Đề tài Đại cương về động cơ đốt trong

Lời nói đầu Để giúp học sinh dễ hiểu về nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của ĐCĐT, mặc dù đã có sách giáo khoa song hình vẽ trong sách giáo khoa trìu tượng và khó hiểu.Vì vậy, tôi đã tìm cách hệ thống lại toàn bộ về nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của ĐCĐT một cách ngắn gọn nhất. Chắc chắn học sinh sẽ dễ hiểu hơn khi kết hợp với sách giáo khoa và tài liệu này. Tôi mong được sự góp ý của anh em trong tổ bộ môn và những người làm công tác kỹ thuật, chắc rằng đề tài sẽ phong phú hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Tác giả Hoàng Thị Thu Huyền Phần I Đại cương về động cơ đốt trong Để hiểu được cấu tạo, nguyên lý làm việc của ĐCĐT, chúng ta phải nắm vững những thuật ngữ thường dùng trong ĐCĐT và từ đó hiểu nguyên lý làm việc của ĐCĐT ( động cơ xăng và động cơ đi ê den, động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ ). I. Những thuật ngữ chính dùng trong ĐCĐT: 1/ Các điểm chết của pít-tông (PT): Là vị trí giới hạn của PT mà ở đó PT đổi hướng chuyển động, gồm hai điểm chết : - Điểm chết trên (ĐCT) :Là điểm chết mà PT cách xa tâm trục khuỷu nhất. - Điểm chết dưới (ĐCD): Là điểm chết mà PT ở gần tâm trục khuỷu nhất. 2/ Hành trình của PT (S ) :Là khoảng cách giữa 2 điểm chết, khi PT đi được một hành trình, trục khuỷu sẽ quay được nửa vòng. Vbc ĐCT S VTP Vh ĐCD 3/ Thể tích buồng cháy (Vbc ) : Là thể tích khoảng không gian giữa nắp xi lanh, thành xi lanh và đỉnh PT khi PT nằm ở ĐCT. 4/ Thể tích toàn phần ( VTP ) : Là thể tích khoảng không gian giữa nắp xi lanh, thành xi lanh và đỉnh PT khi PT nằm ở ĐCD. 5/ Thể tích công tác ( Vh ) : Vh= VTP - Vbc = Trong đó : ( - là đường kính của xi lanh, - Là hành trình của pít-tông ) 6/ Tỉ số nén e : e = 7/Tỉ số nạp h : Là tỉ số giữa lượng không khí (hoặc hỗn hợp) thực tế nạp vào xi-lanh so với lượng không khí (hoặc hỗn hợp) có thể nạp đầy xi-lanh đó. h = Trong đó : VN - Là thể tích không khí ; VH - Là thể tích của xi-lanh . 8/ Chu trình làm việc của động cơ : Là tổng hợp tất cả các quá trình nạp nén nổ xả được diễn ra liên tiếp theo một trình tự nhất định gọi là chu trình làm việc của động cơ. 9/ Kỳ : Là một phần của chu trình , được diễn ra trong thời gian một hành trình của PT hoặc một nửa vòng quay trục khuỷu. 10/ áp lực nén : Là áp lực có được tại buồng cháy khi PT ởĐCT vào cuối kỳ nén. áp lực nén thường từ 6 - 9 kg/ cm3 .( 1at = 1kg/cm2 = 9,81N/m3 ) . II. Chu trình làm việc của động cơ đi ê den 4 kỳ : 1/ Nạp 2/ Nén 3/ Nổ 4/ Xả 1. Hành trình nạp : PT từ ĐCT đến ĐCD , Vxl tăng, Pxl giảm tạo độ chênh áp giữa xi lanh và đường ống nạp . XP nạp mở, XP thải đóng , không khí được nạp vào xi lanh. Cuối kỳ nạp XP nạp được đóng kín. PXL=0,08- 0,09MPa (Mêgapascan ). T0 = 300 - 350C . 2.Hành trình nén : PT từ ĐCD đến ĐCT ,2 XP đều đóng kín, PT nén không khí trong XL làm áp suất và nhiệt độ trong XL tăng nhanh. Cuối kỳ nén, một lượng nhiên liệu được vòi phun phun tơi vào buồng cháy của động cơ. PXL= 4MPa , T0=6590C . 