Giáo trình Động cơ diesel 1 - Nghề: Khai thác máy tàu thủy
CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI I
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: ĐỘNG CƠ DIESEL 1
NGHỀ: KHAI THÁC MÁY TÀU THỦY
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định................
)
Hải Phòng, năm 2017
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích đào tạo, tham khảo cho giảng
viên và học sinh.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU
Hiện nay cũng như trong tương lai, động cơ Diesel nói chung và động cơ
Diesel tàu thủy nói riêng đã, đang và sẽ được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực kinh tế quốc dân, đặc biệt là nghành giao thông đường thủy.
Động cơ Diesel đã trở thành nguồn động lực chính và phụ cho các tàu biển,
tàu sông, tàu quân sự…
Giáo trình động cơ Diesel1 tàu thủy được biên soạn nhằm đáp ứng cho công
tác giảng dạy, học tập và nghiên cứu cho giảng viên, sinh viên và học viên tham dự
các lớp huấn luyện sỹ quan máy tàu biển của trường CĐHH1 Hải Phòng.
Nội dung giáo trình động cơ Diesel1 trình bày về kết cấu các chi tiết của
động cơ và các hệ thống phục vụ cho động cơ như: hệ thống phân phối khí; hệ
thống nhiên liệu; hệ thống bôi trơn; hệ thống làm mát; hệ thống khởi động và đảo
chiều…
Do trình độ chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, nên giáo
trình còn nhiều thiếu sót và chưa đáp ứng đầy đủ. Rất mong được sự đóng góp của
khoa và nhà trường để giáo trình hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng, ngày 28 tháng 9 năm 2017
Tham gia biên soạn
Chủ biên: Ks, Mtr. Quyền Đình Hiến
MỤC LỤC
TT
1
2
3
4
Nội dung
Trang
Lời nói đầu
Mục lục
1
2
4
5
Danh mục ký hiệu, bảng biểu, chữ viết tắt
Danh mục hình vẽ, đồ thị
5
Nội dung
7
7
7
8
9
Chương 1: Khái niệm chung
1. Khái niệm và phân loại động cơ Diesel
1.1. Khái niệm về động cơ Diesel
1.2. Phân loại động cơ Diesel
2. Khái niệm về cơ cấu và các chi tiết cơ bản của động cơ
Diesel
2.1. Cấu trúc của cơ cấu
9
2.2. Các chi tiết cơ bản của động cơ Diesel
3. Các định nghĩa và quy ước cơ bản của Diesel
Chương 2: Động cơ Diesel 4 kỳ
1. Cấu tạo cơ bản của động cơ Diesel 4 kỳ
1.1. Cấu tạo cơ bản của động cơ
1.2. Đồ thị công
2. Nguyên lý hoạt động của động cơ
2.1. Hành trình nạp
2.2. Hành trình nén
10
11
13
13
13
14
14
14
16
16
17
18
19
19
19
20
20
20
21
22
22
24
24
24
24
25
25
25
27
2.3. Hành trình cháy, giãn nở và sinh công
2.4. Hành trình xả
3. Đồ thị tròn
Chương 3: Động cơ Diesel 2 kỳ
1. Cấu tạo cơ bản của động cơ Diesel 2 kỳ
1.1. Cấu tạo cơ bản của động cơ
1.2. Đồ thị công
2. Nguyên lý hoạt động của động cơ
2.1. Hành trình thứ nhất (Hành trình cháy và giãn nở)
2.2. Hành trình thứ hai (Hành trình nén)
3. Đồ thị tròn phân phối khí
4. So sánh động cơ Diesel 2 kỳ và 4 kỳ
Chương 4: Kết cấu động cơ Diesel
1. Khái niệm và phân loại ma sát
1.1. Khái niệm
1.2. Phân loại ma sát
1.3. Nguyên nhân gây nên ma sát
2. Phần tĩnh
2.1. Nắp xi lanh
2.2. Thân xy lanh
1
2.3. Sơ mi xi lanh
2.4. Chân động cơ
2.5. Bệ động cơ
2.6. Ổ đỡ trục khuỷu
28
33
35
36
39
39
40
43
45
47
51
56
56
56
57
60
62
64
65
69
69
70
71
72
74
76
76
77
78
79
79
79
81
82
83
88
93
3. Phần động
3.1. Các dạng chuyển động cơ bản và chuyển động song phẳng
3.2. Piston
3.3. Chốt piston
3.4. Xéc măng
3.5. Thanh truyền
3.6. Trục khuỷu và ổ đỡ trục
Chương 5: Các hệ thống phục vụ động cơ Diesel
1. Hệ thống phân phối khí
1.1. Hệ thống phân phối khí động cơ 4 kỳ
1.2. Xu páp
1.3. Trục cam
1.4. Các phương pháp truyền động từ trục khuỷu đến trục cam
