanh, 3- Bơm cao áp, 4- Xupáp nạp, 5- Vòi phun, 6- Xupáp xả, 7- Píttông, 8- Thanh truyền Hành trình nạp (hình 3-3a): trục khuỷu quay, píttông dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, xupáp nạp mở, xupáp xả đóng, áp suất xi lanh giảm, không khí bên qua bầu lọc hút vào xi lanh Cuối hành trình nạp, áp suất nhiệt độ khí nạp xi lanh là: + Pa = 0,08 0,09 MN/m2; Ta = 3300 3800K Hành trình nén (hình 3-3b): xupáp nạp xả đóng, píttông dịch chuyển từ ĐCD 50 lên ĐCT, không khí xi lanh bị nén, áp suất nhiệt độ tăng lên Đồng thời cuối kỳ nén, vòi phun 5, nhờ bơm cao áp phun nhiên liệu vào xi lanh, dạng sương mù, với không khí nén có nhiệt độ áp suất cao, tự bốc cháy Cuối hành trình nén, áp suất nhiệt độ khí nén xi lanh là: + Pc = 5 MN/m2, Tc = 8000 9000K Hành trình nổ (hình 3-3c): xupáp nạp xả đóng Do nhiên liệu phun vào xi lanh cuối kỳ nén, đốt cháy, nên píttông vừa đến ĐCT nhiên liệu cháy nhanh hơn, làm cho áp suất khí cháy tăng lên đẩy píttông từ ĐCT xuống ĐCD, qua truyền 8, làm quay trục khuỷu sinh công Cuối trình cháy bắt đầu trình giãn nở, áp suất nhiệt độ khí cháy xi lanh là: + Pz = MN/m2; Tz = 19000 22000K Hành trình xả: (hình 3-3d): xupáp nạp đóng xupáp xả mở, píttông dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí cháy làm việc khỏi xi lanh Cuối trình xả, áp suất nhiệt độ khí xả là: + Pr = 0,11 0,12 MN/m2; Tr = 8000 9000K Hình 3-4 - Động điêzen bốn kỳ Caterpillar 3406: 10 1- Đòn gánh, 2- Tua bin tăng áp, 3Xupáp, 4- Bạc cổ trục khuỷu, 5-Két làm mát dầu, 6- Trục khuỷu, 7- Bơm nhiên liệu, 8Vòi phun điện tử - thuỷ lực (HEUI), 9Pittông, 10- Lót xi lanh Sau hành trình xả, động tiếp tục làm việc, trình lại lặp lại từ đầu hay chu trình lại thực tiếp Trong máy xây dựng hệ thường dùng loại động điêzen bốn kì đại, có tuốc bin tăng áp, vòi phun điều khiển điện tử thuỷ lực khí điện tử, làm việc với hiệu suất cao (hình 3-4) Động hai kỳ Chu trình làm việc động hai kỳ bao gồm trình nạp, nén, nổ xả, 51 để hoàn thành chu trình làm việc, trục khuỷu động hai kỳ cần quay vòng, tức 3600 píttông dịch chuyển hai hành trình Do đó, hành trình píttông có nhiều trình xảy Động hai kỳ, thường dùng, có hai loại: động xăng hai kỳ xupáp động điêzen hai kỳ có xupáp xả a) Động xăng hai kỳ: chu trình làm việc động xăng hai kỳ, loại xupáp, cho xi lanh làm việc (hình 3-5): Hành trình nén (hình 3-5a): trục khuỷu quay, píttông từ ĐCD lên ĐCT, cửa xả píttông đậy kín Hoà khí có sẵn xi lanh bị nén, áp suất nhiệt độ tăng dần, đến píttông gần tới ĐCT bị bốc cháy nhờ buzi phóng tia lửa điện Khi píttông lên để nén hoà khí, phía píttông, cácte 1, áp suất giảm hoà khí từ chế hoà khí qua ống nạp hút vào cácte qua cửa nạp để chuẩn bị cho việc thổi hoà khí vào xi lanh hành trình sau Hành trình nổ thay khí: hành trình nổ thay khí (hình 3-5b), hoà khí đốt cháy cuối kỳ nén, nên píttông đến ĐCT hoà khí cháy nhanh hơn, làm cho áp suất tăng lên đẩy píttông từ ĐCT xuống ĐCD, qua truyền 10 làm quay trục khuỷu sinh công 10 a) b) Hình 3-5 Cấu tạo hành trình làm việc động xăng hai kỳ loại xupáp: 1- Các te, 2- Trục khuỷu, 3- Cửa nạp, 4- Cửa xả, 5- Píttông, 6- Xi lanh, 7- Buzi, 8- Cửa thổi, 9- Rãnh dẫn, 10- Thanh truyền Khi píttông dịch chuyển gần tới ĐCD, cửa xả mở, đồng thời sau cửa thổi có chiều cao thấp cửa xả mở tiếp cửa nạp đóng lại Do đó, khí cháy sau làm việc, có áp suất 0,3 0,4 MN/m2 lớn áp suất khí trời (0,1 MN/m 2), xả hoà khí cácte bị nén, có áp suất 0,12 0,13 MN/m2 lớn áp suất 0,11 MN/m2 khí cháy lại xi lanh, theo rãnh dẫn 9, qua cửa thổi vào xi lanh có hướng phía đỉnh píttông, góp phần làm khí cháy tạo điều kiện cho hành trình sau Trong hành trình nổ thay khí, áp suất nhiệt độ khí cháy xi lanh là: + Pz = MN/m2; + Tz = 20000 23000K Sau hành trình nổ thay khí, trục khuỷu quay, trình làm việc động xăng hai kỳ lại lặp lại 52 b) Động điêzen hai kỳ: Động điêzen hai kỳ, loại có xupáp xả, có đặc điểm không dùng cácte để chứa thổi khí mà dùng máy nén khí để thổi khí trực tiếp vào xi lanh Chu trình làm việc động điêzen hai kỳ, loại có xupáp xả sau: Hành trình nén (hình 3-6a): trục khuỷu quay, píttông từ ĐCD lên ĐCT, cửa thổi (ở xung quanh thành xi lanh) đậy kín sau xupáp xả đóng lại, không khí có sẵn xi lanh bị nén, áp suất nhiệt độ tăng lên, píttông gần tới ĐCT, vòi phun hệ thống nhiên liệu phun nhiên liệu dạng sương mù với áp suất cao 10 14 MN/m2 Nhiên liệu hoà lẫn với khí nén có nhiệt độ cao, làm cho nhiên liệu tự cháy Cuối hành trình nén, áp suất nhiệt độ khí nén xi lanh là: Pc = MN/m2; Tc = 8000 9000K Hành trình nổ thay khí (hình 3-6b): nhiên liệu đốt cháy, nhờ khí nén có nhiệt độ cao cuối hành trình nén nên píttông đến ĐCT nhiên liệu cháy nhanh hơn, làm cho áp suất khí cháy tăng lên đẩy píttông từ ĐCT xuống ĐCD, qua truyền làm quay trục khuỷu sinh công a) b) Hình 3-6 Cấu tạo trình làm việc động điêzen hai kỳ, loại có xupáp xả: 1- Trục khuỷu, 2- Thanh truyền, 3- Máy nén khí, 4- Xi lanh, 5- Vòi phun, 6- Xupáp xả, 7Píttông, 8- Buồng khí, 9- Cửa thổi Khi píttông dịch chuyển gần tới ĐCD, xupáp xả mở, đồng thời sau lỗ cửa thổi mở Do đó, khí cháy sau làm việc, có áp suất 0,4 0,5 MN/m2 lớn khí trời nên xả Đồng thời khí bên ngoài, qua bình lọc, nhờ máy nén khí 3, buồng khí cửa thổi cung cấp vào xi lanh với áp suất khoảng 0,14 0,15 MN/m2 lớn áp suất khí xả lại xi lanh 0,11 0,12 MN/m2, góp phần làm khí cháy tạo điều kiện tốt cho hành trình sau Trong hành trình nổ thay khí, áp suất nhiệt độ khí cháy xi lanh là: Pz = 10 MN/ m2; Tz = 19000 21000K Sau hành trình nổ thay khí, trục khuỷu quay, trình làm việc động điêzen hai kỳ, loại có xupáp xả, lại lặp lại 53 Một số cải tiến hệ thống nhiên liệu động đốt a) Những vấn đề chung hệ thống nhiên liệu: Trong động đốt trong, hệ thống nhiên liệu chiếm vai trò vô quan trọng, ảnh hưởng nhiều đến tính làm việc động Do đó, năm gần đây, có nhiều cải tiến hệ thống nhiên liệu, nên ta tìm hiểu kĩ hệ thống Đại đa số động đốt dùng máy xây dựng động điêzen Để động hoạt động phải có hệ thống cung cấp nhiên liệu hệ thống 11 điều khiển Động loại máy làm 10 đất ngày cải tiến nhiều so 12 với loại động truyền thống Các loại động thông minh trang bị đại gọi động điện tử Động điện tử kế thừa chất lượng khí động truyền thống cải tiến hợp lý Các lốc xi lanh, truyền, píttông, bơm dầu bôi trơn sử dụng vật liệu có độ bền cao, có tính lý tốt Hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử cung cấp Hình 3-7 Hệ thống nhiên liệu truyền thống: xác lượng nhiên liệu cần