Giáo trình Kết cấu động cơ đốt trong - Chương 1: Giới thiệu chung động cơ đốt trong

Nội dung text: Giáo trình Kết cấu động cơ đốt trong - Chương 1: Giới thiệu chung động cơ đốt trong

1. Giôùi thieäu chung ÑCÑT 2 1.2 ÑOÄNG CÔ NHIEÄT: - Ñoäng cô laø moät thieát bò (maùy) thöïc hieän vieäc chuyeån ñoåi baát kyø moät daïng naêng löôïng naøo ñoù sang cô naêng ñeå daãn ñoäng maùy coâng taùc. Caùc daïng naêng löôïng Ñoäng cô Cô naêng (Söùùc gioù, söùc nöôùc, ñieän (daãn ñoäng maùy coâng taùc) naêng, naêng löôïng maët trôøi, hoùa naêng-nhieät naêng, ) - Ñoäng cô nhieät laø moät thieát bò chuyeån ñoåi hoaù naêng do ñoát chaùy (hoaëc oxy hoùa nhieân lieäu) thaønh nhieät naêng vaø bieán nhieät naêng naøy thaønh cô naêng. Ñoát chaùy nhieân lieäu (1) Moâi chaát tích (2) Moâi chaát daõn nôû sinh coâng (hoaù naêng nhieät naêng) naêng löôïng (nhieät naêng cô naêng) Ñoäng cô nhieät laøm vieäc theo 2 quaù trình: (1) Ñoát chaùy nhieân lieäu daïng ñaëc, loûng hoaëc khí ñeå sinh nhieät (2) Moâi chaát coâng taùc thay ñoåi traïng thaùi ñeå sinh coâng - Tuøy thuoäc vaøo hai quaù trình treân xaûy ra ôû ñaâu maø ñoäng cô nhieät ñöôïc chia thaønh ñoäng cô ñoát trong vaø ñoäng cô ñoát ngoaøi. Thaät vaäy:  Ñoäng cô ñoát ngoaøi: Hai quaù trình neâu treân xaûy ra ôû hai nôi. Quaù trình (1) ôû beân ngoaøi ñoäng cô. Nhieân lieäu ñöôïc ñoát chaùy beân ngoaøi ñoäng cô, beân trong moät loø ñoát rieâng. Nhieät sinh ra ñun soâi nöôùc taïo hôi nöôùc coù nhieät ñoä vaø aùp suaát cao. Hôi nöôùc naøy sau ñoù ñöôïc ñöa vaøo trong xy lanh ñoäng cô ñaåy piston chuyeån ñoäng tònh tieán vaø laøm quay truïc khuyûu hoaëc 4 caùnh tuabin (trong tua bin hôi nöôùc).  Ñoäng cô ñoát trong: Hai quaù trình treân xaûy ra cuøng moät nôi. Nhieät naêng ñaït ñöôïc baèng söï ñoát chaùy hoaëc oxi hoùa nhieân lieäu beân trong ñoäng cô. Nhieät naêng tích tröõ trong khí chaùy (saûn vaäy chaùy) coù nhieät ñoä vaø aùp suaát cao ñaåy piston ñi xuoáng (moâi chaát coâng taùc daõn nôû sinh coâng) laøm quay truïc khuyûu cuûa ñoäng cô vaø truyeàn moâmen, hay coâng suaát, ra ngoaøi cho caùc thieát bò coâng taùc.