3.Hành trình nổ : Do t0 cháy lớn tạo ra áp suất cao đẩy PT từ ĐCT xuống ĐCD , 2XP vẫn đóng kín. Khi cháy t0 môi chất lên tới 18000C và áp suất P = 8 MPa. Cuối kỳ P = 0,3 - 0,4MPA và t0 = 600- 6500C . 4.Hành trình thải : PT từ ĐCD đến ĐCT, XP thải mở, XP nạp đóng, khí đã cháy qua đó ra ngoài. Cuối kỳ P = 0,11 - 0,12 MPa,t0 = 400-6000C . III. Chu trình làm việc của động cơ xăng 4 kỳ : Tương tự như ĐC Điêden 4kỳ, song có 2 điểm khác sau : Kỳ nạp : Nạp hỗn hợp xăng + K2 cùng lúc vào xi-lanh ( được bộ chế hoà khí chuẩn bị sẵn trên đường ống nạp ). Kỳ nén : Cuối kỳ nén, bu-zi bật tia lửa điện đốt cháy khí hỗn hợp : Nhận xét cho cả 2 động cơ : Trong 4kỳ, chỉ có kỳ thứ 3 là sinh công, còn 3 kỳ kia là những kỳ tiêu thụ công nhờ năng lượng dự trữ của bánh đà. IV. Chu trình làm việc của động cơ xăng 2 kỳ có 3 cửa : 1. Sơ đồ cấu tạo chung : *Chú dẫn: 8 4 1. Trục khuỷu. 3 2.Thanh truyền 3.Pít tông 4.Xi-lanh 7 5 5.Cửa thải 6.Cửa nạp khí hỗn hợp vào hộpTK 2 7.Cửa nạp khí hỗn hợp đã nén ở hộp trục khuỷu vào xi-lanh 8.Bu-zi 1 6 2.Chu trình làm việc : a. Kì I b. Kì II 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sơ đồ nguyên lý động cơ xăng 2 kỳ Khí cháy. Khí bị nén trong hộp trục khuỷu nạp vào XL Khí hỗn hợp nạp vào hộp trục khuỷu. a. Kì I ( Cháy giãn nở ) : PT đi từ ĐCT xuống ĐCD ( nhờ lực khí cháy ) thực hiện việc sinh công. - Khi PT mở cửa 5 khí thải qua đó ra ngoài. - Khi PT đi xuống đóng cửa 6 , khí hỗn hợp ở hộp trục khuỷu bị nén.Vì thế khi cửa 7 mở khí nén tràn vào xi lanh quét khí thải ra ngoài. b. Kì II (Nén ) : PTtừ ĐCD lên ĐCT tiếp tục nạp khí nén vào XL khi cửa 7 còn mở.Thải khí cháy qua cửa 5 ,rồinénkhí hỗn hợp trong XL khi cửa 5 đóng.Đồng thời nạpkhí mới vào hộp trục khuỷu khi cửa 6 mở. Khi PT lên đến ĐCT bu-zi bật tia lửa điện đốt cháy khí hỗn hợp. * Nhận xét : Mặc dù chỉ có 2 hành trình nhưng ĐC xăng 2 kì vẫn đầy đủ các quá trình nạp-nén-nổ-xả. Phần II Cấu tạo của động cơ đốt trong Phần này chúng ta nên lập theo sơ đồ hệ thống các kiến thức để học sinh dễ hiểu và dễ phân biệt.Trước hết,ta trình bày cấu tạo chung của động cơ đốt trong. Động cơ đốt trong 2 cơ cấu 5 hệ thống Hệ thống làm mát Hệ thống cung cấp nhiên liệu Hệ thống đánh lửa Hệ thống khởi động Hệ thống Bôi trơn cơ cấu phân phối khí cơ cấu TK TT I.Cơ cấu trục khuuyủ-thanh truyền. 1/ Nhiệm vụ : -Biến chuyển động thẳng của PT thành chuyển động quay của trục khuỷu và đưa công suất ra ngoài. - Dẫn động các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ (như trục cam của cơ cấu phân phối khí,quạt gió, bơm nước trong hệ thống làm mát... 2/ Điều kiện làm việc : a/ Lực tác dụng : Các lực khí thể quán tính, ma sát luôn biến động về phương chiều và độ lớn Các lực này tác dụng lên PT, thông quaTT tạo ra mô men làm quay trục khuỷu. b/ Môi trường : Xi-lanh, pít-tông, séc-măng luôn luôn tiếp xúc với khícháy gây ăn mòn hoá học Do vậy, tất cả các chi tiết của cơ cấu đều được chế tạo sao cho thích ứng với điều kiện làm việc khắc nghiệt đó. 3/Cấu tạo của cơ cấu : cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền Phần động phần tĩnh Bánh đà Trục khuỷu Thanh