A. Lý thuyết liờn quan
5.1. Khỏi niệm về động cơ hai kỳ
5.1.1. Động cơ hai kỳ
Qua khảo sỏt hoạt động của động cơ bốn kỳ ta thấy rằng động cơ bốn kỳ chỉ sử dụng một nửa chu trỡnh làm chu trỡnh của động cơ nhiệt (kỳ nộn và kỳ chỏy-sinh cụng), thời gian cũn lại (kỳ nạp và kỳ xả) động cơ làm việc nhƣ một bơm khớ.
Hỡnh 5.1 Động cơ xăng hai kỳ
1.Bugi; 2.Piston; 3.Cửa xả; 4.Cửa nạp; 5.Thanh truyền; 6.Trục khuỷu; 7.Cỏc-te (buồng trục khuỷu; 8.Đƣờng dẫn khớ; 9.Cửa quột; 10.Xi lanh
Động cơ hai kỳ sử dụng triệt để chu trỡnh làm việc hơn động cơ bốn kỳ. Nú thực hiờn một chu trỡnh chỉ trong một vũng quay của trục khuỷu (hai hành trỡnh của piston). Động cơ hai kỳ thực hiện việc thải sản vật chỏy và nạp đầy mụi chất mới vào xilanh (quỏ trỡnh thay đổi mụi chất) đƣợc thực hiện khi piston ở gần ĐCD. Nhƣ vậy,
việc xả sạch khớ đó chỏy ra khỏi xilanh khụng phải do piston đẩy khớ thải ra ngoài mà nhờ khụng khớ hoặc hoà khớ đƣợc nộn với một ỏp suất nhất định. Việc nộn trƣớc khụng khớ hoặc hoà khớ đƣợc thực hiện nhờ bơm khớ quột.
Trong động cơ hai kỳ cú cụng suất nhỏ, ngƣời ta dựng khụng gian của cỏcte và piston làm bơm khớ quột. Trong quỏ trỡnh thay đổi mụi chất, một phần khụng khớ hoặc hoà khớ chƣa chỏy đó cựng khớ xả thoỏt ra ngoài qua đƣờng ống thải gõy tổn thất mụi chất.
5.1.2. Cỏc phƣơng ỏn quột khớ
Động cơ điờzen hai kỳ cú hai phƣơng ỏn quột khớ:
- Quột thẳng: Dựng cỏc van xả hoặc cửa xả nằm phớa trờn
- Quột vũng: Cửa xả đặt ngang cửa quột ở phớa dƣới xilanh đặt song song hoặc đặt lệch tõm.
Hỡnh 5.2 Cỏc phƣơng ỏn quột khớ
a) Quột vũng với cửa khớ đặt ngang theo hƣớng song song b) Quột vũng với cửa khớ đặt ngang theo hƣớng lệch tõm c) Quột thẳng qua xupỏp xả
d) Quột thẳng qua cửa xả dựng piston đối đỉnh 1.Cửa quột; 2.Cửa xả; 3.Piston; 4.Xu pỏp xả
5.2. Động cơ xăng hai kỳ 5.2.1. Sơ đồ cấu tạo
Hỡnh 5.3 Sơ đồ cấu tạo động cơ xăng hai kỳ
1.Cỏc-te; 2.Thanh truyền; 3.Thõn mỏy; 4.Đƣờng quột khớ; 5.Cửa quột; 6.Piston; 7.Xi lanh 8.Nắp mỏy; 9.Bugi; 10.Cửa xả; 11.Ống nạp; 12.Cửa nạp; 13.Trục khuỷu
5.2.2. Nguyờn lý hoạt động
Động cơ xăng hai kỳ thƣờng dựng hộp trục khuỷu làm nhiệm vụ chứa khớ nạp và tạo ỏp suất cho dũng khớ quột.