thiết, tự 1- Thùng nhiên liệu, 2- Khoá lưu lượng, điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu - khí thích hợp, xác định xác thời điểm thời gian 3- ống dẫn thấp áp, 4- Bầu lọc thô, phun công suất tăng lên 10 ÷ 20%, 5- Bơm thấp áp, 6- ống dẫn, 7- Bơm cao áp, tiêu hao nhiên liệu thấp ÷ 9% so với 8- Bộ điều tốc, 9- ống cao áp, 10 - Bầu lọc tinh, động truyền thống công suất 11- Vòi phun, 12- Đường dầu hồi Động điện tử có tính trội hẳn động truyền thống: độ nhạy điều khiển cao, khả thích ứng tải tốt, kinh tế nhiên liệu độ tin cậy cao, ô nhiễm khí thải thấp; bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, đơn giản Ngoài động điện tử có khả quản lý thông tin, nối kết liệu chẩn đoán tình trạng kỹ thuật máy như: thông tin tiểu sử vận hành động cơ, số liệu tức thời động cơ, số vận hành, mức tiêu hao nhiên liệu, hệ số tải, điều kiện vận hành; thông tin tuổi thọ động cơ, số bảo dưỡng theo vận hành, tiêu hao nhiên liệu; chẩn đoán tình trạng kĩ thuật máy khứ áp suất dầu, nhiệt độ nước làm mát, b) Hệ thống nhiên liệu truyền thống: 54 Cấu tạo hệ thống nhiên liệu truyền thống thể hình 3-7 Nguyên lý làm việc: không khí bên hút vào xi lanh động Nhiên liệu thùng tự chảy vào bầu lọc thô Bơm hút nhiên liệu lọc từ bầu lọc thô sang bầu lọc tinh 10 vào bơm cao áp với áp suất không lớn Một lượng nhiên liệu tương ứng với tải trọng tác động bơm cao áp đẩy vào ống cao áp đến vòi phun 11, áp suất cao phun vào xi lanh, lượng nhiên liệu thừa 10 11 12 13 14 20 21 19 18 17 16 15 27 ECM 26 23 25 24 23 22 Hình 3-8 Hệ thống nhiên liệu HEUI: 1- Thùng dầu, 2- Lọc dầu sơ cấp, 3- Bơm dầu, 4Làm mát dầu, 5- Lọc dầu thứ cấp, 6- Đường dầu thấp áp, 7- Bơm dầu cao áp, 8- Thùng dầu khởi động thời tiết lạnh, 9- Cảm biến nhiệt độ, 10- Đường dầu cao áp, 11- Đường dầu hồi thấp áp, 12- Cảm biến áp suất dầu, 13- Vòi phun, 14- Đường điều khiển vòi phun, 15- Điều chỉnh áp suất nhiên liệu, 16- Đường hồi nhiên liệu, 17- Thùng nhiên liệu, 18- Lọc nhiên liệu sơ cấp, 19- Đường nhiên liệu cao áp, 20- Lọc nhiên liệu thứ cấp, 21- Bơm bánh răng, 22- ECM, 23- Đường dẫn tín hiệu cảm biến tới ECM, 24- Chìa khoá liệu, 25- ắc quy, 26- Các cảm biến, 27- Cảm biến vị trí trục khuỷu qua ống dẫn trở bơm thấp áp Nhiên liệu rò rỉ qua khe hở chi tiết vòi phun, từ vòi phun theo đường dầu hồi 12 trở thùng dầu nhiên liệu c) Hệ thống nhiên liệu kiểu mới( hình 3.8): Hệ thống nhiên liệu kiểu khắc phục nhược điểm hệ thống cũ Hiện có loại : EUI (Electronic unit injector), vòi phun tác động khí thời điểm phun điều khiển điện tử 55 Loại HUEI (Hydraulic electronic unit injector), vòi phun tác động thuỷ lực thời điểm phun điều khiển điện tử Loại PEEC làm việc bơm thông thường điều khiển biến tốc điện tử vòi phun tác động học Trong ba loại HEUI dùng phổ biến Hệ thống nhiên liệu HEUI (hình 3-8) sử dụng hai phận công tác riêng biệt: mạch thứ dùng bơm cung cấp dầu áp lực cao để tác động vào vòi phun thay cho vấu cam hệ thống nhiên liệu cũ (mạch có phận từ đến 12); mạch thứ hai dùng bơm bánh 21 để luân chuyển nhiên liệu từ áp suất thấp lọc thô 18 lên áp suất cao Sau bơm, nhiên liệu phải qua lọc thứ cấp 20 đến đường dầu 19 với áp suất trì 300 ÷ 415 Kpa nối trực tiếp tới cửa cấp nhiên liệu vòi phun (13 