truyền Séc măng Nắp máy Pít tông Xi lanh Chốt pít tông Thân máy Là một mâm nặng bằng gang Gồm:Đầu, các khuỷu,đối trọng và đuôi Gồm 2loại: SMkhí và SM dầu Gồm: Đầu to,thân và đầu nhỏ Cấu tạo tuỳ thuộc kiểu ĐC và thân máy Là ống hình trụ bằng thép Gồm 3 phần:Đỉnh,đầu và thân Kết cấu phụ thuộc kiểuĐC, số XL và cách làm mát Có dạng hình trụ tròn II.Cơ cấu phân phối khí 1/ Nhiệm vụ : Đảm bảo sự thay đổi khí trong XL đúng lúc ( nạp khí mới vào XL trong hành trình nạp,thải khí đã cháy ra ngoài trong hành trình thải). 2/ Phân loại : Gồm 3 loại - Kiểu xu-páp treo : Được bố trí trên thân máy,kiểu này được dùng phổ biến. - Kiểu xu-páp đặt : Được bố trí bên hông xi-lanh,dùng cho động cơ có tỉ số nén thấp. - Kiểu không dùng xu-páp : Dùng hệ thống các cửa nạp,thải bố trí trên XL,nhờ pít-tông đóng mở các cửa (động cơ hai kì ). 3/ Cấu tạo của cơ cấu : Cơ cấu phân phối khí Bộ phận trung gian Bộ phận trực tiếp Bộ phận điều khiển ống dẫn hướng Đĩa lò so Lò so xu páp Cần mổ Đòn bẩy Con đội Đũa đẩy Xu páp Trục cam Đầu Các cam Cổ a/ Định nghĩa : PPPK là giai đoạn từ lúc mở xu-páp đến lúc đóng xu-páp tính bằng góc quay trục khuỷu.Thực tế,thời điểm đóng mở của các xu -páp không trùng với các điểm chết. b/ Đồ thị pha phân phối khí : a1 a4 Chú dẫn : q - a1, a2 là góc mở sớm,đóng muộn của xu-páp nạp. 1 - a3 , a4 là góc mở sớm đóng muộn của xu-páp thải. - q là góc đánh lửa sớm ( đối với ĐC xăng) hay góc phun sớm đối với ĐC điêden. III. Hệ thống bôi trơn 1/ Nhiệm vụ : Dẫn dầu bôi trơn đến các bề mặt ma sát của các chi tiết di động bị mài mòn cần được bôi trơn dưới một áp suất nhất định. * Dầu bôi trơn có tác dụng : + Giảm ma sát :Để tránh sự mài mòn giữa các chi tiết ( XL,PT,SM,bạc lótTK,TC...). + Tản nhiệt : Dầu nhờn làm trung gian truyền nhiệt từ nhóm PT ra ngoài, làm mát cho các chi tiết được bôi trơn. + Tăng tuổi thọ cho các chi tiết : Dầu nhờn phủ kín bề mặt kim loại ,chống hiện tượng ô-xi hoá làm han rỉ các chi tiết. + Giữ kín buồng đốt : Dầu bôi trơn lấp các khe hở giữa SM và thành XL,tránh lọt khí xuống các-te. . 2/ Cấu tạo : 11 12 9 10 2 7 13 6 8 5 3 4 1 Chú dẫn : Các-te 5. Bầu lọc li tâm 9.Đường dẫn dầu chính Bơm hút dầu 6.Két làm mát 10.Trục cam Van quá tải 7.Van nhiệt 11.Đồng hồ đo áp suất Que thăm dầu 8.Van xả dầu thừa 12. Trục của đòn bẩy 13.Trục khuỷu IV.Hệ thống làm mát 1/ Nhiệm vụ : Lấy đi phần nhiệt dư thừa của các chi tiết rồi tản ra môi trường xung quanh,đảm bảo cho các chi tiết luôn hoạt động ở nhiệt độ thích hợp. 2/ Phân loại : a. Làm mát bằng gió : - Kiêủ tự nhiên : Thân máy và nắp máy đúc những cánh tản nhiệt. - Kiểu cưỡng bức : Dùng quạt gió. b.Làm mát bằng nước : - Kiểu tự nhiên : Trên thân máy có các khoang chứa nước làm mát. - Kiểucưỡng bức : Dùng bơm nước tạo nước lưu thông trong động cơ. 3/Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm mát bằng nước : Các chi tiết cần làm mát Két nước Bơm nước Van hằng nhiệt t0cao t0thấp V.Hệ thống cung cấp nhiên liệu 1/ Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí trong động cơ xăng : a. Nhiệm vụ :Cung cấp xăng dưới dạng sương