5.2.2.1. Kỳ 1: Hỳt - nộn
Do cấu tạo đặc biệt của xi lanh, khi piston chuyển động từ ĐCD lờn ĐCT, động cơ thực hiện quỏ trỡnh quột khớ, nạp hoà khớ vào xi lanh và nộn hoà khớ.
Hỡnh 5.4 Kỳ 1: Nạp – Nộn
Ban đầu piston đúng kớn cửa nạp, mở cửa xả và cửa quột; khi piston đi lờn nhƣng chƣa đúng kớn cửa quột thỡ hoà khớ trong hộp trục khuỷu đi qua cửa quột tràn vào khoảng khụng gian trờn đỉnh piston đẩy khớ sút (khớ đó chỏy) ra ngoài. Khi piston
đúng kớn cửa quột thỡ một phần nhỏ hũa khớ và khớ sút theo cửa xả ra ngoài; khi piston đúng kớn cửa xả thỡ hoà khớ bắt đầu bị nộn lại. Ở cuối quỏ trỡnh nộn, hoà khớ bị nộn với ỏp suất và nhiệt độ cao; khi piston lờn gần ĐCT thỡ bugi đỏnh lửa đốt chỏy hoà khớ. Đồng thời khi piston đi lờn, khoảng khụng gian trong hộp trục khuỷu tăng làm ỏp suất giảm thấp hơn ỏp suất khớ trời. Khi piston mở cửa nạp, hoà khớ từ đƣờng ống nạp sẽ đƣợc nạp đầy vào hộp trục khuỷu.
5.2.2.2. Kỳ 2: Nổ –xả
Khi hũa khớ bị đốt chỏy làm ỏp suất khớ trong xi lanh tăng cao đẩy piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD thực hiện quỏ trỡnh chỏy, gión nở, sinh cụng, xả và quột khớ. Ban đầu khi piston ở ĐCT, khớ chỏy tạo ra ỏp suất cao đẩy piston chuyển động xuống dƣới thực hiện quỏ trỡnh sinh cụng và nộn hỗn hợp hoà khớ trong hộp trục khuỷu với một ỏp suất nhất định. Khi piston mở cửa xả, khớ chỏy cú ỏp suất cao thoỏt ra ngoài làm giảm ỏp suất trong xi lanh. Khi piston mở cửa quột, hỗn hợp hoà khớ đi qua cửa quột tràn vào khoảng khụng gian trờn đỉnh piston thực hiện quỏ trỡnh quột khớ đẩy khi chỏy ra ngoài và nạp đầy hỗn hợp khớ - nhiờn liệu vào xi lanh cho đến khi piston xuống ĐCD.
Hỡnh 5.5 Kỳ 2: Chỏy, sinh cụng - xả - quột khớ
Trong động cơ hai kỳ cú một phần hành trỡnh Sn của piston dựng để thực hiện quỏ trỡnh thay khớ nờn thể tớch làm việc thực tế của xi lanh là:
Vh’ = Vh - Vn
Trong đú: Vnlà phần thể tớch tƣơng ứng với hành trỡnh Sn. Tỷ số nộn của động cơ hai kỳ là:
c c h V V V'
5.3. Động cơ diesel
5.3.1. Sơ đồ cấu tạo
Hỡnh 5.6 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của động cơ điờzen hai kỳ
1.Ống xả; 2.Buồng khụng khớ ; 3.Piston; 4.Bộ tăng ỏp; 5.Vũi phun nhiờn liệu
5.3.2. Nguyờn lý hoạt động
5.3.2.1. Kỳ 1
Khi quỏ trỡnh nộn sắp kết thỳc (hỡnh a – piston lờn gần ĐCT) thỡ vũi phun phun nhiờn liệu vào buồng chỏy với ỏp suất rất cao. Lỳc này nhiệt độ của khụng khớ trong xi lanh cao hơn nhiệt độ tự chỏy của nhiờn liệu nờn nhiờn liệu tự bốc chỏy và gión nở, sinh cụng đẩy piston đi xuống thụng qua thanh truyền làm quay trục khuỷu.