hình 3-8) Mạch cung cấp nhiên liệu có cấu tạo động dùng vòi phun thông thường Khi ECM tác động vào vòi phun qua đường 14, nhiên liệu phun vào xi lanh với áp suất cao 31000 ÷ 15200 Kpa nhờ tác động dòng thuỷ lực cao áp bơm cung cấp Các vòi phun điều khiển điện tử thay đổi thời điểm bắt đầu kết thúc phun nhiên liệu tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc động cơ: đầy đủ tải, non tải v.v Như thời điểm phun không bị cố định mà thay đổi theo tải trọng tốc độ động Các thiết bị điện tử xác định cách xác điều kiện làm việc thực tế động xác định xác thời điểm bắt đầu kết Hình 3-9 Quan hệ áp suất phun – tốc độ động thúc phun Đây tiến kỹ thuật rõ rệt mang lại hiệu nhiên liệu cao giảm khí thải độc hại ECM điều khiển trình phun nhiên liệu ECM sử dụng số liệu động cảm biến (sensor) thu thập để điều chỉnh việc cung cấp nhiên liệu vào biểu đồ hoạt động lập trình trước phần mềm điều khiển động Như áp suất phun độc lập với tốc độ động cơ, áp suất phun trì với tốc độ động đạt hiệu cháy cao với tốc độ, áp suất phun cao tạo thời gian thích ứng với tải nhanh, tạo sương mù tốt hơn, tạo hành trình nổ hiệu nên giảm khói khí thải, bảo đảm khả khởi động thời tiết lạnh tốt Như hệ thống khác với hệ thống động thông thường động thông thường hiệu đốt cháy giảm tốc độ động giảm áp suất phun giảm Điều khác biệt thể rõ biểu đồ quan hệ áp suất phun tốc độ động (hình 3-9) 56 Định dạng tốc độ phun: điều kiện định, nhiên liệu có xu hướng nổ nhiều cháy khống chế buồng đốt Sự nổ nhận tiếng gõ Định dạng tốc độ phun khống chế lượng nhiên liệu thời gian cháy chậm, thời gian bắt đầu phun, bắt đầu cháy thời gian phun để cải thiện trình cháy Trong thực tế hệ thống nhiên liệu HEUI phun lượng nhiên liệu nhỏ để tạo thành lửa cháy phun tiếp lượng nhiên liệu cần thiết Việc phun nhiên liệu vào lửa cháy làm cho cháy khống chế tiếng nổ nhỏ Hình 3-10 Quan hệ tốc độ động - thời gian phun Hơn định dạng tốc độ phun làm giảm đáng kể lượng khí thải độc hại nâng cao hiệu nhiên liệu Các động thông thường làm giảm khí thải phải làm chậm thời điểm phun, làm giảm hiệu sử dụng nhiên liệu Nhờ có ECM mà hệ thống nhiên liệu HEUI có đặc tính hoàn toàn mới: tự động điều khiển cho phù hợp với độ cao; tự động khống chế lọc khí cháy không tải cao để giảm mài mòn động Khởi động tốt thời tiết lạnh Làm giảm gia tốc khởi động Hình 3-11 Quan hệ tốc độ phun - thời gian Chuẩn đoán trước trục trặc kỹ phun thuật Tối ưu việc điều khiển vòi phun để loại trừ thay đổi tốc độ động Tỷ lệ nhiên liệu - không khí điều khiển thông qua mức tải khác Kiểm soát toàn thời gian phun: hệ thống nhiên liệu thông thường thời gian phun cố định giảm tốc độ động giảm Trong hệ thống này, thời gian phun giảm tỷ lệ với tốc độ động cơ, nghĩa thời gian phun ngắn thời gian cháy áp suất cao, khống chế cách điều chỉnh áp lực dầu cung cấp điện tử Việc kiểm soát thời gian phun làm tăng hiệu suất động làm giảm mức tiêu hao nhiên liệu Biểu đồ quan hệ tốc độ phun thời gian phun thể hình 3-11 Sử dụng hệ thống cho ta biết cụ thể tình trạng vòi phun cách xác Do người điều khiển phải biết tình trạng máy sẵn sàng hoạt động hay không Vòi phun phận quan trọng động điêzen Nhìn vào kết cấu hình 2-12 cho ta biết tiến kết cấu vòi phun