1.5. Các phương pháp truyền động từ trục cam đến xu páp
1.6. Hệ thống phân phối khí động cơ 2 kỳ
2. Hệ thống nhiên liệu
2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu
2.2. Hệ thống nhiên liệu nhẹ
2.3. Hệ thống nhiên liệu nặng
2.4. Bơm cao áp
2.5. Vòi phun
3. Hệ thống bôi trơn
3.1. Nhiệm vụ, yêu cầu đối với hệ thống bôi trơn
3.2. Hệ thống bôi trơn các te ướt
3.3. Hệ thống bôi trơn các te khô
4. Hệ thống làm mát
4.1. Nhiệm vụ, yêu cầu đối với hệ thống làm mát
4.2. Hệ thống làm mát trực tiếp
4.3. Hệ thống làm mát gián tiếp
5. Hệ thống khởi động, đảo chiều
5.1. Hệ thống khởi động động cơ Diesel
5.2. Hệ thống đảo chiều
6
Tài liệu tham khảo
2
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Stt
1
Tên chữ viết tắt
ĐCT- Điểm chết trên
2
3
4
5
ĐCD- Điểm chết dưới
Btd- Bậc tự do
BCA- Bơm cao áp
Đ/c- Động cơ
6
SH- Sinh hàn
7
3
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Stt
Tên hình vẽ, đồ thị
Trang
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Hình 2.1. Cấu tạo động cơ Diesel 4 kỳ
Hình 2.2. Đồ thị công động cơ Diesel 4 kỳ
13
14
15
18
19
20
21
22
25
26
26
28
29
29
30
31
31
31
32
34
34
34
35
36
38
38
41
42
43
44
45
46
47
47
49
50
50
52
53
54
Hình 2.3. Sơ đồ công tác của động cơ Diesel 4 kỳ
Hình 2.4. Đồ thị tròn phân phối khí của động cơ Diesel 4 kỳ
Hình 3.1. Cấu tạo cơ bản của động cơ Diesel 2 kỳ
Hình 3.2. Đồ thị công động cơ Diesel 2 kỳ
Hình 3.3. Sơ đồ công tác của động cơ Diesel 2 kỳ
Hình 3.4. Đồ thị tròn phân phối khí của động cơ Diesel 2 kỳ
Hình 4.1. Bộ phận tĩnh của động cơ Diesel
10 Hình 4.2. Nắp xi lanh của động cơ Diesel 4 kỳ
11 Hình 4.3. Nắp xi lanh của động cơ Diesel 2 kỳ
12 Hình 4.4. Kết cấu thân xi lanh
13 Hình 4.5. Các kiểu sơ mi xi lanh
14 Hình 4.6. Kết sơ mi xi lanh động cơ Diesel 2 kỳ
15 Hình 4.7. Các phương pháp lắp gioăng kín hơi
16 Hình 4.8. Các phương pháp làm kín nước
17 Hình 4.9a. Phương pháp dẫn nước làm mát dùng đường khoan
18 Hình 4.9b. Phương pháp dẫn nước làm mát dùng ống lắp ngoài
19 Hình 4.10. Bôi trơn sơ mi xi lanh kiểu áp lực cao
20 Hình 4.11. Chân máy chữ A dùng cho động cơ Diesel lớn
21 Hình 4.12. Chân máy chữ A đúc rời
22 Hình 4.13. Chân máy và bệ máy động cơ chữ V
23 Hình 4.14. Bệ máy có gu giông
24 Hình 4.15. Bệ máy động cơ Diesel lớn
25 Hình 4.16. Bệ đỡ trục khuỷu
26 Hình 4.17. Gối đỡ trục khuỷu
27 Hình 4.18. Kết cấu piston động cơ Diesel 4 kỳ
28 Hình 4.19. Các kiểu đỉnh piston
29 Hình 4.20. Các kiểu lắp ghép chốt piston
30 Hình 4.21. Các kiểu vòng hãm chốt piston
31 Hình 4.22. Các kiểu chốt piston
32 Hình 4.23a. Các kiểu mặt cắt xéc măng hơi đông cơ Diesel
33 Hình 4.23b. Các kiểu mặt cắt xéc măng dầu đông cơ Diesel
34 Hình 4.23c. Mối cắt xéc măng hơi đông cơ Diesel
35 Hình 4.24a. Thanh truyền đầu to liền với thân
36 Hình 4.24b. Thanh truyền đầu to rới với thân
37 Hình 4.24c. Mặt cắt ngang thân thanh truyền
38 Hình 4.25. Kết cấu trục khuỷu động cơ Diesel
39 Hình 4.26. Các kiểu đường dẫn dâu bôi trơn cho trục khuỷu
40 Hình 4.27. Các kiểu tay quay động cơ Diesel
4
41 Hình 5.1. Sơ đồ hệ thống phân phối khí động cơ Diesel 4 kỳ
42 Hình 5.2a. Xu páp không có hộp
43 Hình 5.2b. Xu páp có hộp
56
58
58
58
59
61
62
44 Hình 5.3. Cấu tạo nấm xu páp
45 Hình 5.4. Các phương pháp nối cán xu páp với lò xo
46 Hình 5.5. Sơ đồ trục cam phân phối khí và hệ thống truyền động
47 Hình 5.6. Sơ đồ hệ thống truyền động từ trục khuỷu đến trục cam
bằng bánh răng trụ
48 Hình 5.7. Sơ đồ hệ thống truyền động từ trục khuỷu đến trục cam
bằng xích
49 Hình 5.8. Sơ đồ hệ thống truyền động từ trục khuỷu đến trục cam