Khi piston đi xuống đƣợc hơn một nửa hành trỡnh thỡ cửa xả mở, khớ thải cú ỏp suất cao hơn khớ trời nờn thoỏt ra ngoài (hỡnh b). Piston tiếp tục đi xuống và mở cửa hỳt ở thành xi lanh, lỳc này ỏp suất trong xi lanh đó giảm nhiều nờn bộ tăng ỏp đẩy khụng khớ vào xi lanh đồng thời gúp phần đẩy khớ đó chỏy ra ngoài.
Quỏ trỡnh này bao gồm chỏy, gión nở - xả và quột khớ cũn gọi là quỏ trỡnh thay khớ (hỡnh c)
5.3.2.2. Kỳ 2
Piston đi từ ĐCD lờn ĐCT, quỏ trỡnh nạp khớ vào xi lanh vẫn tiếp tục đến khi piston đúng kớn cửa nạp thỡ quỏ trỡnh nạp kết thỳc. Piston tiếp tục đi lờn và khụng khớ bắt đầu bị nộn lại, ỏp suất và nhiệt độ của khụng khớ trong xi lanh tăng lờn. Khi piston lờn gần ĐCT thỡ vũi phun lại phun nhiờn liệu vào xi lanh, cỏc quỏ trỡnh ở trờn đƣợc lặp lại (hỡnh d)
5.4. So sỏnh ƣu nhƣợc điểm giữa động cơ bốn kỳ và động cơ hai kỳ
- Với cựng kớch thƣớc của xi lanh và số vũng quay của động cơ thỡ cụng suất của động cơ hai kỳ về mặt lý thuyết cú thể lớn gấp hai lần cụng suất của động cơ bốn
kỳdo động cơ hai kỳ sinh cụng trong một vũng quay của trục khuỷu, cũn động cơ bốn kỳ chỉ sinh cụng một lần trong hai vũng quay của trục khuỷu.
Tuy nhiờn trong thực tế, cụng suất của động cơ hai kỳ chỉ bằng 1,6 1,7 lần cụng suất của động cơ bốnkỳ do:
+ Cú phần hành trỡnh tổn thất cho quỏ trỡnh thay khớ ( = 10 – 38%); + Vỡ chất lƣợng thải khớ và thay khớ kộm (nạp khụng đầy, thải khụng sạch) + Cần một phần năng lƣợng cung cấp cho bơm quột khớ
- Động cơ hai kỳ cú mụ-men quay đều hơn động cơ bốn kỳ vỡ cứ mỗi vũng quay của trục khuỷu cú một lần sinh cụng.
- Nhƣợc điểm chớnh của động cơ hai kỳ so với động cơ bốn kỳ là thời gian hay đổi mụi chất ngắn, quỏ trỡnh quột và thải khớ xảy ra đồng thời nờn chất lƣợng quột, thải sản vật chỏy ra khỏi xilanh và nạp mụi chất mới vào xilanh khụng hoàn hảo bằng động cơ bốnkỳ.
- Đối với động cơ xăng hai kỳ, việc dựng hoà khớ (khụng khớ-nhiờn liệu) để quột khớ dẫn đến làm thất thoỏt một phần nhiờn liệu mới làm tăng tiờu hao nhiờn liệu, gõy ụ nhiễm mụi trƣờng. Vỡ vậy động cơ hai kỳ chủ yếu dựng cho động cơ điờzen.