mù,đảm bảo nhiên liệu cháy hết và đúng lúc.Cung cấp đủ xăng theo yêu cầu phụ tải của động cơ. * Mức độ đậm nhạt của hỗn hợp phụ thuộc vào tỉ lệ hoà trộn giữa xăng và không khí: + Hỗn hợp chuẩn : Dùng khi ĐC chạy bình thường, tỉ lệ là (1kg xăng tương ứng với 15kg không khí ). + Hỗn hợp đậm : Dùng khi khởi động,tỉ lệ là đ . . + Hỗn hợp hơi đậm : Dùng khi chạy không tải,toàn tải hoặc tăng tốc.Tỉ lệ là +Hỗn hợp nhạt : Dùng khi chạy từ tải vừa đến 85% tải, tỉ lệ là đ . b. Sơ đồ hệ thống : Thùng xăng ống xả Bầu lọc xăng Xi lanh Bộ chế hoà khí Bơm xăng Bầu lọc không khí 2/ Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí trong ĐC điêden. a. Nhiệm vụ : -Trong một thời gian rất ngắn nâng cao ấp suất và phân tán nhiên liệu thành dạng sương mù vào buồng cháy đẻ nhiên liệu cháy tốt. - Cung cấp đủ nhiên liệu theo yêu cầu phụ tải. b. Sơ đồ hệ thống : Đường hồi dầu Đường nhiên liệu thừa Thùng nhiên liệu Bầu lọc tinh Bơm dầu Bơm cao áp Bầu lọc không khí ống xả Vòi phun Xi-lanh VI. Hệ thống đánh lửa 1/ Nhiệm vụ : - Biến dòng hạ thế thành dòng cao thế (dòng hạ thế có điện áp từ 6-24V; dòng cao thế có điện áp từ 15. 000 - 20.000V) để phát sinh ra tia lử điện giữa hai cực của bu-zi vào cuối kỳ nén. - Thay đổi góc đánh lửa sớm phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ 2/ Phân loại : Gồm 3 phương án đánh lửa - Đánh lửa bằng bình điện (ắc-quy) : Sử dụng hầu hết trên ô-tô,xe máy... - Đánh lửa bằng ma nhê tô : Dùng cho xe gắn máy. - Đánh lửa bán dẫn : Còn gọi là đánh lửa không tiếp điểm có độ tin cậy cao. 3/ Sơ đồ chung của hệ thống đánh lửa : Phương án đánh lửa nào cũng có sơ đồ khối như sau : Nguồn điện 6,12,24V Bộ tăng thế 1500 - 20000V Bộ chia điện Bu zi Từ nguồn điện,nhờ bộ đóng cắt bằng má vít bạch kim hoặc đi-ốt điều khiển làm cho từ trường biến thiên sang bộ tăng thế để nâng cao điện áp.Nếu ĐC nhiều xi-lanh thì bộ chia điện sẽ phân phối dòng điện đưa tới các nến điện theo thứ tự làm việc của các xi-lanh. VII.Hệ thống khởi động : 1/ Nhiệm vụ : -Dùng năng lượng bên ngoài để quay ĐC điêden đến tốc độ 200-250vòng/phút và ĐC xăng tới30-60vòng/phút để ĐC thực hiện được các quá trình : nạp,nén.nổ,xả khi khởi độngĐC. - ĐC ô-tô, máy kéo thường khởi động bằng tay, bằng động cơ điện hay bằng một động cơ xăng phụ. 2/ Khởi động bằng tay : - Động cơ xăng cỡ nhỏ : Dùng tay quay, dây thừng quấn quanh bánh đà hoặc bàn đạp để quay trục khuỷu khi khởi động - Động cơ điêden cỡ nhỏ : Muốn khởi động bằng tay phải mở cơ cấu triệt áp, sau đó quay trục khuỷu tới tốc độ200-250vòng/phút thì gạt cắt cơ cấu triệt áp, lúc đó quán tính bánh đà và lực của tay quay sẽ giúp duy trì tốc độ để thực hiện nổ máy. 3/ Khởi động bằng động cơ điện: a. Cấu tạo : Gồm động cơ điện, bánh răng lắp trượt tren rãnh then hoa đầu trục động cơ và vành răng của bánh đà. b. Nguyên tắc hoạt động: Khi ấn nút khởi động,mạch điện của ắc- quy đi tắt không qua điện trở phụ,dòng điện này kéo bánh răng ăn khớp với vành răng và làm quay trục khuỷu động cơ. Khi động cơ đã nổ, mạch điện của ăc-quy bị ngắt và bánh răng lùi về vị trí ban đầu.