bằng bánh răng côn và trục
63
64
50 Hình 5.9. Sơ đồ quét khí cong đơn
65
66
67
67
68
70
72
73
74
76
77
78
80
81
84
86
51 Hình 5.10. Sơ đồ quét khí cong có đường quét khí phụ
52 Hình 5.11. Sơ đồ quét khí cong một bên
53 Hình 5.12. Sơ đồ quét khí thẳng qua xu páp
54 Hình 5.13. Sơ đồ quét khí thẳng dùng cho đông cơ piston đối đỉnh
55 Hình 5.14. Hệ thống nhiên liệu nhẹ
56 Hình 5.15. Hệ thống nhiên liệu nặng
57 Hình 5.16. Kết cấu BCA piston rãnh xéo
58 Hình 5.17. Kết cấu các dạng piston BCA
59 Hình 5.18. Vòi phun nhiên liệu kiểu kín
60 Hình 5.19. Sơ đồ hệ thống bôi trỏn các te ướt
61 Hình 5.20. Sơ đồ hệ thống bôi trỏn các te khô
62 Hình 5.21. Sơ đồ hệ thống làm mát hở
63 Hình 5.22. Sơ đồ hệ thống làm mát kín
64 Hình 5.23. Sơ đồ điều kiện khởi động động cơ Diesel bằng khí nén
65 Hình 5.24. Hệ thống khởi động bằng khí nén do cam khống chế
đương khí phụ
66 Hình 5.25. Hệ thống khởi động bằng khí nén do cam khống chế
đương khí chính
87
67 Hình 5.26. Hệ thống khởi động bằng điện
68 Hình 5.27. Hệ thống đảo chiều bằng 2 cam, dịch chuyển trục cam
bằng thủy lực
88
89
69 Hình 5.28. Hệ thống đảo chiều động cơ dùng một cam
70 Hình 5.29. Hệ thống đảo chiều động cơ bằng hộp số
90
91
5
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC
Tên môn học: Động cơ Diesel 1
Mã môn học: MĐ.6840111.14
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:
- Vị trí: Môn học được thực hiện sau khi học xong các môn học: Vẽ kỹ thuật,
Nhiệt kỹ thuật
- Tính chất: Động cơ Diesel 1 là môn học chuyên môn rất quan trọng thuộc
các môn học, mô đun đào tạo học sinh, sinh viên nghành khai thác máy tàu biển.
- Ý nghĩa và vai trò: Môn học này cung cấp cho sinh viên các kiến thức về
nguyên lý làm việc của động cơ Diesel, cấu tạo các bộ phận cơ bản của động cơ
Diesel, sơ đồ và nguyên lý làm việc của các hệ thống phục vụ cho động cơ Diesel.
Mục tiêu môn học:
- Về kiến thức: trình bày được nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel, cấu
tạo của các bộ phận chính của động cơ và nguyên lý hoạt động của các hệ thống
phục vụ động cơ
- Về kỹ năng: Xác định được vị trí, phương pháp lắp đặt, đặc điểm cấu tạo
của các bộ phận chính động cơ và các hệ thống phục vụ động cơ trong thực tế.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Hình thành và rèn luyện ý thức tổ chức
kỷ luật, lòng yêu nghề và không ngừng học hỏi, cập nhật kiến thức mới.
Nội dung của môn học:
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG
Mã chương: MH.6840111.14.01
Giới thiệu: Chương khái niệm chung giới thiệu cho người đọc hiểu về khái niệm,
phân loại, các định nghĩa và quy ước của động cơ Diesel.
Mục tiêu:
- Về kiến thức: Trình bày được khái niệm, phân loại, các định nghĩa và quy
ước của động cơ Diesel.
- Về kỹ năng: Áp dụng để phân biệt được các loại động cơ Diesel tàu thủy.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn thận, nghiêm túc,
chủ động, làm việc tập trung và có ý thức bảo vệ con người, thiết bị cꢀng như môi
trường.
Nội dung chính:
1. Khái niệm và phân loại động cơ Diesel
1.1. Khái niệm về động cơ
- Động cơ là thiết bị dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác nhau thành cơ
năng.
6
- Động cơ nhiệt là động cơ dùng để biết đổi nhiệt năng thành cơ năng: Động cơ
nhiệt bao gồm động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài.
- Động cơ đốt ngoài là động cơ nhiệt có quá trình biến đổi nhiệt năng thành cơ
năng thực hiện bên ngoài động cơ. (Ví dụ: máy hơi nước kiểu piston, tua bin hơi
nước...).