so với vòi phun truyền thống: 57 18 17 10 16 15 14 11 12 13 Hình 3-12 Vòi phun HEUI: 1- Van trụ, 2, 3- Cửa đường dầu cao áp, 4- Lò xo, 5- Đường dầu hồi, 6- Công tắc điện từ, 7- Thân vòi phun, 8- Píttông , 9- Lò xo, 10- Píttông lông giơ, 11- Van ngăn dòng nhiên liệu ngược, 12- Van chiều cấp nhiên liệu, 13- Lò xo, 14- Kim phun, 15- Thân dưới, 16- Cửa cấp nhiên liệu, 17- Khoang chứa nhiên liệu, 18- Dầu hồi Khi có thông số xử lý ECM định lượng nhiên liệu áp suất cần phun, thời gian phun công tắc điện từ tác động vào van trụ cụm vòi phun để điều khiển lượng nhiên liệu phun, thời điểm bắt đầu kết thúc phun Khi van trụ chuyển động đóng đường dầu hồi 5, dầu áp lực cao qua cửa 2, tác động lên đỉnh píttông đẩy píttông lông giơ 10 làm tăng áp suất nhiên liệu khoang chứa 17 để mở van kim 14, nhiên liệu qua van chiều 12 xuống đường dẫn nhiên liệu trình ép kim phun nhiên liệu bắt đầu Píttông 10 tiếp tục ép xuống công tắc bị ngắt điện Khi công tắc bị ngắt, lò xo đẩy van trụ trở vị trí ban đầu, đường hồi mở ra, píttông lông giơ trở vị trí cũ nhờ lò xo nhiên liệu lại điền vào khoang 17 để sẵn sàng thực chu trình Do chủ yếu điều khiển điện thuỷ lực có kết hợp khí nhẹ nhàng, chủ động, kiểm soát trình phun Bơm cao áp hay bơm áp lực cao hệ thống nhiên liệu cải tiến Ta so sánh cấu tạo bơm cao áp truyền thống (hình 3-13) với loại bơm đại (hình 3-8 3-12): Bơm truyền thống điều khiển khí, cấu cam cần điều khiển 6, lượng nhiên liệu đưa vào vòi phun không xác Hơn cấu cam dẫn động trục khuỷu nên độ thích ứng với trọng tải không cao Bề mặt cam dễ bị mòn dẫn 58 đến không đẩy píttông bơm cao áp lên hết hành trình dẫn đến lượng nhiên liệu phun vào xi lanh thiếu, làm giảm công suất động Bơm dầu cao áp hệ thống nhiên liệu HEUI quan hệ cấu cam, đặc tính phun hoàn toàn độc lập Hệ thống điều khiển phun điện tử thuỷ lực có khả điều khiển kiểm soát nhờ ECM Tuốc bin tăng áp (hình 3-14): Trong hệ thống nhiên liệu có phận tuốc bin tăng áp sử dụng đem lại hiệu cao cho trình vận hành động Tuốc bin tăng áp dùng để thổi không khí áp suất cao vào buồng đốt động nhờ bánh bơm nén khí 5, lắp trục tua-bin, hút khí qua bình lọc Như làm tăng lượng nhiên liệu cháy hoàn toàn công suất động tăng lên Tuốc bin làm việc nhờ lượng khí xả đẩy theo đường ống xả 10 vào buồng sau khí theo ống Tuốc bin có độ nhạy điều khiển cao a b c Hình 3-13 Bơm cao áp truyền thống: a) Rãnh dọc, b) Rãnh vòng, c) Mặt vát nghiêng 1- Van chiều, 2- Xi lanh, 3- Píttông, 4- Lỗ dẫn nhiên liệu, 5Cán píttông, 6- Cần điều khiển Ưu nhược điểm động đốt So với thiết bị động lực khác, động đốt có số ưu nhược điểm sau đây: a) Ưu điểm: - Tính động cao làm việc độc lập, không phụ thuộc nguồn lượng cung cấp bên 10 - Tuổi thọ đạt tới 8000 10.000 h - Phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn (2 2,5) Hình 3-14 Tuốc bin tăng áp b) Nhược điểm: 1- Píttông, 2- ống nạp, 3- Cánh quạt, - Cấu tạo phức tạp, không đảo chiều quay trực tiếp mà phải có thêm phận đảo chiều (hộp số) 4- Bầu lọc không khí, 5- Quạt nhồi (bánh bơm), 6- Trục, 7- Bánh tuốc bin, 8Cửa thoát khí xả, 9- Buồng khí xả, 10ống xả - Khó có khả chịu tải, nhiên liệu đắt tiền 59 - Đòi hỏi chất lượng nhiên liệu cao chi phí, chăm sóc kỹ thuật tốt trình vận