B. Thực hành
- Xỏc kỳ nộn của động cơ qua lỗ bugi
- Xỏc định cỏc kỳ làm việc cũn lại của động cơ
Cõu hỏi ụn tập
1. Trỡnh bày khỏi niệm về động cơ hai kỳ
2. Mụ tả cỏc chi tiết trờn sơ đồ cấu tạo của động cơ
MÃ BÀI
MD 02 06
BÀI 6:
ĐỘNG CƠ NHIỀU XI LANH
THỜI LƢỢNG (GIỜ)
Lí THUYẾT THỰC HÀNH
2 3
MỤC TIấU THỰC HIỆN: Sau khi học xong bài học, sinh viờn cú khả năng:
- Trỡnh bày đỳng khỏi niệm về động cơ đốt trong nhiều xi lanh
- Mụ tả đƣợc kết cấu của trục khuỷu động cơ và lập đƣợc bảng thứ tự làm việc của động cơ đốt trong nhiều xi lanh
- Trỡnh bày đỳng nguyờn lý hoạt động của động cơ đốt trong nhiều xi lanh. - Bảo đảm tuyệt đối an toàn lao động và vệ sinh cụng nghiệp
NỘI DUNG BÀI HỌC:
A. Lý thuyết liờn quan
6.1. Khỏi niệm về động cơ đốt trong nhiều xi lanh
Động cơ đốt trong bốn kỳ nhiều xi lanh là tập hợp của nhiều động cơ một xi lanh. Chu trỡnh làm việc của mỗi xi lanh trong động cơ nhiều xi lanh đƣợc thực hiện sau hai vũng quay trục khuỷu. Cỏc xi lanh (cỏc mỏy) làm việc kế tiếp nhau trong một chu trỡnh cụng tỏc. Sau mỗi chu trỡnh cụng tỏc, mỗi mỏy thực hiện một lần sinh cụng. Cỏc mỏy thực hiện sinh cụng theo một thứ tự nhất định gọi là thứ tự làm việc của động cơ nhiều xi lanh. Hai mỏy làm việc liờn tiếp lệch nhau một gúc quay trục khuỷu tƣơng ứng gọi là gúc lệch cụng tỏc. Gúc lệch cụng tỏc đƣợc tớnh theo cụng thức sau:
i
K
0
180
Trong đú: - là số kỳ của động cơ
i - là số xi lanh của động cơ
6.2. Nguyờn lý hoạt động của động cơ bốnkỳ nhiều xi lanh 6.2.1. Động cơ ba xi lanh 6.2.1. Động cơ ba xi lanh
6.2.1.1. Sơ đồ kết cấu trục khuỷu
Động cơ ba xi lanh đƣợc sử dụng trờn một số loại ụtụ du lịch cú cụng suất nhỏ hoặc mỏy tĩnh tại. Cỏc cổ thanh truyền (cổ biờn) đƣợc bố trớ trong khụng gian: cổ số 1 hƣớng lờn trờn, cổ số 2 hƣớng sang trỏi, cổ số 3 hƣớng sang phải. Gúc độ chộo nhau giữa cỏc cổ là 1200 (gọi là gúc lệch khuỷu). Cứ sau 2 vũng quay của trục khuỷu, mỗi xilanh cú một lần sinh cụng (kỳ nổ)
Động cơ ba xi lanh cú hai thứ tự làm việc: 1-2-3 hoặc 1-3-2
6.2.1.2. Bảng thứ tự làm việc của động cơ Thứ tự làm việc:1-2-3 Gúc lệch cụng tỏc: 0 0 0 240 3 4 . 180 180 i K Bảng thứ tự làm việc: 0 1800 180 3600 360 5400 540 7200 Hỳt Nộn Nổ Xả Nổ Xả Hỳt Nộn Nổ Nộn Nổ Xả Hỳt Nộn 6.2.2. Động cơ bốn xi lanh
6.2.2.1. Sơ đồ kết cấu trục khuỷu
Hỡnh 6.2 Sơ đồ trục khuỷu động cơ bốn xi lanh thẳng hàng
Động cơ bốn xi lanh đƣợc sử dụng khỏ phổ biến trờn cỏc loại ụ tụ cú cụng suất nhỏ và trung bỡnh. Động cơ này cú cỏc cổ thanh truyền nằm trong một mặt phẳng, hai cặp cổ thanh truyền của cỏc mỏy 1 – 4 và 2 –3 tạo với nhau một gúc 1800. Khi động cơ làm việc, cỏc piston trong mỗi cặp mỏy này cựng lờn ĐCT hoặc cựng xuống ĐCD (gọi là cỏc mỏy song hành). Khi cặp piston của cỏc mỏy 1 - 4 lờn ĐCT thỡ cặp piston của cỏc mỏy 3 xuống ĐCD và ngƣợc lại. Trong vũng quay của trục khuỷu mỗi
xi lanh thực hiện đủ cỏc quỏ trỡnh nạp-nộn-nổ-xả và sinh cụng một lần(thực hiện một chu trỡnh cụng tỏc). Việc bố trớ cỏc xilanh làm việc theo những thời điểm khỏc nhau để quỏ trỡnh sinh cụng đƣợc đều đặn trong cả chu trỡnh làm việc. Vỡ vậy trục khuỷu quay ổn địnhhơnso vớiđộng cơ ba xi lanh.