- Động cơ đốt trong là động cơ nhiệt mà quá trình chuyển hóa từ nhiệt năng
của môi chát công tác thành cơ năng được thực hiện trong động cơ.
- Động cơ Diesel là động cơ đốt trong kiểu piston, mà quá trình cháy của hỗn
hợp nhiên liệu và không khí trong xi lanh động cơ là tự bốc cháy.
- Động cơ Diesel bốn kỳ là động cơ Diesel thực hiện một chu trình công tác
cần bốn hành trình của piston tương ứng với hai vòng quay của trục khuỷu.
- Động cơ Diesel hai kỳ là động cơ Diesel thực hiện một chu trình công tác
cần hai hành trình của piston tương ứng với một vòng quay của trục khuỷu.
1.2. Phân loại động cơ Diesel
1.2.1. Dựa vào cách thực hiện chu trình công các
- Động cơ Diesel 4 kỳ;
- Động cơ Diesel 2 kỳ.
1.2.2. Dựa vào loại nhiên liệu dùng cho động cơ
- Động cơ Diesel sử dụng nhiên liệu nhẹ;
- Động cơ Diesel sử dụng nhiện liệu nặng.
1.2.3. Dựa vào kết cấu buồng cháy
- Buồng cháy thống nhất: Sử dụng cho động cơ có công suất vừa và lớn;
- Buộng cháy phân cách: Sử dụng cho động cơ có công suất nhỏ.
1.2.4. Dựa vào phương pháp nạp khí vào xi lanh
- Động cơ Diesel tăng áp: Không khí nạp vào xi lanh có áp suất bằng áp
suất môi trường;
- Động cơ Diesel không tăng áp: Không khí nạp vào xi lanh có áp suất cao
hơn áp suất môi trường nhờ máy nén tăng áp dẫn động bằng cơ giới hoặc tua bin
khí thải.
1.2.5. Dựa vào cấu tạo động cơ
- Động cơ Diesel 1 hoặc nhiều xi lanh ;
- Động cơ Diesel 1 hàng thẳng đứng ;
7
- Động cơ Diesel 2 hàng kiểu chữ V ;
- Động cơ Diesel hình sao, hình chữ H, hình chữ w ;
- Động cơ Diesel có Piston đối đỉnh.
1.2.6. Dựa vào khả năng thay đổi chiều quay trục khuỷu
- Động cơ Diesel quay 1 chiều ;
- Động cơ Diesel quay 2 chiều.
1.2.7. Dựa vào tốc độ quay của động cơ
- Động cơ Diesel thấp tốc n < 200 vg/p ;
- Động cơ Diesel trung tốc 200 < n < 1000 vg/p ;
- Động cơ Diesel cao tốc n > 1000 vg/ p.
1.2.8. Dựa vào công dụng của động cơ
- Động cơ Diesel chính ;
- Động cơ Diesel phụ.
1.2.9. Dựa vào kích thước S/D
- Động cơ Diesel hành trình ngắn S/D = 1.0- 1.5 ;
- Động cơ Diesel hành trình dài S/D = 2.5- 3.0 ;
- Động cơ Diesel hành trình siêu dài S/D > 3.0.
2. Cấu trúc của cơ cấu và các chi tiết cơ bản của động cơ Diesel
2.1. Cấu trúc của cơ cấu
2.1.1. Định nghĩa và khái niện cơ bản
- Chi tiết máy: Máy hay cơ cấu có thể tháo rời thành nhiều bộ phận khác
nhau, bộ phận không thể tháo rời ra được nữa goi là chi tiết.
- Khâu: Trong cơ cấu và máy, toàn bộ những bộ phận có thể chuyển động
tương đối so với bộ phận khác gọi là khâu.
2.1.2. Thành phần khớp động và khớp động
- Bậc tự do của khâu:
+ Một khả năng chuyển động độc lập đối với 1 hệ qui chiếu có 1 btd
+ Giữa 2 khâu trong mặt phẳng có 3 btd: Tx, Ty, Tz
+ Giữa 2 khâu trong không gian có 6 btd: Tx, Ty, Tz, Qx, Qy, Qz
8
- Nối dộng: Để tạo thành cơ cấu, các khâu không thể rời nhau mà phải liên kết
với nhau theo một qui cách xác định nào đó, sao cho khi nối với nhau các khâu vẫn
có khả năng chuyển động tương đối với nhau tạo nên nối động giữa các khâu.
- Khi nối động, các khâu sẽ có thành phần tiếp xúc với nhau. Toàn bộ chỗ tiếp
xúc giữa 2 khâu gọi là một thành phần khớp động.
- Hai thành phần khớp động trong một mối ghép nối động 2 khâu hình thành
nên 1 khớp động.
2.1.3. Phân loại khớp động
- Theo số btd bị hạn chế : Khớp động loại k hạn chế k btd hay có k ràng
buộc.
- Theo đặc điểm tiếp xúc:
+ Khớp cao: thành phần khớp động là điểm hay đường.
+ Khớp thấp: Thành phần khớp động là mặt.
2.1.4. Lược đồ
- Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, các khớp được biểu diễn trên những
hình vẽ bằng những lược đồ qui ước.