hành 3.2 Động điện 3.2.1 Công dụng phân loại Động điện sử dụng rộng rãi máy cố định di chuyển ngắn, máy hoạt động khoảng không gian hẹp nhà xưởng, bến bãi, phạm vi nhà máy, máy trục, máy sàng, máy trộn bê tông, máy vận chuyển liên tục Việt Nam nhiều nước giới, lưới điện nối với rộng khắp miền Phần lớn lưới điện có tần số 50Hz dòng điện xoay chiều Một số nước Nga, Mỹ, Nhật Bản có lưới điện chiều Có nhiều loại động điện, công suất khác theo nguồn điện cung cấp chia làm hai loại tương ứng với hai loại dòng điện: động điện xoay chiều động điện chiều Động điện xoay chiều chia động điện không đồng đồng Động không đồng có hai loại động rôto lồng sóc động rôto dây Động rôto lồng sóc có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, dễ bảo quản, làm việc chắn mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha mà không cần biến đổi dòng điện Tuy vậy, động số tồn tại: hiệu suất thấp (so với động đồng ba pha), không ω điều chỉnh vận tốc (so với động chiều động xoay chiều không đồng với rôto dây cuốn) làm việc tốt công suất nhỏ 10 kW Động không đồng với rôto dây dễ khởi động, phạm vi điều chỉnh tốc độ tốt (hệ số thay đổi tốc độ i ≈ 1,3) làm việc hiệu công suất 100 kW Tuy vậy, động có nhiều nhược điểm là: cấu tạo phức tạp, đắt tiền vận hành khó M Hình 3-15 Đường đặc tính động điện: 1- Động đồng bộ, 2- Động không đồng bộ, 3- Động Động điện xoay chiều đồng chiều kích thích song song, 4- Động chiều kích thích có ưu điểm hiệu suất hệ số hỗn hợp, 5- Động chiều kích thích nối tiếp cosϕ cao, tốc độ ổn định, hệ số tải lớn, cấu tạo phức tạp, giá thành cao phải có thiết bị phụ khởi động, nên dùng máy có yêu cầu tốc độ quay ổn định hay không đổi 60 Động điện chiều chia thành ba loại: kích thích song song, kích thích nối tiếp kích thích hỗn hợp Động điện chiều mắc song song nối tiếp có phạm vi thay đổi tốc độ lớn, mômen khởi động cao, khởi động êm, phanh hãm đảo chiều dễ dàng có nhược điểm giá thành đắt, phải dùng thiết bị hiệu chỉnh hay máy phát điện chiều Các thiết bị cầm tay hay loại nhỏ thường dùng động điện xoay chiều pha cổ góp, có kích thước gọn nhẹ, có khả thay đổi tốc độ, làm việc ổn định, đóng mở liên tục, giá thành cao bảo dưỡng phức tạp 3.2.2 Ưu nhược điểm động điện So với động đốt hiệu suất động điện cao (η = 0,7 0,97) Cấu tạo đơn giản, có khả tự đảo chiều quay, giá thành hạ Khả tải lớn (2,5 4) Khởi động nhanh, dễ tự động hoá Điều khiển sử dụng động điện dễ dàng, chăm sóc nhiều, không gây ô nhiễm môi trường, trọng lượng không lớn, gọn Các thông số thể bảng 3.1 Động điện có nhược điểm mômen khởi động nhỏ Không động phải phụ thuộc vào mạng lưới cung cấp nguồn điện Bảng 3-1 Các đại lượng đặc trưng động điện Các thông số ĐĐơn vị Động chiều kích thích song song Động chiều kích thích nối tiếp Sơ đồ nối Động xoay chiều lồng sóc Động xoay chiều dây M ~ M ~ R®c + I¦ Ik ¦ U Wk Wk U E E - ¦ - Điện áp kV 0,11 ÷ 0,6 0,22 ÷ 0,6 0,38 ÷ 10 0,38 ÷ 10 - Công suất kW 0,25 ÷ 630 1,6 ÷ 100 0,6 ÷ 1500 0,12 ÷ 3000 - Hiệu suất - 0,91 ÷ 0,96 0,75 ÷ 0,93 0,5 ÷ 0,97 0,7 ÷ 0,97 500 ÷ 3000 500 ÷ 1500 500 ÷ 3000 500 ÷ 3000 1:1 ÷ 1:1000 1:2 ÷ 1:80 1:2 ÷ 1:10 1:2 ÷ 1:10 1,6 ÷ 2,2 2,2 ÷ 2,5 1,6 ÷ 3,5 1,6 ÷ 3,5 - Tốc độ quay - Điều chỉnh tốc độ - Hệ số mômen