Động cơ bốn xi lanh cú hai thứ tự làm việc: 1-3-4-2 hoặc 1-2-4-3
6.2.2.2. Bảng thứ tự làm việc của động cơ Thứ tự làm việc: 1-3-4-2 Gúc lệch cụng tỏc: 0 0 0 180 4 4 . 180 . 180 i K 0 1800 180 3600 360 5400 540 7200 Mỏy 1 Nổ Xả Hỳt Nộn Mỏy 2 Xả Hỳt Nộn Nổ Mỏy 3 Nộn Nổ Xả Hỳt Mỏy 4 Hỳt Nộn Nổ Xả
6.2.3. Động cơ sỏu xi lanh
6.2.3.1. Sơ đồ kết cấu trục khuỷu
Hỡnh 6.3 Sơ đồ trục khuỷu động cơ sỏu xi lanh một hàng thẳng
Động cơ bốn kỳ, sỏu xi lanh cú cỏc cổ thanh truyền bố trớ trong khụng gian giống nhƣ động cơ ba xi lanh nhƣng số cổ trục và cổ thanh truyền nhiều gấp hai lần. Trục khuỷu cú ba cặp cổ thanh truyền cựng nằm trờn đƣờng thẳng (1-6; 2-5; 3-4) tạo nờn cỏc mỏy song hành, mỗi cặp cổ thanh truyền lệchvới cỏc cặp cổ cũn lại gúc 1200
. Với cỏch sắp xếp nhƣ vậy, cứ sau một vũng quay của trục khuỷu sẽ cú ba xi lanh thực hiện kỳ nổ, sinh cụng. Khi trục khuỷu quay đi một gúc 1200 sẽ cú một xi lanh sinh cụng. Sau một chu trỡnh cụng tỏc (tƣơng ứng với hai vũng quay trục khuỷu thỡ cả sỏu xi lanh đều sinh cụng).
Để động cơ làm việc ổn định, cần sắp xếp thứ tự nổ của cỏc xi lanh hợp lý, cú ba thứ tự làm việc nhƣ sau: 1-5-3-6-2-4; 1-4-2-6-3-5; 1-2-3-6-5-4 6.2.3.2. Bảng thứ tự nổ của động cơ Thứ tự làm việc: 1-5-3-6-2-4 Gúc lệch cụng tỏc: 0 0 120 6 4 . 180 k 0 1800 180 3600 360 5400 540 7200 Mỏy 1 Nổ Xả Hỳt Nộn Mỏy 2 Xả Hỳt Nộn Nổ Xả Mỏy 3 Hỳt Nộn Nổ Xả Hỳt Mỏy 4 Nổ Xả Hỳt Nộn Nổ Mỏy 5 Nộn Nổ Xả Hỳt Nộn Mỏy 6 Hỳt Nộn Nổ Xả 6.2.4. Động cơ tỏm xi lanh chữ V
6.2.4.1. Sơ đồ kết cấu trục khuỷu
Hỡnh 6.4 Sơ đồ động cơ tỏm xi lanh kiểu chữ V
Động cơ tỏm xi lanh thƣờng bố trớ kiểu chữ V, cỏc xilanh đƣợc bố trớ theo hai hàng, mỗi hàng bốn xi lanh. Đƣờng tõm của cỏc xi lanh đi qua đƣờng tõm trục khuỷu và đƣờng tõm của hai dóy xi lanh tạo thành gúc 900hoặc 1200
.