- Các khâu được thể hiện qua các lược đồ đơn giản gọi là lược đồ khâu.
- Trên lược đồ khâu phải thể hiện đầy đủ các khớp chuyển động, các kích
thước có ảnh hưởng đến chuyển động của khâu và chuyển động của cơ cấu.
2.2. Các bộ phận cơ bản và các hệ thống phục vụ động cơ Diesel
Cấu tạo của động cơ Diesel gồm những bộ phận chính như sau:
2.2.1. Bộ phận động
Gồm có piston nối với chốt piston (còn gọi là ắc), chốt piston nối với thanh
truyền (còn gọi là biên), thanh truyền nối với tay quay (còn gọi là cổ biên), tay
quay nôí với cổ trục khuỷu, trên trục khuỷu có lắp bánh răng truyền động, bánh
răng truyền động trục khuỷu ăn khớp với bánh răng trung gian, bánh răng trung
gian ăn khớp với bánh răng trục cam.
2.2.2 .Bộ phận tĩnh
Gồm có bệ máy (còn gọi là cácte), chân máy, thân xi lanh (Thân động cơ),
sơ mi xi lanh, nắp xi lanh và nắp đậy trên cùng gọi là nắp chụp.
2.2.3. Các hệ thống phục vụ cho động cơ Diesel
a) Hệ thống phân phối khí
9
Gồm có cam và trục cam, cần đẩy, đꢀa, đòn gánh, xu páp, lò xo xu páp. Xu
páp mở ra dưới tác dụng của phần lồi trên cam và đóng lại do lò xo giãn ra.
b) Hệ thống cung cấp nhiên liệu
Dùng để chuẩn bị nhiên liệu và cung cấp nhiên liệu vào xi lanh đúng thời
điểm với lượng xác định. Hệ thống nhiên liệu gồm có bơm chuyển nhiên liệu đưa
nhiên liệu từ két qua bầu lọc, rồi vào bơm cao áp. Bơm cao áp dưới tác dụng của
cam nhiên liệu, bơm nhiên liệu qua đường ống cao áp vào vòi phun, rồi phun vào
xi lanh theo một lượng nhất định phù hợp với phụ tải bên ngoài.
Cam nhiên liệu và cam phân phối khí thường lắp trên cùng một trục gọi là
trục cam.
c) Hệ thống bôi trơn
Để giảm sự mài mòn do ma sát, trong các động cơ Diesel đều có hệ thống bôi
trơn. Dầu nhờn được đựng trong các te, nhờ bơm hút, qua lưới lọc, đến bầu lọc,
qua bầu làm mát, tới các bộ phận có ma sát của động cơ để bôi trơn như: bệ đỡ
trục khuỷu, đầu to, đầu nhỏ thanh truyền, chốt piston, xi lanh, bệ đỡ trục cam, đòn
gánh vv… Sau đó tự động rơi xuống các te.
d) Hệ thống làm mát
Quá trình nhiên liệu cháy trong xi lanh tạo ra nhiệt độ rất cao, có thể lên tới
2000oC, làm giảm nhiều độ cứng kim loại. Vậy muốn giữ được độ cứng kim loại,
ta phải làm mát cho động cơ. Nước làm mát được bơm chuyển vào phần dưới
thành xi lanh, rồi đi dần lên nắp xi lanh, về bầu làm mát (hoặc ra ngoài nếu làm
mát bằng nước ngoài tàu). Ở bầu làm mát, nhiệt độ nước làm mát giảm xuống nhờ
trao đổi nhiệt cho một hệ thống khác và lại qua bơm để bơm đi. Cứ như thế nước
tuần hoàn trong hệ thống.
e) Hệ thống tăng áp
Dùng để tăng công suất của động cơ nhưng kích thước và vòng quay của
động cơ vẫn giữ nguyên.
f) Hệ thống khởi động: Dùng để đưa động cơ từ trạng thái dừng sang trạng
thái làm việc.
g) Hệ thống đảo chiều: Dùng để đảo chiều quay trục khuỷu của động cơ.
3. Các định nghĩa và quy ước cơ bản của Diesel
- Quá trình công tác của động cơ là tổng số tất cả những biến đổi xẩy ra đối
với môi chất công tác trong xi lanh của động cơ cꢀng như trong những hệ thống
gắn liền với xi lanh như hệ thống nạp và hệ thống thải khí.
10
- Chu trình công tác của động cơ là tập hợp những quá trình biến đổi của môi
chất công tác xảy ra trong xi lanh của động cơ trong thời gian của một giai đoạn.
- Kỳ là một phần của chu trình được đánh dấu bằng hai vị trí: Điểm chết trên
(ĐCT) và điểm chết dưới (ĐCD) của piston.
- Điểm chết là điểm tại đó piston dừng để đổi chiều chuyển động.
Điểm chết bao gồm điểm chết trên (ĐCT) và điểm chết dưới (ĐCD).
