Đang tải... (xem toàn văn)
Bài thuyết trình Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh động cơ trình bày về quá trình thay đổi khí trong động cơ hai kỳ để đảm bảo được sự hoạt động tốt thì cần phải tìm hiểu cụ thể chức năng nhiệm vụ và cấu tạo của động cơ từ đó rút ra cánh hoạt động để làm cho động cơ chạy một cách tốt nhất. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài thuyết trình để nắm bắt đầy đủ nội dung chi tiết.
ĐẶT VẤN ĐỀ NHIỆM VỤ CỦA QUÁ TRÌNH : Q trình thay đổi khí có nhiệm vụ là làm cho q trình cơng tác trong động cơ, “Thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc khơng khí mới vào xilanh động cơ”. U CẦU LÀM VIỆC: Hệ thống phải làm việc êm dịu, tin cậy, cơng chi phí thấp Đảm bảo thải sạch và nạp đầy Các xupap phải kín khít, tránh để lọt khí trong q trình nén và giản nở, độ mở phải lớn để dòng khí dễ lưu thơng Các xupap phải đóng mở phải đúng thời điểm quy định ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC : Trong q trình làm việc, mặt nấm xupap chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt rất lớn Lực khí thể tác dụng trên diện tích mặt nấm xupap có thể lên đến 10.000 đến20.000 N, trong động cơ cường hóa và tăng áp, lực này có thể tăng đến 30.000 N.Hơn nữa mặt nấm xupap ln ln va đập mạnh với đế xupap nên rất dễ biến dạng. Do xupap trực tiếp tiêp xúc với khí cháy nên xupap còn phải chịu nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ của xupap thải trong động cơ xăng thường đạt 800850 0C, trong động cơ diezel là 500600 0C. Nhất là trong kỳ thải, nấm và thân xupap phải tiếp xúc với dòng khí thải có nhiệt độ rất cao, vào khoảng 700900 0C đối với động cơ diezel còn ở động cơ xăng thì cao hơn 11001200 0C. hơn nữa tốc độ dòng khí thải rất lớn, mới bắt đầu thải cơ thể đạt được 400600 m/s nên khiến cho xupap nhất là xupap xả thường dễ bị q nóng và bị dòng khí ăn mòn Ngồi ra trong nhiên liệu có lưu huỳnh nên khi cháy tạo axit ăn mòn mặt nấm xupap. Vì vậy vật liệu dùng để chế tạo xupap phải có sức bền cơ học cao, chịu nhiệt tốt, chống được ăn mòn hóa học và hiện tượng xâm thực của dòng khí thải có nhiệt độ cao * ĐỊNH HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRÊN TÌM HIỂU CẤU TẠO HỆ THỐNG TRAO ĐỔI KHÍ TÌM HIỂU HẾ THỐNG QT THẢI VÀ HỆ THỐNG ÁP DỤNG NHIỀU TÌM HIỂU HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC CÁC CỬA QT VÀ THẢI TÌM HIỂU DIỄN BIẾN Q TRÌNH KẾT LUẬN GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ TÌM HIỂU CẤU TẠO HỆ THỐNG TRAO ĐỔI KHÍ : Trong động cơ hai kỳ, q trình và nạp đầy mơi chất mới vào xilanh chỉ chiếm khoảng 1200 đến 1500 góc quay trục khuỷu. Q trình thải trong động cơ hai kỳ chủ yếu dùng khơng khí qt có áp suất lớn hơn áp suất khí trời để đẩy sản vật cháy ra ngồi. Ở q trình này sẽ xảy ra sự hòa trộn giữa khơng khí qt với sản vật cháy, đồng thời cũng có các khu vực chết trong xilanh khơng có khí qt tới. Chất lượng các q trình thải sạch sản vất cháy và nạp đầy mơi chất mới trong động cơ hai kỳ chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống qt thải. Theo hướng vận động của dòng khí qt trong động cơ hai kỳ phân thành hai loại: + Hệ thống trao đổi khí qt vòng : Qt vòng: là hệ thống qt và thải vận hành theo ngun lý dòng khơng khí qt đi đường vòng lúc đầu từ phía dưới men theo thành xilanh đi lên, tới nắp xilanh dòng khí quay đổi chiều 1800 và đi xuống ngược với chiều cũ. Các cửa thải và cửa qt của hệ thống qt vòng đều đặt ở phần dưới của xilanh và việc đóng, mở các cửa này đều do piston đảm nhiệm GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ Qt thẳng: dòng khí qt đi theo đường thẳng từ dưới lên, vì vậy hành trình của nó trong xilanh chỉ bằng một nửa so với qt vòng. Các cơ cấu qt và thải của hệ thống qt thẳng được đặt ở hai đầu xylanh. Điều khiển đóng mở cửa khí là do piston hoặc xupáp dùng trục cam. Ngồi ra hệ thống qt thải của động cơ hai kỳ còn được phân loại như Dựa vào các cửa khí quanh chu vi có: Qt vòng qt. đặt ngang: Các cửa thải của hệ thống này được đặt ngang đối diện với cửa GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ Quét vòng đặt hỗn hợp: Là dạng hỗn hợp của các hệ thống quét vòng đặt ngang, quét vòng đặt một bên, quét vòng đặt xung quanh. Quét vòng đặt xung quanh: Các cửa thải và cửa quét đều được đặt khắp chu vi xylanh của động cơ GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ Qt vòng đặt hỗn hợp: Là dạng hỗn hợp của các hệ thống qt vòng đặt ngang, qt vòng đặt một bên, qt vòng đặt xung quanh Dựa vào chiều cao tương đối giữa cửa thải và cửa qt dọc theo đường tâm xylanh trong hệ thống qt có ba trường hợp sau : Mép cửa thải cao hơn so với cửa qt : GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ Hướng tiếp tuyến : đường tâm của các cửa khí là những đường tiếp tuyến của một vòng tròn có đường kính nhỏ hơn đường xilanh, thường dungc cho cửa qt cảu phương án qt thẳng Hướng lệch tâm :đường tâm của các cửa thải hoặc cửa qt tập trung vào tại một vài điểm lệch tâm so với tâm xilanh nằm bên trong hơặc bên ngồi xi lanh *TÌM HIỂU CÁC HỆ THỐNG QT THẢI THƯỜNG DÙNG + Hệ thống trao đổi khí qt vòng : Dựa vào dòng khí chuyển động trong xylanh, sơ đồ thay đổi khí được phân ra qt thẳng và qt vòng. Với phương án qt vòng, dòng khí chuyển động từ cửa qt lên nắp xylanh, sau đó theo hướng ngược lại từ nắp xylanh xuống cửa xả, các cửa quét và cửa xả người ta phân ra sơ đồ trao đổi khí qt vòng ngang và qt vòng về một phía. + Sơ đồ trao đổi khí qt vòng ngang : Phương án này dùng cho nhiều loại động cơ, các cửa qt a được bố trí đối diện với các cửa xả, được chế tạo có góc nghiêng với trục tâm và đường kính xylanh, chiều cao cửa xả lớn hơn chiều cao cửa qt. Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 7.2: Khi piston đi xuống, đến cuối hành trình giãn nở, các cửa xả mở, từ thời điểm này đến lúc mở cửa qt, sản vật cháy tự do xả ra khỏi xylanh. . Piston tiếp tục đi xuống, và khi đỉnh của nó đi qua mép của cửa qt, khí nạp mới đã được nén tới áp suất lớn hơn áp suất khí quyển tràn vào xylanh qua cửa qt, đẩy phần khí cháy còn lại ra khỏi xylanh động cơ, đồng thời nạp đầy không gian công tác của xylanh. Khi piston đến gần điểm chết dưới, một phần khơng khí thổi trực tiếp từ cửa qt sang cửa xả, vì thế chất lượng làm sạch xylanh kém. Sơ đồ thay đổi khí kiểu này có nhược điểm là : từ lúc đóng cửa qt đến lúc đóng cửa xả thì một phần khơng khí bị rò lọt ra ngồi. Do làm sạch xylanh khơng hồn thiện và tổn thất khí nạp, nên đối với hệ thống thay đổi khí qt vòng ngang, lượng khí sót tăng lên. Ở động cơ 2 kỳ, q trình nén bắt đầu khi kết thúc q trình thay đổi khí. Một phần hành trình khơng tham gia vào q trình nén. Trong q trình tính tốn, phần hành trình tổn thất được đánh giá bằng tỷ số giữa chiều cao các cửa, sau khi đóng các cửa thì q trình nén mới bắt đầu. + Sơ đồ trao đổi khí qt vòng ngang có nạp thêm : Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 7.3 : Các cửa qt và cửa xả được bố trí đối diện nhau, các cửa qt cao hơn các cửa xả. Trong bình chứa của cửa qt có đặt van lá một chiều. Khi piston dịch chuyển về phía dưới đến cuối hành trình giản nở, cửa qt mở sớm hơn cửa xả nhưng khơng có hiện tượng xả sản vật cháy vào bình chứa nhờ các van một chiều đóng cửa qt. Khi piston mở cửa xả thì bắt đầu q trình xả tự do, q trình này diển ra cho đến lúc áp suất khí quyển xả thấp hơn áp suất khí trong bình nén. Tính theo góc quay trục khuỷu, thời gian của thời kỳ này khác nhau phụ thuộc vào tải, tải càng cao thì thời kỳ xả tự do càng dài. Ap suất của sản vật cháy giảm đến giá trị PH, các lá van được mở ra và khơng khí bắt đầu nạp vào xylanh. Từ thời điểm này đến lúc đóng cửa xả, đồng thời diễn ra các q trình qt và xả cưỡng bức. Sơ đồ này có ưu điểm là : +Khơng có thời kỳ tổn thất khí nạp. +Trước thời điểm đóng cửa xả, áp suất trong xylanh gần bằng áp khơng khí tăng áp. Tuy nhiên, bố trí các lá van trước cửa nạp làm kết cấu phức tạp, giảm tính tin Sơ đồ trao đổi khí qt vòng về một phía : Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình: Ở sơ đồ này, các cửa qt và cửa xả được bố trí về một phía, đường ống xả, bình chứa khí qt bố trí về một bên, làm giảm chiều rộng động cơ. Các cửa xả được bố cao hơn các cửa qt. Khi piston dịch chuyển xuống phía dưới, các cửa xả được mở ra, lúc này diễn ra q trình xả tự do. Piston tiếp tục dịch chuyển và mở cửa qt, lúc này diễn ra các q trình qt và xả cưỡng bức cho đến khi đóng cửa qt. Độ nghiêng xuống của các cửa qt và độ lõm của đỉnh piston tạo nên hướng chuyển động của dòng khí về phía đỉnh, sau đó qt dọc lên nắp xylanh và quay trở lại về cửa xả. Như vậy khơng khí nạp qua các cửa qt chuyển động còng theo xylanh. Phần lớn thời gian của thời kỳ này, khơng khí nạp vào xylanh đẩy sản vật cháy ra ngồi. Gần cuối thời kỳ diễn ra sự hòa trộn khơng khí với khí xả và tổn thất qua cửa xả. Trong các động cơ có sơ đồ thay đổi khí qt vòng về một phía, chất lượng làm sạch xylanh tốt hơn ( r = 0,05 0,09 ). Nhưng suất tiêu hao khơng khí qt khơng lớn ( ϕa = 1,6 ). Sau khi đóng các cửa qt, các cửa xả còn mở nên piston dịch chuyển đi lên sẽ gây ra tổn thất khí nạp. Để rút ngắn thời kỳ này, các cửa qt được chế tạo cao dần từ tâm ra ngồi, còn các cửa xả thì ngược lại. Phần tổn thất hành trình đối với sơ đồ này là : s = 0,23 0,26. + Hệ thống trao đổi khí qt thẳng : Dòng khơng khí chuyển động dọc theo tâm xylanh và đẩy sản vật cháy ra ngồi, khơng khí ít hòa trộn với khí cháy. Nhờ trao đổi khí tốt, các động cơ tàu thủy 2 kỳ qt thẳng có hệ số khí sót thấp ( r = 0,05 0,09 ). Dựa vào kết cấu của cơ cấu điều khiển xả, sơ đồ hệ thống thay đổi khí qt thẳng được phân ra : qt thẳng qua xupap và qt thẳng qua cửa. Sơ đồ trao đổi khí qt thẳng qua xupap : . Các cửa qt 2 trong tất cả các trường hợp đều nằm phía dưới lót xylanh và bố trí đều theo chu vi. Nhờ vậy đảm bảo tiết diện lưu thơng khi chiều cao các cửa qt khơng lớn, đồng thời phân bố đều khơng khí theo tiết diện ngang của xylanh. Tất cả các cửa sổ được chế tạo đều nhau về hình dáng và chiều cao. Phân bố các cửa kiểu tiếp tuyến ( hình cắt AA ) đảm bảo xốy dòng khí nạp vào xylanh và chuyển động hình vít từ cửa qt đến cửa xả 1. Vận động xốy kiểu tiếp tuyến của khơng khí được giữ ngun cho đến cuối hành trình nén sẽ tạo điều kiện hòa trộn mơi chất cơng tác tốt. Sản vật cháy từ xylanh xả qua các xupap bố trí ở nắp xylanh. Đối với các đơng cơ khác nhau, số xupap thay đổi từ 1 đến 4. Các xupap được đẫn động bằng trục phối khí thơng qua cơ cấu cam hoặc dẫn động thủy lực. Khi piston dịch chuyển xuống điểm chết dưới, các xupap xả được mở ra trước, từ thời điểm này đến thời điểm mở cửa qt diễn ra xả tự do. Trong thời kỳ mở cửa, diễn ra đồng thời qt xylanh và xả cưỡng bức. Các xupap xả được đóng muộn hơn các cửa qt, nhưng tổn thất khí nạp khơng đáng kể, do đó có thể coi kết thúc q trình trao đổi khí và bắt đầu q trình nén tương ứng với thời điểm đóng các cửa qt. Các động cơ tàu thủy có sơ đồ trao đổi khí qt thẳng qua xupap có tổn thất hành trình là : s = 1,45 1,55. + Sơ đồ trao đổi khí qt thẳng qua cửa : Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 1.8 : Sơ đồ trao đổi khí kiểu này có cửa xả 1 và cửa qt 2 được bố trí ở 2 phía của xylanh. Một piston đóng mở cửa xả, một piston đóng mở cửa qt. Để đảm bảo mở sớm các cửa xả và xả khí tự do thì cơ cấu trục khuỷuthanh truyềnpiston đóng mở cửa xả được đặt sớm hơn 6 12° góc quay trục khuỷu so với cửa qt, theo chiều quay của trục khuỷu. Nhờ vây lúc bắt đầu trao đổi khí, các cửa xả mở sớm hơn các cửa qt, đảm bảo xả tự do. Cuối thời kỳ thay đổi khí, các cửa qt đóng muộn hơn các cửa xả nên có thể nạp thêm. Các cửa được bố trí đều xung quanh lót xy lanh, các cửa qt được bố trí theo hướng tiếp tuyến, đảm bảo vận tốc xốy lốc dòng khí trong xylanh giống như ở sơ đồ thay đổi khí qt thẳng qua xupap. Hệ thống này có nhược điểm là kết cấu phức tạp, ứng suất nhiệt của piston đóng mở cửa xả cao, làm xấu q trình thay đổi khí đối với động cơ tự đảo chiều khi làm việc ở hành trình lùi. Để