cực đại vg/ph - ψ max 3.3 Bơm thuỷ lực 61 3.3.1 Công dụng phân loại Bơm thuỷ lực dùng nhiều máy xây dựng đại máy xúc, máy ủi, cần trục nhiều loại máy xây dựng khác Căn vào cấu tạo, bơm thuỷ lực chia làm ba loại bơm bánh răng, bơmpíttông bơm cánh gạt 3.3.2 Cấu tạo nguyên lí làm việc loại bơm thuỷ lực Bơm bánh răng: Bơm bánh loại đơn giản nhất, thể hình 3-16, gồm có: bánh chủ động cố định trục động cơ, bánh bị động quay tự trục cố định với vỏ bơm 4, ống dẫn chất lỏng vào (ống hút) ống dẫn chất lỏng (ống đẩy) xả Khi bơm làm việc, bánh chủ động quay đẩy bánh bị động quay theo chiều mũi tên (hình 3-16) Khi bánh khỏi vùng ăn khớp tạo khoảng hổng khe răng, chất lỏng khoang hút A điền vào khe hở đẩy lên theo chuyển động bánh Do lượng chất lỏng B lấy nên áp suất A giảm xuống nhỏ áp suất mặt thoáng nên chất lỏng hút vào bơm Chất lỏng chứa rãnh bị dồn ép để vòng theo vỏ bơm A tới ống đẩy Đồng thời từ buồng B bánh vào ăn khớp với nhau, đẩy chất lỏng khỏi rãnh không cho chất lỏng trở A Như áp suất vùng B tăng lên Hình 3-16 Bơm bánh răng: 1- Bánh chủ động, cao áp suất bên ngoài, 2- ống dẫn, 3- ống hỳt, 4- Vỏ hay thân bơm, 5- Bánh chất lỏng đẩy theo bị động, 6-ống xả, 7- Van an toàn ống đẩy Để hạn chế áp suất làm việc tối đa bơm, người ta bố trí van an toàn ống đẩy Nếu áp suất chất lỏng lớn yêu cầu, van mở, dòng chất lỏng thừa qua ống quay lại ống hút Bơm bánh thường làm việc với áp suất 16 Mpa, số vòng quay 500 3500 vg/ph công suất từ 30 40kw, hiệu suất cực đại 0,8 ÷ 0,91 Lưu lượng bơm bánh Q, xác định theo công thức sau: Q = 2πzm2bn; (l/ph) 62 đó: z - số bánh chủ động; m - môđun ăn khớp răng, dm; b - chiều dầy bánh răng, dm; n - tốc độ bánh chủ động, vg/ph Bơm píttông Bơm píttông đơn giản (hình 3-17) gồm có: xi lanh 1, píttông 2, hai van chiều Khi bơm làm việc, nhờ 10 dẫn động động cơ, qua cấu tay quay truyền, píttông chuyển động tịnh tiến C C2 B1 B2 lại xi lanh 1, với S = 2R hành trình S = 2R (R bán kính hay chiều dài P0 tay quay 9) Hai điểm B B2 giới hạn chuyển động píttông tương Hình 3-17 Bơm píttông: 1- Xi lanh, 2- Píttông, 3- ống đẩy, 4ứng với hai vị trí C1 C2 Van đẩy, 5- Buồng làm việc, 6- Van hút, 7- ống hút, 8- Thùng chứa tay quay Khi chất lỏng, 9- Tay quay, 10- Thanh truyền buồng làm việc chứa đầy chất lỏng, tay quay từ vị trí C2 quay theo chiều mũi tên, píttông dịch chuyển từ điểm B phía trái Thể tích buồng tăng dần, áp suất P giảm nhỏ áp suất P mặt thoáng thùng chứa chất lỏng (P < P0) Do đó, chất lỏng từ thùng hút qua van vào buồng 5, van đóng Píttông dịch chuyển từ điểm B2 đến điểm B1, bơm thực trình hút Khi tay quay đến vị trí C1, tương ứng với píttông vị trí B 1, trình hút bơm kết thúc Sau đó, tay quay tiếp tục quay, từ C đến C2, píttông đổi chiều chuyển động, từ B đến B 2, thể tích buồng giảm dần, áp suất chất lỏng tăng lên, van đóng, van mở, chất lỏng chảy vào ống đẩy Quá trình píttông di chuyển từ B đến B2 gọi trình đẩy Như vậy, vòng quay tay quay hay trục động bơm thực hai trình hút đẩy liền Nếu tay quay tiếp tục quay bơm lặp lại trình hút đẩy Do đó, trình hút đẩy bơm píttông gián đoạn xen kẽ 63 Một trình hút đẩy gọi chu kì làm việc bơm Bơm píttông có nhiều loại, thường làm việc với áp suất 40 ÷ 50 Mpa, số vòng quay 