- Điểm chết trên (ĐCT) là điểm chết mà piston nằm xa đường tâm trục khuỷu
nhất.
- Điểm chết dưới (ĐCD) là điểm chết mà piston nằm gần đường tâm trục
khuỷu nhất.
- Hành trình của piston (S) là khoảng cách giữa hai điểm chết.
- Thể tích buồng đốt (Vc) là không gian bao bởi nắp xi lanh, sơ mi xi lanh và
đỉnh piston khi piston ở ĐCT.
- Thể tích toàn bộ (Va) là không gian bao bởi nắp xi lanh, sơ mi xi lanh và
đỉnh piston khi piston ở ĐCD.
- Thể tích công tác của xi lanh (Vs): là thể tích được tính bằng hiệu số giữa
thể tích lớn nhất của xi lanh và thể tích buồng đốt.
Vs Va Vc
(1-1)
D2
Vs .S
Trong đó:
4
D là đường kính xi lanh (mm); S là hành trình piston (mm).
- Tỷ số nén (Ɛ) của động cơ là tỉ số giữa thể tích lớn nhất của xi lanh và thể
tích buồng đốt.
Va Vc Vs
Vs
Vc
1
Vc
Vc
(1- 2)
CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Khái niệm cơ bản về động cỏ Diesel.
2. Cấu trúc của cơ cấu Diesel.
3. Các định nghĩa và quy ước về động cơ Diesel.
4. Các bộ phận cơ bản và các hệ thống phục vụ động cơ Diesel.
5. Định nghĩa, khái niện cơ bản và các thành phần của cơ cấu.
11
CHƯƠNG 2: ĐỘNG CƠ DIESEL 4 KỲ
Mã chương: MH.6840111.14.02
Giới thiệu: Chương 2 giới thiệu cấu tạo cơ bản và nguyên lý làm việc của động cơ
Diesel 4 kỳ.
Mục tiêu:
- Về kiến thức: Trình bày được cấu tạo cơ bản và nguyên lý làm việc của
động cơ Diesel 4 kỳ.
- Về kỹ năng: Diễn giải được nguyên lý làm việc trên đồ thị công và đồ thị
tròn.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn thận, nghiêm túc,
chủ động, làm việc tập trung và có ý thức bảo vệ con người, thiết bị cꢀng như môi
trường.
Nội dung chính:
1. Cấu tạo cơ bản của động cơ Diesel 4 kỳ
1.1 Cấu tạo cơ bản của động cơ
1
2
3
4
7
8
9
10
11
5
6
12
13
Hình 2.1. Cấu tạo động cơ Diesel 4 kỳ
1. Ống hút 2. Xu páp hút 3. Vòi phun 4. Thân máy
5. Chân máy 6. Bệ máy 7. Ống xả 8. Xu páp xả
9. Nắp xi lanh 10. Piston 11. Chốt piston
12. Thanh truyền (Biên) 13. Trục khuỷu
12
1.2. Đồ thị công
P
z1
z
c
x
c,
b,
d2
d1
b
a
r
Po
r,
V
o
VS
VC
ĐCT
ĐCD
Hình 2.2. Đồ thị công động cơ Diesel 4 kỳ
ra - Hành trình nạp; ac- Hành trình nén;
cb - Hành trình cháy và giãn nở ; br- Hành trình xả
b’- Điểm mở sớm của xu páp xả ; r’- Điểm đóng muộn của
xu páp xả ; d1- Điểm mở sớm của xu páp hút ; d2- Điểm đóng
muộn của xu páp hút ; c’- Điểm phun sớm nhiên liệu ;
Vc- Thể tích buồng đốt ; Vs- Thể tích công tác của xi lanh
ĐCT- Điển chết trên ; ĐCD- Điểm chết dưới
2. Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 4 kỳ
Động cơ Diesel 4 kỳ là loại động cơ khi hoàn thành một chu trình công tác
phải chạy bốn hành trình tức là trục khuỷu phải quay hai vòng, nếu tính theo góc
độ thì trục khuỷu phải quay 720o.
Sau đây ta xét từng hành trình của động cơ Diesel 4 kỳ.
2.1. Hành trình nạp khí (hình 2.3a)
Ở đầu hành trình thứ nhất (Piston ở ĐCT) toàn bộ thể tích buồng nén chứa
đầy sản phẩm cháy còn sót lại của chu trình trước và được gọi là khí sót, điểm đặc
trưng của nó là điểm r trên đồ thị công (hình 2.2), áp suất khí sót gần bằng áp suất
khí trời bên ngoài.
Khi trục khuỷu quay, piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, do thể tích không gian
phía trên piston tăng, nên trong xi lanh hình thành chân không và dưới tác dụng
của hiệu số áp suất ngoài và trong xi lanh, không khí được hút vào xi lanh qua xu
páp nạp, lúc này xu páp thải đóng. Khi piston đến ĐCD xu páp hút đóng chặt lại,
13
kết thúc hành trình nạp khí. Trên đồ thị công hành trình nạp ứng với đoạn đường
cong r r, a.