2. Giôùi thieäu chung ÑCÑT 4 1.3.2 Theo loaïi nhieân lieäu duøng cho ñoäng cô: - Ñoäng cô duøng nhieân lieäu loûng, nheï (xaêng, benzen, daàu hoûa, coàn .). - Ñoäng cô duøng nhieân lieäu loûng, naëng (daàu diesel, daàu maxuùt, gazoâin .). - Ñoäng cô duøng nhieân lieäu khí (khí thieân nhieân, khí hoùa loûng, nhieân lieäu khí neùn). - Ñoäng cô duøng nhieân lieäu khí coäng vôùi nhieân lieäu loûng (phaàn chính laø nhieân lieäu khí, phaàn moài laø nhieân lieäu loûng). - Ñoäng cô ña nhieân lieäu (duøng caùc nhieân lieäu loûng töø nheï ñeán naëng). 1.3.3 Theo phöông phaùp naïp cuûa chu trình coâng taùc: (Hình 1.2) - Ñoäng cô khoâng taêng aùp: quaù trình huùt khoâng khí hoaëc hoøa khí vaøo xy lanh laø do piston huùt tröïc tieáp töø khí trôøi (ñoäng cô boán kyø) hoaëc do khoâng khí queùt ñöôïc neùn tôùi aùp suaát ñuû ñeå thöïc hieän vieäc thay ñoåi moâi chaát vaø naïp ñaày xy lanh (ñoäng cô hai kyø). - Ñoäng cô taêng aùp: khoâng khí hoaëc hoøa khí vaøo xy lanh ñoäng cô coù aùp suaát lôùn hôn aùp suaát khí trôøi, nhôø thieát bò taêng aùp (ñoäng cô boán kyø) hoaëc vieäc queùt xy lanh vaø naïp khoâng khí hoaëc hoøa khí ñöôïc thöïc hieän nhôø khoâng khí coù aùp suaát cao, ñaûm baûo chaúng nhöõng thay ñoåi moâi chaát maø coøn laøm taêng löôïng khí naïp vaøo xy lanh. Thuaät ngöõ “taêng aùp” coù nghóa laø laøm taêng khoái löôïng moâi chaát môùi nhôø naâng cao aùp suaát treân ñöôøng naïp qua ñoù taêng maät ñoä khí naïp. a) Ñoäng cô khoâng taêng aùp b) Ñoäng cô taêng aùp Hình 1.2: Caáu taïo ñoäng cô Diesel (Cummins)
3. Giôùi thieäu chung ÑCÑT 6 - Ñoäng cô ñoát chaùy hoãn hôïp: hoøa khí ñöôïc ñoát chaùy nhôø hai nguoàn nhieät: moät nguoàn do nhieät ñoä moâi chaát cuoái quaù trình neùn (khoâng ñuû töï chaùy) vaø nguoàn khaùc do taùc duïng cuûa thaønh noùng trong buoàng chaùy hoaëc do moài löûa (caàu nhieät). - Ñoäng cô ñoát chaùy toå hôïp (ñoäng cô ga – Diesel): hoøa khí cuûa nhieän lieäu theå khí hoaëc nhieân lieäu loûng ñöôïc ñoát chaùy cöôõng böùc, nhôø ngoïn löûa do töï chaùy cuûa nhieân lieäu moài coøn nhieân lieäu Diesel moài ñöôïc phun vaøo xy lanh cuoái quaù trình neùn töï boác chaùy nhôø nhieät ñoä cao cuûa moâi chaát neùn. 1.3.6 Theo loaïi chu trình coâng taùc: - Ñoäng cô caáp nhieät ñaúng tích (V const) goàm taát caû ñoäng cô coù tyû soá neùn thaáp ( 5 – 11) vaø ñoát nhieân lieäu cöôõng böùc (ñoäng cô duøng cheá hoøa khí vaø ñoäng cô ga). - Ñoäng cô caáp nhieät ñaúng aùp (P const) goàm caùc ñoäng cô coù tyû soá neùn cao ( 12 - 24), phun tôi nhieân lieäu nhôø khoâng khí neùn vaø nhieân lieäu töï boác chaùy (hieän nay khoâng saûn xuaát loaïi naøy), ngoaøi ra coøn ñoäng cô ñoát trong taêng aùp cao. - Ñoäng cô caáp nhieät hoãn hôïp: moät phaàn nhieät caáp trong ñieàu kieän ñaúng tích, phaàn coøn laïi caáp nhieät trong ñieàu kieän ñaúng aùp – bao goàm taát caû caùc ñoäng cô Diesel hieän ñaïi vôùi tyû soá neùn cao ( 12 – 16), phun nhieân lieäu tröïc tieáp vaø nhieân lieäu töï boác chaùy. Phaàn lôùn ñoäng cô Diesel hieän nay hoaït ñoäng theo chu trình naøy. 1.3.7 Theo ñaëc ñieåm caáu taïo ñoäng cô:  Theo soá xy lanh: (Hình 1.3) . Ñoäng cô moät xy lanh . Ñoäng cô nhieàu xy lanh a. Ñoäng cô 1 xy lanh b. Ñoäng cô nhieàu xy lanh Hình 1.3 – Hình aûnh ñoäng cô 1 vaø nhieàu xy lanh