Trục khuỷu động cơ tỏm xi lanh kiểu chữ V cú bốn cổ thanh truyền, mỗi cổ lắp hai thanh truyền của hai xi lanh cựng nằm trong mặt cắt ngang. Cỏc cặp piston lắp trờn cựng một cổ thanh truyền là: 1-5, 2-6, 3-7, 4-8. Để phõn bố đều sự hoạt động của cỏc
xi lanh trong một chu trỡnh làm việc thỡ cỏc cổ thanh truyền đƣợc đặt trong hai mặt phẳng vuụng gúc với nhau. Cỏc cổ thanh truyền của cỏc xilanh làm việc liờn tiếp cỏch nhau một gúc 900. Trong mỗi nhúm xi lanh (bờn phải và trỏi theo hƣớng ụ tụ chạy), cỏc piston chuyển động ngƣợc chiều nhau
Vớ dụ nhúm piston-thanh truyền số 1-5 lắp trờn cổ thanh truyền số 1, khi piston số 1 lờn ĐCT thỡ piston số 5 xuống ĐCD). 6.2.4.2. Bảng thứ tự nổ của động cơ Thứ tự làm việc: 1-5-4-2-6-3-7-8 Gúc lệch cụng tỏc: 0 0 90 8 4 . 180 k 0 1800 180 3600 360 5400 540 7200 Mỏy 1 Nổ Xả Hỳt Nộn Mỏy 2 Hỳt Nộn Nổ Xả Hỳt Mỏy 3 Xả Hỳt Nộn Nổ Xả Mỏy 4 Nộn Nổ Xả Hỳt Mỏy 5 Nộn Nổ Xả Hỳt Nộn Mỏy 6 Hỳt Nộn Nổ Xả Mỏy 7 Xả Hỳt Nộn Nổ Mỏy 8 Nổ Xả Hỳt Nộn Nổ
6.3. So sỏnh động cơ một xilanh và động cơ nhiều xi lanh 6.3.1. Cụng suất và mụ men 6.3.1. Cụng suất và mụ men
Đối với động cơ một xi lanh, trong một chu trỡnh cụng tỏc chỉ cú một lần sinh cụng; cỏc kỳ cũn lại động cơ hoạt động theo quỏn tớnh (tiờu hao cụng suất) đặc biệt là kỳ nộn. Do đú, động cơ một xi lanh sinh ra cụng ở dạng xung tuần hoàn. Muốn phõn bổ lực kộo đồng đều, động cơ phải sử dụng một bỏnh đà cú khối lƣợng lớn nhằm tận dụng quỏn tớnh để giữ cho động cơ quay đều ở tốc độ khụng đổi. Tuy nhiờn việc sử dụng bỏnh đà cú khối lƣợng lớn làm giảm khả năng tăng tốc của ụ tụ
Đối với động cơ nhiều xi lanh, một chu kỳ làm việc (ứng với hai vũng quay trục khuỷu) số lần sinh cụng tƣơng ứng với số xi lanh (số mỏy) của động cơ. Điều kiện để trục khuỷu quay ổn định là sự luõn phiờn cỏc kỳ sinh cụng trong từng xi lanh phải tƣơng ứng 7200/i, với i là số lƣợng xi lanh. Chẳng hạn, với động cơ 4 xi lanh cứ 1800 tớnh theo gúc quay trục khuỷu (1/4 chu kỳ) sẽ cú một kỳ sinh cụng.
Nhƣ vậy, động cơ cú số xi lanh càng nhiều thỡ cụng suất sinh ra càng đều, tốc