Trong thực tế xu páp nạp được mở sớm hơn một chút trước khi piston tới
ĐCT (điểm d1 trên đồ thị công), góc ứng với đoạn d1r hay góc 1 trên hình 2.4 goi
là góc mở sớm của xu páp nạp, làm như vậy là để khi piston đến ĐCT thì xu páp
nạp đã mở tương đối lớn, tiết diện lưu thông của xu páp nạp tương đối rộng, do đó
giảm được sức cản và nạp được nhiều không khí mới hơn. Đồng thời xu páp nạp
cꢀng đóng muộn hơn so với ĐCD (điểm d2 trên đồ thị công), góc ứng với đoạn ad2
hay góc 2 trên hình 2.4 là góc đóng muộn của xu páp nạp. Làm như vậy là để lợi
dụng có hiệu quả hiệu số áp suất p0 - pa và quán tính của không khí lưu động trong
ống nạp, để tăng thêm lượng khí nạp mới vào trong xi lanh.
Do đó, quá trình nạp không phải kết thúc ở ĐCD mà ở điểm bắt đầu quá
trình nén thực tế (lúc mà xu páp nạp đóng hoàn toàn), vì vậy thời gian thực tế của
quá trình nạp lớn hơn thời gian của hành trình nạp.
6
7
8
9
5
10
4
2
3
1
11
c)
b)
d)
a)
Hình 2.3. Sơ đồ công tác của động cơ Diesel 4 kỳ
a. Hành trình nạp khí
b. Hành trình nén khí
c. Hành trình cháy và giãn nở
d. Hành trình thải khí
1. Bệ máy; 2. Thân máy; 3. Thanh truyền; 4. Chốt piston;
5. Piston; 6. Xu páp hút; 7. Đường ống hút; 8. Vòi phun;
9. Đường ống xả; 10. Xu páp xả; 11. Tay quay.
14
2.2. Hành trình nén khí (hình 2.3b).
Hai xu páp nạp và thải đều đóng. Piston đi từ ĐCD lên ĐCT, không khí trong
xi lanh bị nén dần lại. Khi piston đến gần ĐCT thì thể tích chỉ bằng 1/16 đến 1/22
thể tích ban đầu. Nói cách khác, tỷ số nén nằm trong phạm vi 16: 1 đến 22:1, nên
áp suất trong xi lanh tăng lên rất cao, có thể lên tới 40 hoặc 50 atmôtphe và nhiệt
độ có thể lên tới 600oC đến 700oC. Với nhiệt độ như thế nhiên liệu phun vào sẽ
cháy ngay (loại nhiên liệu ma dút thường tự cháy ở 360oC đến 450oC dưới áp suát
khí quyển).
Trên đồ thị công (hình 2.2) hành trình nén được thể hiện bằng đoạn ac´c.
Nhưng quá trình nén thực tế chỉ bắt đầu khi các xu páp nạp và thải đóng hoàn
toàn, tức là không khí mới và khí sót trong xi lanh đã hoàn toàn cách ly với môi
trường bên ngoài. Vì vậy, thời gian thực tế của quá trình nén nhỏ hơn thời gian
của hành trình nén.
Ở gần cuối quá trình nén (điểm c’), nhiên liệu được phun vào xi lanh nhờ vòi
phun 5 (hình 2.1) lắp trên nắp xi lanh. Việc phun sớm nhiên liệu vào xi lanh so với
ĐCT là rất cần thiết vì yêu cầu phải có một thời gian để chuẩn bị cho nhiên liệu
cháy tốt (phân bố đều nhiên liệu trong thể tích xi lanh, sấy nóng nhiên liệu tới
nhiệt độ tự bốc cháy trong không khí nén vv…
Đoạn c’c” trên (hình 2.2) tương ứng với góc 3 trên đồ thị tròn (hình 2.4)
được gọi là góc phun sớm.
Thời gian chuẩn bị cho nhiên liệu bốc cháy dài hay ngắn phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố: Tính chất nhiên liệu, chất lượng sương mù hóa khi phun nhiên liệu
vào xi lanh, nhiệt độ và áp suất của không khí nén và sự vận động của không khí
trong xi lanh.
2.3. Hành trình cháy và giãn nở (hình 2.3c):
Hành trình này xẩy ra khi piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, nó gồm quá trình
cháy và quá trình giãn nở. Sau khi kết thúc giai đoạn chuẩn bị cháy, số nhiên liệu
trong xi lanh được cháy nhanh, áp suất tăng lên mãnh liệt và trên đồ thị công được
biểu thị bằng đoạn cz1 (hình 2.2). Sau đó sự cháy tiến hành tương đối đều hơn vì
số nhiên liệu có trong xi lanh được cháy nhanh hơn nhờ nhiệt độ môi chất trong xi
lanh sau khi cháy phần nhiên liệu ban đầu cao hơn làm cho nhiên liệu được sấy
nóng nhanh hơn.