hướng dòng khí theo hướng xác định khi nạp vào xylanh thì các cửa qt được chế tạo có góc nghiêng với trục và tâm của nó GIẢI QUYẾT VẦN ĐỀ TÌM HIỂU HÌNH DẠNG, KÍCH THƯỚC CÁC CỬA QT VÀ THẢI : Các cửa quét cần có đủ tiết kiệm lưu thong để đưa khơng khí qt vào xi lanh.phương hướng của đường thong trong cửa qt phải giúp khơng khí qt gạt hết sản vật cháy ra ngồi và trong điều kiện có thể phải tạo được chuyển động xốy tiếp tuyến của dòng khí trong xi lanh để hồn thiện hình thành hòa khí và nâng cao chất lượng của động cơ. Một số cửa khí : Thường dùng các cửa qt hình chữ nhật và hình chữ nhật lệch vì với chiều cao và chiều rộng như nhau thì tiết kiệm lưu thơng của các cửa qt hình chữ nhật sữ lớn nhát.Cửa qt hình ơvan khơng có ưu điểm gì nổi bật nên ít dung. Hình tròn được dùng làm cửa qt của động ơ hai kỳ qt thẳng với đường kính khơng lớn nên được xếp thành nhiều hang ( 3 4 hàng) và bố trí khắp quanh chu vi xilanh.các cửa hình tròn thường đặt theo hướng tiếp tuyến (xem hình ), lệch với bán kính trung bình của xilanh một góc α, từ hang dưới đi lên α tăng dần. Cách làm trên đã tạo chuyển động xốy tiếp tuyến của khí qet, cải thiện chất lượng hình thành hòa khí và q trình cháy của động cơ, mặt khác òcn tạo lớp đệm ngăn cách sản phẩm cháy với khí qt.Tuy nhiên khi dung các lỗ tròn nhỏ do tỉ số giữa các chu vi và diện tích tương đối lơn nên dễ kết keo, kết muội than hơn các loại khác Khi chọn kích thước và bố trí các cửa thải thì cần chú ý tăng tổng chiều rộng bằng cách tăng số lượng cửa khí và giảm chiều rộng phần thịt giữa các cửa.Cách làm trên làm cho khí qt được phân bố đều, đồng thời giảm được chiều cao, qua đó tránh khí thải lộn và bình chứa khí qt, tăng chất lượng khí qt Trên cơ sở ngun cứu thực nghiệm sự biến thiên của áp suất trong xy lanh và diện tích lưu thơng của cửa thải f1 và qt fq theo góc quay trục khuỷu b ( hình dưới), người ta chia q trình thải qt khí trong động cơ hai kỳ thành ba thời kỳ sau : 1. Thời kỳ thải tự do, bắt đầu từ lúc mở của thải b ( áp suất trong xy lanh pb) tới lúc khơng khí qt đi vào xilanh thực hiện qt sản vật cháy N (áp suất trong xy lanh N bằng áp suất trung bình suốt thời kỳ quét và thải cưỡng bức). Trong thời kỳ thải tự do áp suất trong xylanh lớn hơn nhiều so với pth (áp suất trung bình trong ống thải) nên dòng khí thải thốt qua cửa thải với tốc độ lớn Từ lúc cảu thải (điểm B ởb) tới lúc mở của qt (điểm H ở h ) với áp suất trong xylanh H gọi là giai đoạn thải sớm ( BH hoặc bh). Trong động cơ cao qua cửa qt qua bình chứa khí qt gây tăng nhiệt độ và làm bẩn khí qt, ngồi ra còn gây ra tổn thất một phần trị số “ thời gian tiết diện” của cửa qt cho số sản vật chấy trên trowr lại xilanh giai đoạn đầu thời kỳ qt khí. Trên thực tế khơng thể tránh hiện tượng trên trong động cơ cao tốc vì muốn vậy phải mở của thải sớm hơn làm giảm hành trình có ích và gây mất một phần cơng suất động cơ. Trong động cơ hai kỳ tàu thủy và tĩnh tại cỡ lớn thường có van một chiều trong cửa qt, đảm bảo ph