1000 ÷ 3000 vg/ph công suất 40 kw Lưu lượng bơm píttông Q, loại tác dụng đơn xác định sau: π D Q = F S n.k tg = S n.k tg ; (l/ph) Hay: Q = 0,785 D2.S.n.ktg , l/ph F - tiết diện píttông,dm2; D - đường kính xi lanh, dm; S - hành trình píttông, dm; n - số vòng quay động cơ, vg/ph; ktg- hệ số sử dụng thời gian C 3 Bơm cánh gạt: cánh gạt (hình 3-18) gồm có: rôto 2, đặt lệch tâm với thân hay vỏ có dạng hình trụ khoảng cách e Trong rãnh hướng kính rôto có đặt hai kim loại hay cánh gạt luôn tỳ sát vào thân bơm, nhờ lò xo e Bơm A B C Khi bơm làm việc, rôto quay theo chiều mũi tên, thể tích chứa chất lỏng từ A đến mặt cắt C - C tăng hay áp suất giảm, Hình 3-18 Bơm cánh gạt chất lỏng qua ống hút vào bơm Khi 1- Vỏ bơm, 2- Rôto, 3- Cánh gạt, 4- Lò cánh gạt di chuyển từ mặt cắt C đến B làm xo, 5- ống đẩy, 6- ống hút giảm thể tích chứa chất lỏng hay áp suất tăng đẩy chất lỏng vào ống đẩy Muốn bơm có lưu lượng đều, dao động, số cánh gạt thường có từ ÷ 12 cánh Bơm cánh gạt thường làm việc với áp suất 16 ÷ 25 Mpa, số vòng 800 ÷ 3000 vg/ph công suất khoảng 35 ÷ 45 kW, hiệu suất 0,8 ÷ 0,93 Lưu lượng bơm cánh gạt Q, xác định sau: 64 Q = π n.b.(r s2 - r 2r ); l/ph đó: n - tốc độ quay rôto, vg/ph; b - chiều rộng cánh gạt, dm; rs, rr- bán kính stato (vỏ bơm) rôto, dm; rs = D , rr = D − e; D - đường kính vỏ bơm, dm; e - khoảng lệch tâm rôto stato, dm 3.3.3 Ưu nhược điểm bơm thuỷ lực Bơm thuỷ lực, loại bánh răng, píttông cánh gạt, dùng máy xây dựng thường có số ưu nhược điểm sau: cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, làm việc chắn; khả chịu tải lớn; tự động hoá điều khiển tuổi thọ cao Tuy nhiên loại bơm chế tạo phải xác, nên giá thành cao dễ bị rò rỉ chất lỏng 3.4 Máy nén khí Lọc dầu Máy nén Nén thứ cấp khí có tác dụng Làm mát Nén sơ cung cấp khí nén, với áp suất Bình khoảng 0,8 1,5 chứa khí Mpa cho động Làm mát dầu chạy khí Khí nén thiết bị dùng khí nén (búa đóng cọc) cấu Xả cặn điều khiển (phanh ôtô) Máy Hình 3.19 Máy nén khí cánh gạt nén khí có cấu tạo tương tự bơm thuỷ lực loại píttông cánh gạt, làm việc với công suất cao, tới 150 kW suất lớn, khoảng 10 m3/h 65 Máy nén khí, làm việc an toàn, khởi động nhanh, không gây ô nhiễm môi trường cấu tạo cồng kềnh, hiệu suất thấp bị tổn thất đường ống dẫn, nên dùng Bài tập 1.So sánh động xăng diezen, 2kỳ kỳ (cấu tạo, nguyên lý, ưu nhược điểm) 2.Vì nói động điện tử lại tiến động truyền thống? 3.So sánh động điện động đốt (cấu tạo, điều kiện dụng, kinh tế) Các loại bơm bánh răng, bơm pitông, bơm cánh gạt sử dụng để làm gì, cho ví dụ Chú ý đến cấu tạo chung, nguyên lý làm việc sử dụng loại động 66 ... ÷ 0,6 0 ,38 ÷ 10 0 ,38 ÷ 10 - Công suất kW 0,25 ÷ 630 1,6 ÷ 100 0,6 ÷ 1500 0,12 ÷ 30 00 - Hiệu suất - 0,91 ÷ 0,96 0,75 ÷ 0, 93 0,5 ÷ 0,97 0,7 ÷ 0,97 500 ÷ 30 00 500 ÷ 1500 500 ÷ 30 00 500 ÷ 30 00 1:1... 1:10 1:2 ÷ 1:10 1,6 ÷ 2,2 2,2 ÷ 2,5 1,6 ÷ 3, 5 1,6 ÷ 3, 5 - Tốc độ quay - Điều chỉnh tốc độ - Hệ số mômen cực đại vg/ph - ψ max 3. 3 Bơm thuỷ lực 61 3. 3.1 Công dụng phân loại Bơm thuỷ lực dùng nhiều... trình nạp, áp suất nhiệt độ khí nạp xi lanh là: + Pa = 0,08 0,09 MN/m2; Ta = 33 00 38 00K Hành trình nén (hình 3- 3b): xupáp nạp xả đóng, píttông dịch chuyển từ ĐCD 50 lên ĐCT, không khí xi lanh