Trên đồ thị công (hình 2.2), giai đoạn cháy đó được biểu thị bằng đoạn z1z
với áp suất không đổi. Quá trình cháy được kết thúc hoàn toàn khi áp suất giảm
(điểm x đồ thị công), và tiếp đó là quá trình giãn nở của sản phẩm cháy. Hiện
tượng cháy kéo dài trên đường giãn nở không ngăn nổi việc giảm áp suất, bởi vì
cường độ toả nhiệt do cháy lúc này đã giảm, còn tốc độ của piston lại tăng lên. Áp
suất trong quá trình cháy và giãn nở truyền trực tiếp cho piston để sinh công có
15
ích, vì vậy, hành trình thứ 3 này còn gọi là hành trình công tác (đường c-z1-z-x-b”
trên đồ thị công).
2.4. Hành trình thải khí (hình 2.3d):
Ở hành trình này piston đi từ ĐCD lên ĐCT và tiến hành đẩy sản vật cháy ra
khỏi xi lanh của động cơ thông qua xu páp thải.
Trước khi kết thúc hành trình thứ 3, xu páp thải đã được mở sớm so với ĐCD
(điểm b’ trên hình 2.2). Góc tương ứng với đoạn b’b” hoặc góc 5 trên đồ thị tròn
(hình 2. 4) gọi là góc mở sớm của xu páp thải. Làm như vậy là để giảm áp suất khí
sót Pr trong xi lanh ở giai đoạn thải khí và do đó giảm được công âm tiêu hao cho
việc đẩy khí thải ra ngoài của piston. Ngoài ra, khi giảm áp suất Pr, lượng khí sót
trong xi lanh cꢀng được giảm vì vậy tăng được lượng khí nạp mới vào xi lanh.
Đồng thời để thải sạch sản phẩm cháy, xu páp thải được đóng muộn hơn so với
ĐCT (điểm r’ trên đồ thị công). Góc ứng với đoạn r r’ hoặc góc 6 trên đồ thị tròn
(hình 2.4) gọi là góc đóng muộn của xu páp thải.
Do có sự mở sớm và đóng muộn của xu páp thải nên thời gian thực tế của
quá trình thải lớn hơn thời gian của hành trình thải.
Trên đồ thị công đoạn d1r được gọi là thời kỳ trùng điệp của xu páp nạp và
xu páp thải, là thời kỳ mà cả hai xu páp nạp và thải đều mở. Góc 1 + 6 (hình2.4)
gọi là góc mở trùng điệp của hai xu páp.
Qua phân tích, nghiên cứu ở trên ta có thể rút ra một số kết luận về chu trình
công tác của động cơ Diesel 4 kỳ:
Toàn bộ chu trình công tác được thực hiện trong hai vòng quay của trục
khuỷu.
Trong bốn hành trình của động cơ chỉ có duy nhất một hành trình cháy và
giản nở là sinh công, còn ba hành trình nạp, nén và thải khí là sự chuẩn bị và được
thực hiện nhờ động năng của khối lượng vận động quay (trục khuỷu, bánh đà) và
nhờ công của các xi lanh khác.
Thời điểm mở và đóng các xu páp nạp và thải cꢀng như thời điểm phun nhiên
liệu hoặc đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu không trùng với các ĐCT và
ĐCD của piston, đựơc gọi là thời điểm phối khí, thể hiện rõ trên đồ thị tròn phối
khí.
Việc lựa chọn các góc phân phối khí đúng hay sai có ảnh hưởng rất nhiều
đến công suất và tính kinh tế của động cơ, thông thường các góc phân phối khí này
được xác định bằng thực nghiệm. Về góc phân phối khí, có thể tham khảo thêm ở
bảng1 cho một số động cơ Diesel 4 kỳ.
16
3. Đồ thị tròn
§CT
6
4
°
20-50
§CD
Hình 2.4. Đồ thị tròn phân phối khí
của động cơ Diesel 4 kỳ
1 - Góc mở sớm xu páp nạp
2 - Góc đóng muộn xu páp nạp
1-2 - Toàn bộ góc mở của xu páp nạp
2-3 - Góc ứng với quá trình nén.
3 - Góc phun sớm.
3-4 - Góc ứng với quá trình cháy và quá trình giãn nở.
5 - Góc mở sớm xu páp thải
6 - Góc đóng muộn xu páp thải
5-6 - Toàn bộ góc mở của xu páp thải
CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Vẽ sơ đồ cấu tạo động cơ Diesel 4 kỳ, trình bày các định nghĩa và quy ước về
động cơ.
2. Vẽ sơ đồ nguyên lý và trình bày nguyên lý làm việc của động cơ Diesel 4 kỳ.
3. Vẽ đồ thị công và trình bày nguyên lý làm việc của động cơ Diesel 4 kỳ.
4. Vẽ đồ thị tròn và trình bày nguyên lý làm việc của động cơ Diesel 4 kỳ.
17
Tải về để xem bản đầy đủ
95 trang
27525
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Động cơ diesel 1 - Nghề: Khai thác máy tàu thủy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_dong_co_diesel_1_nghe_khai_thac_may_tau_thuy.pdf