4. Giôùi thieäu chung ÑCÑT 8 1.3.8 Theo khaû naêng thay ñoåi chieàu quay cuûa truïc khuyûu: - Ñoäng cô chæ quay phaûi – truïc khuyûu ñoäng cô quay theo chieàu kim ñoàng hoà neáu nhìn töø baùnh ñaø tôùi muõi taàu (ñoäng cô taàu thuyeàn) hoaëc nhìn töø ñaàu töï do (caùc ñoäng cô khaùc). - Ñoäng cô chæ quay traùi – truïc khuyûu ñoäng cô quay ngöôïc vôùi chieàu keå treân. - Ñoäng cô quay ñöôïc hai chieàu – chieàu quay cuûa truïc khuyûu ñoäng cô coù theå thay ñoåi nhôø cô caáu ñaûo chieàu (chæ duøng cho ñoäng cô chính taàu thuûy). 1.3.9 Theo chieàu löïc khí theå taùc duïng leân treân piston: - Ñoäng cô taùc duïng ñôn: chæ coù moät phía cuûa piston coù chu trình coâng taùc. - Ñoäng cô taùc duïng keùp: caû hai phía piston (phía treân vaø phía döôùi). 1.3.10 Theo toác ñoä trung bình cuûa piston: Toác ñoä trung bình cuûa piston ñöôïc tính: S.n C (m/s) m 30 Trong ñoù: S: haønh trình piston (m). n: soá voøng quay truïc khuyûu (voøng/phuùt). Ñoäng cô coù toác ñoä thaáp (Cm 6,5 m/s). 1.3.11 Theo coâng duïng cuûa ñoäng cô: - Ñoäng cô tónh taïi: hoaït ñoäng coá ñònh ôû moät ñieåm (traïm bôm, traïm phaùt ñieän .). - Ñoäng cô taàu thuûy: goàm maùy chính duøng ñeå quay chaân vòt hoaëc maùy phaùt ñieän ñeå truyeàn ñoäng ñieän tôùi chaân vòt taàu thuûy vaø maùy phuï duøng cho caùc nhu caàu khaùc treân taàu (cuïm phaùt ñieän Diesel, cuïm Diesel maùy neùn duøng cho caùc nhu caàu treân taàu). - Ñoäng cô ñaàu xe löûa. - Ñoäng cô oâ toâ maùy keùo. - Ñoäng cô maùy bay. - Ñoäng cô duøng trong maùy noâng nghieäp, maùy xaây döïng, maùy laøm ñöôøng, caùc maùy moùc cuûa trang thieát bò quaân söï. Ngoaøi nhöõng ñaëc tröng keå treân, cuõng coù theå döïa vaøo nhöõng ñaëc tröng phuï khaùc ñeå phaân loaïi ñoäng cô nhö: theo heä thoáng laøm maùt, theo cô caáu ñieàu chænh veà maët nguyeân lyù laøm vieäc cuûa caùc loaïi ñoäng cô ñoát trong ñeàu phaûi thöïc hieän caùc quaù trình.
5. Giôùi thieäu chung ÑCÑT 10 c V ÑCT D h S V ÑCD Hình 1.5 - Sô ñoà keát caáu ñôn giaûn ñoäng cô 4 kyø Ñoái vôùi ñoäng cô nhieàu xy lanh, dung tích xy lanh cuûa ñoäng cô baèng i xVh ( i laø soá xy lanh trong ñoäng cô). 1.5.5. Theå tích buoàng chaùy (Vc): theå tích coøn laïi trong xy lanh khi piston ôû ÑCT. Ñoù laø theå tích beù nhaát cuûa xy lanh. 1.5.6. Theå tích toaøn boä xy lanh (Va): theå tích ôû phía treân piston khi noù naèm ôû ÑCD. Ñoùù laø theå tích lôùn nhaát cuûa xy lanh: Va = Vh + Vc 1.5.7. Tyû soá neùn(): tyû soá giöõa theå tích toaøn boä xy lanh chia cho theå tích buoàng chaùy. Tyû soá neùn chæ roõ theå tích xy lanh bò giaûm ñi bao nhieâu laàn, töùc laø theå tích khí trong xy lanh bò eùp nhoû bao nhieâu laàn khi piston ñi töø ÑCD leân ÑCT. Tyû soáù neùn kyù hieäu laø  vaø ñöôïc tính baèng coâng thöùc sau: V V V V  = a = c h 1 h Vc Vc Vc 1.5.8 Hoøa khí: hoãn hôïp giöõa hôi xaêng hoaëc daàu diesel vaø khoâng khí troän thaät ñeàu vaø ñuùng tyû leä. ÔÛ ñoäng cô xaêng hoøa khí ñöôïc taïo thaønh ôû beân ngoaøi xy lanh ñoäng cô taïi boä cheá hoøa khí ( carburater), coøn ñoäng cô diesel hình thaønh beân trong buoàng chaùy. Vì vaäy, khí naïp môùi huùt vaøo xy lanh ñoäng cô xaêng chính laø hoøa khí trong khi ôû ñoäng cô diesel khí naïp môùi chæ laø khoâng khí. 1.5.8. Moâi chaát coâng taùc (MCCT): khoái khí naïp vaøo trong xy lanh ñoäng cô maø nhôø söï thay ñoåi caùc thoâng soá traïng thaùi (theå tích, aùp suaát vaø nhieät ñoä) cuûa noù, nhieät naêng taïo thaønh do ñoát chaùy nhieân lieäu chuyeån sang cô naêng (sinh coâng). Trong kyõ thuaät nhieät ñoäng löïc hoïc MCCT coøn goïi laø chaát moâi giôùi.